Najbardziej niesamowity silnik tłokowy. ICE - co to jest? Silnik spalinowy: charakterystyka, schemat Silnik spalinowy z przeciwnym

Osiowy silnik spalinowy Duke Engine

Jesteśmy przyzwyczajeni do klasycznej konstrukcji silników spalinowych, która w rzeczywistości istnieje już od stu lat. Szybkie spalanie palnej mieszanki wewnątrz cylindra prowadzi do wzrostu ciśnienia, które popycha tłok. To z kolei obraca wał przez korbowód i korbę.

Klasyczny ICE

Jeśli chcemy zwiększyć moc silnika, musimy najpierw zwiększyć objętość komory spalania. Zwiększając średnicę, zwiększamy wagę tłoków, co negatywnie wpływa na wynik. Zwiększając długość, wydłużamy również korbowód i zwiększamy cały silnik jako całość. Lub możesz dodać cylindry - co oczywiście zwiększa również wynikową pojemność skokową silnika.

Inżynierowie silnika spalinowego do pierwszego samolotu napotkali takie problemy. Ostatecznie wymyślili piękną „promieniową” konstrukcję silnika, w której tłoki i cylindry są ułożone po okręgu w stosunku do wału pod równymi kątami. Taki system jest dobrze chłodzony strumieniem powietrza, ale jest bardzo wymiarowy. Dlatego poszukiwania rozwiązań trwały.

W 1911 roku Macomber Rotary Engine Company z Los Angeles wprowadził pierwszy z osiowych (osiowych) silników spalinowych. Nazywa się je również silnikami „baryłkowymi” z wahliwą (lub ukośną) podkładką. Oryginalny układ pozwala na umieszczenie tłoków i cylindrów wokół wału głównego i równolegle do niego. Obrót wału następuje z powodu wahliwej podkładki, na którą na przemian dociskane są korbowody tłoka.

Silnik Macomber miał 7 cylindrów. Producent twierdził, że silnik był w stanie pracować przy prędkościach od 150 do 1500 obr / min. W tym samym czasie przy 1000 obr / min produkował 50 KM. Wykonany z dostępnych wówczas materiałów ważył 100 kg i mierzył 710 x 480 mm. Taki silnik został zamontowany w samolocie pionierskiego lotnika Charlesa Francisa Walsha „Walsh Silver Dart”.

Genialny i nieco szalony inżynier, wynalazca, projektant i biznesmen John Zachariah DeLorean marzył o zbudowaniu nowego imperium samochodowego pomimo istniejących i stworzeniu zupełnie wyjątkowego „samochodu marzeń”. Wszyscy znamy DMC-12, który nazywa się po prostu DeLorean. Nie tylko została gwiazdą ekranu w filmie „Powrót do przyszłości”, ale także wyróżniała się unikalnymi rozwiązaniami we wszystkim - od aluminiowego korpusu na ramie z plexi po drzwiowe „skrzydła mewy”. Niestety na tle kryzysu gospodarczego produkcja samochodu nie usprawiedliwiała się. A potem DeLorean był przez długi czas pozwany o fałszywą sprawę narkotykową.

Mało kto jednak wie, że DeLorean chciał dopełnić niepowtarzalny wygląd auta unikalnym silnikiem - wśród rysunków odnalezionych po jego śmierci były rysunki osiowego silnika spalinowego. Sądząc po jego listach, wymyślił taki silnik w 1954 roku, a zaczął rozwijać się na dobre w 1979 roku. Silnik DeLorean miał trzy tłoki i były one rozmieszczone w trójkącie równobocznym wokół wału. Ale każdy tłok był dwustronny - każdy z końców tłoka musiał pracować we własnym cylindrze.

Rysunek z Notatnika DeLoreana

Z jakiegoś powodu narodziny silnika nie miały miejsca - być może dlatego, że opracowanie samochodu od podstaw okazało się dość skomplikowanym przedsięwzięciem. DMC-12 był napędzany 2,8-litrowym silnikiem V6 opracowanym wspólnie przez Peugeot, Renault i Volvo o mocy 130 koni mechanicznych. od. Zaciekawiony czytelnik może przestudiować skany rysunków i notatek DeLoreana na tej stronie.

Egzotyczna wersja silnika osiowego - "Silnik Trebent"

Niemniej jednak takie silniki nie stały się powszechne - w dużym lotnictwie stopniowo następowało przejście na silniki turboodrzutowe, a samochody nadal stosują schemat, w którym wał jest prostopadły do \u200b\u200bcylindrów. Zastanawiam się tylko, dlaczego taki schemat nie zakorzenił się w motocyklach, w których przydałaby się zwartość. Najwyraźniej nie przyniosły one żadnych znaczących korzyści w stosunku do projektu, do którego jesteśmy przyzwyczajeni. Teraz takie silniki istnieją, ale są instalowane głównie w torpedach - ze względu na to, jak dobrze pasują do cylindra.

Wariant o nazwie „Cylindryczny moduł energetyczny” z dwustronnymi tłokami. Prostopadłe pręty w tłokach opisują sinusoidę poruszającą się po falistej powierzchni

Głównym wyróżnikiem osiowego silnika spalinowego jest zwartość. Ponadto jego możliwości obejmują zmianę stopnia sprężania (objętości komory spalania) poprzez prostą zmianę kąta nachylenia podkładki. Podkładka kołysze się na wale dzięki sferycznemu łożysku.

Jednak nowozelandzka firma Duke Engines zaprezentowała swoją nowoczesną wersję osiowego silnika spalinowego w 2013 roku. Ich jednostka ma pięć cylindrów, ale tylko trzy dysze wtrysku paliwa i - ani jednego zaworu. Inną ciekawą cechą silnika jest to, że wał i podkładka obracają się w przeciwnych kierunkach.

Wewnątrz silnika obraca się nie tylko podkładka i wałek, ale także zestaw cylindrów z tłokami. Dzięki temu udało się pozbyć układu zaworowego - w momencie zapłonu poruszający się cylinder po prostu mija otwór, przez który wtryskiwane jest paliwo i gdzie znajduje się świeca zapłonowa. Podczas fazy wydechowej cylinder przechodzi obok wylotu gazu.

Dzięki takiemu systemowi liczba wymaganych zaślepek i dysz jest mniejsza niż liczba cylindrów. Jeden obrót daje taką samą liczbę skoków tłoka, jak w przypadku konwencjonalnego silnika 6-cylindrowego. W tym przypadku waga silnika osiowego jest o 30% mniejsza.

Ponadto inżynierowie z Duke Engines twierdzą, że stopień sprężania ich silnika jest lepszy od konwencjonalnych odpowiedników i wynosi 15: 1 dla 91 benzyny (w standardowych samochodowych silnikach spalinowych liczba ta wynosi zwykle 11: 1). Wszystkie te wskaźniki mogą prowadzić do zmniejszenia zużycia paliwa, a co za tym idzie do zmniejszenia szkodliwego wpływu na środowisko (cóż, lub do wzrostu mocy silnika, w zależności od celów).

Firma wprowadza teraz silniki do użytku komercyjnego. W dobie sprawdzonej technologii, dywersyfikacji, korzyści skali itp. trudno sobie wyobrazić, jak możesz poważnie wpłynąć na branżę. Wydaje się, że Duke Engines również to reprezentuje, więc zamierzają zaoferować swoje silniki do łodzi motorowych, generatorów i małych samolotów.

Demonstracja niskiego poziomu wibracji silnika Duke

Wszystkie schematy otwierają się w pełnym rozmiarze po kliknięciu.

NADCHODZĄCY RUCH

Osobliwością dwusuwowego silnika wysokoprężnego profesora Petera Hofbauera, który poświęcił 20 lat swojego życia pracy dla koncernu Volkswagen, są dwa tłoki w jednym cylindrze poruszające się względem siebie. I nazwa to potwierdza: Opposed Piston Opposed Cylinder (OPOC) - przeciwtłoki, przeciw cylindry.

Podobny schemat zastosowano w lotnictwie i budowie czołgów w połowie ubiegłego wieku, na przykład na niemieckich Junkersach lub radzieckim czołgu T-64. Faktem jest, że w tradycyjnym silniku dwusuwowym oba okna wymiany gazu są zamykane jednym tłokiem, aw silnikach z przeciwtłokami port dolotowy znajduje się w strefie skoku jednego tłoka, a wylot wydechowy w skoku strefa drugiej. Taka konstrukcja pozwala na wcześniejsze otwarcie otworu wylotowego, a tym samym lepsze czyszczenie komory spalania ze spalin. I z wyprzedzeniem, aby zaoszczędzić część mieszanki roboczej, która w silniku dwusuwowym jest zwykle wrzucana do rury wydechowej.

Co wyróżnia projekt profesora? W centralnym (między cylindrami) miejscu wału korbowego, który obsługuje jednocześnie wszystkie tłoki. Ta decyzja doprowadziła do dość skomplikowanego projektu korbowodów. Na każdym czopie wału korbowego znajduje się ich para, z parą korbowodów umieszczonych po obu stronach cylindra na zewnętrznych tłokach. Schemat ten pozwolił poradzić sobie z jednym wałem korbowym (poprzednie silniki miały dwa z nich umieszczone na krawędziach silnika) i stworzyć zwartą, lekką jednostkę. W silnikach czterosuwowych cyrkulację powietrza w cylindrze zapewnia sam tłok, w silniku OPOC jest on turbodoładowany. Dla lepszej wydajności silnik elektryczny pomaga szybko przyspieszyć turbinę, która w pewnych trybach staje się generatorem i odzyskuje energię.

Prototyp, wykonany dla wojska bez uwzględnienia norm środowiskowych, o masie 134 kg, rozwija moc 325 KM. Przygotowano również wersję cywilną - z mniejszym o około sto sił oddziaływaniem. Według twórcy, w zależności od wersji, silnik OROS jest o 30-50% lżejszy od innych silników wysokoprężnych o porównywalnej mocy i od dwóch do czterech razy mniejszych. Nawet pod względem szerokości (to najbardziej imponujący wymiar całkowity), OROS jest tylko dwa razy większy niż jedna z najbardziej kompaktowych jednostek samochodowych na świecie - dwucylindrowy Fiat Twinair.

Przykładem konstrukcji modułowej jest silnik OPOC: jednostki dwucylindrowe można łączyć w jednostki wielocylindrowe, łączone za pomocą sprzęgieł elektromagnetycznych. Gdy nie jest wymagana pełna moc, jeden lub więcej modułów można wyłączyć, aby oszczędzać paliwo. W przeciwieństwie do konwencjonalnych silników z zamkniętymi cylindrami, w których wał korbowy porusza nawet spoczynkowe tłoki, można uniknąć strat mechanicznych. Zastanawiam się, co z oszczędnością paliwa i emisjami? Deweloper woli przemilczeć tę kwestię. Oczywiste jest, że pozycje dwusuwów są tutaj tradycyjnie słabe.

ODDZIELNE KARMIENIE

Kolejny przykład odejścia od tradycyjnych dogmatów. Carmelo Scuderi naruszył świętą zasadę silników czterosuwowych: cały proces pracy musi odbywać się wyłącznie w jednym cylindrze. Wynalazca podzielił cykl na dwa cylindry: jeden odpowiada za zasysanie mieszanki i jej sprężanie, drugi za skok roboczy i zwolnienie. W tym samym czasie tradycyjny silnik czterosuwowy, zwany silnikiem o spalaniu w cyklu rozdzielonym (SCC), działa tylko przy jednym obrocie wału korbowego, czyli dwa razy szybciej.

Tak działa ten silnik. W pierwszym cylindrze tłok spręża powietrze i podaje je do kanału łączącego. Zawór się otwiera, wtryskiwacz wtryskuje paliwo, a mieszanka pod ciśnieniem wpada do drugiego cylindra. Spalanie w nim zaczyna się, gdy tłok porusza się w dół, w przeciwieństwie do silnika Otto, w którym mieszanka jest zapalana nieco wcześniej, niż tłok osiągnie górny martwy punkt. Zatem mieszanina palna nie przeszkadza w początkowym etapie spalania z tłokiem poruszającym się w kierunku tłoka, a wręcz przeciwnie, popycha go. Twórca silnika obiecuje stosunek mocy do masy na poziomie 135 KM. na litr objętości roboczej. Ponadto przy znacznym zmniejszeniu szkodliwych emisji dzięki wydajniejszemu spalaniu mieszanki - np. Przy spadku emisji NOx o 80% w porównaniu z tym samym wskaźnikiem dla tradycyjnego silnika spalinowego. Jednocześnie argumentują, że SCC jest o 25% bardziej ekonomiczny niż silniki atmosferyczne o takiej samej mocy. Jednak dodatkowy cylinder oznacza dodatkową masę, zwiększone wymiary i zwiększone straty tarcia. Trudno w coś uwierzyć ... Zwłaszcza jeśli weźmiemy za przykład nową generację silników z turbodoładowaniem, wykonanych pod hasłem downsizingu.

Nawiasem mówiąc, dla tego silnika wymyślono oryginalny schemat rekuperacji i zwiększania ciśnienia „w jednej butelce” o nazwie Air-Hybrid. Podczas hamowania silnikiem cylinder suwu jest wyłączony (zawory zamknięte), a cylinder sprężania napełnia specjalny zbiornik sprężonym powietrzem. Podczas przyspieszania dzieje się odwrotnie: cylinder sprężania nie pracuje, a zmagazynowane powietrze pompowane jest do pracującego - rodzaj nadciśnienia. Właściwie przy takim schemacie nie wyklucza się pełnego trybu pneumatycznego, gdy powietrze samo popycha tłoki.

MOC Z POWIETRZA

Profesor Lino Guzzella wykorzystał również pomysł gromadzenia sprężonego powietrza w oddzielnym zbiorniku: jeden z zaworów otwiera drogę z cylindra do komory spalania. Reszta to konwencjonalny silnik z turbodoładowaniem. Prototyp zbudowano w oparciu o silnik o pojemności 0,75 litra, oferując go jako zamiennik ... 2-litrowego silnika wolnossącego.

Aby ocenić skuteczność swojego dzieła, deweloper woli porównać je z hybrydowymi układami napędowymi. Co więcej, przy podobnej oszczędności paliwa (około 33%) konstrukcja Guzzelli zwiększa koszt silnika tylko o 20% - złożona instalacja benzynowo-elektryczna kosztuje prawie dziesięciokrotnie więcej. Jednak w badanej próbce paliwo jest oszczędzane nie tyle dzięki ciśnieniu z cylindra, ale dzięki małej objętości roboczej samego silnika. Ale sprężone powietrze wciąż ma perspektywy w działaniu konwencjonalnego silnika spalinowego: może być używane do uruchamiania silnika w trybie „start-stop” lub do poruszania samochodem przy niskich prędkościach.

OBROTY PIŁKĄ, SPINY ...

Spośród niezwykłych silników spalinowych silnik Herberta Hüttlina wyróżnia się najbardziej niezwykłą konstrukcją: tradycyjne tłoki i komory spalania znajdują się wewnątrz kuli. Tłoki poruszają się w kilku kierunkach. Po pierwsze, do siebie, tworząc między sobą komory spalania. Ponadto są połączone parami w bloki, posadzone na jednej osi i obracające się po przebiegłej trajektorii wyznaczonej przez pierścieniową podkładkę. Obudowa bloku tłoka jest zintegrowana z przekładnią, która przenosi moment obrotowy na wał wyjściowy.

Ze względu na sztywne połączenie między blokami, gdy jedna komora spalania jest wypełniona mieszanką, spaliny są jednocześnie uwalniane do drugiej. Tak więc przy obrocie bloków tłoków o 180 stopni występuje cykl 4-suwowy, na pełny obrót - dwa cykle robocze.

Pierwszy pokaz silnika kulowego na Salonie Samochodowym w Genewie zwrócił uwagę wszystkich. Koncepcja jest z pewnością ciekawa - można godzinami oglądać pracę modelu 3D, próbując dowiedzieć się, jak działa ten lub inny system. Jednak za pięknym pomysłem powinno iść wcielenie w metal. Deweloper nie powiedział jeszcze ani słowa o co najmniej przybliżonych wartościach głównych wskaźników urządzenia - mocy, wydajności, przyjazności dla środowiska. A co najważniejsze, o produktywności i niezawodności.

TEMAT MODY

Silnik łopatkowy został wynaleziony nieco mniej niż sto lat temu. I prawdopodobnie nie pamiętaliby tego przez długi czas, gdyby nie pojawił się ambitny projekt samochodu rosyjskiego ludu. Pod maską „jo-mobile”, nawet jeśli nie od razu, powinien pojawić się silnik łopatkowy, a nawet sparowany z silnikiem elektrycznym.

Krótko o swoim urządzeniu. Na osi znajdują się dwa wirniki z parą łopatek na każdym, tworzące komory spalania o zmiennej wielkości. Wirniki obracają się w tym samym kierunku, ale z różnymi prędkościami - jeden dogania drugi, mieszanka między łopatkami jest ściskana, iskra przeskakuje. Drugi zaczyna poruszać się po kole, aby „wypchnąć” sąsiada na następny krąg. Spójrz na zdjęcie: w prawej dolnej ćwiartce znajduje się wlot, w prawym górnym - kompresja, a następnie przeciwnie do ruchu wskazówek zegara - skok i zwolnienie. Mieszanina jest zapalana w górnym punkcie koła. W ten sposób podczas jednego obrotu wirnika występują cztery skoki robocze.

Oczywistymi zaletami konstrukcji są zwartość, lekkość i dobra wydajność. Jednak są też problemy. Głównym z nich jest precyzyjna synchronizacja pracy dwóch wirników. Nie jest to łatwe zadanie, a rozwiązanie musi być niedrogie, bo inaczej „jo-mobile” nigdy nie stanie się popularny.

Powiedzmy, że Twój syn zapyta Cię: „Tato, jaki jest najbardziej niesamowity silnik na świecie?” Co mu odpowiesz? Jednostka o mocy 1000 koni mechanicznych od Bugatti Veyron? A może nowy silnik turbo AMG? A może bliźniaczy silnik Volkswagena z doładowaniem?

Ostatnio pojawiło się wiele fajnych wynalazków i wszystkie te zastrzyki doładowania wydają się niesamowite ... jeśli nie wiesz. Najbardziej niesamowity silnik, jaki znam, został wyprodukowany w Związku Radzieckim i, jak się domyślacie, nie dla Łady, ale dla czołgu T-64. Nazywała się 5TDF, a oto kilka zaskakujących faktów.

Był to pięciocylindrowy, co samo w sobie jest niezwykłe. Miał 10 tłoków, dziesięć korbowodów i dwa wały korbowe. Tłoki poruszały się w cylindrach w przeciwnych kierunkach: najpierw do siebie, potem z powrotem, do siebie i tak dalej. Przystawka odbioru mocy została wykonana z obu wałów korbowych, aby była wygodna dla zbiornika.

Silnik pracował w cyklu dwusuwowym, a tłoki pełniły rolę szpul otwierających otwory dolotowe i wydechowe: to znaczy nie miał zaworów ani wałków rozrządu. Konstrukcja była genialna i wydajna - cykl dwusuwowy zapewniał maksymalną pojemność litrów, a przedmuch bezpośredni przepływem zapewniał wysokiej jakości napełnianie cylindra.

Ponadto 5TDF był silnikiem wysokoprężnym z bezpośrednim wtryskiem paliwa, w którym paliwo było podawane do przestrzeni między tłokami na krótko przed momentem, w którym osiągnęli swoje najbliższe zbliżenie. Ponadto wtrysk prowadzono czterema dyszami po trudnej trajektorii, aby zapewnić natychmiastowe tworzenie się mieszanki.

Ale to nie wystarczy. Silnik posiadał turbosprężarkę ze skrętem - ogromna turbina i kompresor były umieszczone na wale i miały mechaniczne połączenie z jednym z wałów korbowych. To było genialne - w trybie przyspieszania sprężarka była skręcana z wału korbowego, co eliminowało opóźnienie turbo, a gdy spaliny odpowiednio kręciły turbiną, moc z niej przekazywana była na wał korbowy, zwiększając sprawność silnika (taka turbina nazywana jest turbiną energetyczną).

Ponadto silnik był wielopaliwowy, to znaczy mógł pracować na oleju napędowym, nafcie, paliwie lotniczym, benzynie lub dowolnej ich mieszance.

Ponadto istnieje pięćdziesiąt innych nietypowych rozwiązań, takich jak tłoki kompozytowe z wkładkami ze stali żaroodpornej i układem smarowania na sucho, jak w samochodach wyścigowych.

Wszystkie sztuczki miały dwa cele: uczynić silnik tak kompaktowym, ekonomicznym i mocnym, jak to tylko możliwe. Dla czołgu ważne są wszystkie trzy parametry: pierwszy ułatwia rozplanowanie, drugi poprawia autonomię, a trzeci - zwrotność.

Rezultat był imponujący: przy roboczej objętości 13,6 litra w najbardziej wymuszonej wersji silnik rozwijał ponad 1000 KM. Jak na silnik wysokoprężny z lat 60. był to doskonały wynik. Pod względem litra i mocy całkowitej silnik kilkakrotnie przewyższał analogi innych armii. Widziałem to na żywo, a układ jest naprawdę niesamowity - pseudonim „Walizka” bardzo mu odpowiada. Powiedziałbym nawet "ciasno zapakowana walizka".

Nie zapuścił korzeni ze względu na nadmierną złożoność i wysokie koszty. Na tle 5TDF każdy silnik samochodu - nawet z Bugatti Veyron - wydaje się jakoś niemożliwy do banalnego. A co do diabła nie żartuje, technologia może się odwrócić i znowu wrócić do rozwiązań stosowanych kiedyś w 5TDF: dwusuwowy cykl diesla, turbiny mocy, wtrysk wielodyszowy.

Rozpoczął się masowy powrót do silników turbodoładowanych, które kiedyś uważano za zbyt trudne dla aut niesportowych ...

National University of Shipbuilding

im. adm. Makarova

Katedra silników spalinowych

Notatki z wykładu z przebiegu silnika spalinowego (SDVS) Nikolaev - 2014

Temat 1. Porównanie silników spalinowych z innymi typami silników cieplnych. Klasyfikacja silników spalinowych. Zakres ich stosowania, perspektywy i kierunki dalszego rozwoju. Stosunek w silniku spalinowym i ich oznaczenie.

Silnik spalinowyJest to silnik cieplny, w którym energia cieplna uwalniana podczas spalania paliwa w cylindrze roboczym zamieniana jest na pracę mechaniczną. Zamiana energii cieplnej na energię mechaniczną odbywa się poprzez przeniesienie energii rozszerzania się produktów spalania na tłok, którego ruch posuwisto-zwrotny z kolei poprzez mechanizm korbowy przekształca się w ruch obrotowy wału korbowego napędzającego śrubę napędową , generator elektryczny, pompa lub inna energia konsumencka.

ICE można sklasyfikować według następujących głównych cech:

– charakter cyklu roboczego - z dostarczaniem ciepła do płynu roboczego o stałej objętości, z dostarczaniem ciepła przy stałym ciśnieniu gazów i przy mieszanym dostarczaniu ciepła, tj. najpierw przy stałej objętości, a następnie przy stałym ciśnieniu gazów ;

– przy okazji wykonywania cyklu roboczego - czterosuwowy, w którym cykl kończy się czterema kolejnymi suwami tłoka (w dwóch obrotach wału korbowego) oraz dwusuwowy, w którym cykl odbywa się w dwóch kolejnych suwach tłoka (w jednym obrocie wału korbowego) ;

– metodą nawiewu - doładowany i wolnossący. W czterosuwowych silnikach ICE bez ciśnienia cylinder jest napełniany świeżym ładunkiem (powietrzem lub mieszanką palną) poprzez suw ssący tłoka, aw dwusuwowych ICE jest napełniany sprężarką przedmuchową napędzaną mechanicznie przez silnik . We wszystkich silnikach spalinowych z doładowaniem doładowanym cylinder jest wypełniony specjalną sprężarką. Silniki doładowane są często nazywane połączonymi, ponieważ oprócz silnika tłokowego mają również sprężarkę, która dostarcza powietrze do silnika pod zwiększonym ciśnieniem;

– przy okazji zapłonu paliwa - z zapłonem samoczynnym (silniki Diesla) i zapłonem iskrowym (gaźnik na gaz);

– według rodzaju stosowanego paliwa - paliwo płynne i gaz. ICE na paliwo ciekłe obejmuje również silniki wielopaliwowe, które mogą pracować na różnych paliwach bez zmian konstrukcyjnych. Do silników spalinowych opalanych gazem zalicza się również silniki o zapłonie samoczynnym, w których głównym paliwem jest gaz, a niewielka ilość paliwa płynnego jest wykorzystywana jako pilot, czyli do zapłonu;

– metodą tworzenia mieszaniny - z tworzeniem mieszanki wewnętrznej, gdy mieszanka paliwowo-powietrzna tworzy się wewnątrz cylindra (silniki wysokoprężne) oraz z mieszanką zewnętrzną, gdy mieszanka ta jest przygotowywana przed podaniem do cylindra roboczego (gaźnik i silniki gazowe z zapłonem iskrowym) . Główne metody tworzenia mieszaniny wewnętrznej - wolumetryczny, wolumetryczny film i film ;

– według rodzaju komory spalania (CC)- z jednokomorowym CS niepodzielnym, z CS częściowo oddzielonym (CS w tłoku) i oddzielonym CS (komora wstępna, komora wirowa i komora powietrzna CS);

– przez prędkość wału korbowego n - mała prędkość (МOD) z n do 240 min -1, średnia prędkość (SOD) od 240< n < 750 мин -1 , повышенной оборотности (ПОД) с 750 1500 min-1;

– po wcześniejszym umówieniu - główne, przeznaczone do napędu śrub okrętowych (pędników) i pomocniczych, napędzających prądnice elektryczne siłowni okrętowych lub mechanizmów okrętowych;

– zgodnie z zasadą działania - jednostronnego działania (cykl pracy odbywa się tylko w jednej wnęce cylindra), podwójnego działania (cykl roboczy odbywa się w dwóch cylindrycznych wnękach powyżej i poniżej tłoka) oraz z przeciwnie poruszającymi się tłokami (w każdym cylindrze silnika są dwa mechanicznie połączone tłoki poruszają się w przeciwnych kierunkach, z płynem roboczym umieszczonym między nimi);

– na temat konstrukcji mechanizmu korbowego (KShM)- tułów i krzyżak. W silniku bagażnika normalne siły ciśnienia powstające przy przechylaniu korbowodu są przenoszone przez część prowadzącą tłoka - tułów przesuwający się w tulei cylindra; w silniku wodzikowym tłok nie wytwarza normalnych sił ciśnienia, które powstają podczas przechylania korbowodu, normalna siła jest wytwarzana w połączeniu poprzeczki i jest przenoszona przez równoległe suwaki, które są zamocowane na zewnątrz cylindra na łożu silnika;

– przez rozmieszczenie cylindrów - pionowe, poziome, jednorzędowe, dwurzędowe, w kształcie litery Y, w kształcie gwiazdy itp.

Główne definicje mające zastosowanie do wszystkich ICE to:

– górny i dolny martwy punkt (GMP i DMP), odpowiadające górnemu i dolnemu skrajnemu położeniu tłoka w cylindrze (w silniku pionowym);

– skok tłoka, to znaczy odległość, w której tłok przesuwa się z jednego skrajnego położenia do drugiego;

– objętość komory spalania (lub kompresja) odpowiadającej objętości wnęki cylindra, gdy tłok znajduje się w GMP;

– przemieszczenie cylindra, co jest opisane przez tłok podczas jego skoku między martwymi punktami.

Marka Diesel daje wyobrażenie o jego rodzaju i podstawowych wymiarach. Krajowe silniki wysokoprężne są oznakowane zgodnie z GOST 4393-82 „Diesle stacjonarne, morskie, wysokoprężne i przemysłowe. Rodzaje i podstawowe parametry ”. Do oznaczania przyjęto symbole składające się z liter i cyfr:

H. - czterosuwowy;

re - dwusuwowy;

DD - dwusuwowe podwójne działanie;

R - odwracalne;

OD - z odwracalnym sprzęgłem;

P. - z przekładnią redukcyjną;

DO - poprzeczka;

re - gaz;

H. - doładowany;

1A, 2A, ZA, 4A - stopień automatyzacji zgodnie z GOST 14228-80.

Brak litery w symbolu DO oznacza, że \u200b\u200bdiesel to bagażnik, litery R - olej napędowy jest nieodwracalny, a litery H. - wolnossący silnik wysokoprężny. Liczby na stemplu przed literami wskazują liczbę cylindrów, a po literach: liczba w liczniku - średnica cylindra w centymetrach, w mianowniku - skok tłoka w centymetrach.

W marce silnika wysokoprężnego z przeciwnie poruszającymi się tłokami oba skoki tłoka są oznaczone znakiem plus, jeśli skoki są różne, lub iloczynem „2 na jeden skok tłoka”, jeśli skoki są równe.

W marce okrętowych silników wysokoprężnych stowarzyszenia produkcyjnego „Briański Zakład Budowy Maszyn” (PO BMZ) dodatkowo wskazano numer modyfikacji, zaczynając od drugiego. Numer ten jest podany na końcu oznaczenia zgodnie z GOST 4393-82. Poniżej znajduje się kilka przykładów oznaczeń dla niektórych silników.

12CHNSP1A 18/20- silnik wysokoprężny dwunastocylindrowy, czterosuwowy, doładowany, ze sprzęgłem rewersyjnym, z przekładnią zautomatyzowaną zgodnie z I stopniem automatyzacji, o średnicy cylindra 18 cm i skoku tłoka 20 cm.

16 DPN 23/2 X 30 - szesnastocylindrowy, dwusuwowy silnik wysokoprężny z przekładnią redukcyjną, doładowany, o średnicy cylindra 23 cm iz dwoma przeciwnie poruszającymi się tłokami, każdy skok 30 cm,

9 DKRN 80 / 160-4 - silnik wysokoprężny, dziewięciocylindrowy, dwusuwowy, wodzikowy, rewersyjny, doładowany, o średnicy cylindra 80 cm, skoku tłoka 160 cm, czwartej modyfikacji.

W niektórych fabrykach krajowych oprócz marki obowiązkowej według GOST, produkowanym silnikom Diesla przypisuje się również markę fabryczną. Na przykład nazwa marki re-74 (fabryka Engine Revolution) odpowiada marce 6CHN 36/45.

W większości innych krajów oznaczenia silników nie są regulowane przez normy, a firmy budowlane stosują własne konwencje. Ale nawet jedna i ta sama firma często zmienia przyjęte oznaczenia. Niemniej jednak należy zauważyć, że wiele firm wskazuje w legendzie główne wymiary silnika: średnicę cylindra i skok tłoka.

Motyw. 2 Zasada działania silnika czterosuwowego i dwusuwowego z doładowaniem i bez.

Czterosuwowy silnik spalinowy.

Czterosuwowy silnik spalinowy Na rys. 2.1 przedstawia schemat działania wolnossącego czterosuwowego silnika wysokoprężnego w bagażniku (czterosuwowe silniki wodziki w ogóle nie są budowane).

Postać: 2.1. Zasada działania czterosuwowego silnika spalinowego

I takt – wlot lub nadzienie ... Tłok 1 przenosi się z TDC do BDC. Przy skoku tłoka w dół przez wlot 3 i zawór wlotowy umieszczony w pokrywie 2 powietrze dostaje się do cylindra, ponieważ ciśnienie w cylindrze, ze względu na wzrost objętości cylindra, staje się niższe niż ciśnienie powietrza (lub mieszanina robocza w silniku gaźnika) przed rurą dolotową p o. Zawór wlotowy otwiera się nieco wcześniej niż GMP (pkt r), czyli z kątem natarcia 20 ... 50 ° do GMP, co stwarza korzystniejsze warunki do zasysania powietrza na początku napełniania. Zawór wlotowy zamyka się po DMP (pkt za"), ponieważ w momencie przybycia tłoka do DMP (pkt za) ciśnienie gazu w butli jest jeszcze niższe niż w kolektorze dolotowym. Wlot powietrza do cylindra roboczego w tym okresie jest również ułatwiony przez ciśnienie bezwładności powietrza wpływającego do cylindra - Dlatego zawór wlotowy zamyka się z opóźnieniem 20 ... 45 ° po DMP.

Kąty wyprzedzenia i opóźnienia są określane empirycznie. Kąt obrotu wału korbowego (PKV) odpowiadający całemu procesowi napełniania wynosi około 220 ... 275 ° PKV.

Charakterystyczną cechą doładowanego silnika wysokoprężnego jest to, że podczas pierwszego suwu świeży ładunek powietrza nie jest zasysany z otoczenia, ale dostaje się do kolektora dolotowego pod zwiększonym ciśnieniem ze specjalnej sprężarki. W nowoczesnych okrętowych silnikach wysokoprężnych sprężarka napędzana jest przez turbinę gazową, która działa na spaliny silnika. Jednostka składająca się z turbiny gazowej i sprężarki nazywana jest turbosprężarką. W silnikach wysokoprężnych z doładowaniem linia napełniania zwykle przebiega powyżej linii wydechowej (czwarty suw).

2. takt – kompresja ... Podczas suwu powrotnego tłoka do GMP, od momentu zamknięcia zaworu dolotowego, następuje sprężenie świeżego powietrza wchodzącego do cylindra, w wyniku czego jego temperatura wzrasta do poziomu wymaganego do samozapłonu paliwa. Paliwo jest wtryskiwane do cylindra przez dyszę 4 z pewnym wyprzedzeniem do TDC (pkt n) pod wysokim ciśnieniem, zapewniając wysokiej jakości rozpylanie paliwa. Przesunięcie wtrysku paliwa do GMP jest konieczne, aby przygotować go do samozapłonu w momencie dotarcia tłoka do GMP. W takim przypadku tworzone są najkorzystniejsze warunki do pracy silnika wysokoprężnego o wysokiej wydajności. Kąt wtrysku w trybie nominalnym w MOD wynosi zwykle 1 ... 9 °, a na SOD - 8 ... 16 ° do GMP. Temperatura zapłonu (punkt od) jest pokazany na rysunku w GMP, jednak może być nieznacznie przesunięty w stosunku do GMP, tj. zapłon paliwa może rozpocząć się wcześniej lub później niż GMP.

3. takt – spalanie i ekspansja (skok roboczy). Tłok przesuwa się z GMP do BDC. Rozpylone paliwo zmieszane z gorącym powietrzem zapala się i pali, powodując gwałtowny wzrost ciśnienia gazu (pkt z), a potem zaczyna się ich ekspansja. Gazy, działając na tłok podczas suwu roboczego, wykonują pożyteczną pracę, która jest przekazywana do odbiorcy energii za pośrednictwem mechanizmu korbowego. Proces rozprężania kończy się, gdy zawór wydechowy zaczyna się otwierać. 5 (kropka b’ ), który występuje z wyprzedzeniem 20 ... 40 °. Niewielki spadek użytecznej pracy rozprężania gazu w porównaniu z momentem otwarcia zaworu w DMP jest kompensowany przez zmniejszenie pracy wykonanej w następnym suwie.

4. takt – wydanie ... Tłok przesuwa się z BDC do GMP, wypychając spaliny z cylindra. Ciśnienie gazu w cylindrze jest obecnie nieco wyższe niż ciśnienie za zaworem wydechowym. Aby całkowicie usunąć spaliny z cylindra, zawór wydechowy zamyka się po przejściu tłoka przez GMP, podczas gdy kąt opóźnienia zamykania wynosi 10 ... 60 ° PKV. Dlatego w czasie odpowiadającym kątowi 30 ... 110 ° PKV zawory wlotowy i wylotowy są jednocześnie otwarte. Poprawia to proces oczyszczania komory spalania ze spalin, zwłaszcza w silnikach wysokoprężnych z doładowaniem, ponieważ ciśnienie powietrza doładowującego w tym okresie jest wyższe niż ciśnienie spalin.

Tym samym zawór wylotowy jest otwarty w okresie odpowiadającym 210 ... 280 ° CW.

Zasada działania czterosuwowego silnika gaźnikowego różni się od silnika wysokoprężnego tym, że mieszanina robocza - paliwo i powietrze - jest przygotowywana na zewnątrz cylindra (w gaźniku) i wchodzi do cylindra podczas pierwszego suwu; mieszanina jest zapalana w obszarze GMP przez iskrę elektryczną.

Praca użyteczna uzyskana w okresach 2 i 3 cykli zegarowych zależy od obszaru zaodzba (obszar z ukośnym cieniowaniem, cm, 4 miara). Ale podczas pierwszego suwu silnik pracuje (biorąc pod uwagę ciśnienie atmosferyczne p około pod tłokiem), równą powierzchni nad krzywą r" mama do poziomej linii odpowiadającej ciśnieniu p około. Podczas 4 suwu silnik pracuje na wypychaniu spalin, równych powierzchni pod krzywą brr "do linii poziomej p o. W konsekwencji w silniku czterosuwowym bez ciśnienia praca tzw. suw "pompowania", tj. 1 i 4 suw, gdy silnik pełni rolę pompy, jest ujemny (ta praca na wykresie wskaźników pokazana jest z obszarem z cieniowaniem pionowym) i należy ją odjąć od pracy użytecznej równa różnicy między pracą w okresie 3 i 2 suwu. w warunkach rzeczywistych skoki pompowania pracy są bardzo małe, dlatego też praca ta jest umownie określana jako straty mechaniczne. w silnikach wysokoprężnych z doładowaniem, jeżeli ciśnienie powietrze doładowujące wchodzące do cylindra jest wyższe niż średnie ciśnienie gazów w cylindrze w okresie ich wydychania przez tłok, praca skoków pompowania staje się dodatnia.

Dwusuwowy silnik spalinowy.

W silnikach dwusuwowych oczyszczenie cylindra roboczego z produktów spalania i napełnienie go świeżym ładunkiem, czyli procesy wymiany gazowej, zachodzą tylko w okresie, gdy tłok znajduje się w rejonie DMP z otwartymi organami wymiany gazowej. W tym przypadku czyszczenie cylindra ze spalin odbywa się nie przez tłok, ale za pomocą wstępnie sprężonego powietrza (w silnikach wysokoprężnych) lub mieszanki palnej (w gaźniku i silnikach gazowych). Wstępne sprężanie powietrza lub mieszanki odbywa się w specjalnej sprężarce przedmuchowej lub doładowującej. W procesie wymiany gazowej w silnikach dwusuwowych część świeżego ładunku jest nieuchronnie usuwana z cylindra wraz ze spalinami przez korpusy wydechowe. Dlatego zasilanie sprężarki przedmuchowej lub zasilającej musi być wystarczające, aby skompensować ten wyciek ładunku.

Gazy są uwalniane z butli przez okna lub przez zawór (liczba zaworów może wynosić od 1 do 4). Zasysanie (nadmuch) świeżego wsadu do cylindra w nowoczesnych silnikach odbywa się tylko przez szyby. Otwory wylotowy i przedmuchowy znajdują się w dolnej części roboczej tulei cylindra, a zawory wylotowe w głowicy cylindra.

Schemat działania dwusuwowego silnika wysokoprężnego z przedmuchiwaniem pętli, tj. Gdy spaliny i przedmuch następuje przez szyby, przedstawiono na rys. 2.2. Cykl roboczy składa się z dwóch etapów.

I takt - skok tłoka od BDC (pkt m) do TDC. Najpierw tłok 6 zamyka okna czyszczenia 1 (punkt d "), zatrzymując w ten sposób przepływ świeżego ładunku do cylindra roboczego, a następnie tłok zamyka również otwory wylotowe 5 (kropka b" ), po czym rozpoczyna się proces sprężania powietrza w cylindrze, który kończy się w momencie dojścia tłoka do GMP (pkt od). Kropka n odpowiada momentowi rozpoczęcia wtrysku paliwa przez wtryskiwacz 3 do cylindra. Dlatego podczas pierwszego skoku w cylindrze, wydanie , przedmuch i nadzienie cylinder, po którym jest kompresja świeżego ładunku i rozpoczyna się wtrysk paliwa .

Postać: 2.2. Zasada działania dwusuwowego silnika spalinowego

2. takt - skok tłoka od GMP do BDC. W obszarze GMP wtryskiwacz wtryskuje paliwo, które zapala się i pali, a ciśnienie gazu osiąga wartość maksymalną (pkt. z) i zaczyna się ich ekspansja. Proces rozprężania gazu kończy się w momencie, gdy tłok zaczyna się otwierać 6 okna wylotowe 5 (kropka b), po którym rozpoczyna się uwalnianie spalin z cylindra z powodu różnicy ciśnień gazu w cylindrze i kolektorze wydechowym 4 ... Następnie tłok otwiera porty przedmuchu 1 (kropka re), a butla jest czyszczona i napełniana nowym ładunkiem. Odpowietrzanie rozpocznie się dopiero po spadku ciśnienia gazu w butli poniżej ciśnienia powietrza p s w zbiorniku przedmuchu 2 .

Tak więc podczas drugiego skoku w cylindrze wtrysk paliwa , jego spalanie , ekspansja gazów , uwolnienie spalin , przedmuch i napełnianie świeżym ładunkiem ... Podczas tego działania skok roboczy zapewnienie pożytecznej pracy.

Schemat wskaźników pokazany na ryc. 2 jest taka sama zarówno dla wolnossącego silnika wysokoprężnego, jak i dla silnika wysokoprężnego z doładowaniem. Użyteczna praca cyklu jest określona przez obszar diagramu md" b"odzbdm.

Praca gazów w cylindrze jest dodatnia podczas drugiego skoku i ujemna podczas pierwszego skoku.

Silnik przeciwtłokowy - konfiguracja silnika spalinowego z tłokami umieszczonymi w dwóch rzędach naprzeciw siebie we wspólnych cylindrach w taki sposób, że tłoki każdego cylindra przesuwają się do siebie i tworzą wspólną komorę spalania. Wały korbowe są synchronizowane mechanicznie, a wałek wydechowy obraca się o 15-22 ° przed wlotem, moc jest pobierana z jednego z nich lub z obu (na przykład, gdy napędzane są dwa śmigła lub dwa sprzęgła). Układ automatycznie zapewnia wydmuch bezpośredni - najbardziej idealny dla maszyny dwusuwowej i braku złącza gazowego.

Jest też inna nazwa tego typu silnika - silnik przeciwtłokowy (silnik z PDP).

Urządzenie silnikowe o przeciwnym ruchu tłoka: