Sw-motors.ru

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

Что такое быстроходные поршневые двигатели

Что такое быстроходные поршневые двигатели

Роторно-поршневые двигатели отличаются от обычных поршневых двигателей тем, что у них возвратно-поступательное движение поршней заменено вращательным, планетарным движением ротора треугольной формы в корпусе, выполненном в форме эпитрохоиды (эпициклоиды).

При вращении ротора между корпусом и сторонами ротора образуются полости изменяющегося объема, что используется для осуществления процессов сжатия, впуска и выталкивания рабочего тела. Отсутствие поступательно движущихся масс позволяет увеличивать частоту вращения вала отбора мощности двигателя, что, в свою очередь, дает возможность при одинаковом массовом заряде рабочего объема получать большую мощность двигателя. При одинаковой мощности ротор-но-поршневые двигатели компактнее обычных поршневых двигателей и легче их.

Принцип использования вращающегося поршня был известен еще в XVI в., однако конструктивное воплощение этого принципа было осуществлено только в 1957 г. Ф. Ванкелем, создавшим работоспособный образец роторно-поршневого двигателя.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Сложное планетарное движение ротора обеспечивается тем, что геометрический центр ротора вращается вокруг оси вала отбора мощности по окружности, описанной центром эксцентрика, закрепленного на этом валу. Треугольный ротор может вращаться на подшипнике на окружности эксцентрика, а поворот ротора относительно корпуса осуществляется обкатыванием закрепленной в роторе шестерни внутреннего зацепления вокруг неподвижного зубчатого колеса внешнего зацепления. Чтобы ротор сделал один полный оборот за три оборота эксцентрикового вала, передаточное отношение зубчатой пары должно быть 3:2.

Рабочий процесс в роторно-поршневых двигателях осуществляется за четыре такта в каждой из трех полостей, чередование которых можно проследить по рис. 2, где приведены также схемы, соответствующие процессам обычных поршневых двигателей. Продолжительность каждого такта роторно-поршневого двигателя, таким образом, длится 270° угла поворота эксцентрикового вала (вала отбора мощности), т. е. полный четырехтактный цикл в одной полости совершается за один полный оборот ротора или за три оборота вала отбора мощности.

Воспламенение смеси производится одной или двумя свечами зажигания в момент, близкий моменту наибольшего сжатия смеси. В отличие от четырехтактных поршневых двигателей, имеющих клапаны для осуществления газораспределения, в роторно-поршневых двигателях распределение осуществляется самим ротором, открывающим окна с эпитрохоидальной поверхности или же с боковой поверхности, образующей камеру сжатия и расширения. Таким образом, распределение аналогично распределению двухтактного поршневого двигателя.

Уплотнение камеры сгорания производится радиальными уплотнительными пластинами и боковыми изогнутыми пластинами, проходящими по краю кромки ротора. Уплотняющие пластины прижаты к поверхности корпуса пластинчатыми пружинами — эспандерами. Так как радиальные пластины при движении по эпитрохоиде испытывают положительные и отрицательные ускорения, то на некоторых участках они стремятся оторваться от поверхности скольжения. Поэтому сила пружин, прижимающих пластины, должна быть больше силы инерции, отрывающей пластину от поверхности. Нарушение уплотнения в какой-либо точке весьма нежелательно. Нарушение уплотнения в какой-либо полости может вызвать прорыв горячих газов и воспламенение свежего заряда в соседней полости.

Радиальные уплотнения при своем движении по эпитрохоиде меняют угол наклона оси пластины к поверхности скольжения. Для обеспечения их работоспособности поверхность торца пластины выполняют цилиндрической. Это приводит к тому, что пластина соприкасается с поверхностью эпитрохоиды по линии, следовательно, со значительными контактными давлениями, что обусловливает быстрое изнашивание рабочей поверхности пластины и эпитрохоидальной поверхности. Это обстоятельство требует проработки обеспечения смазывания поверхности соприкосновения и выбора для изготовления уплотняющих пластин специальных материалов, стойких против износа. Моторесурс роторно-поршневых двигателей ниже, чем у обычных поршневых двигателей.

Даже незначительный износ эпитрохоидальной поверхности приводит к появлению перемещений уплотняющих пластин в пазах ротора, что вызывает быстрый их износ, потерю уплотнения и выход из строя двигателя. Увеличению износа эпитрохоидальной поверхности и уплотнитель-ных пластин способствует неравномерная по периферии корпуса тепловая деформация. Часть корпуса, в которой происходит сгорание и расширение газов, нагревается сильнее, что приводит к искажению эпитрохоидальной формы поверхности корпуса, а следовательно, к увеличению износа двигателя. Охлаждение корпуса организовано таким образом, чтобы сильнее охлаждалась наиболее нагретая часть корпуса. В двигателях с жидкостным охлаждением в эту часть корпуса подается холодная жидкость. В двигателях с воздушным охлаждением увеличивается оребренность этой части корпуса.

На рис. 3 показан разрез роторно-поршневого двигателя. Его основными частями являются корпус, эксцентриковый вал и ротор. В корпусе вращается эксцентриковый вал, являющийся одновременно валом отбора мощности. Ротор может свободно вращаться по шайбе эксцентрика. Корпус с торцов закрыт двумя крышками 9. Массу ротора уравновешивают два противовеса, встроенные в шайбы, выполняющие роль маховиков. На рисунке видны впускной трубопровод с карбюратором, свеча зажигания и выпускной трубопровод.

Сложное планетарное движение ротора обеспечивается зубчатой парой с колесами. Передаточное отношение зубчатой пары 3:2. Зубчатое колесо внутреннего зацепления обкатывается вокруг зубчатого колеса внешнего зацепления. При этом центр колеса описывает окружность радиусом, равным эксцентриситету эксцентрика. Эксцентрик можно рассматривать как увеличенную шатунную шейку коленчатого вала (роль которого в данном случае выполняет эксцентриковый вал). На все боковые поверхности ротора действуют различные по величине давления, создающие усилие,

действующее под некоторым углом на поверхность эксцентрика. Действующую силу можно разложить на касательную и нормальную по отношению к радиусу эксцентрика. Касательная сила, приложенная к радиусу эксцентрика, создает крутящий момент на эксцентриковом валу, который передается на трансмиссию и приводит в движение транспортное средство.

Ротор двигателя имеет увеличенную, по сравнению с поршнем обычного двигателя, поверхность соприкосновения с горячими газами; следовательно, повышенный подвод теплоты к ротору. Это определяет необходимость организовывать охлаждение ротора. Чаще всего ротор охлаждают смазочным маслом, которое впрыскивается в ротор через форсунку, выполненную в теле эксцентрикового вала. В некоторых конструкциях охлаждение осуществляют топливовоздушной смесью, проходящей через ротор. Нагрев масла в роторе вызывает необходимость его охлаждения в дополнительном масляном радиаторе.

Удельный расход топлива роторно-по-ршневых двигателей в настоящее время почти не отличается от расхода топлива в обычных карбюраторных двигателях и составляет 300…350 г/(кВт-ч).

В выпускных газах роторно-поршневых двигателей содержится повышенное количество оксида углерода (вследствие фиксации продуктов неполного горения вблизи относительно холодных стенок ротора и корпуса двигателя), которое не удовлетворяет нормам по содержанию токсичных веществ. Вследствие этого в современных роторно-поршневых двигателях применяют каталитические нейтрализаторы или дожигатели продуктов неполного горения. Применение нейтрализаторов удорожает силовую установку и снижает ее экономичность.

Создание дизеля на базе роторно-по-ршневого двигателя затруднено ввиду невозможности получения высоких степеней сжатия.

В последнее время работы по совершенствованию роторных двигателей направлены на снижение потерь трения между эпитрохоидальным корпусом и уплотнениями ротора, оптимизацию формы камеры сгорания и применение турбо- и инерционного наддува. Снижение трения достигается пористым хромированием поверхности эпитрохоиды и подачей на поверхность в области сжатия через сверление смазочного масла. Кроме того, часть масла распыливается в потоке всасываемого воздуха.

Форму камеры выбирают такой, чтобы не было препятствия распространению фронта пламени при положении ротора около ВМТ . Применение турбонаддува, а также инерционного наддува позволяет повысить мощность роторного двигателя без значительного увеличения его массы. Для уменьшения опасности появления детонации при увеличении давления наддува часть выпускных газов перепускается через байпасный клапан мимо турбины в выпускной трубопровод. Инерционный наддув организуют выбором длины выпускного трубопровода или использованием колебаний давления во впускном трубопроводе, возникающих при открытии впускного окна соседнего ротора (при многороторной конструкции двигателя).

На рис. 4 показан двухроторный двигатель 12А фирмы Мазда. Двигатель развивает мощность Ne = 80 кВт при частоте вращения вала отбора мощности п = = 6000 об/мин. Корпус 1 двигателя состоит из двух эпитрохоидных элементов, двух крышек (передней и задней) и про-ставки, через которую к обоим эпитрохоидальным элементам по отдельным каналам подводится рабочая смесь. Выпуск газов производится через каналы, расположенные в эпитрохоидальных элементах в торцовой стенке.

Вал 6 отбора мощности имеет два эксцентрика, развернутые друг относительно друга на 180°. За каждый оборот эксцентрикового вала происходит два рабочих цикла (через 180° поворота вала). В передней и задней крышках укреплены неподвижные зубчатые колеса внешнего зацепления, выполненные совместно с подшипниками эксцентрикового вала. В средней части двигателя подшипник отсутствует. В роторах крепятся шестерни внутреннего зацепления.

Смазывание двигателя происходит под давлением, создаваемым шестеренным насосом. Масло направляется через фильтр в полость эксцентрикового вала, откуда через сверления попадает в подшипники. Через две форсунки масло направляется на внутренние поверхности роторов для их охлаждения. Из подшипников и из роторов масло сливается в поддон, откуда через заборник забирается масляным насосом.

Охлаждение корпуса осуществляется жидкостью, проходящей через крышки и эпитрохоидные корпуса. Охлаждающая жидкость попадает в полости крышек, проставки и через термостат выходит в радиатор.

Воспламенение рабочей смеси происходит от двух свечей, что сокращает время сгорания смеси.

Вентилятор системы охлаждения укреплен непосредственно на эксцентриковом валу. Такое конструктивное решение оправдано формой корпуса двигателя и высокой частотой вращения эксцентрикового вала.

Роторно-поршневые двигатели ( РПД ) работают по тому же циклу, что и карбюраторные, но конструктивное оформление у них совершенно другое.

Читать еще:  Что такое сервисное обслуживание двигателя

РПД состоит из неподвижного корпуса, внутренние стенки которого охлаждаются жидкостью, заполняющей рубашку охлаждения. Стенки рабочей полости корпуса выполнены по специальной кривой — эпитрохоиде. В торцевых стенках корпуса установлены подшипники, в которых вращается эксцентриковый рабочий вал. На вал свободно насажен роторный поршень, представляющий собой треугольник с дугообразными сторонами. Все три вершины роторного поршня во время его вращения непрерывно соприкасаются со стенками, образуя отделенные одна от другой три перемещающиеся серповидные камеры. В РПД нет клапанного механизма газораспределения, вместо него в корпусе имеются впускные 8 и выпускные отверстия, поочередно открываемые и закрываемые гранями вращающегося роторного поршня. Роторный поршень жестко связан с шестерней внутреннего зацепления, которая при работе двигателя обкатывается вокруг центрально расположенной шестерни.

Во время работы роторный поршень, вращаясь вокруг своей оси, совершает сложное движение, так как ось при этом перемешается за счет обкатывания шестерни по шестерне. При вращательном движении роторного поршня в каждой из камер последовательно совершается полный рабочий цикл. За один оборот роторного поршня эксцентриковый вал, соединенный с механизмом сцепления и трансмиссией, совершает три оборота. Уплотнение полостей осуществляется специальными пластинами, размещаемыми в пазах вершин углов А, В и С роторного поршня. При работе двигателя пластины прижимаются к стенкам камеры сгорания. Неуравновешенные силы инерции вращающихся масс уравновешиваются двумя противовесами на эксцентриковом валу.

Основные преимущества РПД перед поршневыми сводятся к следующему: простота конструкции (особенно при односекционном исполнении); меньшие габариты и масса на единицу развиваемой мощности; отсутствие деталей, имеющих возвратно-поступательное движение, что позволяет повысить частоту вращения двигателя (до 17 000 об/мин) и его удельную мощность, улучшить уравновешенность, повысить плавность работы, снизить шум при работе.

К основным недостаткам РПД относятся: трудность обеспечения надлежащего уплотнения между роторным поршнем и корпусом; низкие показатели надежности и топливной экономичности, токсичность отработавших газов.

Драма большой поршневой авиации: проекты из прошлого

Bristol Brabazon

Так назывался экспериментальный британский пассажирский лайнер с трансконтинентальными возможностями. Расшифруем. Bristol – это город в Англии, а также одна из старейших и давно поглощенных авиастроительных компаний страны. Brabazon – фамилия подполковника, английского лорда и пионера британской авиации. В военные годы лорд Джон Брабазон возглавлял Министерство транспорта, но потом был вынужден подать в отставку после того, как выразил надежду на взаимное уничтожение СССР и Германии в ходе Сталинградской битвы. Это был скандал. Тем не менее в 1943 году подполковник возглавил правительственную комиссию, в задачу которой входило определение послевоенного будущего британского авиапрома.

Комиссией было установлено несколько типов самолетов, в которых Британия будет нуждаться после окончания боев в Европе. Среди них был так называемый Type 1 – вместительный пассажирский самолет, способный совершать трансатлантические полеты. Накануне и во время войны компания Bristol пыталась разрабатывать сверхтяжелый дальний бомбардировщик, но проект оказался невостребованным: в войне с Гитлером вполне хватало американских бомберов и местных «Ланкастеров». Однако предложенный комиссией Брабазона Type 1 вдохновил конструкторов и менеджмент Bristol. Заявка была подана и Bristol получила правительственный заказ на строительство двух прототипов.

В основу нового пассажирского лайнера были положены разработки по несостоявшемуся бомбардировщику. В результате у конструктора Лесли Фрайса получился один из самых больших пассажирских самолетов в мире, и самый большой из когда-либо произведенных в Британии. Достаточно сказать, что размахом крыльев он превосходил Boeing 747, который появится только через пару десятилетий, а диаметром фюзеляжа – самый современный A350 XWB (напомним, что XWB – это extra wide body, «сверхширокий фюзеляж»). Самолет оснастили восьмеркой поршневых двигателей Bristol Centaurus (2650 л.с. каждый) – ранее такие устанавливались на истребители Hawker Tempest и Hawker Sea Fury. Лайнер обеспечивал дальность 8900 км при скорости 400 км/ч.

Первый полет первого и единственного образца был совершен 4 сентября 1949 года, в следующем году он уже красовался на авиасалоне в Фарнборо. Тем не менее Bristol Brabazon, названный в честь лорда-покровителя, оказался ошибкой и тупиком. И дело не только в поршневых двигателях в эпоху, когда на крыло уже становилась реактивная и турбовинтовая пассажирская авиация, но и в чисто маркетинговом просчете. При огромных размерах самолет должен был брать на борт около 100 человек, которым предлагались просто царские условия: огромное пространство на каждого пассажира, плюс бар, кинотеатр, лаунж. В общем, подсчитали и прослезились: в экономику авиаперевозок послевоенного времени такой шик никак не вписывался. Проект закрыли, самолет утилизировали наряду со вторым, недостроенным опытным образцом. Кстати, его проектировали уже под турбовинтовые силовые установки.

Lockheed Сonstellation

Одной из причин неудач британского авиапрома, приведшей к его почти полному исчезновению, были успехи американских конкурентов (мы об этом рассказывали в нашей статье «Жертвы конкуренции и катастроф: куда подевались британские лайнеры»). Даже в «поршневом» сегменте американцам удалось сработать успешнее. В 1939 г. авиакомпания TWA, крупным акционером которой являлся легендарный Говард Хьюз, предложила фирме Lockheed разработать самолет вместимостью 40 пассажиров и дальностью свыше 5600 км, что достаточно для перелета через Атлантику. Конструкторы Келли Джонсон и Рон Хиббард превысили заданный показатель. Самолет Lockheed Constellation (т.е. «Созвездие»), отправившийся в первый полет в январе 1943 года имел дальность 7300 км и мог развивать скорость до 550 км/ч (сравним с 400 км/ч неудачливого «Брабазана»).

Во время войны было выпущено 22 машины в военно-транспортном варианте С-69С, а уже в 1945 г. началась коммерческая эксплуатация гражданского самолета в авиакомпаниях, прежде всего TWA и Pan American. В разных модификациях «Созвездие» мог принимать на борт до 109 пассажиров. Машину оснастили четырьмя поршневым звездообразными турбированными 18-цилиндровыми двигателями Wright R-3350 Turbo Compound (мощность порядка 2500 л.с. ). Несмотря на то, что на больших дистанциях Constellation быстро вытеснили самолеты с газотурбинными двигателями, эти рабочие лошадки с причудливо выгнутыми фюзеляжами и тремя килями еще долго работали у военных и на местных линиях на разных континентах вплоть до 1990-х годов. Стоит упомянуть, что и другие производители – Boeing и Douglas — имели в своем ассортименте машины близкого класса. Например, отличавшийся высочайшим уровнем комфорта также поршневой Boeing 377, который являлся по сути глубокой модификацией знаменитой «суперкрепости» — тяжелого бомбардировщика B-29.

Были у B-29 и другие, не вполне официальные, потомки. Как известно, советский бомбардировщик Ту-4 – это нелицензионный клон американской «суперкрепости», созданный методом обратной разработки (реверс-инжиниринга). Времена менялись, у США появилось ядерное оружие, а Советский союз вот-вот собирался им обзавестись. Чтобы не остаться беззащитными и получить возможность при необходимости ответить Америке, понадобился бомбардировщик с большей дальностью и большей боевой нагрузкой. Кроме того, и американский авиапром не стоял на месте, произведя глубокую модернизацию B-29 под именем B-50.

ОКБ Туполева пошло в том же направлении, начав в ответ работы над модификацией Ту-4, которая получила название Ту-80. Потом в США появился межконтинентальный стратегический бомбардировщик B-36 и задача для советских авиаконструкторов стала еще сложнее. Следующей ступенью стал Ту-85 – бомбардировщик с практической дальностью 12000 км при бомбовой нагрузке 5 т. На высоте 10 000 м он мог развивать скорость 638 км/ч. Первый полет опытного экземпляра Ту-85 состоялся в январе 1951 года. Самолет оснастили четырьмя турбокомпаундными (то есть дополнительно использующими энергию турбин) поршневым двигателем со звездчатым расположением блоков цилиндров (четыре цилиндра – 6 лучей). Охлаждение силовых установок – жидкостное с дополнительным воздушным. Существовала и конкурирующая силовая установка на воздушном охлаждении — АШ-2ТК – но она так и не была доведена до нужной кондиции. В том же 1951 году проект Ту-85 был закрыт.

Опыт боев в Корее показал, что поршневому бомбардировщику не хватает скорости для борьбы с реактивными истребителями. Поэтому туполевцы перешли к проектированию турбовинтового бомбардировщика Ту-95, поздние модификации которого находятся в рядах российских ВКС до сих пор. В его создании, разумеется, были учтены наработки по Ту-80 и ТУ-85, что позволяет некоторым злым языкам на Западе называть нашего «Медведя» модификацией B-29 Superfortress.

Convair B-36

Convair B-36 Peacemaker («Миротворец») – шестимоторный бомбардировщик, в котором Советский Союз видел угрозу и на который ответил, разработав Ту-85, изначально не проектировался как оружие холодной войны. Потребность в тяжелом дальнем бомбардировщике стала ощущаться у американцев в начале 1941 года, когда все еще сохранялась возможность падения Англии. В этом случае США (при условии вступления в войну, а дело было до Пирл-Харбора) лишились бы аэродромов Великобритании, и бомбы для Гитлера пришлось бы возить через океан, желательно побыстрее, без дозаправок и вне досягаемости немецких зениток. Несколько позже обсуждалась возможность бомбить Японию с аэродромов на Гавайях.

Читать еще:  Ваз нет держит обороты двигатель

Поначалу военные запросили нечто фантастическое – рабочий потолок 14 000м, максимальная скорость 720 км/ч и дальность 19 000 км. Им объяснили, что существующие технологии пока не позволяют соответствовать этим запросам. Тогда требования снились: потолок 12000 м, дальность 16000 км, максимальная скорость 700 км/ч. Самолет впервые поднялся в воздух уже после окончания войны – в 1946 г., а в 1948 году был принят на вооружение.

Поршень двигателя: конструктивные особенности

В статье мы рассмотрим конструктивную особенность поршня двигателя автомобиля. Из какого сплава их делают, состав и прочие особенности поршневых колец.

Поршень двигателя представляет собой деталь, имеющую цилиндрическую форму и совершающую возвратно-поступательные движения внутри цилиндра. Он принадлежит к числу наиболее характерных для двигателя деталей, поскольку реализация термодинамического процесса, происходящего в ДВС, происходит именно при его помощи. Поршень:

    воспринимая давление газов, передает возникающее усилие на шатун;

герметизирует камеру сгорания;

  • отводит от неё излишек тепла.
  • Экстремальные условия обуславливают материал изготовления поршней

    Поршень эксплуатируется в экстремальных условиях, характерными чертами которых являются высокие: давление, инерционные нагрузки и температуры. Именно поэтому к основным требованиям, предъявляемым материалам для его изготовления относят:

      высокую механическую прочность;

    незначительный коэффициент линейного расширения, антифрикционные свойства;

  • хорошую коррозионную устойчивость.
  • Требуемым параметрам соответствуют специальные алюминиевые сплавы, отличающиеся прочностью, термостойкостью и легкостью. Реже в изготовлении поршней используются серые чугуны и сплавы стали.

    Поршни могут быть:

  • коваными.
  • В первом варианте их изготовляют путем литья под давлением. Кованые изготовляются методом штамповки из алюминиевого сплава с небольшим добавлением кремния (в среднем, порядка 15 %), что значительно увеличивает их прочность и снижает степень расширения поршня в диапазоне рабочих температур.

    Конструктивные особенности поршня определяются его предназначением

    Основными условиями, определяющими конструкцию поршня, являются тип двигателя и форма камеры сгорания, особенности процесса сгорания, проходящего в ней. Конструктивно поршень представляет собой цельный элемент, состоящий из:

  • юбки (направляющей части).
  • Отличается ли поршень бензинового двигателя от дизельного? Поверхности головок поршней двигателей бензинового и дизельного конструктивно отличаются. В бензиновом двигателе поверхность головки — плоская или близкая к ней. Иногда в ней выполняются канавки, способствующие полному открытию клапанов. Для поршней двигателей, оборудованных системой непосредственного впрыска топлива (СНВТ), свойственна более сложная форма. Головка поршня в дизельном двигателе значительно отличается от бензинового, — благодаря выполнению в ней камеры сгорания заданной формы, обеспечивается лучшее завихрение и смесеобразование.

    Поршневые кольца: виды и состав

    Уплотняющая часть поршня включает в себя поршневые кольца, обеспечивающие плотность соединения поршня с цилиндром. Даже самые успешные и состоятельные мужчины хотят новых ощущений. Многие уже устали от пресыщенных барышень из салонов, наглых индивидуалок и высокомерных девиц из экспорт-агентств. Поэтому поиск секса через знакомства на сайтах Новосибирска становится глотком свежего воздуха для многих. Здесь много новых мордашек, не обнаглевших от дорогих подарков, но очень горячих самочек, готовых на многое ради встречи с незнакомцем. Необязательно платить за интим, девушка может попросить подарок или поход в любимое кафе . Техническое состояние двигателя определяется его уплотняющей способностью. Зависимости от типа и предназначения двигателя выбирается число колец и их расположение. Наиболее распространенной схемой является схема из двух компрессионных и одного маслосъемного колец.Изготавливаются поршневые кольца, в основном, из специального серого высокопрочного чугуна, имеющего:

      высокие стабильные показатели прочности и упругости в условиях рабочих температур на протяжении всего периода службы кольца;

    высокую износостойкость в условиях интенсивного трения;

    хорошие антифрикционные свойства;

  • способность быстрого и эффективного прирабатывания к поверхности цилиндра.
  • Благодаря легирующим добавкам хрома, молибдена, никеля и вольфрама, термостойкость колец значительно повышается. Путем нанесения специальных покрытий из пористого хрома и молибдена, лужения или фосфатирования рабочих поверхностей колец улучшают их прирабатываемость, увеличивают износостойкость и защиту от коррозии.

    Основным предназначением компрессионного кольца является препятствование попаданию в картер двигателя газов из камеры сгорания. Особенно большие нагрузки приходятся на первое компрессионное кольцо. Поэтому при изготовлении колец для поршней некоторых форсированных бензиновых и всех дизельных двигателей устанавливают вставку из стали, которая повышает прочность колец и позволяет обеспечить максимальную степень сжатия. По форме компрессионные кольца могут быть:

  • тконические.
  • При изготовлении некоторых колец выполняется порез (вырез).

    На маслосъемное кольцо возлагается функция удаления излишков масла со стенок цилиндра и препятствование его проникновению в камеру сгорания. Оно отличается наличием множества дренажных отверстий. В конструкциях некоторых колец предусмотрены пружинные расширители.

    Форма направляющей части поршня (иначе, юбки) может быть конусообразной или бочкообразной, что позволяет компенсировать его расширение при достижении высоких рабочих температур. Под их воздействием форма поршня становится цилиндрической. Боковую поверхность поршня с целью снижения вызванных трением потерь покрывают слоем антифрикционного материала, в этих целях используется графит или дисульфид молибдена. Благодаря отверстиям с приливами, выполненным в юбке поршня, осуществляется крепление поршневого пальца.

    Состав поршневой группы

    Узел, состоящий из поршня, компрессионных, маслосъемных колец, а также поршневого пальца принято называть поршневой группой. Функция её соединения с шатуном возложена на стальной поршневой палец, имеющий трубчатую форму. К нему предъявляются требования:

      минимальной деформации при работе;

    высокой прочности при переменной нагрузке и износостойкости;

    хорошей сопротивляемости ударной нагрузке;

  • малой массы.
  • По способу установки поршневые пальцы могут быть:

      закреплены в бобышках поршня, но вращаться в головке шатуна;

    закреплены в головке шатуна и вращаться в бобышках поршня;

  • свободно вращающимися в бобышках поршня и в головке шатуна.
  • Пальцы, установленные по третьему варианту, называются плавающими. Они являются наиболее популярными, поскольку их износ по длине и окружности является незначительным и равномерным. При их использовании опасность заедания сведена к минимуму. Кроме того, они удобны при монтаже.

    Отвод излишков тепла от поршня

    Наряду со значительными механическими нагрузками поршень также подвергается негативному воздействию экстремально высоких температур. Тепло от поршневой группы отводится:

      системой охлаждения от стенок цилиндра;

    внутренней полостью поршня, далее — поршневым пальцем и шатуном, а также маслом, циркулирующим в системе смазки;

  • частично холодной топливовоздушной смесью, подаваемой в цилиндры.
  • С внутренней поверхности поршня его охлаждение осуществляется с помощью:

      разбрызгивания масла через специальную форсунку или отверстие в шатуне;

    масляного тумана в полости цилиндра;

    впрыскивания масла в зону колец, в специальный канал;

  • циркуляции масла в головке поршня по трубчатому змеевику.
  • Видео — работа двигателя внутреннего сгорания (такты, поршень, смесь, искра):

    Видео про четырёхтактный двигатель — принцип работы:

    Что такое быстроходные поршневые двигатели

    Если вы начали рассматривать возможность приобретения своего собственного самолёта, в первую очередь необходимо понять различие между поршневыми и турбовинтовыми самолётами. Понимание различий и выбор правильного самолёта под свои нужды — залог многих лет счастливых полётов.

    [ Spoiler (click to open) ] Для начала немного истории.

    Поршневые двигатели ведут свою историю от паровых машин, появившихся в 17-м веке. Если по-простому, паровой двигатель использует тепло для создания парового давления, которое в свою очередь используется для производства вращательного движения.

    В конце концов, вся техника первых железных дорог использовала паровые двигатели. Сегодня горючая смесь заменила пар в вопросах создания давления в цилиндрах.

    Как работает поршневой двигатель?

    Поршневой двигатель охарактеризовывается одним или несколькими цилиндрами, в каждом из которых плотно установлен поршень, который свободно ходит вперёд-назад по цилиндру. Каждый поршень соединен с коленвалом посредством шатуна.

    Когда топливо подается и воспламеняется в цилиндре, горячие газы начинают расширяться с огромной силой, двигая поршень, который двигает шатун, поворачивая коленвал. Вращение коленвала вдавливает поршень обратно, и цикл повторяется снова. Коленвал преобразует линейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное, что приводит в движение пропеллер.

    В типовом 4- или 6-цилиндровом двигателе, шатуны закреплены на коленвале через равные промежутки, дабы выровнять нагрев поршней.

    Обычно, маховик используется для снижения вибрации и обеспечения равномерного вращения пропеллера. В большинстве случаев, чем больше цидиндров, тем вращение равномернее.

    Поршневые двигатели использовались в силовых установках всех самолетов до появления реактивных двигателей, вдохновленных стремлением к самолёту, который будет летать ещё быстрее и ещё выше. Сегодня поршенвые самолёты популярны в частной и в бизнес-авиации, за свои надежность и невысокую стоимость.

    Теперь о турбовинтовых.

    Турбовинтовой самолёт, приводимый в движение близким родственником газотурбинного двигателя, уже совершенно другой зверь.

    Турбину иначе можно назвать вентилятором, и это именно так — вращающийся вентилятор, черпающий свою энергию от потока жидкости или воздуха. Предшественниками своременных газотурбинных двигателей являются мельничные колёса и ветрянные мельницы, каждый из который конвертирует в энергию вращения поток воды и поток ветра, соответственно.

    Читать еще:  Двигатель 6g72 троит на холодную

    Так как же работает газотурбинный двигатель?

    Классическая конструкция турбины представляет из себя ротор с прикрепленными к нему под углом лопатками. Когда жидкость или воздух проходит через лопатки, давление на лопатки заставляет ротор вращаться.

    В авиадвигателе, полученный в результате сгорания топлива газ под высоким давлением, заменил воду и воздух в вопросе придания движения ротору. По этой причине, турбинные авиадвигатели относятся к категории газовых турбин. Также, иногда они называются реактивными двигателями, за счет реактивной струи газов на выходе.

    По-простому, авиационные газотурбинными двигатели характеризуются передним входом воздуха, компрессором, камерами сгорания, самой турбиной и соплом. Компрессор, состоящий из нескольких вращающихся вентиляторов, затягивает воздух во впуск двигателя, сжимает его, и под очень высоким давлением направляет в камеру сгорания.

    Топливо поступает в камеру сгорания, воспламеняется в ней, движимый этой взрывной силой горячий газ поступает в турбину, и заставляет её вращаться. Вращающаяся турбина, соединенная с компрессором через вал, поддерживает вращение вентиляторов компрессора. Вместе с тем, горячий газ выходит из двигателя с невероятной скоростью, создавая мощную реактивную струю в задней части двигателя. Часто, хвостовое сопло делается узким, для увеличения скорости струи.

    Обычно, авиационные газотурбинные двигатели подразделяются на четыре основных категории: турбореактивные, турбовентиляторные, турбовинтовые и турбовальные. Мы концентрируемся на турбовинтовых, но будет полезно понимать различия между этими типами двигателей:

    Турбореактивные двигатели полагаются исключительно на тягу выходящей из двигателя реактивной струи. Турбореактивные двигатели чрезвычайно мощные, и особо эффективны на сверхвысоких скоростях. Как таковые, они ближе к ракетам, но ныне исчезнувший «Конкорд» был коммерческим самолётом с турбореактивным двигателем.

    Турбовентиляторные двигатели, которыми снабжены большинство коммерческих самолётов, это газотурбинные двигатели с мощным переднерасположенным вентилятором. Вентилятор направляет воздух в камеру сгорания, аналогично турбореактивному двигателю. Однако, вентилятор направляет и второй поток воздуха в большой цилиндрический канал вокруг корпуса двигателя. Этот второй поток обеспечиает дополнительную тягу, охлаждение двигателя и также несколько снижает шум двигателя. Турбовентиляторные двигатели также называют двухконтурными, ссылаясь на обходящий камеру сгорания поток.

    Турбовальный двигатель аналогичен турбовинтовому в использовании произведенной энергии не для создания реактивной тяги, а для привода вала. Однако вал используется не для привода пропеллера, а например для привода вертолётного ротора.

    Как же сравнить поршневые и турбовинтовые самолёты?

    С производственной и инженерной стороны, поршневые двигатели гораздно проще своих турбовинтовых коллег. В первую очередь это связано с высокими температурами и силами, особенными для процесса работы турбовинтового двигателя, что накладывает отпечаток на материалы и конструкцию двигателя, и следовательно, отражается на прайсе. По этой причине поршневой самолёт почти всегда дешевле «для входа».

    Тогда как поршневые двигатели имеют более простую конструкцию, турбовинтовые имеют меньшее количество движущихся частей, и более плавная работа, без вибраций, делает их более надёжными, и дольше не требующими капремонта. Иными словами, вы можете налетать больше часов на турбовинтовом двигателе, прежде чем везти его на инспекцию.

    Среднее время до капремонта у турбовинтового двигателя — 3 000 часов, тогда как у поршневого — 2 000. Так изначально более высокая изначальная стоимость турбовинтового самолёта отчасти компенсируется меньшими затратами на техобслуживание.

    Мощь турбины почти всегда делает турбовинтовые самолёты способными путешествовать на более высоких скоростях, чем поршневые самолёты. И кабины турбовинтовых самолётов обычно находятся под давлением, так как эти самолёты летают на больших высотах.

    Турбовинтовые самолёты более эффективны на высотах от 6 до 10 километров, и на скоростях от 400 до 600 километров в час, тогда как поршневой самолёт, ограничен высотами 4 километра и ниже, без системы нагнетания кислорода в кабину. К тому же, поршневые двигатели в основном менее мощные, и скорости в большинстве случаев ограничены на уровне 400 километров в час.

    Поршенвые самолёты зачастую небольшие, не более чем на 6 пассажиров, и подходят для сравнительно недалёких перелётов, не более чем на 500 км, тогда как турбовинтовые зачастую большие самолёты, с большим количество посадочных мест, и большим запасом топлива на борту — и гораздо лучше подходят для расстояний до 1600 км.

    И поршневые и небольшие турбовинтовые самолёты прекрасно подходят для небольших аэропортов с короткими ВПП, что делает их идеальным вариантом для многих интересных пунктов назначения, где большой самолёт просто напросто не сядет.

    В конце концов, есть много факторов, которые необходимо учесть при покупке самолёта, отдавая отчет какими маршрутами вы будете летать, какой самолёт удовлетворит ваши требования, и как он уместится в вашем бюджете, что поможет сделать правильный выбор.

    Какой поршень выбрать при тюнинге (форсировке) двигателя?

    Существует несколько способов прибавки мощности двигателю, и один из них — поднять крутящий момент. Тут важны два основных параметра — ход и диаметр поршня. И чем дальше вынесены от продольной оси коленчатого вала шатунные шейки (длиннее колено коленвала), тем больше сила с которой шатун толкает коленвал. А это значит, что двигатель разовьёт большую тягу. В таком случае вес поршня не имеет особого значения, и такие двигатели тихоходны, максимальные обороты у них всего 6 — 8 тысяч в минуту, и инерционные нагрузки на коленчатый вал и шатуны невысоки.

    Теперь представьте — со стороны камеры сгорания на днище поршня давят газы продуктов горения топлива, а с другой стороны перемещению поршня сопротивляется шатун, сильно нагруженный весом машины. К тому же в большинстве движений шатун упирается в поршень под углом и значительно затрудняет передачу усилия. И если двигатель слаб, а мотоцикл или машина тяжелы, то естественно короткая юбка от такого двойного удара не выдержит и деформируется. И при работе будет вгрызаться в зеркало цилиндра вытесняя масляную плёнку и обрастая задирами.

    Затем наступила эра оборотистых моторов — механики принялись за второй способ поднятия мощности за счёт увеличения оборотов коленвала. Естественно обороты можно поднять уменьшив плечо (колено) хода шатуна и поршня. И длина пути, то есть сумма расстояний при перемещении поршня за четыре такта при этом сокращается. И вполне естественно, что за один и тот же отрезок времени поршень такого двигателя совершит больше рабочих ходов, чем двигатель такого же объёма, но с длинноходным валом. Значит и работу совершит большую и мощность двигателя возрастёт. А также ещё и габариты мотора уменьшатся, ведь у короткоходных моторов меньше и габариты и масса.

    Но вот поршни для таких моторов задали конструкторам задачу. Инерционные нагрузки, создаваемые поршнями на шатунах и шейках коленвала, в зависимости от оборотов и скорости перемещения поршней растут в геометрической прогрессии. И простейший способ снизить инерцию поршня — это снизить его вес, уменьшив диаметр. Но для сохранения общего литража двигателя придётся делать большее количество цилиндров (вспомните первые спортивные мотоциклы Беннели, Агусту или шестицилиндровую Хонду СВХ). А это увеличивает стоимость производства двигателя в несколько раз. И инженеры пошли на рискованный шаг: юбку поршня стали изготавливать «миди» — hю/D = 0,6-0,55, ну а затем и «мини» — и hю/D уменьшили до 0,5 — 0,45. И самое интересное, что поршни, даже не кованные, а литые выдержали нахальное укорачивание юбки, так как инженеры воспользовались полезным свойством гидродинамического эффекта смазки.

    Но опять же и бочкообразная юбка не панацея от трения. Такую юбку можно без проблем укоротить относительно конуса процентов на 10 — 15 и не нарушить условий смазки. Но при таком укорачивании поршень станет не на много легче. Но почему же в современных оборотистых моторах вполне надёжно работают Т-образные поршни, почти не имеющие юбки — hю/D около 0,4 ? Да потому, что масляный клин отталкивает юбку поршня от зеркала цилиндра с силой, которая возрастает пропорционально квадрату скорости перемещения поршня. Это легко понять на примере водных лыж. Если прицепиться тросом к тихоходной барже, то скользить по воде на маленькой скорости будет невозможно, даже на лыжах большой длины и ширины. А вот если прицепиться к мощному и скоростному катеру, то скользить по воде можно будет даже на пятках. И благодаря этому эффекту, у высокооборотных моторов, в которых поршень движется с огромной скоростью, появляется возможность кардинально сократить размер юбки, и в результате сократить вес поршня на четверть. И вот здесь проявляется преимущество кованных поршней — их малый вес, при одинаковых условиях тюнинга, позволяет дополнительно облегчить шатуны и коленвал и динамика двигателя возрастает, без ущерба для его ресурса.

    голоса
    Рейтинг статьи
    Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector