Какие бывают двигатели и что они едят

07.05.2020

На сегодняшний день наиболее распространённым двигателем является поршневой двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, или Отто-мотор. Он установлен на большинстве автомобилей в мире. Это легкий, дешевый, тихий и хорошо изученный двигатель. Однако человечество постоянно пытается придумать ему альтернативу как по устройству, так и использованию другого рабочего тела – топлива. И иногда у инженеров получаются весьма занятные экземпляры.

Гибридный двигатель на сжатом воздухе

В 2013 году французский концерн PSA представил систему Hybrid Air, работающую на сжатом воздухе. Однако они были далеко не первыми. Motor Development International на Женевском автосалоне 2009 года представили пневмоколяску MDI AIRpod и ее более серьезный вариант MDI OneFlowAir. В 2011 году японцы провели тест-драйв концепт-кара Toyota Ku Rin, который проехал 3,2 км на одном «заряде» сжатого воздуха. А в 2012 году Tata Motors представила трехместный и трехколесный автомобиль Tata AIRPod.

В отличие от предшественников, разработка PSA оказалась элегантнее и проще. Два баллона со сжатым воздухом, компрессор, нагнетающий воздух, и гидравлический мотор, передающий энергию сжатого воздуха в КПП. Система сама пополняла воздушные запасы (например, Tata Airpod требовалось «накачивать» каждые 200 км). Помимо установки со сжатым воздухом, под капотом Hybrid Air предполагалось устанавливать классический 3-цилиндровый двигатель внутреннего сгорания, который бы играл роль насоса и вспомогательного мотора.

В городе машина с Hybrid Air может до 80% времени ехать только на воздухе, не загрязняя атмосферу. Топливная экономичность варьируется от нулевых значений расхода и выбросов до 2,9 л/100 км и 69 г/км при использовании двигателя внутреннего сгорания соответственно. В компании планировали ставить систему Hybrid Air начиная с 2016 года, но – не сложилось.

Водородные топливные элементы

Существует три типа двигателей, использующих водород: одни работают как обычный двигатель внутреннего сгорания, другие – газотурбинные, третьи – агрегаты, использующие химическую реакцию водорода.

Первый двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде, появился в 1806 году, водород в нем использовался как обычный бензин. Однако использовать такие оригинальные двигатели накладно. В газотурбинных двигателях газ сжимается и нагревается, затем выделяемая энергия преобразуется в механическую. В качестве топлива можно использовать практически любое горючее.

Но самые интересные из водородных силовых установок – «химические». Концерны BMW и Toyota представили кроссовер i Hydrogen NEXT на базе последнего X5. Его силовая установка состоит из электродвигателя и литий-ионной батареи, стеков с водородными топливными элементами, химического преобразователя и двух баков, в которых под давлением 700 бар хранится 6 кг водорода. Стек специальных ячеек, наполненных водородом, конвертирует химическую энергию газа в электричество, которое аккумулируется в батарее, а она в свою очередь питает электромотор. Электрохимический генератор в составе топливного элемента выдает мощность 125 кВт (170 л. с.), а пиковая мощность силовой установки — 275 кВт (374 л.с.). В качестве топлива используется смесь водорода и кислорода из окружающего воздуха, вместо вредных выбросов система вырабатывает водяной пар. В BMW заявляют, что к 2022 году планируют выпустить первую партию водородомобилей.

Дизельный двигатель

Более ста лет назад, 23 февраля 1892 года Рудольф Дизель получил патент на свой двигатель. Принципиальным отличием его двигателя от Отто-мотора было то, что топливо в нем нагревалось быстрым сжатием, а не поджогом. Удивительно, но первые двигатели Дизеля работали на растительных маслах или легких нефтепродуктах. Кроме того, первоначально в качестве идеального топлива он предлагал использовать каменноугольную пыль, так как в Германии не было запасов нефти.

Спектр видов топлива для дизельных двигателей весьма широк. Сюда включаются все фракции нефтеперегонки от керосина до мазута и ряд продуктов природного происхождения: рапсовое масло, фритюрный жир, пальмовое масло и многие другие. Дизельный двигатель может с определенным успехом работать даже на сырой нефти.

Кстати, в 1898 году на Путиловском заводе в Петербурге был построен первый в мире «бескомпрессорный нефтяной двигатель высокого давления» – агрегат, аналогичный мотору Дизеля. Наша конструкция оказалась более совершенной и перспективной. Но под давлением владельцев лицензий Дизеля все работы над отечественным аналогом дизельного двигателя были остановлены.

Роторный двигатель

Самый престарелый из всех тепловых двигателей именно роторный. С древности известны колеса ветряных и водяных мельниц, которые можно отнести к примитивным роторным двигательным механизмам. В 19 веке стали активно использовать роторные паровые двигатели.

В 1957 года Феликс Ванкель и Вальтер Фройде показали общественности полностью работоспособный роторно-поршневой двигатель (РПД) внутреннего сгорания. Через 7 лет этот движок установили на спорткар NSU Spider, который стал первым серийником с роторно-поршневой двигатель. Такой двигатель лишен большого количества движущихся частей, он проще, а особая конструкция мотора позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. Но из-за конструктивных особенностей у роторных двигателей крайне низкий ресурс, высокий расход масла и топлива, хотя и большая отдача с меньшего объема.

Из-за этих особенностей единственной компанией, которая массово, помимо NSU, выпускала автомобили с роторно-поршневым движком была Mazda. И легендарная Mazda RX-8 была скорее имиджевой моделью, нежели коммерческой. В итоге в начале 2000-х работу с роторно-поршневыми двигателями свернули.

По материалам портала «Популярная механика»

Новости по теме

02. 06.2020

Как строили самый мощный двигатель на СПГ

CMA CGM поделилась видео строительства самого мощного двигателя, работающего на сжиженном природном газе. Двигатель […]

История и причины появления поршневых двигателей внутреннего сгорания

Первые поршневые двигатели внутреннего сгорания, получившие довольно широкое распространение в шестидесятых годах XIX века, работали на светильном газе. Их конструктором был Э.Ленуар, двигатели работали без предварительного сжатия рабочей смеси. Появившиеся вслед за ними двигатели, построенные немецким изобретателем Н. Отто в 1867-1872 гг., также работали на светильном газе, были четырехтактными, имели предварительное сжатие рабочей смеси и искровое зажигание. Теоретические основы рабочих процессов этих двигателей были разработаны значительно раньше появления реальных машин французскими учеными С. Карно (1721 г.) и Бо-де Роша (1854 г.).

 С появлением дизельных двигателей (кстати, впервые электростанции Energo (Франция) стали использовать данный тип оборудования), экономично работающих на тяжелом нефтяном топливе, и бензиновых двигателей, газ как топливо был практически полностью вытеснен жидкими нефтяными продуктами. Своим успехом последние обязаны высокой концентрации энергии в единице объема, простоте перевозки и хранения. Газовые двигатели продолжали применять только на крупных металлургических предприятиях, где они работали на местном доменном, коксовом или угольном газах.

 Однако по основным техническим показателям, характеризующим эффективность использования топлива в двигателе, жидкие нефтяные топлива уступают газам. Так, при применении газового топлива в 1,5–2 раза уменьшается износ основных деталей цилиндро-поршневой группы, существенно снижается токсичность выпускных газов, увеличивается срок службы и уменьшается расход смазки, а также снижаются расходы на топливо. Поэтому, как только добыча и производство природного газа и сжиженных бутано-пропановых смесей достигли большого объема, применение газовых двигателей, выполненных к тому же на новом, более высоком техническом уровне, стало технически и экономически оправданным.

 Основные факторы, которые обусловили возрождение газовых двигателей, сводятся к следующему:

• бурное развитие газовой промышленности;
• 
  технико-экономическое и экологическое преимущества газа как топлива;
• 
  технический прогресс газовых двигателей, обеспечивающий полное использование выгодных свойств газа как топлива для двигателей.

Коэффициент полезного действия (КПД) газовых двигателей практически равен КПД дизелей такого же класса (обратите внимание, что этими показателями не могут похвастаться дизельные генераторы). Как правило, газовые двигатели строят на базе дизелей, с которыми они конструктивно и технологически хорошо унифицируются. Именно этим объясняется то, что большинство фирм, выпускающих дизели, предлагают потребителю их газовые модификации.

Двигатели, работающие на природном газе, широко используют для привода электрогенераторов, насосов, компрессоров. Их единичная мощность достигает десятков мегаватт, а электростанций с газовыми двигателями — сотен мегаватт.

 Сжиженные газы применяют для двигателей малой и средней мощности, предназначенных, главным образом, для установки на тракторы, бурильные установки, автобусы и легковые автомобили. Кроме того, сжиженные газы применяют для отопления жилых домов, теплиц и бытовых установок.

Основными требованиями, предъявляемыми к газовым двигателям и агрегатам на их базе, являются надежность, оптимальный режим работы, ориентированный на получение максимального технического эффекта (в частности, высокого КПД), оптимальный объем автоматизации, простота обслуживания, ремонтопригодность и, возможно, низкая стоимость.

Поршень: конструкция, функции, материалы и качество

Поршень является основной частью двигателей внутреннего сгорания. Он совершает возвратно-поступательное движение и преобразует тепловую энергию в механическую энергию. Он перемещается вверх и вниз внутри цилиндра, когда двигатель вырабатывает мощность. Назначение поршня — выдерживать расширение газов и направлять его на коленчатый вал. Он передает силу взрыва на коленчатый вал и, в свою очередь, вращает его. Поршень поставляется с кольцами, которые уплотняют его и стенку цилиндра. Это довольно сложно с точки зрения дизайна.

Поршень с плоской головкой

Эффективность и экономичность двигателя в первую очередь зависят от плавной работы поршня. Он должен работать в цилиндре с минимальным трением и выдерживать высокие взрывные силы в цилиндре. Кроме того, он также должен выдерживать очень высокую температуру более 2000⁰C во время работы. Он должен быть как можно прочнее, а его вес должен быть как можно меньше.

Функции поршня:

1. Для получения тяги от взрыва и передачи усилия на коленчатый вал через шатун.
2. Также в качестве уплотнения, чтобы высокое давление сгорания не попадало в картер.
3. Служит направляющей и опорой для малого конца шатуна.

Также он должен обладать следующими необходимыми качествами:

1. Жесткость, чтобы выдерживать высокое давление.
2. Меньший вес, чтобы свести силы инерции к минимуму и обеспечить более высокие обороты двигателя.
3. Бесшумная работа как при прогреве, так и при нормальной работе.
4. Его конструкция должна предотвращать судороги.
5. Материал должен иметь хорошую теплопроводность для эффективной теплопередачи. Таким образом, снижается риск детонации и обеспечивается более высокая степень сжатия.
6. Материал также должен иметь низкую способность к расширению.
7. Обладают стойкостью к коррозии в результате горения.
8. Он должен быть как можно короче, чтобы уменьшить общий объем двигателя.
9. Должен иметь длительный срок службы.

Дизайн:

Конструкция поршня зависит от двигателя. Во многом это зависит от конструкции головки блока цилиндров. Верхняя часть поршня называется головкой или короной. Как правило, недорогие маломощные двигатели имеют поршень с плоской головкой. Однако в некоторых случаях, когда дело доходит до клапанов очень близко, инженеры предусматривают разгрузку клапана в коронке. Поршни в некоторых высокопроизводительных двигателях имеют приподнятый купол, который увеличивает степень сжатия и регулирует сгорание.

Формы днища

В некоторых двигателях используются специальные выпуклые поршни для придания желаемой формы камере сгорания и головке блока цилиндров. В случае, если коронка содержит часть камеры сгорания, можно более точно контролировать степень сжатия. Однако у этой конструкции есть недостаток. В такой конструкции через поршень и кольца проходит большое количество тепла.

Поршни:

В верхней части поршня по окружности прорезаны канавки для установки поршневых колец. Вы знаете полосы между канавками как «площадки». Роль площадок заключается в том, чтобы поддерживать кольца против давления газа. Площадки также направляют кольца, поэтому они свободно вращаются по окружности. Опорные перемычки передают усилие взрыва непосредственно от головки поршневого пальца к бобышкам поршневого пальца. Таким образом, он снимает большие нагрузки с кольцевых канавок.

Дизайн и конструкция

Юбка:

Часть под поршневыми кольцами называется «юбкой». Ее роль заключается в формировании направляющей и поглощении боковой тяги, создаваемой давлением газа. Юбка имеет выступы на внутренней стороне для поддержки булавки. Он довольно плотно прилегает к цилиндру; однако он отделен от стенок цилиндра смазочным маслом. Силы сгорания передаются от головки к шатуну через ребра внутри поршня. Кроме того, бобышки действуют как опорная поверхность для качательного движения шатуна. Перемычки толстого сечения передают тепло от головки к бобышкам и юбке поршневого пальца.

Раньше в двигателях использовался чугун из-за его износостойкости. Однако в современных двигателях используется алюминиевый сплав, содержащий кремний, для поршней, чтобы уменьшить вес. Он в три раза легче алюминия, поэтому имеет меньшую инерцию. Кроме того, алюминиевый сплав обладает высокой теплопроводностью, что позволяет ему меньше нагреваться.

Зазор поршня:

Обычно диаметр поршня немного меньше диаметра цилиндра. Поэтому пространство между ним и стенкой цилиндра называется поршневым зазором. Этот зазор необходим по следующим причинам.

1. Обеспечивает пространство для смазочной пленки, уменьшающей трение между поршнем и стенкой цилиндра.
2. Предотвращает судороги. Поршень и блок цилиндров расширяются из-за очень высоких температур. Однако система охлаждает цилиндр лучше, чем поршень. Следовательно, между ними должен быть достаточный зазор, чтобы он мог расширяться.
3. Без достаточного зазора поршень не сможет работать в цилиндре, что снизит его эффективность.

Величина зазора зависит от размера отверстия цилиндра и материала поршня. Но, как правило, это от 0,025 мм до 0,100 мм. Во время работы пленка смазочного масла заполняет зазор. Поэтому техники должны поддерживать надлежащий зазор между поршнем и цилиндром при капитальном ремонте двигателя.

Heat Dam

Эффекты зазора:

Если зазор слишком мал, это увеличит трение, что приведет к потере мощности. Если зазор слишком велик, это приведет к «хлопанию поршня». Это означает внезапную тряску поршня, когда он движется вниз в рабочем такте, вызывая отчетливый шум. По мере прогрева двигателя этот зазор уменьшается, и шум обычно исчезает. Производители используют специальные сплавы и разные конструкции для уменьшения шлепков.

Mahle, Diamond, CP Carrillo, Ross и Arias являются одними из мировых производителей поршней.

Часы Mahle Piston в действии:

Подробнее: Конструкция блока цилиндров >>

сообщите об этом объявлении

О команде CarBikeTech

CarBikeTech — это технический блог. Члены команды CarBikeTech имеют более чем 20-летний опыт работы в автомобильной сфере. Команда CarBikeTech регулярно публикует специальные технические статьи об автомобильных технологиях.

Поршневые кольца для двигателей внутреннего сгорания – Междисциплинарные профессиональные программы – UW–Madison

Обзор курса

Двигатель внутреннего сгорания представляет собой машину, состоящую из тысяч частей, которые сложным образом взаимодействуют друг с другом для получения мощности. Одна часть, поршневые кольца, жизненно важны для разделения камеры сгорания и картера, возможно, выполняя самую важную работу из всех. По завершении этого курса учащиеся будут:

• Иметь базовые знания в области терминологии поршневых колец и компоновки в двигателях внутреннего сгорания.
• Уметь описать функцию, конструктивные особенности, материалы и покрытия применительно к компрессионным и маслосъемным кольцам в двух- и четырехтактных двигателях.
• Уметь описать осевую динамику колец в двух компрессионных кольцах при работе двигателя, вопросы уплотнения колец.
• Уметь определять механизмы прорыва газов и расхода масла, а также способы смягчения последствий для каждого из них.
• Будет понимать проблемы и подходы к проверке, измерению и моделированию износа колец и стенок цилиндров в двух- и четырехтактных двигателях внутреннего сгорания.

В конечном счете, этот курс вооружит слушателей важными знаниями о конструкции поршневых колец внутреннего сгорания и методах измерения/уменьшения износа

Кто должен посещать?

Лица, которым нужны дополнительные знания о поршневых кольцах двигателей, включая терминологию, компоновку и применение отдельных колец, а также то, как каждое из них влияет на конструкцию двигателя. Те, кто хочет расширить свои знания о конструкции поршневых колец, чтобы лучше общаться с инженерами-конструкторами поршневых колец. Учащиеся, желающие ознакомиться с передовыми технологиями измерения и анализа износа поршневых колец. Содержание этого курса одинаково понравится студентам инженерных специальностей, энтузиастам ДВС, исследователям ДВС, инженерам по надежности и экспертам RCA.

Краткое содержание курса

Модуль 1: Вводный взгляд

Модуль 2: Детали конструкции кольца

Модуль 3: Контроль температуры и динамика кольца

Модуль 4: Движение кольца и стенка цилиндра

Модуль 5: Перекачка масла

Модуль 6: Механизмы износа колец и стенок цилиндра

Модуль 7: Проверка степени износа

Модуль 8: Измерение и анализ

Преподаватель

Кевин Хоаг

Г-н Хоаг имеет более чем 40-летний опыт разработки дизельных и бензиновых двигателей как в промышленных, так и в учебных заведениях, а также является членом Общества автомобильных инженеров. Он занимает должность инженера института в SwRI и в настоящее время возглавляет Консультативный комитет SwRI по исследованиям (ACR). Его опыт обширен и включает в себя как дизельное топливо, так и искровое зажигание, разработку характеристик двигателя, контроль выбросов, компоновку и балансировку двигателя, литье, ковку и материалы, анализ структурной усталости, системы обработки воздуха, охлаждения и смазки. Он также имеет большой опыт взаимодействия с клиентами, применения и обслуживания двигателей, а также инженерное образование. Особые моменты технического вклада г-на Хоага включают разработку четкой формулировки для анализа второго закона двигателей внутреннего сгорания, создание и управление группой Heat & Fluids в Cummins, Inc., а также директора-основателя и ведущего разработчика магистра инженерии в области систем двигателей ( MEES) Программа Университета Висконсина. Он имеет патенты и является автором многочисленных публикаций, а также имеет несколько наград и наград. Г-н Хоаг в настоящее время является членом Общества автомобильных инженеров (SAE) и братства Tau Beta Pi Engineering.

Кредиты

• СЕУ : .4
• PDH : 4

Расписание

Даты/время проведения мероприятий:

• 01.07.2022  12:01–23:59
• 30.06.2023  12:01–23:59

Преподаватель

Кевин Хоаг

Местоположение

Это онлайн-курс.

Политика отмены

После того, как вы получили доступ к материалам онлайн-курса, отмена или возврат средств не разрешены.

Если вы планируете пройти курс междисциплинарных профессиональных программ, во время регистрации необходимо внести оплату. Ниже приведены варианты оплаты:

Оплата кредитной картой

Зарегистрируйтесь онлайн и оплатите кредитной картой.

• Найдите курс на веб-сайте, а затем нажмите кнопку «Зарегистрироваться сейчас» на веб-странице курса.
• Введите всю необходимую информацию об участниках курса и информацию об оплате на странице регистрации на курс.
• Вы получите электронное письмо с подтверждением успешной регистрации и оплаты.

Зарегистрируйтесь по телефону и оплатите кредитной картой.

• Позвоните в отдел регистрации конференц-центра UW по телефону 608-262-2451.
• Предоставить представителю по регистрации конференц-центра:
  • название курса, даты и/или номер курса.
  • необходимую информацию об участниках курса и информацию об оплате.
• Вы получите отправленный по почте документ или электронное письмо для подтверждения успешного платежа за регистрацию.

Оплата чеком

Отправьте по почте заполненную регистрационную форму и чек, подлежащий оплате UW Madison.

• Заполните регистрационную форму (находится либо в конце брошюры курса, которую вы получили по почте, либо здесь).
• Подготовьте чек, подлежащий оплате UW Madison.
• Отправьте регистрационную форму и чек по почте: Отдел регистрации по адресу: Engineering Specialist 702 Langdon Street Madison, WI 53706
• Вы получите документ по почте или электронное письмо для подтверждения успешной регистрации и оплаты.

Военный

Если вы используете форму SF-182, позвоните по нашему регистрационному номеру 608-262-2451 или напишите по адресу [email protected] для получения подробностей и инструкций.

Отмена мероприятия

Мы оставляем за собой право отменить курс из-за недостаточного количества участников или непредвиденных обстоятельств. Если мы отменяем курс, участники будут уведомлены по электронной почте или по телефону, и им будет предоставлена ​​​​возможность полного возмещения средств или переноса их регистрации и любых уплаченных сборов на другой курс. Мы не несем ответственности за невозвратные авиабилеты, бронирование отелей и другие расходы, связанные с поездкой. Для отмены курса для зачисленных см. примечания на странице курса.

Поршневые кольца для двигателей внутреннего сгорания

Дата: Чт. 01 июля 2021 г. – Чт. 30 июня 2022 г.
ID: RA01771-C194

Плата:

Кредиты:

• CEU : .4
• PDH : 4

Инструктор:

Кевин Hoag

Адрес:

Это был онлайн-курс.