Активная опора двигателя: магнитореологическая, электровакуумная, электромагнитная

Для гашения вибраций, возникающих при работе двигателя, используются резинометаллические опоры двигателя. Они одновременно поддерживают двигатель и изолируют его от кузова. На автомобилях премиум-класса применяются более совершенные гидравлические опоры двигателя.

Работа этих опор построена на компромиссе между демпфированием (затуханием колебаний) и виброизоляцией. При определенных режимах работы двигателя опоры перестают выполнять свои функции: передают вибрации на кузов, создают резонанс на определенных частотах. Для преодоления этих ограничений разрабатываются активные опоры двигателя.

Активные опоры двигателя применяют Audi, Honda, Hyundai, Jaguar, Nissan, Porsche, Toyota. Актуальность активных опор двигателя резко повысилась с внедрением системы отключения цилиндров на двигатели внутреннего сгорания. Активные опоры двигателя устанавливаются, как правило, попарно и могут использоваться совместно с резинометаллическими и гидравлическими опорами.

Конструктивно активная опора двигателя объединяет гидравлическую опору и электронную систему управления этой опорой. В зависимости от физического принципа действия различают следующие виды активных опор: магнитореологическая, электровакуумная, электромагнитная.

Магнитореологическая опора двигателя

Магнитореологическая опора устанавливается на ряд моделей автомобиля Porsche (у Porsche она называется динамическая опора). Применение опоры позволяет:

• улучшить динамику автомобиля за счет увеличения связи двигателя с кузовом;
• увеличить тягу благодаря контролю вертикальных перемещений двигателя и трансмиссии;
• улучшить плавность хода, управляя низкочастотными вибрациями двигателя.

В активной опоре используется свойство магнитореологической жидкости изменять плотность под воздействием магнитного поля. Чем сильнее магнитное поле, тем выше сопротивление жидкости и соответственно больше жесткость опоры. Для улучшения динамики автомобиля опора в нужный момент становиться максимально жесткой, для гашения шума и вибраций используется мягкое крепление двигателя к кузову.

Электронная система управления опорой использует различную информацию, которую получает от автомобильных датчиков: положение дроссельной заслонки, скорость движения, частоту вращения коленчатого вала двигателя, температуру охлаждающей жидкости, положение рулевого колеса и др. На основании входных сигналов датчиков электронный блок управления подает напряжение на электромагнитную катушку, и тем самым, изменяет жесткость опоры двигателя.

При различных динамических нагрузках (боковых, вертикальных, продольных) жесткость каждой опоры в отдельности увеличивается до уровня, обеспечивающего максимальную динамику автомобиля. При переходных процессах в движении (запуск двигателя, резкое открытие дроссельной заслонки, торможение, переключение передач), а также при движении по неровной дороге, опора становится мягкой. Этим достигается снижение уровня вибраций и повышение комфорта.

Электровакуумная опора двигателя

Электровакуумная опора применяется на автомобилях Toyota (Lexus) для уменьшения вибраций двигателя на холостом ходу. Конструктивно опора объединяет гидравлическую и воздушную камеры, разделенные диафрагмой. К воздушной камере с помощью электромагнитного клапана подводится вакуум из впускного коллектора или воздух из атмосферы. Поочередное изменение давления в воздушной камере приводит к вибрациям опоры.

На основании сигнала датчика частоты вращения коленчатого вала, электронный блок управления генерирует вибрации опоры в противофазе к вибрациям двигателя. Происходит наложение колебаний, и вибрации двигателя на холостом ходу гасятся. С началом движения автомобиля электромагнитный клапан перекрывает вакуумный канал, активная опора двигателя начинает работать как обычная гидравлическая опора.

Электромагнитная опора двигателя

Работа двигателя при активации системы отключения цилиндров сопровождается интенсивными вибрациями. Для гашения этих вибраций компании Audi, Honda используют электромагнитные опоры двигателя.

Опора представляет собой гидравлическую камеру, отделенную подвижной диафрагмой. К диафрагме жестко крепиться электромагнитная катушка. Края катушки входят в постоянный магнит. При подаче напряжения катушка перемещается вверх, увлекая за собой диафрагму. При снятии напряжения – катушка опускается. Движения диафрагмы вверх-вниз заставляют опору вибрировать.

Управление работой опоры осуществляет электронная система. Датчик (акселерометр), расположенный в опоре, фиксирует вибрации двигателя, передаваемые на кузов. Сигнал от датчика передается в электронный блок управления опор. Кроме этого блок управления использует сигнал от датчика оборотов коленчатого вала. В соответствии с заложенной характеристикой блок формирует управляющие сигналы на катушку опоры, которые генерируют вибрации с определенной амплитудой и частотой в противофазе к вибрациям двигателя. Накладываясь в нужной фазе, вибрации двигателя гасятся.

Устройство современного двигателя

Устройство двигателя

Двигатель состоит также из пяти систем:

• Система охлаждения — предназначена для поддержания оптимального теплового режима двигателя, чтобы он не перегревался и не переохлаждался.

• Система смазки — служит для подвода масла к трущимся поверхно­стям деталей двигателя, частичного отвода теплоты и продуктов изнаши­вания.

• Система питания — служит для приготовления горючей смеси из паров топлива и воздуха в определенных пропорциях, подачи ее в цилиндры двигателя и отвода из них отработавших газов.

• Система зажигания — служит для создания тока высокого напряжения и распределения его по цилиндрам двигателя и воспламенения рабочей смеси в камере сгорания в определенные моменты.

• Система пуска — служит для первоначального вращения коленчатого вала, что обеспечивает запуск двигателя.

Как работают автомобильные двигатели | Артикул

Окунитесь во взрывоопасный мир четырехтактного двигателя

Приблизительно один миллиард автомобилей на дорогах используют для передвижения бензин. И хотя основные принципы работы двигателей внутреннего сгорания, на которые они опираются, не претерпели кардинальных изменений в течение почти 150 лет, в наших автомобилях используется удивительный уровень химии.

Источник: © X-RAY Pictures/Shutterstock

Слова «автомобиль» и «взрыв» несовместимы. Но именно поршневые взрывы в двигателе внутреннего сгорания заставляют ваш автомобиль двигаться

В большинстве автомобилей используется четырехтактный двигатель, разработанный Николаусом Отто в 1861 году. Этот двигатель имеет ряд отверстий, называемых цилиндрами, с поршнем внутри. Когда поршень опускается, он втягивает воздух и бензин, смесь углеводородов и присадок для защиты двигателя. Затем поршень движется вверх, сжимая смесь и создавая идеальное сочетание температуры – до 2500°C – и давления. Как только поршень достигает своего верхнего положения, создается искра.

Теперь у нас есть ключевые ингредиенты для горения – кислород, топливо и тепло – которые вызывают взрыв, который снова опускает поршень. На обратном пути поршень выдавливает продукты сгорания в виде выхлопных газов и возвращается в исходное положение, чтобы цикл начался снова. Прикрепив нижнюю часть поршня к коленчатому валу, взрывы, создаваемые каждым цилиндром, приводят автомобиль в движение. Весь процесс происходит быстро: кривошип болида Формулы-1 вращается со скоростью около 15 000 оборотов в минуту, что составляет примерно 50 000 взрывов в двигателе на каждом круге.

Загадка возгорания

Однако с этой установкой связано много проблем. Во-первых, это невероятно неэффективно. Хотя углеводороды содержат много химической энергии, большая ее часть теряется в виде тепла, а не для питания автомобиля. Даже самый эффективный двигатель внутреннего сгорания может работать только с тепловым КПД 50%. Также трудно получить точный баланс топлива и воздуха в двигателе, чтобы обеспечить полное сгорание. Слишком мало воздуха означает, что топливо «богатое» и более мощное, но расточительное. Слишком много воздуха и «обедненное» топливо, которое производит меньше энергии и заставляет двигатель гореть сильнее.

Мир переходит на электромобили, в которых используются литий-ионные аккумуляторы, которые имеют гораздо более высокий КПД (до 90%) и практически не выбрасывают вредных веществ

Взрывы тоже могут быть проблемой. Ранние бензиновые двигатели часто имели проблему «детонации», когда небольшие воздушные карманы в цилиндре воспламенялись сами по себе, а не поршень, толкаемый гладкой стеной пламени. Эту проблему решил химик Томас Мидгли-младший, который предложил добавлять в бензин тетраэтилсвинец. Если бы образовался карман, вместо того, чтобы прервать цикл, он просто образовал бы небольшие комочки свинца или газообразного оксида свинца, которые можно было бы вытолкнуть с выхлопом. К сожалению, свинец токсичен для человека, что приводит к повреждению головного мозга, а его выделение с выхлопными газами автомобилей оказалось смертельным. Сегодня этилированный бензин запрещен во всем мире, а проблемы с детонацией решаются другими способами.

Истощающее загрязнение

Еще есть отработанный газ. Неполное сгорание в двигателе приводит к образованию выхлопных газов, содержащих углеводороды, двуокись углерода (CO ₂ ), окись углерода (CO) и смесь оксидов азота (NO _x ), которые могут вызывать кислотные дожди. Все эти атмосферные загрязнители ужасны для планеты, поэтому почти все современные автомобили включают в себя каталитический нейтрализатор выхлопных газов — небольшую коробку с керамической сотовой структурой, заполненную такими металлами, как платина или палладий. При достаточной температуре (около 400°C) металл вступает в реакцию с отработавшими газами двигателя, что приводит к окислению СО до СО ₂ и окисление несгоревших углеводородов в CO ₂ и воду. Современные каталитические нейтрализаторы являются «трехсторонними», поэтому также уменьшайте количество газов NO _x , сначала реагируя с CO с образованием азота.

Несмотря на все эти усилия, трудно не признать, что двигатель внутреннего сгорания вреден для планеты. По оценкам Международного энергетического агентства, на транспорт приходится четверть глобальных выбросов CO ₂ , и три четверти этого объема приходится на дорожное движение. Именно поэтому мир переходит на электромобили, в которых используются литий-ионные аккумуляторы, имеющие гораздо более высокий КПД (до 90%) и практически без выбросов. Тем не менее, имея миллиард автомобилей, пройдут десятилетия, прежде чем бензиновые и дизельные автомобили исчезнут навсегда, и мы, наконец, перейдем к более чистым и эффективным способам передвижения.

Кит Чепмен Кит — отмеченный наградами научный журналист и ранее был редактором комментариев журнала Chemistry World

Темы

• Применение химии
• Топливо
• Загрязнение окружающей среды

Конструкция автомобильного двигателя и принцип работы

Конструкция автомобильного двигателя и принцип работы 4-тактного двигателя, количество деталей, соединенных с двигателем.

CARSUFFER.COM

● Прежде чем мы обсудим « Конструкция автомобильного двигателя и принцип работы « , мы знаем, что такое автомобильный двигатель?

→ Любая машина, преобразующая тепловую энергию в механическую, называется автомобильным двигателем.

Сколько типов автомобильных двигателей?

В автомобилях используются различные типы двигателей:

• Двигатель внешнего сгорания

К двигателям внешнего сгорания относятся двигатели, в которых топливо сжигается вне камеры сгорания, такие как паровые двигатели и турбины.

• Двигатель внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания — это двигатели, в которых топливо сгорает внутри камеры сгорания, такие как бензиновые, дизельные двигатели и двигатели с подвижным двигателем.

Сколько деталей

прикреплено к конструкции автомобильного двигателя ?

• Цилиндр и поршень

Разрез простого одноцилиндрового бензинового двигателя верхний и закрыт крышкой ГБЦ, а нижний и открыт в виде полой трубы, в которой движется поршень.

Поршень представляет собой полую металлическую трубку с верхней частью и закрывается с плотной скользящей посадкой или, другими словами, поршень может легко скользить вверх и вниз в цилиндре.

• Шатун и коленчатый вал

Движение поршня вверх и вниз в цилиндре называется возвратно-поступательным движением.

Это возвратно-поступательное движение должно быть преобразовано во вращательное, чтобы можно было заставить вращаться колеса автомобилей.

Такое изменение возвратно-поступательного движения во вращательное осуществляется кривошипом на коленчатом валу с помощью шатуна, с соединением поршня с помощью поршневого пальца в его верхней части, а нижней его частью — с шатунной шейкой коленчатый вал.

Таким образом, когда поршень движется вверх и вниз в цилиндре, верхний конец шатуна перемещается вместе с ним вверх и вниз.

Нижний конец шатуна также перемещает его вверх-вниз, так как он прикреплен к шатунной шейке коленчатого вала, шатунная шейка движется по кругу, в результате чего коленчатый вал получает вращательное движение.

Каждый момент движения поршня сверху вниз или снизу вверх называется ходом.

Поршень совершает 2 такта, когда коленчатый вал совершает один полный оборот.

• Клапаны

В верхней части цилиндра есть клапаны. Клапан представляет собой точную заглушку, которая входит в отверстие машины в верхней части цилиндра.

Когда клапан опирается на свое седло (открытое), говорят, что он закрыт, а когда его поднимают или толкают со своего седла, он открывается.

Один из клапанов называется впускным, он пропускает смесь топлива и воздуха в цилиндр.

Другой клапан называется выпускным клапаном, который позволяет сгоревшим выхлопным газам выходить или выходить из цилиндра.

Открытие и закрытие клапанов устроено так, что они открываются и закрываются в нужное время.

Разрез автомобильного двигателя

и принцип работы

commons.wikimedia.org

Во время хода поршня вниз, когда открывается впускной клапан, топливно-воздушная смесь всасывается за счет частичного разрежения, создаваемого в цилиндре.

Это примерно тот же эффект, что и при питье жидкости через соломинку, в этом случае во рту создается частичный вакуум, и жидкость поднимается по соломинке в рот.

Смесь топлива и воздуха в правильной пропорции производится карбюратором, когда поршень достигает нижней мертвой точки, впускной клапан закрывается, герметизируя таким образом верхнюю часть двигателя.

commons.wikimedia.org

Здесь мы хотели бы добавить немного количества сжигаемого топлива, это кислород в воздухе, который соединяется с топливом сгорания.

Важно отметить, насколько быстро мы можем сжечь топливо, чтобы оно могло приложить полную силу к поршню, чтобы получить полную мощность от двигателя.

Быстрое горение топлива Мы должны выбрать испарить топливо, просто чтобы объяснить вам это явление, чтобы вы поняли предмет более ясно, если вы Сгоревшее топливо — это контейнер, который горит лениво.

commons.wikimedia.org

Это связано с тем, что двигатель в воздухе контактирует с поверхностью топлива только сверху, но это не требуется.

Нам требовалось короткое взрывное сгорание топлива, чтобы получить полную мощность актива раньше, но для мощного полного взрыва также не требуется, так как это разрушит двигатель.

Теперь, чтобы сжечь топливо полностью и быстро, мы не нагреваем топливо, а вместо этого воздух в такте сжатия, а также испаряем топливо через карбюратор в бензиновом двигателе и дизельном двигателе через инжектор.

При дальнейшем вращении коленчатый вал толкает вверх поршень в цилиндре, таким образом сжатие горючей смеси в цилиндре называется тактом сжатия.

commons.wikimedia.org

В конце такта сжатия сжатые газы воспламеняются с помощью свечи зажигания.

В конце такта сжатия сжатые газы воспламеняются с помощью свечи зажигания. Эта электрическая искра устанавливается на сжатую воздушно-топливную смесь.

Смесь горит так быстро, что можно сказать, что она взрывается, когда смесь сгорает, температура и давление или газы быстро возрастают.

Поскольку поршень является единственной движущейся частью цилиндра, высокое давление, создаваемое газами, толкает поршень вниз.