0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое трубчатый двигатель

Роторный дизель — конструкция двигателя

Кто изобрел роторный двигатель?

Второе имя роторного двигателя (РПД) — ванкель (этакий аналог дизеля). Именно Феликсу Ванкелю сегодня приписываются лавры изобретателя роторно-поршневого двигателя и даже рассказывается трогательная история о том, как Ванкель шел к поставленной цели тогда же, когда Гитлер шел к своей.

На самом деле все было чуточку иначе: талантливый инженер, Феликс Ванкель действительно трудился над разработкой нового, простого двигателя внутреннего сгорания, но это был другой двигатель, основанный на совместном вращении роторов.

После войны Ванкель был привлечен немецкой фирмой NSU, занимавшейся в основном выпуском мотоциклов, в одну из рабочих групп, трудившихся над созданием роторного двигателя под руководством Вальтера Фройде.

Вклад Ванкеля — это обширные исследования уплотнений вращающихся клапанов. Базовая схема и инженерная концепция принадлежат Фройде. Хотя у Ванкеля был патент на двойственное вращение.

Первый двигатель имел вращающуюся камеру и неподвижный ротор. Неудобство конструкции навело на мысль поменять схему местами.

Первый двигатель с вращающимся ротором начал работу в середине 1958 года. Он мало отличался от своего потомка наших дней — разве что свечи пришлось перенести на корпус.


Феликс Ванкель и его первый роторный двигатель
Вскоре фирма объявила о том, что ей удалось создать новый и очень перспективный двигатель. Почти сотня компаний, занимающихся производством автомобилей, закупила лицензии на выпуск этого мотора. Треть лицензий оказалась в Японии.

Есть ли будущее у двигателя внутреннего сгорания без коленчатого вала со свободным поршнем?

Нетрадиционным направлением развития конструкций двигателей внутреннего сгорания, является разработка свободнопоршневых энергетических установок. Их особенности работы связаны с отсутствием кривошипно-шатунного механизма, преобразующего в традиционном двигателе возвратно-поступательное движение поршня в однонаправленное вращение выходного вала. Отсутствие ограничителя движения поршня (кривошипно-шатунного механизма) приводит к иному закону движения, что позволяет получить качественно новые его характеристики.


Устроен двигатель просто. По сути, это цилиндр с глухими концами, внутри которого скользит поршень. На каждом конце цилиндра – инжектор для впрыска топлива, впускное и выпускное окно или клапана. В зависимости от типа топлива к ним могут быть добавлены свечи зажигания. И все: меньше десятка простейших деталей и лишь одна — движущаяся. Поршень в таком двигателе движется линейно, возвратно-поступательно, между двумя камерами сгорания.

В традиционной силовой установке среди нагромождения этих систем практически не виден сам двигатель, структурная схема основного механизма которого осталась неизменной со времѐн Ленуара, Отто, Бенца и Даймлера.

Существует своеобразное «табу» на основной механизм ДВС при котором значительно изменяется конструкция различных систем: газообмена, впрыска топлива и т.д., но существенным образом не изменяется схема кривошипно-шатунного механизма. И это при том, что кривошипно-шатунный механизм имеет много принципиальных недостатков: он обеспечивает возможность реализации далеко не идеального термодинамического процесса при постоянно изменяющемся рабочем объѐме и не позволяет преобразовывать максимальную нагрузку на поршень в крутящий момент на валу при нулевом эффективном плече; быстротекущие процессы расширения-сжатия определяют политропный процесс преобразования тепловой энергии, существенно отличающийся от идеального; прижатие поршня к цилиндру существенно ограничивает работоспособность и ресурс двигателя, а механизм одноцилиндрового двигателя вовсе кинематически неработоспособен и необходимо применение лишней массивной детали — маховика.

Кроме того повышение частоты вращения и степени сжатия, как способ увеличения литровой мощности двигателя, приводит к снижению его термодинамического совершенства. Как следствие имеется объективная причина поиска принципиально новых механизмов двигателей силовых установок.

Оригинальная концепция двигателя внутреннего сгорания — простота.

Одна из самых радикальных концепций ДВС в истории — двигатель со свободным поршнем. Первые упоминания о нем в специальной литературе относятся к 20-м годам прошедшего столетия. С 1930-х по 1960-е годы такие двигатели использовались в качестве воздушных компрессоров и газогенераторов, поскольку они обладали заметными преимуществами перед обычными двигателями внутреннего сгорания и газовыми турбинами.

Свободнопоршневой двигатель аналогичен обычному поршневому двигателю внутреннего сгорания, но с заменой системы коленчатого вала линейным поршневым узлом, который может работать свободно и только в линейном перемещении.

КПД такого двигателя теоретически больше 70%. Он легок и прост в производстве, а, значит, дешев. Но, не смотря на то, что этот двигатель известен около ста лет, широкого распространения он не получил. Причин тому несколько, и самая главная из них состоит в том, что до последнего времени инженеры не знали, каким способом можно было бы снять мощность с поршня, движущегося взад-вперед внутри цилиндра с частотой 20 000 раз в минуту.


Основная особенность свободнопоршневого двигателя в том, что движение поршня определяется не механической связью кривошипно-шатунного механизма, а соотношением нагрузки к силе расширяющихся газов. Степень сжатия, таким образом, у него получается переменной. Как следствие, этот двигатель можно просто настроить на бензин, дизельное топливо, этанол, природный газ, водород и т. д.

Первостепенная проблема — как снять мощность с такого двигателя, который механически представляет собой замкнутую систему? Как подключиться к поршню, который перемещается с высокой частотой?

Эта задача долго оставалась нерешенной, хотя попытки производились регулярно. В частности об нее обломали зубы инженеры General Motors в 1960-х годах в процессе разработки компрессора экспериментального газотурбинного автомобиля. Действующие образцы судовых насосов на основе свободнопоршневых двигателей в начале 1980-х были изготовлены французской компанией Sigma и британской Alan Muntz, но в серию они не пошли.

Растущий интерес к исследованиям и разработкам, а также инвестиции в эту технологию привели к появлению большего числа конфигураций прототипов двигателя со свободным поршнем. В целом они могут быть различного типа: двухтактные с оппозитными поршнями, четырехтактные с оппозитными поршнями, двухтактные с одним поршнем и двухтактные с двумя поршнями, используя свечи зажигания или принцип дизельного двигателя и пр. Известны даже двигатели со свободным поршнем, работающим по принципу Стирлинга.


Устроен двигатель просто. По сути, это цилиндр с глухими концами, внутри которого скользит поршень. На каждом конце цилиндра – инжектор для впрыска топлива, впускное и выпускное окно или клапана. В зависимости от типа топлива к ним могут быть добавлены свечи зажигания. И все: меньше десятка простейших деталей и лишь одна — движущаяся. Поршень в таком двигателе движется линейно, возвратно-поступательно, между двумя камерами сгорания.

Свободнопоршневой двигатель можно считать наиболее простой конструкцией хорошо приспособленной к требованиям массового производства, исходя из основных требований — простота, минимум подвижных звеньев, высокий КПД.

Преимущества свободнопоршневого двигателя заманчивы:

  • организация и условия протекания рабочего процесса, которые обеспечивают высокие КПД и динамические показатели при отсутствии дымления (сажи) (преимущества свободного поршня в дизеле заключаются в оптимальном подводе тепла, отсутствии ограничений на жесткость и максимальное давление цикла, высокий механический КПД, незначительный (до 10%) провал коэффициента избытка воздуха при наборе нагрузки;
  • многотопливность, возможность применения низкосортных альтернативных топлив и газов произвольного состава, включая сбросные и тощие (содержание метана более 10 – 20 % без потери мощности) с воспламенением от сжатия;
  • динамическая уравновешенность, отсутствие вибраций;
  • низкие затраты при эксплуатации и ремонте;
  • высокие пусковые качества при низких температурах;
  • возможность отключения одного или нескольких секций без остановки остальных;
  • возможность повышения давления наддува и максимального давления сгорания;
  • простота, надежность и технологичность конструкции;
  • удобство компоновки в пространстве (возможен модульный принцип построения):
  • удельная массовая и габаритная мощность значительно выше дизелей.

Свободнопоршневой двигатель можно считать наиболее простым по конструкции и хорошо приспособленным к требованиям массового производства среди всех используемых ДВС.


Устроен двигатель просто. По сути, это цилиндр с глухими концами, внутри которого скользит поршень. На каждом конце цилиндра – инжектор для впрыска топлива, впускное и выпускное окно или клапана. В зависимости от типа топлива к ним могут быть добавлены свечи зажигания. И все: меньше десятка простейших деталей и лишь одна — движущаяся. Поршень в таком двигателе движется линейно, возвратно-поступательно, между двумя камерами сгорания.

Свободнопоршневой двигатель. Источник: DLR

Однако не все так просто. Перед учеными стоят две важнейшие проблемы свободнопоршневого двигателя: отбор полученной мощности и управление капризным поршнем. Не так то просто снять механически мощность с двигателя, представляющего собой замкнутую систему, и контролировать работу установки при частоте до 20 000 циклов в минуту. Кроме того, верхняя мертвая точка траектории зависит от степени сжатия и скорости сгорания топливного заряда. Фактически торможение поршня происходит за счет создания критического давления в камере и последующего самопроизвольного возгорания смеси. В обычном ДВС каждый последующий цикл является аналогом предыдущего благодаря жестким механическим связям между поршнями и коленчатым валом. В свободнопоршневом же длительность тактов и верхняя мертвая точка — плавающие величины. Малейшая неточность в дозировке топливного заряда или нестабильность режима сгорания вызывают остановку поршня или удар в один из торцов цилиндра.

Читать еще:  Эбу двигателя что это 2115

Таким образом, для двигателя такого типа требуется мощная и быстродействующая электронная система управления. Создать ее не так просто, как кажется. Многие эксперты считают эту задачу трудновыполнимой. Гарри Смайт, научный руководитель лаборатории General Motors по силовым установкам, утверждает: «Двигатели внутреннего сгорания со свободным поршнем обладают рядом уникальных достоинств. Но чтобы создать надежный серийный агрегат, нужно еще очень много узнать о его термодинамике и научиться управлять процессом сгорания смеси». Ему вторит профессор Массачусетского технологического института Джон Хейвуд: «В этой области еще очень много белых пятен. Не факт, что для свободнопоршневого двигателя удастся разработать простую и дешевую систему управления».

Но наука и техника развиваются настолько стремительно, что проблемы, реализация которых была невозможна вчера, сегодня вполне реализуемые за счет новых материалов, технологий, микропроцессорной техники и интеллектуальных систем управления.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Теги: Технологии двигатель внутреннего сгорания ДВС коленчатый вал кривошипно-шатунный механизм свободный поршень

Предыдущая статья Прорывная технология или утопия: линейный генератор + свободнопоршневой двигатель

Следующая статья Мотор с непосредственным впрыском. Насколько экологичный «зеленый» двигатель?

Цилиндр и поршень как основные элементы автомобильного двигателя

  1. Что такое цилиндр и поршень?
  2. Из чего изготавливают цилиндры и поршни?
  3. Охлаждение ЦПГ
  4. Система смазки цилиндров
  5. Неисправности при эксплуатации

Цилиндр и поршень являются одними из основных деталей любого двигателя внутреннего сгорания. Нижняя плоскость ГБЦ, днище поршня и стенка цилиндра образуют замкнутую полость, где происходит сгорание топливно-воздушной смеси. Поршень, который находится в цилиндре, преобразует энергию образовавшихся газов в поступательно движение, тем самым приводя в движение коленчатый вал.

Цилиндр и поршень прирабатываются в ходе эксплуатации автомобиля, обеспечивая эффективность и наилучшие режимы работы двигателя.

В данной статье мы подробно рассмотрим пару «цилиндр-поршень»: конструкцию, функции, условия их работы, а также проблемы, которые могут возникнуть при эксплуатации ЦПГ.

Что такое цилиндр и поршень?

Современные двигатели могут иметь от 2 до 16 цилиндров, которые объединены в блок цилиндров. От количества цилиндров зависит мощность ДВС.

Внутренняя часть цилиндра является его рабочей поверхностью и называется гильзой, а внешняя, которая составляет единое целое с корпусом блока – рубашкой. По каналам рубашки циркулирует охлаждающая жидкость.

Внутри цилиндра совершает возвратно-поступательное движение поршень. Он передает энергию давления газов на шатун коленвала, герметизирует камеру сгорания и отводит из нее тепло. Состоит поршень из днища (головки), уплотняющих колец и направляющей части (юбки).

Поршни для бензиновых двигателей имеют плоское днище. Они меньше нагреваются при работе и проще в изготовлении. Они могут обладать специальными канавками, которые способствуют полному открытию клапанов. В дизельных двигателях поршни имеют специальную выемку заданной формы на дне. Она служит для того, чтобы воздух, поступающий в цилиндр, лучше смешивался с топливом.

Плотность соединения поршня и цилиндра обеспечивают поршневые кольца. Их расположение и количество зависит от типа и назначения двигателя. Наиболее часто встречающееся исполнение – одно маслосъемное и два компрессионных кольца.

Компрессионные кольца предотвращают попадание газов в картер двигателя из камеры сгорания и отводят тепло к стенкам цилиндра от головки поршня. По форме они бывают коническими, бочкообразными и трапециевидными.

Верхнее компрессионное кольцо изнашивается быстрее других, поэтому его наружная поверхность подвергается напылению молибдена или пористому хромированию. Благодаря такой подготовке первое кольцо становится более износостойким и лучше удерживает моторное масло. Другие уплотняющие кольца покрываются слоем олова для улучшения приработки к цилиндрам.

Маслосъемное кольцо служит для удаления излишков масла со стенок цилиндра, тем самым предотвращая их попадание в камеру сгорания. Через специальные отверстия в стенках поршня масло попадает внутрь последнего, а затем направляется в картер.

Направляющая часть (юбка) поршня может быть конусообразной или бочкообразной. Такая конструкция позволяет компенсировать расширение при воздействии высоких температур. На юбке находится отверстие с двумя бобышками, где крепится поршневой палец трубчатой формы, соединяющий поршень с шатуном.

Палец поршня может устанавливаться следующим образом:

Свободный ход в бобышках поршня и головке шатуна (плавающие пальцы)

Вращение в бобышках поршня и фиксация в головке шатуна

Вращение в головке шатуна и фиксация в бобышках поршня

Шатун соединяет поршень с коленвалом. Его верхняя головка движется возвратно-поступательно, а нижняя вращается совместно с шатунной шейкой коленчатого вала, стержень совершает сложное колебательное движение. При работе шатун подвергается растяжению, изгибу и сжатию, поэтому его производят жестким и прочным, а, чтобы уменьшить инерционные силы – легким.

Из чего изготавливают цилиндры и поршни?

Материалы, используемые при производстве деталей ЦПГ, должны обладать высокой механической прочностью, хорошей теплопроводностью, малой плотностью, незначительным коэффициентом линейного расширения, антифрикционными и антикоррозионными свойствами.

Цилиндры изготавливают из чугуна или стали с различными присадками. Это нужно для того, чтобы детали могли выдержать высокие нагрузки. Сегодня блоки цилиндров чаще всего производят из алюминия, а внутренние части цилиндров – из стали, благодаря чему вес конструкции снижается.

Поршни внутри цилиндра двигаются с высокой скоростью и подвержены воздействию высоких давлений и температур. Изначально для производства этих деталей использовался чугун, но с развитием технологий основным материалом для поршней стал алюминий. Это позволило обеспечить меньшую нагрузку на поршни, лучшую теплоотдачу и рост мощности ДВС.

На современных автомобилях, особенно с дизельными двигателями, используются сборные стальные поршни. Они весят меньше алюминиевых, а за счет меньшей компрессионной высоты позволяют использовать шатуны большей длины, тем самым снижая боковые нагрузки в паре «цилиндр-поршень».

Для производства поршневых колец используется высокопрочный серый чугун с добавлением хрома, молибдена, никеля или вольфрама. Эти материалы улучшают приработку элементов и обеспечивают их высокую износо- и термостойкость.

Некоторые производители автокомпонентов для снижения потерь на трение покрывают боковую поверхность поршней специальными материалами на основе графита или дисульфида молибдена. Однако со временем заводское покрытие разрушается и ему требуется восстановление.

Одним из самых эффективных средств для восстановления антифрикционного слоя или нанесения материала на новые поршни является покрытие поршней MODENGY для деталей ДВС. Состав на основе высокоочищенного дисульфида молибдена и графита имеет практичную аэрозольную упаковку с оптимальными параметрами распыления.

Материал равномерно наносится на юбки поршней, не требует высоких температур для полимеризации и создает на поверхности сухую смазочную пленку, которая в течение длительного времени снижает износ и препятствует образованию задиров.

Для подготовки поверхностей перед нанесением покрытия рекомендуется провести их обработку Специальным очистителем-активатором MODENGY. Он убирает все загрязнения с деталей и обеспечивает прочное сцепление покрытия с основанием.

Охлаждение ЦПГ

При работе двигателя выделяется огромное количество тепла. Например, температура сгоревших газов может достигать +2000 °C. Именно поэтому цилиндро-поршневая группа нуждается в эффективном охлаждении.

В современных двигателях система охлаждения может быть жидкостной или воздушной. В первом случае цилиндры ДВС покрыты снаружи большим количеством специальных ребер, которые охлаждаются искусственно созданным или встречным потоком воздуха.

Жидкостное охлаждение подразумевает охлаждение цилиндров при помощи охлаждающей жидкости, которая циркулирует в толще блока снаружи цилиндров. Нагретые элементы отдают часть тепла ОЖ, которая затем попадает в радиатор, охлаждается и заново поступает к цилиндрам.

Система смазки цилиндров

Если внутри цилиндра отсутствует смазочный материал, поршень будет заклинивать, что со временем приведет к поломке двигателя. Для удержания моторного масла на внутренних поверхностях цилиндров на них наносят микросетку при помощи хонингования.

Благодаря этому на стенках всегда находится некоторое количество масла, что снижает трение между поршнем и цилиндром, а также способствует отведению излишков тепла внутри ЦПГ.

Неисправности при эксплуатации

Даже, если эксплуатация автомобиля была правильной и все жидкости менялись вовремя, со временем все равно могут возникнуть проблемы с цилиндро-поршневой группой. Их основная причина заключается в сложных условиях работы ЦПГ.

Высокие нагрузки и температуры приводят к:

Деформации посадочных мест под гильзу

Разрушению, залеганию, закоксовыванию колец

Задирам на юбках поршней из-за сужения зазора между поршнем и цилиндром

Возникновению пробоин, трещин, сколов на рабочих поверхностях цилиндров

Оплавлению или прогару днища поршней

Различным деформациям на теле поршней

Эти и другие неисправности ЦПГ неизбежно возникают при перегреве ДВС, который может быть вызван неисправностью термостата, помпы или разгерметизацией системы охлаждения, сбоями в работе вентилятора охлаждения радиатора, самого радиатора или его датчика.

Определить проблемы в работе цилиндро-поршневой группы можно отметив увеличение расхода масла, ухудшение запуска двигателя, снижение мощности, возникновение стука и шума при работе ДВС. Подобные моменты не следует игнорировать, так как неисправности в ЦПГ неизбежно приведут к дорогостоящему ремонту.

Точно определить состояние поршней и цилиндров позволяет разборка ЦПГ, а также осмотр других систем автомобиля, например, воздушного фильтра. Помимо этого, в ходе диагностики производится замер компрессии в цилиндрах, берутся пробы масла из картера и т.п.

Ресурс ЦПГ зависит от типа двигателя, его режима эксплуатации, сервисного обслуживания и других параметров. В среднем для отечественных автомобилей он составляет около 200 тыс. км, для иномарок – до 500 тыс. км. Существуют так называемые «двигатели-миллионники», ресурс которых может превышать 1 млн. км пробега.

Ремонт цилиндро-поршневой группы двигателя включает в себя замену компрессионных и маслосъемных колец, восстановление и расточку цилиндров, установку новых шатунов и поршней.

Износ цилиндров определяется при помощи специального прибора – индикаторного нутрометра. Сколы и трещины на стенках заваривают или заделывают эпоксидными пастами.

Читать еще:  Шаговый двигатель msjc200a91 характеристики

Новые поршни подбираются по массе и диаметру к гильзам, а поршневые пальцы – к втулкам верхних головок шатунов и поршням. Шатуны предварительно проверяют на предмет повреждений и при необходимости восстанавливают или заменяют.

Что такое навесное оборудование для двигателя и что входит в перечень

Двигатель без навесного оборудования не будет полноценно работать. К навесным агрегатам относятся электрооборудование, датчики, системы впуска, выпуска и охлаждения, а также насос гидроусилителя руля и компрессор кондиционера. Навесное на двигатель связано с другими системами автомобиля, они в совокупности обеспечивают нормальный режим работы машины.

Электрооборудование

На схеме двигателя для автомобилей видно, что навесное состоит из связки узлов и агрегатов, которые присоединены к мотору. В сборе с навесным оборудованием мотор работает в обычном режиме. Важнейшим из узлов в этом списке является электрооборудование – оно снабжает электроэнергией систему зажигания, бортовую электронику, заряжает аккумулятор.

Генератор

Генератор подает электричество для устройства зажигания, датчиков, бортового оборудования, он же заряжает аккумулятор. Данный узел крепится к двигателю при помощи кронштейнов. Вращение происходит от шкива коленвала благодаря приводному ремню.

После зарядки приборов генератор понижает расход тока и продолжает работать в обычном режиме. Если в машине включены одновременно обогреватель, фары, датчики, потребляемое электричество может превысить то, которое вырабатывает генератор, тогда дополнительная нагрузка быстро разрядит аккумулятор.

Вращательные движения совершаются за счет силы трения и сцепления. Генератор прикреплен к блоку болтами, для этого часто используют регулировочную планку, чтобы достигнуть нужной фиксации и натяжки.

  • статор;
  • ротор;
  • две крышки – передняя расположена со стороны привода, задняя находится над контактными кольцами;
  • регулятор;
  • диодный мост;
  • подшипник.

Устройство крепится к двигателю болтами, расположенными на кронштейнах.

Генератор имеет вентиляционные окна, через которые вентилятор выдувает воздух.

Стартер

Стартер – это электрический двигатель, который запускает мотор, коленвал и маховик. При запуске системы зажигания зубцы соединяются с венцом маховика, мотор запускается. Стартер находится сзади мотора, установлен продольно, присоединен к блоку цилиндров болтами. В корпусе располагаются 4 магнитных сердечника, их называют статором электродвигателя.

Главным узлом стартера является якорь – вал с прессованным сердечником, сделанный из специальной стали. В пазах стоят рамки, вращающиеся вокруг полюсов магнита. Рамки соприкасаются с коллектором, от него отходят 4 щетки – 2 положительные и 2 отрицательные.

  • щеткодержатель, щетки;
  • вал;
  • статор;
  • электромагнит;
  • сердечник;
  • вилка;
  • бендикс;
  • корпус.

В крышке сзади расположены держатели с пружинами, которые давят на щетки, прижимая их к коллектору, они соприкасаются. В задней части стартера стоит опорный подшипник. На корпусе имеется входной контакт, к нему подключена клемма (+) аккумулятора. Ток идет по якорным рамкам, попадает на отрицательные щетки, соединенные с клеммой (-). Появляется магнитное поле, происходит вращение якоря.

Датчики и их виды

Датчики используют во всех системах машины. Они измеряют температуру, давление масла, топлива, воздуха и охлаждающей смеси. Приборы способны преобразовывать механику в ток.

Датчик давления масла

Прибор преобразует механические движения в электросигнал, воспринимаемый блоком управления. Устанавливают датчик вблизи масляного насоса – вкручивают в блок цилиндров в нижней части двигателя. Без подачи масла трение происходит «всухую», от этого детали перегреваются и изнашиваются очень быстро.

В датчике находится чувствительный элемент – металлическая мембрана. Она оснащена резистором, изменяющим сопротивление при деформации. Измерительная схема преобразует сопротивление в ток, который передается по проводам.

Низкое или высокое давление указывает на неполадки в двигателе или на неисправность масляного насоса. При высоком давлении возможно, что засорился масляный канал или редукционный клапан, а при низком, скорее всего, ослаблена пружина или износился сам насос.

Датчик детонации

В двигателе внутреннего сгорания может возникнуть металлический стук – это явление называют детонацией. Во время работы двигателя датчик контролирует степень детонации. Прибор установлен на блоке цилиндров мотора, служит для увеличения его мощности и экономии топлива.

Датчик состоит из пьезоэлектрической пластины, на концах которой появляется напряжение. Оно зависит от амплитуды и частоты колебаний пластинки. Если напряжение возрастает выше положенного уровня, электронный блок корректирует работу системы зажигания, уменьшая угол опережения.

Датчик положения коленвала

Это электромагнитный клапан, который отслеживает рабочее положение коленвала и частоту его вращения, обеспечивает деятельность систем силового агрегата: зажигание в бензиновом моторе и впрыскивание топлива в инжекторах.

Устройство состоит из датчика положения и задающего диска. Располагают датчик в алюминиевом корпусе, который с помощью кронштейна крепится возле синхродиска, устанавливают прибор со стороны маховика.

Датчик массового расхода воздуха

ДМРВ – устройство, предназначенное для контроля объема воздуха, поступающего в цилиндры. Оно передает данные системе регулировки впрыскивания бензина. Если не будет хватать воздуха при сгорании топлива, то оно сгорит не полностью, произойдет грязный выхлоп. Если воздуха будет больше нормы, мотор не разовьет нужную мощность.

При нажатии на педаль газа датчик регулирует подачу воздуха, дроссельная заслонка открывается. Топливо поступает в камеры сгорания, двигатель работает быстрее.

Система впуска

Впускная система обеспечивает подачу воздуха в мотор и служит для формирования топливной смеси. Впускной механизм взаимодействует с системой циркуляции газов, системой впрыскивания и вакуумным усилителем тормозов. Совместное действие этих систем обеспечивает управление мотором.

Составляющие системы впуска:

  1. Воздухозаборник берет воздух из атмосферы.
  2. Воздушный фильтр очищает поступающий воздух. Его делают из бумаги, размещая ее в отдельном корпусе. У элемента ограниченный срок действия, его периодически меняют.
  3. Впускной коллектор перемещает поток воздуха в цилиндры мотора, возникает разрежение. Коллектор используют для привода впускных заслонок и при работе вакуумного усилителя тормозов.
  4. Для распределения топлива имеется топливная рампа, по ней бензин попадает в форсунки, которые крепятся к впускному коллектору.
  5. Топливный насос высокого давления предназначен для подачи определенного количества топлива, его устанавливают на мотор. Насос приводят в движение через ремень при помощи шестеренчатой передачи.
  6. Турбина или приводной компрессор подает сжатый воздух в цилиндры мотора. При этом сгорает смесь, повышается КПД. Устанавливают турбину на коллекторе или двигателе.

Для увеличения мощности в системе впуска, улучшения наполнения воздухом цилиндров применяют турбонаддув. Все составляющие впускной системы соединены патрубками.

Система выпуска

К навесному оборудованию системы выпуска автомобиля ВАЗ относится коллектор, присоединенный к ГБЦ. Элемент необходим для вывода газов из цилиндров в выхлопную трубу. Устройство находится на головке блока цилиндров и обеспечивает продувание и наполнение камеры сгорания. К нему на выходе крепится труба выпуска. Прокладка, установленная между головкой блока и выпускной трубой, предотвращает поступление выхлопа под капот.

Бывает цельный и трубчатый коллектор выпуска. В первом короткие каналы объединены в общую камеру, его делают из жаропрочного чугуна. Цельный коллектор низкоэффективный, но прост в изготовлении. Трубчатые коллекторы производят из нержавеющей стали.

Система охлаждения

Предназначена для охлаждения деталей и узлов двигателя. В систему входят термостат, радиатор, вентилятор, насос водяной и шланги для соединения. После включения мотора жидкость начинает движение по малому кругу, перемещается по рубашке охлаждения и головке цилиндров, через байпасные трубки поступает снова в насос. Параллельно она циркулирует в теплообменнике отопителя. При поднятии температуры выше нормы открывается термостат. Основной клапан отправляет влагу в радиатор, где она охлаждается воздухом. Если жидкость не остыла, дополнительно включается вентилятор, смесь продолжает циркулировать.

Помпу устанавливают в торцевой части блока двигателя. Насос обеспечивает движение жидкости для охлаждения системы.

Когда повышается температура, термостат открывает большой контур охлаждения. Прибор прогревает двигатель, поддерживает постоянный температурный режим. Устройство находится на цилиндрах под корпусом.

Без охладительной системы выйдут из строя все системы двигателя.

Другие системы

К навесному оборудованию относятся компрессор кондиционера и насос гидроусилителя руля. Насос беспрерывно работает, чтобы не допустить перепадов давления жидкости. А без компрессора перестанет работать охладительная система двигателя.

Насос гидроусилителя руля

Насос поддерживает давление жидкости. Устройство запускается от коленвала при помощи шестеренчатой или ременной передачи и работает беспрерывно, пока не выключен мотор. Когда машина едет прямо и не поворачивает, жидкость перемещается по малому кругу – от насоса в распределитель, затем в расширительный бачок. Когда золотниковый клапан закрыт, система работает в обычном режиме. Если руль повернут, открывается клапан на распределителе и жидкость попадает в силовой цилиндр.

Уменьшить изнашивание деталей помогает гидравлическая жидкость. При правильной эксплуатации насос может прослужить 8-10 лет. Насосы бывают одноконтурные и двухконтурные, у последних производительность выше.

Читать еще:  Давление в цилиндре двухтактного двигателя

Компрессор кондиционера

Устройство обеспечивает циркуляцию фреона в кондиционере, сжимает вещество и перегоняет его через радиатор, где оно охлаждается. Расположен компрессор в наружном блоке сплит-системы, состоит из механической части (вал, верхний и нижний фланец, цилиндр, ротор) и электродвигателя.

Ротор располагается на валу с электрическим двигателем, он приводит в движение механизм. Затем засасывает фреон, сжимает его, нагнетает хладагент под давлением радиатора.

Основная цель навесных систем – запуск силового агрегата и обеспечение его коммуникациями. Без навесного оборудования не будет полноценно функционировать двигатель и другие системы автомобиля. За оборудованием нужно постоянно следить, вовремя устранять неполадки, чтобы навесные агрегаты двигателя прослужили не один год.

Беседы о ракетных двигателях

Просто о том, что кажется сложным

  • Привет!
  • Статьи
  • Ссылки
  • Об авторах
  • Карта сайта

Камера

Автор публикации: Редколлегия · 17 января 2016 · Комментариев нет

КАМЕРА жидкостного ракетного двигателя — основной агрегат ЖРД, состоящий из камеры сгорания и сопла. В камеру ЖРД вводятся окислитель и горючее, которые сгорают при взаимном контакте, либо унитарное ракетное топливо, разлагающееся при прохождении через катализатор, размещённый в камере сгорания (камере разложения).

Ввод топлива осуществляется при помощи форсунок, объединяемых обычно в конструктивный элемент камеры, называемый форсуночной головкой (ФГ). В зависимости от агрегатного состояния поступающих в форсунки продуктов различают камеры ЖРД, работающие по схемам «жидкость – жидкость», «газ – жидкость», «газ – газ». Газообразными продуктами могут быть как охладитель, испарившийся в тракте регенеративного охлаждения, так и отработанное рабочее тело турбины (в ЖРД с дожиганием генераторного газа). Кроме корпуса и ФГ, камера ЖРД содержит в общем случае топливные входные патрубки, распределительные коллекторы и трубопроводы, пусковые зажигательные устройства, опорные элементы для крепления РД к ЛА и т.д. Конструкция камеры зависит от вида топлива, уровня тяги и давления в камере сгорания. По значению последнего параметра, которое для серийных ЖРД находится приблизительно в диапазоне от 0,5 до 25 МПа, камеры ЖРД целесообразно разделить на агрегаты низкого, среднего и высокого давления (условными границами являются 2 и 10 МПа).

Камера ЖРД конструкции ГДЛ-ОКБ (со связанными оболочками):
1 — форсуночная головка с патрубками подвода окислителя (окислительного газа); 2 — патрубок подвода горючего

Камеры последних двух типов, т.е. высокого и среднего давления, входят в состав ЖРД с насосной подачей двухкомпонентного ракетного топлива. В отечественных ЖРД (например, РД-107, РД-119, РД-214, РД-219, РД-253) применяются так называемые камеры со связанными оболочками конструкции ГДЛ – ОКБ. Форсуночные головки этих камер представляют собой пакетную конструкцию с внешним, промежуточным и огневым днищами, которые образуют полости окислителя и горючего; два последних днища скреплены при помощи форсунок, число которых достигает нескольких сотен. Корпус камеры содержит внутреннюю огневую стенку и внешнюю силовую рубашку, которые прочно соединены продольными или спиральными паяными швами через промежуточную гофрированную стенку (проставку) либо через рёбра, выфрезерованные на огневой стенке. Каналы внутри корпуса образуют тракт регенеративного охлаждения; охладителем является обычно горючее. В качестве конструкционных материалов камеры используются нержавеющие и высокопрочные стали, титановые и медные сплавы. В нормальных рабочих условиях температура медных и титановых деталей не превышает 800 К, стальных — 1400 К. Медные сплавы, будучи относительно малопрочными, отличаются высокой теплопроводностью. Из них изготавливаются внутренние стенки, огневые днища и форсунки особо теплонапряжённых камер. Снижение тепловых потоков достигается нанесением на стенки керамических теплоизоляционных покрытий.

Трубчатая камера ЖРД:
1 — патрубок подвода окислителя; 2 — карданный подвес; 3 — форсуночная головка; 4 — патрубок подвода горючего; 5 — трубчатый корпус; а — сечение выходного участка сопла; б — сечение цилиндрической части камеры; в — сечение горловины сопла

В зарубежных ЖРД с насосной подачей топлива применяются трубчатые камеры ; их корпуса образованы спаянными между собой профилированными трубками (с толщиной стенок 0,2-0,5 мм) из нержавеющей стали или никелевых сплавов, по которым протекает охладитель — горючее. Число трубок — от нескольких десятков до нескольких сотен. Прочность корпуса обеспечивается внешней силовой оболочкой (в области камеры сгорания и горловины сопла) и бандажами. ФГ — обычно съёмная, с круглыми прямыми или наклонными отверстиями для распыления топлива. Число отверстий может достигать нескольких тысяч. Трубчатые камеры ЖРД рассчитаны на среднее давление. В созданных за рубежом камерах высокого давления (SSME) используются конструкции со связанными оболочками, не отличающиеся принципиально от отечественных.

Камеры ЖРД с насосной подачей развивают максимальный удельный импульс среди камер ХРД, но отличаются высокой теплонапряжённостью. В дополнение к регенеративному в них обычно предусматривается также завесное охлаждение. Ограниченное применение находит транспирационное охлаждение.

Камеры низкого давления для ЖРД, работающих на двухкомпонентном топливе, рассчитываются на завесное охлаждение (при помощи форсунок) в сочетании с абляционным (см. Абляция) или радиационным (т.е. излучением теплоты). В указанных ЖРД предусматривается вытеснительная подача топлива, и они развивают небольшую тягу. Использование в этом случае регенеративного охлаждения неприемлемо либо невозможно по следующим причинам: 1) преодоление гидравлического сопротивления охлаждающего тракта связано с необходимостью увеличения давления в топливных баках и, следовательно, с их утяжелением; 2) с уменьшением тяги камеры ЖРД расход топлива уменьшается быстрее, чем кол-во теплоты, поступающей на стенку; начиная с некоторого значения тяги охладить камеру невозможно даже при использовании всего топлива; 3) наличие охлаждающего тракта увеличивает объём полостей между пуско-отсечными клапанами и зоной горения, ухудшая динамические характеристики ЖРД, к которым во многих случаях предъявляются повышенные требования.

Камера ЖРД с абляционным охлаждением:
1 — рефразильный пластик; 2 — жаропрочная молибденовая вставка с защитным покрытием двуокисью циркония; 3 — фенопласт, армированный двуокисью кремния; 4 — стеклопластиковая намотка

Абляционное охлаждение применяется в наиболее теплонапряжённых частях камер низкого давления (камера сгорания и горловина сопла). Последние при этом изготавливаются на технологической оправке (имеющей форму внутреннего контура камеры), на которую наносятся последовательно слой абляционного материала и слой теплоизоляционного; после нанесения каждый из них подвергается отверждению. Полученная конструкция заключается в силовую оболочку. При работе такой камеры её внутренняя поверхность нагревается до 1500-2000 К. Ресурс камеры ограничен допустимым уносом абляционного материала и не превышает обычно 10-15 мин. В ЖРД LMDE уносится, например, около 25% начальной массы материала; площадь минимального проходного сечения камеры увеличивается на 8%, что приводит к снижению удельного импульса на 20 м/с. Нежелательное изменение параметров камеры предотвращается применением в горловине камеры вкладышей из жаропрочных материалов (пирографита, вольфрамовых сплавов, карбида кремния), устанавливаемых на термостойком клее. При использовании абляционного охлаждения в камерах ЖРД, рассчитанных на многократное включение, необходимо учитывать передачу теплоты от нагретых частей конструкции к холодным, происходящую после выключения двигателя. Благодаря этому явлению термическое разложение абляционного материала может продолжаться ещё в течение 100 с и более (пока температурa не понизится до

400 К); следствием являются дополнительный унос материала и нежелательный импульс последействия ЖРД. Кроме того, в процессе передачи теплоты температура отдельных элементов конструкции может превысить допустимую.

Камера ЖРД однокомпонентного топлива:
1 — форсунка; 2 — катализатор; 3 — удерживающая решётка; 4 — сопло

Для охлаждения стенок камер ЖРД, работающих в условиях малых тепловых нагрузок (например, выходных участков сопел с большими степенями расширения), применяется радиационное охлаждение, а сами стенки изготавливаются из жаропрочных сплавов (в некоторых случаях — из обычных нержавеющих сталей). На них могут наноситься керамические покрытия: изнутри — теплоизоляционные и противоокислительные, снаружи — излучающие. Тепловое равновесие для таких камер ЖРД устанавливается при нагреве стенок до 1000-2000 К. Для эффективного охлаждения излучающие поверхности не должны затеняться другими элементами ЖРД и ЛА. Камеры, корпуса которых полностью охлаждаются излучением, характерны для ЖРД тягой менее 10 кН, рассчитанных на длительный ресурс и многократное включение (примером является Р-4Д). В указанных камерах предусматривается дополнительно интенсивная охлаждающая завеса, создаваемая периферийными форсунками. Это приводит к значительным потерям удельного импульса, объясняющимся понижением средней температуры газов в камере сгорания и нарушением однородности их состава и свойств.

Специфична конструкция камер ЖРД, работающих на унитарном топливе. Они представляют собой небольшие агрегаты (тяга редко превышает 0,5 кН), начинённые твёрдым зернистым катализатором. Невысокая температура газов в камерах, работающих на перекиси водорода (

1000 К для концентрации 90%), позволяет изготавливать их из обычной нержавеющей стали в расчёте на радиационное охлаждение. Эти ЖРД вытесняются более совершенными — гидразиновыми. Температура продуктов разложения гидразина составляет

1350 К, и камеры изготавливаются из жаропрочных сплавов. В этих агрегатах ФГ не всегда имеет вид чётко выраженного конструктивного элемента, а форсунки представляют собой отверстия или трубки, снабжённые обычно сетчатыми элементами (для надлежащего распыления топлива и предохранения системы питания от засорения частицами катализатора).

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector