Axiálny spaľovací motor Duke Engine
Sme zvyknutí na klasickú konštrukciu spaľovacích motorov, ktorá v podstate existuje už celé storočie. Rýchle spaľovanie horľavej zmesi vo vnútri valca vedie k zvýšeniu tlaku, ktorý tlačí piest. To zase otáča hriadeľ cez ojnicu a kľuku.
Klasický spaľovací motor
Ak chceme urobiť motor silnejším, v prvom rade musíme zväčšiť objem spaľovacieho priestoru. Zväčšením priemeru zvyšujeme hmotnosť piestov, čo negatívne ovplyvňuje výsledok. Zväčšením dĺžky predlžujeme ojnicu a zväčšujeme veľkosť celého motora ako celku. Alebo môžete pridať valce – čím sa samozrejme zväčší aj výsledný objem motora.
Inžinieri ICE pre prvé lietadlo sa stretli s takýmito problémami. Nakoniec prišli s krásnou „hviezdicovou“ konštrukciou motora, kde sú piesty a valce usporiadané do kruhu vzhľadom na hriadeľ v rovnakých uhloch. Takýto systém je dobre chladený prúdením vzduchu, ale je veľmi veľký. Preto sa pokračovalo v hľadaní riešení.
V roku 1911 predstavila spoločnosť Macomber Rotary Engine Company z Los Angeles prvý z axiálnych (axiálnych) spaľovacích motorov. Nazývajú sa aj „sudové“ motory, motory s výkyvnou (alebo šikmou) podložkou. Originálny dizajn umožňuje umiestnenie piestov a valcov okolo hlavného hriadeľa a paralelne s ním. K rotácii hriadeľa dochádza v dôsledku výkyvnej podložky, ktorá je striedavo stláčaná ojnicami piestu.
Motor Macomber mal 7 valcov. Výrobca tvrdil, že motor bol schopný pracovať pri otáčkach od 150 do 1500 ot./min. Zároveň pri 1000 otáčkach za minútu produkoval 50 koní. Vyrobený z vtedy dostupných materiálov vážil 100 kg a meral 710 x 480 mm. Takýto motor bol inštalovaný v lietadle priekopníka pilota Charlesa Francisa Walsha, Walshovej Silver Dart.
Geniálny a trochu bláznivý inžinier, vynálezca, dizajnér a obchodník John Zachariah DeLorean sníval o vybudovaní nového automobilového impéria, ktoré by sa postavilo proti existujúcemu, a o vytvorení úplne jedinečného „auto snov“. Všetci poznáme DMC-12, ktorý sa volá jednoducho DeLorean. Stala sa nielen hviezdou obrazovky vo filme „Návrat do budúcnosti“, ale vyznačovala sa aj jedinečnými riešeniami vo všetkom - od hliníkové telo na ráme z plexiskla a ukončené gullwing dverami. Bohužiaľ, na pozadí hospodárskej krízy sa výroba automobilu neospravedlnila. A potom mal DeLorean dlhý súdny proces s falošným drogovým prípadom.
Málokto však vie, že DeLorean chcel doplniť unikát vzhľad Auto malo aj unikátny motor – medzi nákresmi nájdenými po jeho smrti boli aj nákresy axiálneho spaľovacieho motora. Súdiac podľa jeho listov, vymyslel takýto motor už v roku 1954 a s vývojom začal vážne v roku 1979. Motor DeLorean mal tri piesty a boli usporiadané v rovnostrannom trojuholníku okolo hriadeľa. Každý piest bol ale obojstranný – každý koniec piestu musel pracovať vo vlastnom valci.
Kresba z DeLoreanovho zápisníka
Z nejakého dôvodu sa zrod motora neuskutočnil - možno preto, že vývoj auta od nuly sa ukázal ako dosť komplikovaný podnik. DMC-12 bol vybavený 2,8-litrovým motorom V6, ktorý spoločne vyvinuli Peugeot, Renault a Volvo s výkonom 130 koní. s. Zvedavý čitateľ si môže na tejto stránke preštudovať skeny DeLoreanových kresieb a poznámok.
Exotická verzia axiálneho motora - „motor Trebent“
Takéto motory sa však nerozšírili - veľké letectvo postupne prešlo na prúdové motory a autá stále používajú konštrukciu, v ktorej je hriadeľ kolmý na valce. Zaujímavosťou je len to, prečo sa takáto schéma neudomácnila v motocykloch, kde by sa kompaktnosť hodila. Zjavne nedokázali ponúknuť žiadny výrazný benefit oproti dizajnu, na ktorý sme zvyknutí. Teraz takéto motory existujú, ale sú inštalované hlavne v torpédach - kvôli tomu, ako dobre zapadajú do valca.
Variant s názvom „Cylindrical Energy Module“ s obojstrannými piestami. Kolmé tyče v piestoch opisujú sínusoidu, ktorá sa pohybuje pozdĺž zvlneného povrchu
Hlavným charakteristickým znakom axiálneho spaľovacieho motora je jeho kompaktnosť. Okrem toho medzi jeho schopnosti patrí aj zmena kompresného pomeru (objem spaľovacej komory) jednoduchou zmenou uhla podložky. Podložka sa otáča na hriadeli vďaka guľovému ložisku.
Novozélandská spoločnosť Duke Engines však v roku 2013 predstavila svoju modernú verziu axiálneho spaľovacieho motora. Ich agregát má päť valcov, no len tri vstrekovacie dýzy paliva a ani jeden ventil. Ďalšou zaujímavosťou motora je fakt, že hriadeľ a podložka sa otáčajú v opačných smeroch.
Vo vnútri motora sa otáča nielen podložka a hriadeľ, ale aj sada valcov s piestami. Vďaka tomu bolo možné zbaviť sa ventilového systému - pohybujúci sa valec v momente zapálenia jednoducho prejde cez otvor, kde sa vstrekuje palivo a kde je umiestnená zapaľovacia sviečka. Počas fázy výfuku prechádza valec okolo výstupu plynu.
Vďaka tomuto systému je počet potrebných zapaľovacích sviečok a vstrekovačov menší ako počet valcov. A na otáčku je celkovo rovnaký počet zdvihov piestu ako v 6-valcovom motore bežnej konštrukcie. Zároveň je hmotnosť axiálneho motora o 30% nižšia.
Okrem toho inžinieri z Duke Engines tvrdia, že kompresný pomer ich motora je lepší ako u konvenčných analógov a je 15:1 pre 91-oktánový benzín (pre štandardné automobilové spaľovacie motory je toto číslo zvyčajne 11:1). Všetky tieto ukazovatele môžu viesť k zníženiu spotreby paliva a v dôsledku toho k zníženiu škodlivého vplyvu na životné prostredie (dobre alebo k zvýšeniu výkonu motora v závislosti od vašich cieľov).
Spoločnosť teraz prináša motory na komerčné využitie. V našom veku vyspelých technológií, diverzifikácie, úspor z rozsahu atď. Je ťažké si predstaviť, ako môžete vážne ovplyvniť priemysel. Duke Engines to zrejme tiež chápe, a preto mieni ponúkať svoje motory pre motorové člny, generátory a malé lietadlá.
Ukážka nízkych vibrácií motora Duke
Vynález môže byť použitý pri výrobe motorov. Spaľovací motor obsahuje aspoň jeden valcový modul. Modul obsahuje hriadeľ, ktorý má prvú viaclalokovú vačku axiálne namontovanú na hriadeli, druhú susednú viaclalokovú vačku a diferenciálny prevod k prvej viaclalokovej vačke na otáčanie okolo osi v opačnom smere okolo hriadeľa. . Valce každého páru sú umiestnené diametrálne oproti hriadeľu s vačkami. Piesty v páre valcov sú navzájom pevne spojené. Viaclalokové vačky majú 3+n lalokov, kde n je nula alebo párne celé číslo. Vratný pohyb piestov vo valcoch udeľuje hriadeľu rotačný pohyb prostredníctvom spojenia medzi piestami a povrchmi vačiek s niekoľkými pracovnými lalokmi. Technickým výsledkom je zlepšenie krútiaceho momentu a charakteristiky riadenia cyklu motora. 13 plat f-ly, 8 chorých.
Vynález sa týka spaľovacích motorov. Najmä sa vynález týka spaľovacích motorov so zlepšeným riadením rôznych cyklov počas prevádzky motora. Vynález sa tiež týka spaľovacích motorov s vyššími krútiacimi charakteristikami. Spaľovacie motory používané v automobiloch sú typicky piestové motory, v ktorých piest oscilujúci vo valci poháňa kľukový hriadeľ cez ojnicu. Tradičná konštrukcia piestového motora s kľukovým mechanizmom má množstvo nevýhod, pričom nevýhody sa týkajú hlavne vratného pohybu piestu a ojnice. Na prekonanie obmedzení a nevýhod tradičných kľukových motorov s vnútorným spaľovaním bolo vyvinutých množstvo konštrukcií motorov. Tento vývoj zahŕňa rotačné motory, ako je Wankelov motor, a motory, v ktorých sa používa vačka alebo vačky namiesto aspoň kľukový hriadeľ a v niektorých prípadoch aj ojnica. Spaľovacie motory, v ktorých vačka alebo vačky nahrádzajú kľukový hriadeľ, sú opísané napríklad v austrálskej patentovej prihláške č. 17897/76. Zatiaľ čo pokroky v tomto type motora umožnili prekonať niektoré nevýhody tradičných piestových motorov kľukového typu, motory využívajúce vačku alebo vačky namiesto kľukového hriadeľa sa nevyužívali v plnom rozsahu. Existujú aj prípady použitia spaľovacích motorov s protibežnými navzájom prepojenými piestami. Opis takéhoto zariadenia je uvedený v austrálskej patentovej prihláške č. 36206/84. Avšak ani tento zverejnený predmet, ani podobné dokumenty nenaznačujú, že koncept protiľahlých blokovacích piestov možno použiť v spojení s čímkoľvek iným, než kľukový hriadeľ. Cieľom vynálezu je poskytnúť spaľovací motor typu s vačkovým rotorom, ktorý môže mať zlepšený krútiaci moment a ďalšie vysoký výkon riadenie cyklu motora. Cieľom vynálezu je tiež vytvoriť spaľovací motor, ktorý umožní prekonať aspoň niektoré z nevýhod existujúce motory vnútorné spaľovanie. V širšom zmysle vynález poskytuje motor s vnútorným spaľovaním obsahujúci aspoň jeden valcový modul, pričom uvedený valcový modul obsahuje: hriadeľ, ktorý má prvú vačku s viacerými lalokmi axiálne namontovanú na hriadeli, a druhú susednú vačku s viacerými lalokmi a diferenciálny prevod na prvú vačku s niekoľkými pracovnými výstupkami na otáčanie okolo osi v opačnom smere okolo hriadeľa; - aspoň jeden pár valcov, pričom valce každého páru sú umiestnené diametrálne oproti hriadeľu s vačkami s niekoľkými pracovnými výstupkami, ktoré sú medzi nimi vložené; - piest v každom valci, piesty v páre valcov sú pevne prepojené; pričom viaclalokové vačky obsahujú 3+n lalokov, kde n je nula alebo párne celé číslo; a v ktorom vratný pohyb piestov vo valcoch udeľuje rotačný pohyb hriadeľu prostredníctvom spojenia medzi piestami a povrchmi viaclalokových vačiek. Motor môže obsahovať 2 až 6 valcových modulov a dva páry valcov na modul valca. Dvojice valcov môžu byť umiestnené navzájom pod uhlom 90 o. Každá vačka má s výhodou tri laloky a každý lalok je asymetrický. Pevná piestová spojka obsahuje štyri ojnice rozprestierajúce sa medzi dvojicou piestov s ojnicami rovnomerne rozmiestnenými okolo obvodu piestu, pričom ojnice sú vybavené vodiacimi puzdrami. Diferenciál môže byť namontovaný vo vnútri motora so spätne sa otáčajúcimi vačkami alebo na vonkajšej strane motora. Motor môže byť dvojtaktný. Okrem toho je spojenie medzi piestami a povrchmi viaclalokových vačiek uskutočnené pomocou valivých ložísk, ktoré môžu mať spoločnú os, alebo ich osi môžu byť posunuté voči sebe navzájom a voči osi piesta. Z uvedeného vyplýva, že kľukový hriadeľ a ojnice bežného spaľovacieho motora sú v motore podľa vynálezu nahradené lineárnym hriadeľom a viaclalokovými vačkami. Použitie vačky namiesto usporiadania ojnica/kľukový hriadeľ umožňuje efektívnejšiu kontrolu polohy piestu počas prevádzky motora. Napríklad sa môže predĺžiť doba, počas ktorej je piest v hornej úvrati (TDC). Ďalej od Detailný popis Podľa vynálezu, napriek prítomnosti dvoch valcov v aspoň jednom páre valcov, je v skutočnosti dvojčinné zariadenie valec-piest vytvorené pomocou protiľahlých valcov so vzájomne prepojenými piestami. Pevné prepojenie piestu tiež eliminuje deformáciu a minimalizuje kontakt medzi stenou valca a piestom, čím sa znižuje trenie. Použitie dvoch protibežných vačiek umožňuje dosiahnuť vyšší krútiaci moment ako pri tradičných spaľovacích motoroch. Je to preto, že akonáhle piest začne svoj výkon, má maximálnu mechanickú výhodu oproti laloku vačky. Prejdime teraz k špecifickejším detailom spaľovacích motorov podľa vynálezu, také motory, ako je uvedené vyššie, obsahujú aspoň jeden valcový modul. Výhodný je motor s jedným valcovým modulom, hoci motory môžu mať dva až šesť modulov. V motoroch s viacerými modulmi prechádza jeden hriadeľ cez všetky moduly buď ako jeden prvok alebo ako prepojené časti hriadeľa. Podobne bloky valcov motorov s viacerými modulmi môžu byť vytvorené integrálne jeden s druhým alebo oddelene. Modul valca má zvyčajne jeden pár valcov. Avšak motory podľa vynálezu môžu mať aj dva páry valcov na modul. Vo valcových moduloch, ktoré majú dva páry valcov, sú páry typicky umiestnené navzájom pod uhlom 90°. S ohľadom na viaclalokové vačky v motoroch podľa vynálezu je výhodná trojlaloková vačka. To umožňuje šesť cyklov zapaľovania na otáčku vačky v dvojtaktnom motore. Motory však môžu mať aj vačky s piatimi, siedmimi, deviatimi alebo viacerými lalokmi. Vačkový lalok môže byť asymetrický na riadenie rýchlosti piesta v určitej fáze cyklu, napríklad na predĺženie doby, počas ktorej piest zostáva v hornej úvrati (TDC) alebo v dolnej úvrati (BDC). Odborníci v odbore odhadujú, že predĺženie trvania v hornej úvrati (TDC) zlepšuje spaľovanie, zatiaľ čo predĺženie trvania v dolnej úvrati (BDC) zlepšuje vyplachovanie. Úpravou rýchlosti piestu pomocou pracovného profilu je možné nastaviť aj zrýchlenie piestu a aplikáciu krútiaceho momentu. Najmä to umožňuje získať výraznejší krútiaci moment bezprostredne po vrchole mŕtvy stred než v tradičnom piestovom motore s kľukovým mechanizmom. Medzi ďalšie konštrukčné znaky, ktoré poskytuje variabilná rýchlosť piesta, patrí regulácia rýchlosti otvárania otvoru vzhľadom na rýchlosť zatvárania a regulácia rýchlosti kompresie vzhľadom na rýchlosť spaľovania. Prvá vačka s viacerými lalokmi môže byť namontovaná na hriadeľ akýmkoľvek spôsobom známym v odbore. Alternatívne môžu byť hriadeľ a prvá vačka s viacerými výstupkami vyrobené ako jeden prvok. Diferenciálna prevodovka, ktorá umožňuje spätné otáčanie prvej a druhej viaclalokovej vačky, zároveň synchronizuje spätné otáčanie vačiek. Spôsobom diferenciálneho prevodu vačky môže byť akýkoľvek spôsob známy v odbore. Kužeľové ozubené kolesá môžu byť napríklad namontované na protiľahlých povrchoch prvej a druhej vačky s viacerými výstupkami s aspoň jedným ozubeným kolesom medzi nimi. Výhodne sú nainštalované dve diametrálne protiľahlé ozubené kolesá. Nosný prvok, v ktorom sa hriadeľ voľne otáča, je poskytnutý pre podporné ozubené kolesá, čo poskytuje určité výhody. Tuhá spojka piestov typicky obsahuje aspoň dve spojovacie tyče, ktoré sú namontované medzi nimi a pripevnené k spodnému povrchu piestov priľahlých k obvodu. Výhodne sa používajú štyri ojnice, rovnomerne rozmiestnené okolo obvodu piesta. Modul valca obsahuje vodiace puzdrá pre ojnice, ktoré prepájajú piesty. Vodiace puzdrá sú typicky konfigurované tak, aby umožňovali bočný pohyb spojovacích tyčí, keď sa piest rozťahuje a zmršťuje. Kontakt medzi piestami a povrchmi vačiek pomáha znižovať straty vibráciami a trením. Na spodnej strane piestu je valivé ložisko, ktoré sa dotýka každého povrchu vačky. Je potrebné poznamenať, že vzájomné prepojenie piestov, vrátane dvojice protibežných piestov, umožňuje, aby bola vôľa medzi kontaktnou plochou piestu (či už valčekového ložiska, vozíka alebo podobne) a povrchom vačky. upravená. Okrem toho tento spôsob kontaktu nevyžaduje drážky alebo podobne v bočných povrchoch vačiek na výrobu tradičnej ojnice, ako je to v prípade niektorých motorov podobnej konštrukcie. Táto charakteristika motorov podobnej konštrukcie pri nadmerných otáčkach vedie k opotrebovaniu a nadmernému hluku, pričom tieto nevýhody sú v tomto vynáleze do značnej miery odstránené. Motory podľa vynálezu môžu byť dvojtaktné alebo štvortaktné. V prvom prípade sa palivová zmes zvyčajne dodáva s preplňovaním. V štvortaktnom motore je však možné použiť súčasne akýkoľvek druh paliva a prívodu vzduchu. Valcové moduly podľa vynálezu môžu slúžiť aj ako vzduchové alebo plynové kompresory. Ďalšie aspekty motorov podľa vynálezu zodpovedajú tomu, čo je v odbore všeobecne známe. Treba však poznamenať, že do diferenciálneho súkolesia viaclalokových vačiek je potrebný len veľmi nízky tlakový olej, čím sa zníži strata výkonu o olejova pumpa. Okrem toho sa do iných komponentov motora, vrátane piestov, môže dostať olej špliechaním. V tejto súvislosti treba poznamenať, že striekanie oleja na piesty odstredivou silou slúži aj na chladenie piestov. Výhody motorov podľa vynálezu zahŕňajú nasledovné: motor má kompaktnú konštrukciu s malým počtom pohyblivých častí; - motory môžu pracovať v akomkoľvek smere pri použití vačiek s niekoľkými symetrickými pracovnými výstupkami; - motory sú ľahšie ako tradičné piestové motory s kľukovým mechanizmom; - motory sa vyrábajú a montujú ľahšie ako tradičné motory;
- dlhšia prestávka v chode piestu, ktorú umožňuje konštrukcia motora, umožňuje použiť nižší kompresný pomer ako obvykle;
- časti s vratným pohybom, ako sú ojnice piestovo-kľukového hriadeľa, boli odstránené. Ďalšie výhody motorov podľa vynálezu vďaka použitiu vačiek s viacerými lalokmi sú nasledujúce: vačky môžu byť vyrobené jednoduchšie ako kľukové hriadele; vačky nevyžadujú dodatočné protizávažia; a vačky zdvojnásobia činnosť ako zotrvačník, čím poskytujú veľká kvantita pohyby. Po uvážení vynálezu v širšom zmysle uvádzame konkrétne príklady vynálezu s odkazom na priložené výkresy, ktoré sú stručne opísané nižšie. Obr. 1. Prierez dvojtaktný motor , ktorý obsahuje jeden modul valca s prierezom pozdĺž osi valca a prierezom vzhľadom na hriadeľ motora. Obr. 2. Časť priečneho rezu pozdĺž čiary A-A z obr. 1. Obr. 3. Časť priečneho rezu pozdĺž čiary B-B z obr. 1 znázorňujúci detail spodnej časti piesta. Obr. 4. Graf znázorňujúci polohu konkrétneho bodu na pieste pri prekročení jedného asymetrického laloku vačky. Obr. 5. Časť prierezu ďalšieho dvojtaktného motora vrátane jedného valcového modulu s prierezom v rovine stredového hriadeľa motora. Obr. 6. Koncový pohľad na jeden z blokov ozubených kolies motora znázornených na obr. 5. Obr. 7. Schematický pohľad na časť motora, zobrazujúci piest v kontakte s trojlaločnými vačkami, ktoré sa otáčajú v opačnom smere. Obr. 8. Časť piestu s ložiskami v kontakte s presadenou vačkou. Identické pozície na obrázkoch sú očíslované rovnako. Na obr. 1 je znázornený dvojtaktný motor 1 s jedným valcovým modulom, ktorý má jeden pár valcov pozostávajúci z valcov 2 a 3. Valce 2 a 3 majú piesty 4 a 5, ktoré sú navzájom spojené štyrmi ojnicami, z ktorých dva sú viditeľné na pozíciách 6a. a 6b. Motor 1 tiež obsahuje centrálny hriadeľ 7, ku ktorému sú pripojené vačky s tromi pracovnými výstupkami. Vačka 9 je v skutočnosti rovnaká ako vačka 8, ako je znázornené na obrázku, pretože piesty sú v hornej úvrati alebo v dolnej úvrati. Piesty 4 a 5 sú v kontakte s vačkami 8 a 9 cez valivé ložiská, ktorých poloha je vo všeobecnosti označená polohami 10 a 11. Medzi ďalšie konštrukčné prvky motora 1 patrí vodný plášť 12, zapaľovacie sviečky 13 a 14, olejová vaňa 15, snímač 16 olejové čerpadlo a vyvažovacie hriadele 17 a 18. Umiestnenie vstupných otvorov je označené pozíciami 19 a 20, čomu zodpovedá aj poloha výfukových otvorov. Na obr. 2 znázorňuje podrobnejšie vačky 8 a 9 spolu s hriadeľom 7 a diferenciálnym prevodom, ktoré budú stručne opísané. Prierez znázornený na obr. 2, otočený o 90° vzhľadom na obr. 1 a výstupky vačiek sú v mierne odlišnej polohe v porovnaní s polohami znázornenými na obr. 1. Diferenciálne alebo synchronizačné ozubené koleso obsahuje kužeľové koleso 21 na prvej vačke 8, kužeľové koleso 22 na druhej vačke 9 a hnacie ozubené kolesá 23 a 24. ktorý je pripevnený k telesu hriadeľa 26 . Hriadeľový kryt 26 je výhodne súčasťou valcového modulu. Na obr. 2 tiež znázorňuje zotrvačník 27, remenicu 28 a ložiská 29-35. Prvá vačka 8 je v podstate integrálna s hriadeľom 7. Druhá vačka 9 sa môže otáčať v opačnom smere ako vačka 8, ale je časovo riadená na otáčanie vačky 8 diferenciálnym prevodom. Na obr. 3 znázorňuje spodnú stranu piesta 5 znázorneného na obr. 1 na predstavenie detailu valivých ložísk. Na obr. 3 znázorňuje piest 5 a hriadeľ 36, ktorý sa rozprestiera medzi návarkami 37 a 38. Na hriadeli 36 sú namontované valčekové ložiská 39 a 40, ktoré zodpovedajú valčekovým ložiskám, ako sú označené číslicami 10 a 11 na obr. 1. Vzájomne prepojené ojnice môžu byť viditeľné v prierez na obr. 3 je jeden z nich označený polohou 6a. Sú znázornené spojky, ktorými prechádzajú prepojené ojnice, z ktorých jedna je označená vzťahovou značkou 41. Hoci obr. 3 je vyhotovený vo väčšom merítku ako na obr. 2 vyplýva, že valivé ložiská 39 a 40 môžu prísť do kontaktu s povrchmi 42 a 43 vačiek 8 a 9 (obr. 2) počas prevádzky motora. Činnosť motora 1 je možné posúdiť z obr. 1. Pohyb piestu 4 a 5 zľava doprava pri silovom zdvihu vo valci 2 spôsobí otáčanie vačiek 8 a 9 ich kontaktom s valčekovým ložiskom 10. Výsledkom je „nožnicový“ efekt. Otáčanie vačky 8 spôsobuje otáčanie hriadeľa 7, zatiaľ čo spätné otáčanie vačky 9 tiež spôsobuje otáčanie vačky 7 prostredníctvom diferenciálneho prevodu (pozri obr. 2). Vďaka nožnicovému pôsobeniu sa počas zdvihu dosiahne väčší krútiaci moment ako pri tradičnom motore. Pomer priemer piesta/zdvih piesta znázornený na obr. 1 sa môže usilovať o výrazne väčšiu konfiguračnú plochu pri zachovaní primeraného krútiaceho momentu. Ďalší konštrukčný znak motorov podľa vynálezu, znázornený na obr. 1, je, že ekvivalent kľukovej skrine je utesnený voči valcom, na rozdiel od tradičných dvojtaktných motorov. To umožňuje používať palivo bez oleja, čím sa znižuje množstvo komponentov vypúšťaných motorom do ovzdušia. Regulácia rýchlosti piesta a trvanie v hornej úvrati (TDC) a dolnej úvrati (BDC) pri použití asymetrického vačkového laloku sú znázornené na obr. 4. Obr. 4 je graf špecifického bodu na pieste, keď osciluje medzi stredom 45, hornou úvraťou (TDC) 46 a spodnou úvraťou (BDC) 47. Vďaka laloku asymetrickej vačky môže rýchlosť piestu upraviť. Po prvé, piest zostáva v hornej úvrati 46 dlhší čas. Prudké zrýchlenie piesta v polohe 48 umožňuje vyšší krútiaci moment pri spaľovacom zdvihu, zatiaľ čo pomalšia rýchlosť piesta v polohe 49 na konci spaľovacieho zdvihu umožňuje efektívnejšie riadenie vŕtania. Na druhej strane viac vysoká rýchlosť piest na začiatku kompresného zdvihu 50 umožňuje rýchlejšie uzavretie pre zlepšenie spotreby paliva, zatiaľ čo nízka rýchlosť piestu na konci 51 tohto zdvihu poskytuje väčšie mechanické výhody. Na obr. 5 znázorňuje ďalší dvojtaktný motor s jednovalcovým modulom. Motor je zobrazený v čiastočnom reze. V skutočnosti bola odstránená polovica bloku motora, aby sa odhalil interiér motora. Prierez je rovina zhodná s osou centrálneho hriadeľa motora (pozri nižšie). Blok motora je teda rozdelený pozdĺž stredovej čiary. Určité súčasti motora sú však tiež znázornené v reze, ako sú piesty 62 a 63, ložiskové výstupky 66 a 70, trojlalokové vačky 60 a 61 a puzdro 83 spojené s vačkou 61. Všetky tieto položky budú diskutované nižšie. Motor 52 (obr. 5) obsahuje blok 53, hlavy valcov 54 a 55 a valce 56 a 57. Zapaľovacia sviečka je zahrnutá v každej hlave valca, ale nie je znázornená na výkrese kvôli prehľadnosti. Hriadeľ 58 je otočný v bloku 53 a je podopretý valčekovými ložiskami, z ktorých jedno je označené vzťahovou značkou 59. Hriadeľ 58 má k nemu pripevnenú prvú trojlalokovú vačku 60, pričom vačka je umiestnená vedľa trojlalokovej vačky 61, ktorá sa otáča. opačným smerom.. Motor 52 obsahuje dvojicu pevne prepojených piestov 62 vo valci 56 a 63 vo valci 57. Piesty 62 a 63 sú spojené štyrmi ojnicami, z ktorých dve sú označené 64 a 65. (Ojnice 64 a 65 sú v inej rovine od zvyšných častí prierezu výkresu. Podobne ani dotykové body ojníc a piestov 62 a 63 nie sú v rovnakej rovine zvyšku prierezu. Vzťah medzi ojnicami a piestami je v podstate rovnaké ako pre motor znázornený na obr. 1 - 3). Mostík 53a sa rozprestiera v bloku 53 a obsahuje otvory, cez ktoré prechádzajú spojovacie tyče. Tento mostík drží ojnice a tým aj piesty v jednej rovine s osou modulu valca. Valčekové ložiská sú vložené medzi spodné strany piestov a povrchy troch lalokových vačiek. Vzhľadom na piest 62 je na spodnej strane piesta namontovaný nosný výstupok 66, ktorý nesie hriadeľ 67 pre valčekové ložiská 68 a 69. Ložisko 68 je v kontakte s vačkou 60, zatiaľ čo ložisko 69 je v kontakte s vačkou 61. piest 63 obsahuje sám seba identický s nosným výstupkom 70 s hriadeľom a ložiskami. Je tiež potrebné poznamenať, vzhľadom na nosný výstupok 70, že mostík 53b má zodpovedajúci otvor, ktorý umožňuje priechod nosného výstupku. Mostík 53a má podobný otvor, ale časť mostíka znázornená na výkrese je v rovnakej rovine ako spojovacie tyče 64 a 65. Spätné otáčanie vačky 61 vzhľadom na vačku 60 sa vykonáva diferenciálnym prevodom. 71 namontovaný na vonkajšej strane bloku valcov . Kryt 72 slúži na držanie a zakrývanie komponentov prevodovky. Na obr. 5 je skriňa 72 znázornená v reze, zatiaľ čo ozubené koleso 71 a hriadeľ 58 nie sú v reze znázornené. Ozubené koleso 71 obsahuje centrálne koleso 73 na hriadeli 58. Centrálne koleso 73 je v kontakte s hnacími kolesami 74 a 75, ktoré sú zase v kontakte s planétovými kolesami 76 a 77. Planétové kolesá 76 a 77 sú pripojené cez hriadele 78 a 79 k druhej sade planétových kolies 80 a 81, ktoré sú namontované s centrálnym kolesom 73 na puzdre 83. Puzdro 83 je koaxiálne vzhľadom na hriadeľ 58 a distálny koniec puzdra je pripojený k vačke 61. Hnacie ozubené kolesá 74 a 75 sú namontované na hriadeľoch 84 a 85, hriadele sú podopreté ložiskami v skrini 72. Časť ozubeného prevodu 71 je znázornená na obr. 6. Obr. 6 je koncový pohľad na hriadeľ 58 pri pohľade zospodu na obr. 5. Na obr. 6, centrálne koleso 73 je viditeľné v blízkosti hriadeľa 57. Hnacie koleso 74 je znázornené v kontakte s planétovým kolesom 76 na hriadeli 78. Obrázok tiež ukazuje druhé planétové koleso 76 na hriadeli 78. Obrázok tiež ukazuje druhé planétové koleso 80 v kontakte. s centrálnym kolesom 32 na puzdre 83. Z obr. 6 vyplýva, že otáčanie v smere hodinových ručičiek napríklad hriadeľa 58 a centrálneho kolesa 73 má dynamický účinok na otáčanie centrálneho kolesa 82 a objímky 83 proti smeru hodinových ručičiek cez pastorkové koleso 74 a planétové kolesá 76 a 80. Preto sa vačky 60 a 61 môžu otáčať. v opačnom smere. Ďalšie konštrukčné znaky motora znázorneného na obr. 5 a princíp činnosti motora sú rovnaké ako pri motore znázornenom na obr. 1 a 2. Najmä tlak piesta smerom nadol dáva vačkám nožnicový účinok, ktorý môže spôsobiť spätné otáčanie prostredníctvom diferenciálneho prevodu. Je potrebné zdôrazniť, že zatiaľ čo v motore znázornenom na obr. 5, v diferenciáli sa používajú bežné prevody, možno použiť aj kužeľové prevody. Podobne je možné použiť bežné ozubené kolesá v diferenciálnom súkolesí znázornenom na obr. 1 a 2, motory. V motoroch znázornených na obr. 1-3 a 5 sú zarovnané osi valivých ložísk, ktoré sú v kontakte s povrchmi vačiek s tromi pracovnými výstupkami. Na ďalšie zlepšenie charakteristík krútiaceho momentu môžu byť nápravy valivých ložísk posunuté. Motor s presadenou vačkou, ktorá je v kontakte s ložiskami, je schematicky znázornený na obr. 7. Tento obrázok, ktorý je pohľadom pozdĺž centrálneho hriadeľa motora, zobrazuje vačku 86, protibežnú vačku 87 a piest 88. Piest 88 obsahuje podporné výstupky 89 a 90, ktoré nesú valčekové ložiská 91 a 92. ložiská sú zobrazené v kontakte s pracovnými lalokmi 93 a 99 vačiek s tromi pracovnými lalokmi 86 a 87. Z obr. 7 vyplýva, že osi 95 a 96 ložísk 91 a 92 sú voči sebe a voči osi piesta posunuté. Umiestnením ložísk v určitej vzdialenosti od osi piesta sa krútiaci moment zvýši zvýšením mechanickej výhody. Detail ďalšieho piesta s presadenými ložiskami na spodnej strane piesta je znázornený na obr. 8. Piest 97 je znázornený s ložiskami 98 a 99 uloženými v puzdrách 100 a 101 na spodnej strane piesta. Z toho vyplýva, že osi 102 a 103 ložísk 98 a 99 sú posunuté, ale nie v takom rozsahu ako ložiská na obr. 7. Z toho vyplýva, že väčšie oddelenie ložísk, ako je znázornené na obr. 7, zvyšuje krútiaci moment. Vyššie uvedené špecifické uskutočnenia vynálezu sa týkajú dvojtaktných motorov, treba poznamenať, že všeobecné zásady sa vzťahujú na dvoj- a štvortaktné motory. Nižšie je potrebné poznamenať, že na motoroch, ako je znázornené vo vyššie uvedených príkladoch, je možné vykonať mnoho zmien a modifikácií bez odchýlenia sa od rozsahu a rozsahu vynálezu.
Pri konštrukcii motora je piest kľúčovým prvkom pracovného procesu. Piest je vyrobený vo forme kovového dutého skla, umiestneného guľovým dnom (hlavou piestu) nahor. Vodiaca časť piestu, inak nazývaná plášť, má plytké drážky určené na uchytenie piestnych krúžkov v nich. Účelom piestnych krúžkov je zabezpečiť v prvom rade tesnosť priestoru nad piestom, kde pri chode motora dochádza k okamžitému spáleniu zmesi benzín-vzduch a vzniknutý expandujúci plyn nemohol obísť plášť a vniknúť pod piest. . Po druhé, krúžky zabraňujú vniknutiu oleja umiestneného pod piestom do priestoru nad piestom. Krúžky v pieste teda fungujú ako tesnenia. Spodný (spodný) piestny krúžok sa nazýva stierací krúžok oleja a horný (horný) sa nazýva kompresný krúžok, to znamená, že poskytuje vysoký stupeň kompresie zmesi.
Keď palivo-vzduch alebo zmes paliva vstúpi do valca z karburátora alebo vstrekovača, je stlačená piestom, keď sa pohybuje nahor a zapálená elektrickým výbojom zo zapaľovacej sviečky (v dieselovom motore sa zmes samovznieti v dôsledku náhle stlačenie). Vzniknuté spaliny majú výrazne väčší objem ako pôvodná palivová zmes a pri expanzii prudko tlačia piest nadol. Tepelná energia paliva sa teda premieňa na vratný (hore a dole) pohyb piestu vo valci.
Ďalej musíte tento pohyb previesť na rotáciu hriadeľa. To sa deje nasledovne: vo vnútri plášťa piesta je kolík, na ktorom je vrchná časť ojnica, ktorá je otočne pripevnená ku kľuke kľukového hriadeľa. Kľukový hriadeľ sa voľne otáča na nosných ložiskách umiestnených v kľukovej skrini spaľovacieho motora. Keď sa piest pohybuje, ojnica začne otáčať kľukovým hriadeľom, z ktorého sa krútiaci moment prenáša na prevodovku a potom cez prevodový systém na hnacie kolesá.
Špecifikácie motora.Charakteristiky motora Pri pohybe nahor a nadol má piest dve polohy nazývané úvrate. Horná úvrať (TDC) je moment maximálneho zdvihu hlavy a celého piesta nahor, po ktorom sa začne pohybovať nadol; dolná úvrať (BDC) je najnižšia poloha piestu, po ktorej sa zmení smerový vektor a piest sa rúti nahor. Vzdialenosť medzi TDC a BDC sa nazýva zdvih piestu, objem hornej časti valca, keď je piest v TDC, tvorí spaľovaciu komoru a maximálny objem valca, keď je piest v BDC, sa zvyčajne nazýva celkový objem valca. Rozdiel medzi celkovým objemom a objemom spaľovacej komory sa nazýva pracovný objem valca.
Celkový zdvihový objem všetkých valcov spaľovacieho motora je uvedený v Technické špecifikácie motor, vyjadrený v litroch, preto sa v bežnom živote nazýva zdvihový objem motora. Druhou najdôležitejšou charakteristikou každého spaľovacieho motora je kompresný pomer (CR), definovaný ako podiel celkového objemu delený objemom spaľovacej komory. U karburátorové motory CC sa pohybuje v rozmedzí od 6 do 14, pre dieselové motory - od 16 do 30. Práve tento ukazovateľ spolu s veľkosťou motora určuje jeho výkon, účinnosť a úplnosť spaľovania zmesi paliva a vzduchu, čo ovplyvňuje toxicita emisií počas prevádzka spaľovacieho motora.
Výkon motora má binárne označenie - in Konská sila(hp) a v kilowattoch (kW). Na prevod jednotiek z jednej na druhú sa používa koeficient 0,735, to znamená 1 hp. = 0,735 kW.
Pracovný cyklus štvortaktného spaľovacieho motora určujú dve otáčky kľukového hriadeľa - pol otáčky na zdvih, čo zodpovedá jednému zdvihu piesta. Ak je motor jednovalcový, potom sa v jeho prevádzke pozorujú nerovnomernosti: prudké zrýchlenie zdvihu piestu počas explozívneho spaľovania zmesi a spomalenie, keď sa blíži k BDC a ďalej. Na zastavenie tejto nerovnosti je na hriadeli mimo skrine motora namontovaný masívny zotrvačníkový kotúč s vysokou zotrvačnosťou, vďaka ktorému sa krútiaci moment hriadeľa časom stáva stabilnejším.
Princíp činnosti spaľovacieho motora
Moderné auto, najčastejšie je poháňaný spaľovacím motorom. Existuje veľké množstvo takýchto motorov. Líšia sa objemom, počtom valcov, výkonom, rýchlosťou otáčania, použitým palivom (dieselové, benzínové a plynové spaľovacie motory). Ale v zásade je štruktúra spaľovacieho motora podobná.
Ako motor funguje a prečo sa mu hovorí štvortaktný spaľovací motor? O vnútornom spaľovaní je to jasné. Palivo horí vo vnútri motora. Prečo 4 zdvihy motora, čo to je? Skutočne existujú aj dvojtaktné motory. Na autách sa však používajú veľmi zriedka.
Štvortaktný motor sa nazýva preto, že jeho prácu možno rozdeliť na štyri rovnaké časti. Piest prejde valcom štyrikrát - dvakrát hore a dvakrát dole. Zdvih začína, keď je piest v najnižšom alebo najvyššom bode. Pre mechanikov motoristov sa to nazýva horná úvrať (TDC) a dolná úvrať (BDC).
Prvý zdvih je sací zdvih
Prvý zdvih, tiež známy ako sací zdvih, začína v TDC (horná úvrať). Pohybom nadol piest nasáva zmes vzduchu a paliva do valca. Tento zdvih funguje, keď je sací ventil otvorený. Mimochodom, existuje veľa motorov s viacerými sacími ventilmi. Ich počet, veľkosť a čas strávený v otvorenom stave môže výrazne ovplyvniť výkon motora. Existujú motory, v ktorých v závislosti od tlaku na plynový pedál dochádza k nútenému predĺženiu doby otvorenia sacích ventilov. To sa robí s cieľom zvýšiť množstvo nasávaného paliva, ktoré po zapálení zvyšuje výkon motora. Auto v tomto prípade dokáže zrýchliť oveľa rýchlejšie.
Druhý zdvih je kompresný zdvih
Ďalším zdvihom motora je kompresný zdvih. Keď piest dosiahne spodný bod, začne stúpať, čím sa stlačí zmes, ktorá vstúpila do valca počas sacieho zdvihu. Palivová zmes sa stlačí na objem spaľovacej komory. Čo je to za fotoaparát? Voľné miesto medzi hornou časťou piestu a hornou časťou valca, keď je piest v hornej úvrati, sa nazýva spaľovacia komora. Počas tohto cyklu chodu motora sú ventily úplne zatvorené. Čím tesnejšie sú uzavreté, tým lepšie dochádza ku kompresii. V tomto prípade je veľmi dôležitý stav piestu, valca a piestnych krúžkov. Ak sú veľké medzery, dobrá kompresia nebude fungovať, a preto bude výkon takéhoto motora oveľa nižší. Kompresiu je možné skontrolovať pomocou špeciálneho zariadenia. Na základe úrovne kompresie môžeme vyvodiť záver o stupni opotrebenia motora.
Tretí zdvih je silový zdvih
Tretí zdvih je pracovný, začínajúci na TDC. Nie náhodou sa mu hovorí robotník. Koniec koncov, práve v tomto rytme nastáva akcia, ktorá rozhýbe auto. Pri tomto zdvihu sa uvedie do činnosti zapaľovací systém. Prečo sa tento systém tak volá? Áno, pretože je zodpovedný za zapálenie palivovej zmesi stlačenej vo valci v spaľovacej komore. Funguje to veľmi jednoducho - systémová sviečka dáva iskru. Spravodlivo stojí za zmienku, že iskra vzniká na sviečke niekoľko stupňov predtým, ako piest dosiahne horný bod. Tieto stupne v modernom motore sú regulované automaticky „mozgom“ auta.
Po zapálení paliva dôjde k výbuchu - prudko zväčší objem, čo prinúti piest pohybovať sa nadol. Ventily v tomto zdvihu motora, rovnako ako v predchádzajúcom, sú v uzavretom stave.
Štvrtý zdvih je uvoľňovací zdvih
Štvrtý zdvih motora, posledný je výfukový. Po dosiahnutí spodného bodu sa po silovom zdvihu začne otvárať výfukový ventil v motore. Môže existovať niekoľko takýchto ventilov, ako sú sacie ventily. Pohybom nahor piest odvádza výfukové plyny z valca cez tento ventil - odvetráva ho. Od presnej činnosti ventilov závisí stupeň kompresie vo valcoch, úplné odstránenie výfukových plynov a potrebné množstvo nasávanej zmesi paliva a vzduchu.
Po štvrtom údere prichádza na rad prvý. Proces sa cyklicky opakuje. A vďaka čomu dochádza k rotácii - práci spaľovacieho motora počas všetkých 4 zdvihov, čo spôsobuje stúpanie a klesanie piestu počas kompresného, výfukového a sacieho zdvihu? Faktom je, že nie všetka energia prijatá v pracovnom zdvihu smeruje k pohybu auta. Časť energie ide na roztočenie zotrvačníka. A on pod vplyvom zotrvačnosti otáča kľukový hriadeľ motora a pohybuje piestom počas obdobia „nepracovných“ zdvihov.
Mechanizmus distribúcie plynu
Mechanizmus distribúcie plynu (GRM) je určený na vstrekovanie paliva a uvoľňovanie výfukových plynov v spaľovacích motoroch. Samotný mechanizmus distribúcie plynu je rozdelený na spodný ventil, keď je vačkový hriadeľ umiestnený v bloku valcov, a horný ventil. Mechanizmus horného ventilu znamená, že vačkový hriadeľ je umiestnený v hlave valca (hlave valca). Existujú aj alternatívne mechanizmy časovania ventilov, ako je systém časovania objímok, desmodromický systém a mechanizmus s premenlivou fázou.
Pri dvojtaktných motoroch sa mechanizmus časovania ventilov vykonáva pomocou vstupných a výstupných otvorov vo valci. Pre štvortaktné motory je najbežnejším systémom horný ventil, o ktorom sa bude diskutovať nižšie.
Časovacie zariadenie
V hornej časti bloku valcov je hlava valca (hlava valca) s vačkový hriadeľ, ventily, tlačné tyče alebo vahadlá. Hnacia remenica vačkového hriadeľa je umiestnená mimo hlavy valcov. Aby sa zabránilo úniku motorový olej Spod krytu ventilu je na čap vačkového hriadeľa nainštalované olejové tesnenie. Samotný kryt ventilu je inštalovaný na tesnení odolnom voči oleju a benzínu. Rozvodový remeň alebo reťaz zapadá na remenicu vačkového hriadeľa a je poháňaná ozubeným kolesom kľukového hriadeľa. Na napínanie remeňa sa používajú napínacie valčeky, na reťaz sa používajú napínacie čeľuste. Rozvodový remeň zvyčajne poháňa vodné čerpadlo chladiaceho systému, medziľahlý hriadeľ zapaľovacieho systému a pohon čerpadla. vysoký tlak Vstrekovacie čerpadlo (pre dieselové varianty).
Z opačnej strany vačkový hriadeľ priamym prevodom alebo remeňom, môže byť poháňaný posilňovač vákua, posilňovač riadenia alebo alternátor auta.
Vačkový hriadeľ je os s opracovanými vačkami. Vačky sú umiestnené pozdĺž hriadeľa tak, že počas otáčania sú v kontakte so zdvihátkami ventilov stlačené presne podľa zdvihov motora.
Existujú motory s dvoma vačkovými hriadeľmi (DOHC) a veľkým počtom ventilov. Rovnako ako v prvom prípade sú remenice poháňané jedným rozvodovým remeňom a reťazou. Každý vačkový hriadeľ uzatvára jeden typ sacieho alebo výfukového ventilu.
Ventil je stláčaný vahadlom (staršie verzie motorov) alebo tlačníkom. Existujú dva typy posúvačov. Prvým sú posúvače, kde sa medzera nastavuje kalibračnými podložkami, druhým sú hydraulické posúvače. Hydraulické zdvihátko zjemňuje úder do ventilu vďaka oleju v ňom obsiahnutému. Nie je potrebné nastavovať vôľu medzi vačkou a hornou časťou zdvihátka.
Princíp činnosti rozvodového remeňa
Celý proces distribúcie plynu spočíva v synchrónnom otáčaní kľukového hriadeľa a vačkového hriadeľa. Rovnako ako otvorenie sacích a výfukových ventilov dovnútra určité miesto polohy piestu.
Ak chcete presne umiestniť vačkový hriadeľ vzhľadom na kľukový hriadeľ, zarovnávacie značky. Pred nasadením rozvodového remeňa sú značky zarovnané a upevnené. Potom sa nasadí remeň, remenice sa „uvoľnia“, potom sa remeň napne napínacím valčekom (valcami).
Pri otvorení ventilu vahadlom sa stane nasledovné: vačkový hriadeľ „nabehne“ vačkou na vahadlo, ktoré tlačí na ventil, po prejdení vačky sa ventil pôsobením pružiny uzavrie. Ventily sú v tomto prípade usporiadané do tvaru V.
Ak motor používa tlačné prvky, potom je vačkový hriadeľ umiestnený priamo nad tlačnými prvkami, keď sa otáča a tlačí na ne svoje vačky. Výhodou takéhoto rozvodového remeňa je nízka hlučnosť, nízka cena, udržiavateľnosť.
V reťazovom motore je celý proces distribúcie plynu rovnaký, len pri montáži mechanizmu sa reťaz nasadí na hriadeľ spolu s kladkou.
kľukový mechanizmus
Kľukový mechanizmus (ďalej len CSM) je mechanizmus motora. Hlavným účelom kľukového hriadeľa je previesť vratné pohyby valcového piesta na rotačné pohyby kľukového hriadeľa v spaľovacom motore a naopak.
Zariadenie KShM
Piest
Piest má tvar valca vyrobeného z hliníkových zliatin. Hlavnou funkciou tejto časti je premeniť sa na mechanická práca zmena tlaku plynu alebo naopak zvýšenie tlaku v dôsledku vratného pohybu.
Piest sa skladá zo dna, hlavy a plášťa, ktoré sú spojené, ktoré plnia úplne odlišné funkcie. Dno piestu, ktoré je ploché, konkávne alebo konvexné, obsahuje spaľovaciu komoru. Hlava má vyrezané drážky kde piestne krúžky(kompresná a olejová škrabka). Kompresné krúžky zabraňujú prieniku plynu do kľukovej skrine motora a piestnych krúžkov krúžky na stieranie oleja pomáhajú odstrániť prebytočný olej na vnútorných stenách valca. V plášti sú dva výstupky, ktoré zabezpečujú umiestnenie piestneho čapu spájajúceho piest s ojnicou.
Lisovaná alebo kovaná oceľová (menej často titánová) ojnica má kĺbové spoje. Hlavnou úlohou ojnice je prenášať silu piestu na kľukový hriadeľ. Konštrukcia ojnice predpokladá prítomnosť hornej a dolnej hlavy, ako aj tyč s I-sekciou. Horná hlava a výstupky obsahujú otočný ("plávajúci") piestny čap a spodná hlava je odnímateľná, čo umožňuje tesné spojenie s čapom hriadeľa. Moderná technológia kontrolované delenie spodnej hlavy umožňuje vysokú presnosť spájania jej častí.
Zotrvačník je inštalovaný na konci kľukového hriadeľa. Dnes sú široko používané dvojhmotové zotrvačníky, ktoré majú podobu dvoch elasticky spojených kotúčov. Ozubené koleso zotrvačníka sa priamo podieľa na štartovaní motora cez štartér.
Blok a hlava valcov
Blok valcov a hlava valcov sú odliate z liatiny (menej často zo zliatin hliníka). Blok valcov obsahuje chladiace plášte, lôžka pre ložiská kľukového a vačkového hriadeľa, ako aj montážne body pre prístroje a komponenty. Samotný valec slúži ako vedenie pre piesty. Hlava valcov obsahuje spaľovaciu komoru, sacie a výfukové otvory, špeciálne závitové otvory pre zapaľovacie sviečky, puzdrá a lisované sedlá. Tesnosť spojenia medzi blokom valcov a hlavou je zabezpečená tesnením. Okrem toho je hlava valca uzavretá vyrazeným krytom a medzi nimi je spravidla nainštalované tesnenie z gumy odolnej voči olejom.
Vo všeobecnosti piest, vložka valca a ojnica tvoria skupinu valec alebo valec-piest kľukového mechanizmu. Moderné motory môže mať až 16 alebo viac valcov.
5, 10, 12 alebo viac valcov. Umožňuje zmenšiť lineárne rozmery motora v porovnaní s radovým usporiadaním valcov.
V tvare VR
„VR“ je skratka dvoch nemecké slová, označujúci V-tvar a R-riadok, t.j. "V-tvarovaný rad". Motor bol vyvinutý spoločnosťou Volkswagen a je symbiózou motora V-twin s extrémne nízkym uhlom odklonu 15° a radového motora. Jeho šesť valcov má na rozdiel od tradičných V-s uhlom 15°. dvojité motory s uhlom 60° alebo 90° . Piesty sú umiestnené v bloku šachovnicovo. Kombinácia výhod oboch typov motorov viedla k tomu, že motor VR6 sa stal natoľko kompaktným, že na rozdiel od bežného V-twin motora umožnil pokryť obe rady valcov jednou spoločnou hlavou. Výsledkom je, že motor VR6 je podstatne kratší na dĺžku ako radový 6-valcový motor a menší na šírku ako bežný V-6-valcový motor. Inštalovaný od roku 1991 (model 1992) na Volkswagen Passat, Golf, Corrado, Sharan. Má výrobné indexy „AAA“ s objemom 2,8 litra a výkonom 174 l/s a „ABV“ s objemom 2,9 litra a výkonom 192 l/s.
Boxerský motor- piestový spaľovací motor, v ktorom je uhol medzi radmi valcov 180 stupňov. V automobiloch a motocykloch sa na zníženie ťažiska namiesto tradičného v tvare V používa motor typu boxer, ktorému protiľahlé usporiadanie piestov umožňuje vzájomne neutralizovať vibrácie, vďaka čomu má motor plynulejšiu prevádzkovú charakteristiku. .
Boxer motor bol najviac používaný v modeli Volkswagen Kaefer (chrobák, v anglickej verzii), vyrobený za roky výroby (od roku 2003) v množstve 21 529 464 kusov.
Porsche ho používa vo väčšine svojich športov a pretekárske modely série, GT1, GT2 a GT3.
Boxer motor je tiež charakteristický znak Automobily značky Subaru, ktoré sa od roku 1963 montujú takmer do všetkých modelov Subaru. Väčšina motorov od tejto spoločnosti má opačné usporiadanie, ktoré poskytuje veľmi vysoká pevnosť a tuhosť bloku valcov, no zároveň sťažuje opravu motora. Staré motory série EA (EA71, EA82 (vyrábané asi do roku 1994)) sú známe svojou spoľahlivosťou. Novšie motory radu EJ, EG, EZ (EJ15, EJ18, EJ20, EJ22, EJ25, EZ30, EG33, EZ36) inštalované na rôzne modely Subaru od roku 1989 do súčasnosti (od februára 1989 sú autá Subaru Legacy vybavené boxermi dieselové motory spolu s manuálna prevodovka ozubené kolesá).
Nainštalované aj na vozidlách rumunského klubu Oltcit (is presnú kópiu Citroen Axel), od roku 1987 do roku 1993. Pri výrobe motocyklov motory boxer našiel široké využitie v modeloch BMW, ako aj v sovietskych ťažkých motocykloch „Ural“ a „Dnepr“.
U motora - symbol elektráreň, čo sú dva radové motory, ktorých kľukové hriadele sú mechanicky spojené pomocou reťaze alebo ozubených kolies.
Pozoruhodné príklady použitia: športové autá - Bugatti Type 45, vývojová verzia Matra Bagheera; niektoré lodné a letecké motory.
Motor v tvare U s dvoma valcami v každom bloku sa niekedy označuje ako štvorec štyri.
Protipiestový motor- usporiadanie spaľovacieho motora s valcami usporiadanými v dvoch radoch oproti sebe (zvyčajne nad sebou) tak, že piesty valcov umiestnených oproti sebe sa pohybujú k sebe a majú spoločnú spaľovaciu komoru . Kľukové hriadele sú mechanicky spojené, výkon sa odoberá z jedného z nich, prípadne z oboch (napríklad pri pohone dvoch vrtúľ). Motory tejto konštrukcie sú prevažne dvojtaktné s turbodúchadlom. Táto schéma sa používa na leteckých motoroch, tankové motory(T-64, T-80UD, T-84, Chieftain), motory dieselových lokomotív (TE3, 2TE10) a veľké lodné dieselové motory. Pre tento typ motora existuje aj iný názov – motor s protibežnými piestami (motor s PDP).
Princíp fungovania:
1 vstup
2 pohon dúchadla
3 vzduchové potrubie
4 poistný ventil
5. promócia KShM
6 vstupný kľukový hriadeľ (oneskorený o ~20° vzhľadom na výfuk)
7 valec so vstupnými a výstupnými otvormi
Vydanie 8
9 vodou chladiaci plášť
10 zapaľovacia sviečka
Rotačný motor- hviezdicový motor chladenie vzduchom, založené na rotácii valcov (zvyčajne uvádzaných v nepárnych číslach) spolu s kľukovou skriňou a vrtuľou okolo stacionárneho kľukového hriadeľa namontovaného na ráme motora. Podobné motory boli široko používané počas prvej svetovej vojny a ruskej občianskej vojny. Počas týchto vojen tieto motory svojou špecifickou hmotnosťou prevyšovali vodou chladené motory, takže sa používali hlavne (v stíhačkách a prieskumných lietadlách).
Hviezdicový motor (hviezdicový motor) - piestový spaľovací motor, ktorého valce sú usporiadané v radiálnych lúčoch okolo jedného kľukového hriadeľa v rovnakých uhloch. Hviezdicový motor má krátku dĺžku a umožňuje kompaktné umiestnenie veľkého počtu valcov. Našiel široké použitie v letectve.
Hviezdicový motor sa od ostatných typov líši konštrukciou kľukového mechanizmu. Jedna ojnica je hlavná, je podobná ojnici bežného radového motora, ostatné sú pomocné a sú pripevnené k hlavnej ojnici po jej obvode (rovnaký princíp sa používa aj pri V-motoroch). Nevýhodou konštrukcie hviezdicového motora je možnosť úniku oleja do spodných valcov pri parkovaní, a preto je potrebné pred spustením motora zabezpečiť, aby v spodných valcoch nebol olej. Štartovanie motora s olejom v spodných valcoch vedie k vodnému rázu a poruche kľukového mechanizmu.
Štvortaktné hviezdicové motory majú nepárny počet valcov v rade - to im umožňuje vytvárať iskru vo valcoch „každý druhý“.
Motor s rotačným piestom spaľovací motor (RPD, Wankel engine), ktorého konštrukciu v roku vyvinul inžinier NSU Walter Freude, ktorému patrila aj myšlienka tohto dizajnu. Motor bol vyvinutý v spolupráci s Felixom Wankelom, ktorý pracoval na ďalšej konštrukcii motora s rotačnými piestami.
Zvláštnosťou motora je použitie trojuholníkového rotora (piestu), v tvare trojuholníka Reuleaux, rotujúceho vo vnútri valca špeciálneho profilu, ktorého povrch je vytvorený ako epitrochoid.
Dizajn
Rotor uložený na hriadeli je pevne spojený s ozubeným kolesom, ktoré je v zábere so stacionárnym ozubeným kolesom - statorom. Priemer rotora je oveľa väčší ako priemer statora, napriek tomu sa rotor s ozubeným kolesom odvaľuje okolo ozubeného kolesa. Každý z vrcholov trojuholníkového rotora sa pohybuje pozdĺž epitrochoidálneho povrchu valca a premenlivé objemy komôr vo valci sú odrezané pomocou troch ventilov.
Tento dizajn vám umožňuje realizovať akýkoľvek 4-taktný cyklus Diesel, Stirling alebo Otto bez použitia špeciálneho mechanizmu distribúcie plynu. Tesnenie komôr je zabezpečené radiálnymi a koncovými tesniacimi doskami pritlačenými k valcu odstredivými silami, tlakom plynu a pásovými pružinami. Absencia mechanizmu distribúcie plynu robí motor oveľa jednoduchším ako štvortaktný piestový motor (úspora predstavuje asi tisíc dielov) a absencia rozhrania (priestor kľukovej skrine, kľukový hriadeľ a ojnice) medzi jednotlivými pracovnými komorami zaisťuje mimoriadne kompaktnosť a vysoká hustota výkonu. Počas jednej otáčky vykoná Wankel tri kompletné pracovné cykly, čo je ekvivalent prevádzky šesťvalcového piestového motora. Tvorba zmesi, zapaľovanie, mazanie, chladenie a štartovanie sú v podstate rovnaké ako pri bežnom piestovom spaľovacom motore.
Praktické uplatnenie našli motory s trojuholníkovými rotormi, s pomerom polomerov pastorka a prevodov: R:r = 2:3, ktoré sa inštalujú na autá, člny a pod.
Konfigurácia motora W
Motor vyvinuli Audi a Volkswagen a pozostáva z dvoch V-motorov. Krútiaci moment je odstránený z oboch kľukových hriadeľov.
Rotačný lopatkový motor spaľovací motor (RLD, Vigriyanov motor), ktorého dizajn vyvinul v roku 1973 inžinier Michail Stepanovič Vigriyanov. Zvláštnosťou motora je použitie rotujúceho zloženého rotora umiestneného vo valci a pozostávajúceho zo štyroch lopatiek.
Dizajn Dve lopatky sú inštalované na dvojici koaxiálnych hriadeľov, ktoré rozdeľujú valec na štyri pracovné komory. Každá komora absolvuje štyri pracovné zdvihy za otáčku (pridávanie pracovnej zmesi, kompresia, výkon a emisie výfukových plynov). V rámci tohto návrhu je teda možné realizovať akýkoľvek štvortaktný cyklus. (Nič vám nebráni používať tento dizajn na prácu parný motor, len budete musieť použiť dve čepele namiesto štyroch.)
Vyváženosť motorov
Stupeň rovnováhy |
|||||||||||||||||||||
1 | R2 | R2* | V2 | B2 | R3 | R4 | V4 | B4 | R5 | VR5 | R6 | V6 | VR6 | B6 | R8 | V8 | B8 | V10 | V12 | B12 |
|
Zotrvačné sily prvého | |||||||||||||||||||||
Všetky diagramy sa kliknutím otvoria v plnej veľkosti.
PROTIIDÚCE VOZIDLÁ
Zvláštnosťou dvojtaktného naftového motora profesora Petra Hofbauera, ktorý 20 rokov života zasvätil práci v koncerne Volkswagen, sú dva piesty v jednom valci, pohybujúce sa k sebe. A názov to potvrdzuje: Opposed Piston Opposed Cylinder (OPOC) - protiľahlé piesty, protiľahlé valce.
Podobná schéma bola použitá v letectve a stavbe tankov ešte v polovici minulého storočia, napríklad na nemeckých Junkers alebo sovietskom tanku T-64. Faktom je, že v tradičnom dvojtaktnom motore sú obe okná na výmenu plynu blokované jedným piestom a v motoroch s protiľahlými piestami je vstupné okno umiestnené v zóne zdvihu jedného piestu a výfukové okno v zdvihu. zóna druhej. Táto konštrukcia umožňuje skôr otvoriť výfukové okno a tým lepšie vyčistiť spaľovaciu komoru od výfukových plynov. A zatvorte ho vopred, aby ste ušetrili určité množstvo pracovnej zmesi, ktorá sa v dvojtaktnom motore zvyčajne vrhá do výfukového potrubia.
Čo je vrcholom profesorovho dizajnu? V centrálnom (medzi valcami) umiestnení kľukového hriadeľa, ktorý slúži všetkým piestom naraz. Toto rozhodnutie viedlo k pomerne zložitému dizajnu ojnice. Na každom čape kľukového hriadeľa je ich pár a vonkajšie piesty majú pár ojníc umiestnených na oboch stranách valca. Táto schéma umožnila vystačiť si s jedným kľukovým hriadeľom (predchádzajúce motory ich mali dva, umiestnené na okrajoch motora) a vytvoriť kompaktnú, ľahkú jednotku. IN štvortaktné motory Cirkuláciu vzduchu vo valci zabezpečuje samotný piest, v motore OPOC - preplňovanie turbodúchadlom. Pre lepšiu účinnosť pomáha elektromotor rýchlo zrýchľovať turbínu, ktorá sa v určitých režimoch stáva generátorom a rekuperuje energiu.
Prototyp vyrobený pre armádu bez ohľadu na environmentálne normy s hmotnosťou 134 kg vyvíja 325 koní. Pripravená je aj civilná verzia – s výkonom asi o stovku menší. Podľa tvorcu je motor OROS v závislosti od verzie o 30–50 % ľahší ako iné dieselové motory porovnateľného výkonu a dva až štyrikrát kompaktnejší. Dokonca aj na šírku (toto je najpôsobivejší celkový rozmer) je OROS len dvakrát väčší ako jedna z najkompaktnejších automobilových jednotiek na svete – dvojvalcový Fiat Twinair.
Motor OPOC je príkladom modulárnej konštrukcie: dvojvalcové bloky je možné zostaviť do viacvalcových jednotiek ich spojením elektromagnetické spojky. Kedy plný výkon nie je potrebný; na úsporu paliva je možné vypnúť jeden alebo viac modulov. Na rozdiel od bežných motorov s prepínateľnými valcami, kde kľukový hriadeľ pohybuje aj „kľudovými“ piestami, je možné vyhnúť sa mechanickým stratám. Zaujímalo by ma, ako sa veci majú palivovej účinnosti a škodlivé emisie? Developer sa tomuto problému radšej v tichosti vyhýba. Je jasné, že pozície dvojtaktných bicyklov sú tu tradične slabé.
SAMOSTATNÉ STRAVOVANIE
Ďalší príklad odklonu od tradičnej dogmy. Carmelo Scuderi zasiahol do posvätného pravidla štvortaktných motorov: celý pracovný proces musí prebiehať striktne v jednom valci. Vynálezca rozdelil cyklus medzi dva valce: jeden je zodpovedný za nasávanie zmesi a jej kompresiu, druhý za zdvih a výfuk. Tradičný štvortaktný motor, nazývaný motor s deleným cyklom (SCC – Split Cycle Combustion), zároveň beží len na jednu otáčku kľukového hriadeľa, teda dvakrát rýchlejšie.
Takto funguje tento motor. V prvom valci piest stláča vzduch a dodáva ho do spojovacieho kanála. Ventil sa otvorí, vstrekovač vstrekne palivo a zmes sa pod tlakom vrhne do druhého valca. Spaľovanie v ňom začína, keď sa piest pohybuje smerom nadol, na rozdiel od Ottovho motora, kde sa zmes zapáli o niečo skôr, ako piest dosiahne hornú úvrať. Horiaca zmes teda v počiatočnom štádiu horenia neprekáža pohybu piestu k nej, ale naopak tlačí. Tvorca motora sľubuje špecifický výkon 135 koní. na liter pracovného objemu. Navyše s výrazným znížením škodlivé emisie vďaka efektívnejšiemu spaľovaniu zmesi – napríklad pri znížení výkonu NOx o 80 % v porovnaní s rovnakým údajom pre tradičný spaľovací motor. Zároveň tvrdia, že SCC je o 25 % úspornejší ako atmosférické motory rovnakého výkonu. Ďalší valec však znamená dodatočnú hmotnosť, zväčšené rozmery a zvýšené straty trením. Neverím... Najmä ak si vezmeme za príklad novú generáciu preplňovaných motorov vyrábaných pod heslom downsizingu.
Mimochodom, pre tento motor bola vynájdená originálna schéma regenerácie a preplňovania „v jednej fľaši“ s názvom Air-Hybrid. Počas brzdenia motorom je zdvihový valec vypnutý (ventily sú zatvorené) a kompresný valec plní špeciálny zásobník stlačeným vzduchom. Pri akcelerácii sa deje opak: kompresný valec nefunguje a do pracovného sa čerpá uložený vzduch – akési preplňovanie. V skutočnosti pri tejto schéme nie je vylúčený úplný pneumatický režim, keď vzduch tlačí piesty samotné.
ENERGIA ZO VZDUCHU
Profesor Lino Guzzella tiež využil myšlienku akumulácie stlačeného vzduchu v samostatnej nádrži: jeden z ventilov otvára cestu z valca do spaľovacej komory. Inak je bežný motor s turbodúchadlom. Prototyp bol postavený na základe 0,75-litrového motora a ponúkal ho ako náhradu za... 2-litrový atmosférický motor.
Na vyhodnotenie efektívnosti svojho výtvoru vývojár uprednostňuje porovnanie s hybridom pohonných jednotiek. Navyše, pri podobnej úspore paliva (približne 33%), dizajn Guzzella zvyšuje náklady na motor iba o 20% - zložitá plyno-elektrická inštalácia stojí takmer desaťkrát viac. V testovacej vzorke sa však palivo šetrí ani nie tak vďaka preplňovaniu z valca, ale vďaka malému zdvihovému objemu samotného motora. Stlačený vzduch má však stále perspektívu pri prevádzke konvenčného spaľovacieho motora: možno ho použiť na naštartovanie motora v režime „štart-stop“ alebo na jazdu s autom pri nízkych rýchlostiach.
LOPTA SA TOČÍ, TOČÍ...
Medzi nezvyčajné ICE motor Herbert Hüttlin má najpozoruhodnejší dizajn: tradičné piesty a spaľovacie komory sú umiestnené vo vnútri gule. Piesty sa pohybujú v niekoľkých smeroch. Po prvé, smerom k sebe, tvoriace medzi sebou spaľovacie komory. Okrem toho sú spojené v pároch do blokov, namontované na jednej osi a otáčajúce sa po zložitej trajektórii špecifikovanej prstencovou podložkou. Puzdro piestového bloku je kombinované s ozubeným kolesom, ktoré prenáša krútiaci moment na výstupný hriadeľ.
Vďaka pevnému spojeniu medzi blokmi sa pri naplnení jednej spaľovacej komory zmesou výfukové plyny súčasne uvoľňujú do druhej. Pri otáčaní piestových blokov o 180 stupňov teda nastáva 4-taktný cyklus a pri úplnej otáčke nastávajú dva pracovné cykly.
Prvá ukážka guľového motora na autosalóne v Ženeve upútala pozornosť všetkých. Koncept je to určite zaujímavý – hodiny môžete sledovať prácu 3D modelu a snažiť sa prísť na to, ako ten či onen systém funguje. Za krásnou myšlienkou však musí nasledovať stelesnenie v kove. A vývojár ešte nepovedal ani slovo o približných hodnotách hlavných ukazovateľov jednotky - výkon, účinnosť, šetrnosť k životnému prostrediu. A čo je najdôležitejšie, o vyrobiteľnosti a spoľahlivosti.
MÓDNA TÉMA
Motor s rotačnými lopatkami bol vynájdený o niečo menej ako pred storočím. A pravdepodobne by si to dlho nepamätali, keby sa neobjavil ambiciózny projekt ruského ľudového auta. Pod kapotou „e-mobilu“, aj keď nie okamžite, by sa mal objaviť motor s rotačnými lopatkami a dokonca spárovaný s elektromotorom.
Stručne o jeho štruktúre. Os obsahuje dva rotory s dvojicou lopatiek na každom, ktoré tvoria spaľovacie komory premenlivej veľkosti. Rotory sa otáčajú rovnakým smerom, ale rôznymi rýchlosťami – jeden dobieha druhý, zmes medzi lopatkami sa stlačí, preskočí iskra. Druhý sa začne pohybovať v kruhu, aby „tlačil“ suseda na ďalší kruh. Pozrite sa na obrázok: v pravej dolnej štvrtine je nasávanie, v pravej hornej štvrtine je kompresia, potom proti smeru hodinových ručičiek je zdvih a výfuk. Zmes sa zapáli v hornom bode kruhu. Počas jednej otáčky rotora sú teda štyri silové zdvihy.
Zjavnými výhodami dizajnu sú kompaktnosť, ľahkosť a dobrá účinnosť. Existujú však aj problémy. Tým hlavným je presná synchronizácia chodu dvoch rotorov. Táto úloha nie je jednoduchá a riešenie musí byť lacné, inak sa „e-mobil“ nikdy nestane populárnym.
