Одноцилиндровые четырехтактные двигатели: Одноцилиндровый четырехтактный бензиновый двигатель принцип работы.

Содержание

Одноцилиндровый четырехтактный бензиновый двигатель принцип работы.

Одноцилиндровый четырехтактный бензиновый двигатель принцип работы.

Подробности

В наше время на автомобилях используются четырехтактные многоцилиндровые двигатели. Для того, чтобы вы могли самостоятельно ремонтировать двигатель и определять характер неисправности, вначале необходимо узнать его устройство и принцип работы. Для того чтобы представить как же он все таки работает, рассмотрим принцип работы одноцилиндрового четырехтактного бензинового двигателя. Отличие у них только в количестве цилиндров.

Рис 1 – Одноцилиндровый четырехтактный бензиновый двигатель в разрезе.

1 – глушитель. 2 – пружина клапана. 3 – карбюратор. 4 – впускной клапан. 5 – поршень. 6 - свеча зажигания. 7 – выпускной клапан. 8 – шатун. 9 – маховик. 10 – распределительный вал. 11 – коленчатый вал.

    Принцип работы одноцилиндрового четырехтактного двигателя следующий:
  1. Такт впуска.   Такт – это процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня.

    Рис 2 – Такт впуска.

    1 – впускной клапан. 2 – свеча зажигания. 3 – выпускной клапан. 4 – шатун.

    Направление вращения коленчатого вала происходит по часовой стрелке. Вначале поршень у нас находится в верхней мертвой точке ВМТ. За первый такт коленчатый вал совершает пол оборота (180 градусов), тем самым перемещая поршень из ВМТ в нижнюю мертвую точку НМТ. Когда поршень перемещается вниз, у нас в цилиндре создается разряжение. Одновременно с перемещением поршня открывается впускной клапан 1, в конце первого такта клапан откроется полностью. Благодаря создавшемуся разряжению в цилиндре засасывается горючая смесь, которая представляет собой смешанные пары бензина с воздухом. Не забываем, что в цилиндре у нас еще присутствуют продукты сгорания от предыдущего цикла. В итоге это все смешивается и у нас получается рабочая смесь. Подробнее о такте впуска.
  2. Такт сжатия.

    Рис 3 - Такт сжатия.

    Следующий оборот на 180 градусов приводит перемещение из НМТ в ВМТ. В этом такте оба клапана у нас закрыты, что приводит рабочую смесь к сжатию и повышению давления до 1.8 МПа и температуры 600 градусов Цельсия. Подробнее о такте сжатия.
  3. Такт расширение. Рабочий ход.

    Рис 4 - Такт расширение. Рабочий ход.

    По окончанию сжатия происходит воспламенение рабочей смеси от искры создаваемой свечей 2 и ее сгорание. Что приводит к увеличению температуры до 2500 градусов Цельсия и давления до 5 МПа. За счет резкого повышения давления, поршень начинает перемещаться вниз, толкая шатун 4, который в свою очередь совершает вращательное действие на коленчатый вал. В этом такте совершается полезная работа, тепловая энергия преобразуется в механическую. При подходе поршня к НМТ начинает открываться выпускной клапан 3, через который отводятся отработанные газы. В результате температура у нас падает до 1200 градусов, а давление до 0. 65 МПа. Подробнее о такте рабочего хода.
  4. Такт выпуска.

    Рис 5 – Такт выпуска.

    В этом такте у нас полностью открывается выпускной клапан 3. Поршень перемещается из нижней мертвой точки в высшую, выталкивая отработанные газы. Далее газы попадают в выпускной коллектор, затем пройдя через глушитель в атмосферу. В конце такта температура в цилиндре падает до 500 градусов, а давление до 0.1 МПа. Полностью цилиндр от отработанных газов не освобождается, какой-то их процент остается и участвует в последующем такте. Подробнее о такте выпуска.

В процессе работы двигателя все перечисленные такты повторяются циклически. При 3 такте, где совершается рабочий ход поршня, механическая энергия от коленвала передается маховику, которую он накапливает и использует ее в последующих тактах. Благодаря маховику работа двигателя становится ровной и устойчивой.

Четырехтактный двигатель одноцилиндровый - принцип работы и устройство

В настоящее время, двигатели внутреннего сгорания применяются в большом количестве различных технических средств, причем, данными средствами являются не только автомобили. Такой род двигателей, как и двухтактный ДВС, применяется и в мототехнике и в специализированных устройствах, предназначенных для строительства, например, бензопила. Данные агрегаты представлены 4 тактными ДВС, имеющие по одному цилиндру, а не как в современном автомобиле – по четыре. В этой статье вы узнаете, как устроен одноцилиндровый четырехтактный двигатель, его принцип работы и ремонт.

Принцип работы одноцилиндрового четырехтактного двигателя

Устройство одноцилиндрового ДВС: – головка цилиндра; 2 – цилиндр; 3 – поршень; 4 – поршневые кольца; 5 – поршневой палец; 6 – шатун; 7 – коленчатый вал; 8 – маховик; 9 – кривошип; 10 – распределительный вал; 11 – кулачок распределительного вала; 12 – рычаг; 13 – впускной клапан; 14 – свеча зажигания

 

Данные двигатели получили широкое распространение даже в автомобилях. Несмотря на малое количество цилиндров, они имеют довольное малое отношение площади рабочей части цилиндра ко всему рабочему объему двигателя. Это преимущество говорит о том, что такой мотор имеет минимальные потери самое главной - тепловой энергии, а значит, обладает высоким коэффициентом полезного действия.

Устройство такого двигателя практически не представляет собой ничего сложного, в отличии от современных атмосферных и турбированных моторов. Он представлен всего одним цилиндром, во внутренней части которого перемещается такой же поршень, как и во многоцилиндровых автомобильных двигателях. В верхней части камеры сгорания располагаются два клапана, которые отвечают за подачу топливной смеси, а второй за выпуск отработавших газов.

Работа данного двигателя заключается в следующем. Всего такой мотор имеет четыре такта:

  • Впуск. Поршень внутри цилиндра располагается в самой верхней мертвой точке и движется вниз в строгом соответствии с поворотом коленчатого вала на 180 градусов. Пока поршень движется вниз, открывается, клапан, отвечающий за подачу топливной смеси, и в камеру сгорания подается топливо, смешанное с воздухом. После достижения поршнем самой нижней мертвой точки начинается следующий такт.
  • Сжатие. Во время этого такта задача поршня – вернуться в верхнюю мертвую точку. Коленчатый вал вращается дальше, еще на 180 градусов, при этом: впускной клапан полностью закрывается, а поршень движется наверх, сжимая уже готовую смесь.
  • Рабочий ход. Как только поршень достигнет самой верхней мертвой точки, в камере сгорания смесь будет сжата до критической отметки. В этот самый момент на электродах свечи зажигания при помощи ряда устройств возникает искра, которая воспламеняет топливовоздушную смесь. С этого момент начинается такт расширения, или как его называют по-другому – рабочего хода. Поршень, под действием энергии, возникшей от воспламенения смеси, движется снова вниз, заставляя вращаться коленчатый вал. Клапана находятся в закрытом состоянии.
  • Такт выпуска. После достижения нижней мертвой точки, поршень снова движется вверх под действием силы инерции, передаваемой от коленчатого вала. В этот момент открывается выпускной клапан и под давлением через него во впускной коллектор выходят отработавшие газы. Такт завершается после закрытия выпускного клапана и после того, как поршень окажется в верхней точке. Далее цикл тактов повторяется.

Основным тактом любого двигателя является рабочий ход. Именно в этот момент происходит самое главное – преобразование энергии тепла в механическую энергию.

Частые неисправности 4-х тактных ДВС

Чтобы изучать особенности ремонта двигателей такого типа, необходимо кое-что знать о его основных проблемах. А он имеет всего одну проблему – это высокая температура. Так как потери тепла стали минимальными, трущиеся детали стали уязвимее к механическим нагрузкам, а значит, нуждаются в качественном охлаждении. Дело в том, что основная жидкость, которая на максимальном уровне контактирует с этими деталями – масло, не может обеспечить должного отвода тепла. Поэтому для такого мотора разрабатываются две системы охлаждения: воздушная и жидкостная со специальной системой термостатов.

 

Ремонт такого двигателя можно выполнить своими силами. Для этого нужен минимум знаний и стандартный набор инструментов. Если в процессе эксплуатации наблюдаются различные стуки, которые доносятся из головки блока цилиндров, то клапанный механизм нуждается в регулировке. Все регулировки производятся при снятом двигателе и демонтированной клапанной крышке. Кроме того, необходимо снять специальную крышку на генераторе, под которой расположена гайка. Вращая эту гайку, мы вращаем коленчатый вал, для установки поршня в верхнюю мертвую точку. Чтобы определить этот момент, необходимо довести до совмещения специальные метки на роторе. После этого, под кулачки распределительного вала устанавливают измерительные щупы и замеряют тепловые зазоры клапанов. Выполнять данную процедуру нужно, естественно, на холодном двигателе, иначе результат регулировки будет не правильным.

После этого, мотор необходимо собрать и проверить. Его устанавливают на агрегат и запускают. Если он работает ровно без шумов, то регулировка клапанов прошла успешно.

Вот и все. Вот так легко можно произвести ремонт одноцилиндрового четырехтактного двигателя своими руками без помощи мастеров автосервиса. Это поможет вам хорошо сэкономить на их услугах и даст вам бесценный опыт.

Четырехтактные двигатели для садовой техники

Полезная информация

Каталог двигателей

Этот раздел нашего онлайн-магазина «СадТех24» полностью посвящен различным моделям двигателей, предназначенным для установки в современных образцах садовой техники. Нужно отметить, что хоть любое моторизированное устройство и комплектуется мотором, но необходимость в приобретении этого важнейшего компонента системы все же встречается достаточно часто. Некоторые виды садовой техники, предназначенные для профессионального или же любительского использования, обладают достаточно высокой стоимостью. И при поломке двигателя намного выгоднее просто заменить вышедший из строя силовой агрегат нежили заново покупать все устройство.

Что представляют собой двигатели для садовой техники?

Двигатель – это важнейший функциональный компонент системы, задача которого заключается в преобразовании определенного вида энергии (например, электрической) в движение механических элементов устройства. Не стоит объяснять насколько значимым является данный компонент, ведь в большинстве случаев именно от его качества зависит надежность и долговечность функционирования садовой техники.

Наиболее распространенными видами моторов являются бензиновые и электрические. В первом случае речь идет о двигателях внутреннего сгорания, для работы которых обязательно потребуется использование бензина или же дизельного топлива. Что же касается электрических моторов, то их рабочие характеристики практически ничем не уступают бензиновым аналогам, но при этом они отличаются большей экологической безопасностью. Это связанно в первую очередь с тем, что при их функционировании не происходит выброс продуктов загорания топлива в окружающую среду.

Какие именно виды двигателей мы предлагаем?

У нас на сайте вы сможете найти и заказать следующие виды моторов:

  1. Для сенозаготовительных машин;
  2. Для мотопомп;
  3. Для газонокосилок;
  4. Для мотоблоков;
  5. Для культиваторов.

Важно отметить, что мы предлагаем лишь полностью проверенную и сертифицированную продукцию от самых известных компаний-производителей из разных стран мира. Это высокомощные и надежные силовые агрегаты, которые смогут существенно продлить срок жизни вашего садового или же сельскохозяйственного инвентаря, а также избавить от необходимости покупки новой техники по повышенным ценам.

Если вы наверняка не знаете, подойдет тот или иной вид двигателя (бензинового или электрического) именно для вашей модели устройства, то вы можете всегда обратиться к нашим специалистам. Мы сможем не только ответить на любые ваши вопросы, но и подобрать наиболее подходящий товар в плане соотношения цены и качества.

Как устроен одноцилиндровый четырехтактный двигатель? + видео » АвтоНоватор

Довольно часто на машины устанавливают одноцилиндровый четырехтактный двигатель, купить который можно в специализированных магазинах или же заказать через интернет. Этот механизм является простейшим поршневым двигателем с камерой внутреннего сгорания и с одним рабочим цилиндром. В чем же его особенности?

Как работает одноцилиндровый четырехтактный двигатель?

Эти моторы распространены довольно широко как в автомобилях, так и в других транспортных средствах, таких как мотоциклы, тракторы, мопеды. Кроме того, в Китае выпускают одноцилиндровые движки объемом 1,03 литра, которые применяются для привода тяжелых мотоблоков. Главными достоинствами можно назвать наименьшее отношение площади цилиндра к рабочему объему, поэтому потери тепла минимальные, а индикаторный КПД достаточно высокий.

Устройство одноцилиндрового дизельного двигателя, впрочем, как и бензинового, заключается в следующем. Всего у таких двигателей четыре такта, первый такт отвечает за впуск. Изначально поршень занимает позицию в верхней предельной или мертвой точке (ВМТ), а коленчатый вал, поворачиваясь на 180 градусов, перемещает его в самую нижнюю точку, тоже называемую мертвой (НМТ). Кроме этого открывается и впускной клапан, а благодаря разряжению, образовавшемуся в цилиндре, в него буквально засасывается горючая смесь, которая, перемешавшись с оставшимися в нем продуктами сгорания, образует рабочую смесь.

Во время следующего такта – сжатия, поршень возвращается обратно в ВМТ, в данный промежуток оба клапана находятся в закрытом положении, что способствует сжатию рабочей смеси, а, следовательно, скачку вверх температуры и давления. Далее идет рабочий ход (третий такт) от искры, создаваемой свечами, происходит воспламенение и сгорание смеси, также приводящее к резкому повышению этих показателей.

Поршень опускается и толкает шатун, который, совершая вращательное движение, воздействует на коленчатый вал. В этот момент и происходит преобразование тепловой энергии в так нам необходимую механическую. Также открывается выпускной клапан, это приводит к снижению температуры и давления. Последний же такт отвечает за выпуск отработанных газов через выпускной клапан в глушитель и затем в атмосферу.

Какие капризы имеет одноцилиндровый дизельный двигатель?

Так как одноцилиндровый дизельный двигатель во время работы создает высокие температуры, то его трущиеся детали, создающие пары, нуждаются в охлаждении и хорошей смазке. А зазоры между ними необходимо периодически промывать, дабы удалить ненужные продукты механического износа. Кроме того, масло еще и обеспечивает отвод тепла от нагруженных поверхностей. Отсюда следует, что поддерживать хороший уровень качественного масла в таком автомобиле необходимо.

Чтобы не допустить перегрев труженика и вовремя охладить элементы головок движка и гильзы цилиндров, применяют дополнительно систему охлаждения, она может быть как воздушной, так и жидкостной. В данных системах устанавливают термостаты, чтобы обеспечить стабильную рабочую температуру. Когда все эти узлы работают четко, ваша машина выдает максимально эффективную жизнедеятельность, пользоваться – одно удовольствие. Но отсюда можно сказать и о существенном дискомфорте при каких-либо поломках, это становится заметно резко.

Осуществляем ремонт одноцилиндрового четырехтактного двигателя

Ремонт такого двигателя иногда можно осуществить и самостоятельно, если речь идет о не очень серьезных повреждениях. Таким образом, если вы услышали характерные стуки, возникшие в головке цилиндра, вполне возможно, что необходима регулировка зазоров в газораспределительном механизме. Как раз эту операцию можно произвести своими руками, правда, если вы хоть приблизительно знакомы с устройством моторов.

Осуществлять регулировку лучше всего на снятом двигателе, естественно после его остывания.

Действовать необходимо следующим образом. Сначала снять свечу зажигания и крышку головки цилиндра, а с левой стороны головки цилиндра нужно снять круглую крышку, таким образом, можно увидеть установочные метки ГРМ. Отворачиваем пробку с левой крышки генератора и получаем доступ к гайке крепления ротора. Поворачивая данную гайку ключом, мы поворачиваем и коленчатый вал. Эту несложную операцию мы производим до того момента, как метки ГРМ наконец совпадут.

Затем, вставляя плоские щупы в зазоры между регулировочным винтом и клапаном, регулируем их величину. Достигнув нужного положения, сворачиваем нашу «кухню», и можно все собрать в обратной последовательности. Запустите мотор и послушайте, все ли посторонние звуки удалось устранить. Если да, то оставляем автомобиль в покое, если нет, возможно, причина не в этом. Скорее всего, поломки двигателя носят более серьезный характер, следует немедленно обратиться к специалистам.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Китайские двигатели - 150 моделей, цена, характеристики и размеры

Китайские двигатели выпускаются мощностью 3.8 – 20.0 л. с., они могут быть одно- и двухцилиндровыми, с ручным и электростартером. Двигатели имеют различные диаметры валов 19.0 mm; 20.0 mm; 25.0 mm; 25. 4 mm и др. в зависимости от модели, некоторые китайские двигатели оснащены понижающим редуктором (1:2) на 1500 об/мин. Все двигатели выпускаются для промышленного использования, поэтому в конструкции двигателя используются следующие технические решения для увеличения срока службы двигателя: чугунная гильза цилиндра, датчик контроля уровня масла с автоматическим отключением двигателя при падении уровня масла ниже минимальной отметки, коленвал обработан токами высокой частоты (ТВЧ) для повышения прочности и износостойкости, высокоэффективная система сгорания обеспечивает полное сгорание топлива.

Китайские двигатели приобрели в последние 6-8 лет огромную популярность не только среди производителей силовой, строительной и садовой техники, но и среди частных лиц, которые с помощью китайских двигателей не только модернизируют свою старую технику, но и изготавливают новую. Благодаря этому спросу на российском рынке за последние годы появилось большое количество китайских двигателей.

Компания "ВИНГО-Групп" является дилером промышленного китайского концерна Wuxi Kipor Power Co, Ltd. Это один из лидеров по производству силового оборудования, такого как электростанции, мотопомпы, мотоблоки, погрузчики, строительная техника, двигатели общего назначения не только в Китае, но и в мире. Концерн Кипор имеет свои представительства по всему миру в Америке, Азии, Африке, Европе, поэтому положительные отзывы о продукции Kipor можно найти не только в России, но и в других странах.

Моделный ряд бензиновых и дизельных двигателей настолько велик, что позволяет использовать их в качестве привода для огромного количества силовой техники: мотоблоки и мотокультиваторы, снегоходы, пилорамы, минитракторы, мотобуксировщики, строительное оборудование, электростанции и мотопомпы и др.

Приобретая китайские двигатели Kipor, Вы можете быть уверенными в качестве приобретаемого оборудования, а развитая сервисная сеть позволит Вам чувствовать себя уверенным в любой ситуации, т.к. приобрести запчасти и осуществить ремонт двигателя не составит проблем.

Мы осуществляем ремонт китайских двигателей для мотоблоков, мотокультиваторов, минитракторов, а так же поставку запчастей как для двигателей KIPOR так и для других марок двигателей для любой силовой техники.

Устройство одноцилиндрового поршневого четырехтактного двигателя

 

Как устроен одноцилиндровый четырехтактный поршневой двигатель?

Одноцилиндровый четырехтактный карбюраторный двигатель (рис.2) состоит из цилиндра 6, в котором установлен поршень 7 с уплотнительными 8 и маслосъемными 9 кольцами, шатуна 11, соединенного с поршнем поршневым пальцем 10, коленчатого вала 14, установленного на скользящих подшипниках в картере 15.

На заднем конце коленчатого вала жестко крепится маховик. Снизу картер закрывается поддоном 16, предохраняющим детали двигателя от повреждений и загрязнения, а также являющимся резервуаром для масла. Сверху цилиндр герметично закрывается головкой, в которую ввернута свеча зажигания 1 (в дизельном двигателе вместо свечи устанавливается форсунка), впускной 17 и выпускной 3 клапаны с направляющими втулками, пружинами и деталями их крепления (при верхнем расположении клапанов).

Коленчатый вал соединяется с распределительным валом 13 при помощи распределительных шестерен. На кулачок распределительного вала опирается толкатель 12, который передает усилие на штангу 5, коромысло 2 и далее на впускной 17 или выпускной 3 клапаны, сжимая их пружины 4.

Рис.2. Одноцилиндровый четырехтактный двигатель.

Какие детали входят в кривошипно-шатунный механизм?

В кривошипно-шатунный механизм входят цилиндр с головкой, поршень с кольцами, поршневой палец, шатун, коленчатый вал, маховик, картер с поддоном.

Какое назначение кривошипно-шатунного механизма в двигателе?

Кривошипно-шатунный механизм служит для восприятия давления расширяющих газов, образующихся при сгорании горючей смеси в цилиндрах и передачи его через поршневой палец и шатун на коленчатый вал, преобразуя при этом возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Из каких деталей состоит газораспределительный механизм?

Газораспределительный механизм состоит из распределительного вала, толкателей, штанг, коромысел, клапанов с пружинами и деталями их крепления, направляющих клапанов, распределительных шестерен, При нижнем расположении клапанов в газораспределительном механизме отсутствуют штанги и коромысла.

Какое назначение газораспределительного механизма?

Газораспределительный механизм служит для своевременного впуска горючей смеси (карбюраторные двигатели) или воздуха (дизельные двигатели) в цилиндры двигателя и для выпуска отработавших газов из них в строго заданные промежутки времени путем открываний и закрывания соответствующих клапанов.

Какие системы обеспечивают работу поршневого двигателя?

Кроме кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов, в двигателе имеются системы питания, зажигания (в карбюраторных и газовых двигателях), охлаждения и смазки.

Какое назначение системы питания двигателя?

Система питания служит для подвода топлива и воздуха, образования горючей смеси и подачи ее в цилиндры карбюраторного или газового двигателя, или наполнения цилиндров дизельного двигателя чистым воздухом с последующим подводом жидкого топлива. К системе питания также относятся приборы выпуска отработавших газов, очистки топлива и воздуха.

Какое назначение системы зажигания?

Система зажигания служит для преобразования тока низкого напряжения (12 В) в ток высокого напряжения (25-30 тыс. В), который используется для воспламенения сжатой горючей смеси в цилиндрах карбюраторных или газовых двигателей в строго заданные промежутки времени.

Какое назначение системы охлаждения?

Система охлаждения служит для отвода избыточной теплоты, выделившейся в процессе сгорания горючей смеси в цилиндрах двигателя и не превратившейся в полезную работу, в окружающую среду.

Какое назначение системы смазки?

Система смазки служит для подвода масла к трущимся поверхностям деталей двигателя с целью уменьшения трения, частичного их охлаждения и удаления продуктов износа, а также способствует лучшему уплотнению поршня в цилиндре двигателя.

***
Проверьте свои знания и ответьте на контрольные вопросы по теме «Поршневые двигатели внутреннего сгорания»

вал, газораспределительный, двигатель, клапан, коленчатый, механизм, система, цилиндр

Смотрите также:
Новые автомобили ВАЗ в Екатеринбурге клик

Новые направления в конструировании двигателей типа Эндуро

Основными требованиями, предъявляемыми к двигателям для мотоциклов, предназначенных для соревнований эндуро, являются надежность и простота конструкции, а также возможность улучшения характеристик двигателя за счет допустимой замены некоторых его узлов в соответствии с последними достижениями техники.

 

Важной характеристикой современного мотоцикла для соревнований эндуро является не только максимальная мощность, но прежде всего мощность при частичной нагрузке, а также способность мотоцикла быстро реагировать на резкое увеличение подачи газа при открывании дроссельной заслонки, что часто оказывает решающее влияние на управляемость мотоцикла. При этом большое значение имеют момент инерции коленчатого вала и других вращающихся деталей.

 

Двигатель для спортивного мотоцикла должен иметь малую массу, приемлемую цену, низкий уровень шума, он должен вызывать сравнительно небольшую вибрацию и характеризоваться хорошей приемистостью. В дальнейшем все большее значение будет приобретать возможность настройки выпуска отработавших газов, что оказывает существенное влияние на работу двигателя.

 

Двухтактные одноцилиндровые двигатели

 

Основные конструкции двигателей типа эндуро были разработаны при использовании современных достижений техники. В мотоциклах классов от 80 до 500 см3 применяются легкие двухтактные одноцилиндровые, в классах более 500 см3, в соответствии с требованиями ФИМ, — четырехтактные также одноцилиндровые двигатели.

Современные двухтактный и четырехтактный двигатели одной марки

 

Двухтактные двигатели эндуро развивают более высокую (на 15—40%) мощность, чем четырехтактные, при меньшей (на 5—25%) массе. При этом в массу двигателя включено и вспомогательное оборудование, в том числе топливный бак. Надежность, техническое обслуживание двух- и четырехтактных двигателей равной мощности примерно сравнимы. В двухтактных двигателях можно управлять выпускной системой. Масса вспомогательного оборудования этих двигателей может существенно увеличиться при использовании водяного охлаждения (в основном в двигателях с малым рабочим объемом).

 

Преимуществами двухтактного двигателя являются относительная простота конструкции и возможность снижения уровня шума более простым способом. К существенным недостаткам этого двигателя относится большой расход топлива. Поэтому, поскольку в соревнованиях эндуро все чаще в последнее время используются мотоциклы с одноцилиндровыми двухтактными двигателями, число заправочных станций на дистанции увеличивается, чтобы этот недостаток не оказывал существенного влияния на ход соревнований.

 

В отличие от шоссейных гонок, в соревнованиях эндуро, также как в триале (соревнованиях по ограниченному участку с искусственными препятствиями) и мотокроссе, многоцилиндровые двигатели не нашли применения. Нетрудно подсчитать, что при одной и той же механической нагрузке на движущиеся детали двигателя, то есть при одинаковых средних скоростях поршней, двухцилиндровый двигатель должен обеспечить на 26%, трехцилиндровый — на 44%, а четырехцилиндровый — на 59% большую мощность, чем одноцилиндровый такого же рабочего объема. К преимуществам многоцилиндровых двигателей, кроме более низкой тепловой и механической нагрузок наиболее ответственных деталей, относится меньшая неравномерность хода, низкие вибрации и более легкий пуск двигателя. Значительным недостатком является существенное увеличение массы. Так, даже для двухцилиндрового двигателя со вспомогательным оборудованием оно составляет 15—30% в сравнении с одноцилиндровым. Еще одним препятствием для использования многоцилиндровых двигателей в мотоциклах для соревнований эндуро является громоздкость их конструкции и высокая цена.

Долгое время считалось, что мотоциклы с многоцилиндровыми двигателями для соревнований эндуро себя не оправдывают

 

Однако нельзя утверждать, что для соревнований эндуро пригодны только одноцилиндровые двигатели, что подтверждается стартовыми документами соревнований последних лет. Наряду с двухцилиндровыми двигателями классов 350 и 500 см3 перспективными показали себя и двигатели меньшего рабочего объема.

 

В связи с ограничениями по массе рассматривается также возможность использования многоцилиндровых двигателей с рабочим объемом 125 см3, которые уже нашли применение в мотоциклах для мотокросса. Они позволяют существенно повысить мощность по сравнению с одноцилиндровыми двигателями. Еще более выгодными могут оказаться двигатели класса 80 см3. Это, однако, противоречит классическим правилам проведения соревнований эндуро. Поэтому ФИМ, возможно, со временем примет правила, запрещающие использование многоцилиндровых двигателей с рабочим объемом 125 см3, как это уже сделано для кроссовых мотоциклов, где в классе 125 см3 обязательно применение одноцилиндровых двигателей.

 

Наиболее рациональным для мотоциклов с двигателями 500 см3 является использование четырехтактных V-образных двухцилиндровых двигателей, которые в дальнейшем могут заменить существующие одноцилиндровые. Они отличаются простотой пуска и более высокой мощностью.

 

Характеристики двигателя

 

Основными параметрами двигателя являются максимальная мощность и рабочий объем. Однако указываемая в технической документации максимальная мощность обычно носит несколько рекламный характер и не дает объективной оценки действительных рабочих характеристик двигателя.

 

Наиболее наглядно возможности двигателя отражают его скоростные характеристики, особенно зависимость вращающего момента от частоты вращения. Из этой кривой можно рассчитать кривую мощности двигателя, также в зависимости от частоты вращения. Эта кривая обычно приводится в технической документации на двигатель.

 

Для дорожных мотоциклов более пригоден так называемый эластичный двигатель, который развивает максимальный момент при средних частотах вращения. Его скоростная характеристика мощности имеет большую кривизну в середине. Эластичный двигатель не требует частой регулировки.

 

Для соревнований эндуро нужна большая максимальная мощность, поэтому двигатель должен быть отрегулирован таким образом, чтобы максимальный крутящий момент развивался при максимальной частоте вращения. Такой регулировке соответствует типичный жесткий двигатель (или двигатель с острой характеристикой). Скоростная характеристика может быть неблагоприятной при низких и средних частотах, но область максимальных значений мощности должна быть как можно более широкой, без резкого излома кривой.

 

Описанная методика используется в настоящее время повсеместно при выборе двигателей для мотоциклов эндуро, а также при разработке и испытаниях новых двигателей для гоночных и кроссовых мотоциклов. Японские специалисты ушли в этой области несколько вперед. Они разработали испытательные таблицы, учитывающие влияние динамических процессов на мощность. Они отказались от испытаний на тормозном стенде при постоянных частотах вращения, которые в практике наблюдаются крайне редко. Эти таблицы являются секретом частных конструкторских лабораторий. Для их построения работа двигателя оценивается в реальных условиях на кроссовой или гоночной кольцевой трассе путем дистанционного измерения его параметров (частоты вращения, положения золотника, положения переключателя передач), а также на стенде. Для проверки работы двигателя составлены специальные тесты, при этом достаточно простого сравнения характеристик двигателя с эталоном.

 

Лепестковый клапан или золотник?

 

Классический метод газораспределения с помощью поршня, который применяется в двухтактных двигателях и отличается простотой и надежностью, в условиях соревнований эндуро уже перестает удовлетворять. При газораспределении поршнем, в основном симметричном, двигатель может развивать высокую мощность при определенных частотах вращения и настройке впускной, перепускной и, главным образом, выпускной систем. Однако мощность существенно снижается на других режимах работы двигателя, в особенности при частичных нагрузках. Как уже было сказано, главным условием успеха в соревнованиях эндуро является высокая маневренность мотоцикла, обеспечиваемая высокой мощностью двигателя в широком диапазоне частот вращения, а также возможность плавного перехода с одного режима на другой при смене нагрузок. Можно сделать вывод, что, несмотря на почти полувековое успешное применение двухтактного двигателя с газораспределением поршнем, для соревнований-шестидневок они не перспективны.

 

Более приемлемым для двигателей эндуро является использование газораспределения лепестковым клапаном. Хорошо зарекомендовали себя как стальные лепестки, опирающиеся на упругую поверхность корпуса, так и лепестки из синтетических материалов. Важным требованием к газораспределительному устройству является обеспечение достаточного проходного сечения для пропуска газов в наиболее часто используемом рабочем режиме и получение благоприятной характеристики при минимальных частотах вращения.

Примеры различных конструкций лепестковых клапанов

 

Преимуществом мотоцикла с двигателем, в котором газораспределение производится поршнем, является плавность перехода двигателя с одного режима на другой, несмотря, например, на резкий кратковременный спад частоты вращения и мощности во время движения мотоцикла. При газораспределении правильно подобранным лепестковым клапаном это преимущество сохраняется. Но при движении с максимальной мощностью и частотой вращения такой лепестковый клапан должен открываться в достаточной степени для предотвращения резкого падения мощности и, как следствие, скорости, что крайне неприятно ощущается мотоциклистом.

 

В последнее время стали использоваться клапаны с двумя системами лепестков. Очень тонкими и чутко реагирующими на изменение давления лепестками впускное отверстие сначала приоткрывается незначительно, пропуская поток смеси, отклоняющий более толстые лепестки и полностью открывающий впускное отверстие.

 

Новым элементом в конструкции двигателя эндуро является комбинация прямого впуска, осуществляемого поршнем, и дополнительного заполнения объема картера двигателя через канал с лепестковым клапаном. При этом обычно не происходит той резкой реакции двигателя при открывании дроссельной заслонки, как в случае управления впуском с помощью только лепесткового клапана, однако двигатель легче настраивается на максимальные частоты вращения. Разнообразны и варианты установки лепесткового клапана на двигателе.

Комбинация прямого впуска, осуществляемого поршнем, и дополнительного заполнения объема картера двигателя через канал с лепестковым клапаном

 

В двигателях меньших классов лепестковый клапан не обеспечивает устойчивость работы двигателя при частотах вращения 10 000 об/мин и выше. Для получения максимальной мощности двигателей как для шоссейно-гоночных, так и для кроссовых мотоциклов используется золотник, который позволяет оптимизировать газораспределение и может быть дополнен еще одним впускным каналом, управляемым поршнем. После многочисленных опытов с различными конструкциями золотников в современных мотоциклетных двигателях наилучшим образом себя зарекомендовал тонкий дисковый золотник, установленный непосредственно на коленчатом валу. Благодаря упругости золотника, изготовляемого из тонкой стальной пластины или пластмассы, и давлению в полости картера обеспечивается оптимальное уплотнение между золотником и коленчатым валом, а относительно большой диаметр золотника позволяет осуществлять быстрое открывание и закрывание выпускного канала.

Двигатель «Пух», в котором газораспределение осуществляется поршнем и золотником

Пример установки золотника непосредственно на коленчатом валу двигателя

 

Описанная система газораспределения имеет свои недостатки, одним из которых является неудобное размещение карбюратора сбоку двигателя, а в связи с этим и слишком длинный канал впуска. Этим объясняется редкое использование золотника в современных мотоциклах малого рабочего объема. Позднее карбюратор стали размещать на верхней части картера двигателя, что позволило уменьшить длину впускного канала. Иногда карбюратор крепится к глушителю и фильтру, размещенным под седлом.

 

Появились конструкции двигателей эндуро с пластинчатым или дисковым золотником, установленным в верхней части картера двигателя за цилиндром в несколько наклонном положении. Этот способ уже успешно использовался в кроссовых мотоциклах, его преимуществом является удобное размещение карбюратора, короткий и сравнительно ровный впускной канал; недостаток — существенное усложнение конструкции двигателя со сложным приводом золотника.

Недостатком пластинчатых золотников является наличие сил инерции

Золотник со сложным приводом

 

Электрон или алюминиевый сплав?

 

Основой каждого двигателя является картер, который в современных двигателях имеет моноблочную конструкцию. Для одноцилиндровых двигателей наиболее рациональным является разъем картера в вертикальной плоскости, перпендикулярной оси коленчатого вала.

 

Чаще всего картер изготовляют из алюминиевого сплава, плотность которого равна 2,8 г/см3, или из более легкого магниевого сплава, так называемого электрона (плотность 1,85 г/см3). Кроме низкой стоимости, высокой прочности и устойчивости к атмосферным воздействиям алюминиевые сплавы обладают несомненным преимуществом — они позволяют изготовлять картеры серийно литьем в металлическую форму (кокиль). Отливки из этого материала могут иметь ребра и стенки толщиной 3 мм и меньше, нагрузка на которые, однако, ограничена.

 

Толщина стенок деталей из электрона, изготовляемых литьем в песчаную форму, по технологическим причинам не может быть меньше 4 мм, в исключительных случаях — 3 мм. Поэтому использование магниевых сплавов не дает существенного выигрыша в массе по сравнению с алюминиевыми, несмотря на разницу в их плотностях.

 

В современной практике легкие литые детали из электрона используются обычно для мотоциклов штучного изготовления, в серийных мотоциклах материалом для картеров двигателей и их крышек служит алюминиевый сплав. Следует отметить высокую долговечность изделий из электрона.

 

Охлаждение цилиндра и его головки

 

Литые цилиндры и головки цилиндров изготовляют исключительно из алюминиевых сплавов, обладающих лучшей теплопроводностью по сравнению с электроном, а также с давних пор используемым чугуном.

 

Обычно в цилиндры из алюминиевого сплава запрессовывают гильзу из чугуна или легированной стали. Такая пара имеет ряд недостатков, обусловленных, главным образом, большим тепловым расширением алюминия и ухудшением теплопередачи на стыке обоих материалов. Гильзы изготавливают литьем, и эта технология почти не меняется, несмотря на то что применяется уже несколько десятков лет.

 

Для получения гладкой и прочной рабочей поверхности цилиндра наиболее подходящим является гальваническое покрытие, прежде всего хромирование. Такой способ вначале использовался в четырехтактных, а позднее нашел применение в двухтактных двигателях малых рабочих объемов. После ряда усовершенствований хромированные цилиндры стали устанавливаться в двухтактных двигателях средних и высоких классов.

 

Более совершенным, но и более дорогим способом обработки поверхности является электролитический способ нанесения тонкой пленки никеля с кремнием по так называемой системе «никасил».

 

Для обработки поверхности цилиндра также используется комбинированный способ — хромирование с последующим нанесением пленки по системе «никасил». При правильном подборе поршневых колец этот способ является наиболее экономичным и выгодным. Однако он имеет существенный недостаток — любая доработка выпускных окон исключается, так как она нарушает целостность металлической поверхностной пленки.

 

Охлаждение цилиндра и головки цилиндра может быть воздушным или водяным. В первом случае устраивают специальные охлаждающие ребра, и охлаждение осуществляется воздухом, набегающим на них при движении мотоцикла. Установка специального вентилятора себя не оправдывает, так как значительно усложняет конструкцию и требует дополнительной мощности. При расчете охлаждающих ребер большое внимание уделяется их геометрии, расстоянию между ними и профилю переходов между ребрами с целью достижения достаточно эффективного охлаждения. Кроме того, полости между ребрами должны иметь такой профиль, чтобы во время длительной езды с небольшими нагрузками и малой скоростью или на болотистых участках пути в них не забивалась грязь.

 

Следует также учесть, что при длинных ребрах могут появиться значительные вибрации и шум. Для их устранения края ребер иногда связывают в отдельных местах, но этот метод полностью не устраняет вибрации и шума. Кроме того, такие связки усложняют конструкцию. Существует и ряд других способов устранения шума и вибраций (например, с помощью резиновых гребней, трубок или хомутов).

 

В современных двигателях головки цилиндров имеют преимущественно веерообразное оребрение. Головка крепится к цилиндру большим количеством винтов небольшого диаметра для обеспечения ее надежного прилегания к цилиндру и уменьшения внутренних напряжений.

Два примера ограничения шума, создаваемого охлаждающими ребрами

 

Водяное охлаждение

 

Работа двухтактных двигателей, устанавливаемых на шоссейно-гоночных мотоциклах и мотоциклах для гонок по пересеченной местности классов 125, 250 и частично 500 см3, невозможна без водяного охлаждения.

 

В мотоциклах для мотокросса, наиболее близкого по условиям соревнований к соревнованиям эндуро, для охлаждения используются легкие трубки малого диаметра, по которым прокачивается вода в очень небольшом объеме. Так, для двигателя с рабочим объемом 125 см3 необходим всего 1 л воды.

 

Проблемой является размещение радиатора, который хотя бы частично должен быть защищен от брызг грязи. Иногда радиатор устанавливается даже перед рулем и в туннеле топливного бака.

 

В том случае когда прямой поток воздуха через радиатор не дает достаточного охлаждения, применяются дополнительные ребра воздушного охлаждения на цилиндре и головке цилиндра (рис. 180). В мотокроссе, в частности в мотоциклах классов 250 и 500 см3, оправдывает себя тактика, при которой на сухих участках трассы, которые мотоцикл преодолевает на максимальных скоростях, применяется водяное охлаждение, а на болотистых участках, где скорость мала, — воздушное.

Водяное охлаждение двигателя СМВ было дополнено ребрами воздушного охлаждения на цилиндре и головке цилиндра

 

Однако многие конструкторы считают водяное охлаждение слишком сложным, ненадежным и потому нежелательным для мотоциклов эндуро, несмотря на ряд его преимуществ.

 

Современные правила соревнований эндуро, разрешающие замену радиаторов и ограничивающие массу мотоциклов, обусловливают необходимость охлаждения, что дает существенные выгоды. В классах двигателей 80 и 125 см3 водяное охлаждение необходимо в связи с высокими удельными мощностями, а в двигателях высших классов оно предупреждает появление больших тепловых деформаций. Одним из преимуществ этого охлаждения является меньший уровень шума, поэтому его стали использовать в четырехтактных двигателях эндуро.

 

Условием эффективного водяного охлаждения является охват всей поверхности верхней части цилиндра водяной рубашкой. Вода от цилиндра к головке должна перетекать не менее чем по четырем, а еще лучше, по пяти или шести каналам, проходящим между крепежными винтами. Нижняя часть цилиндра охлаждается при охлаждении водой его наиболее нагреваемой средней части в районе выпускного канала. Таким образом достигается ограничение тепловых деформаций.

 

В отличие от четырехтактных двигателей с так называемыми «мокрыми» гильзами для современного двухтактного двигателя более выгодно использовать цилиндры с тонкостенными гильзами, которые непосредственно не контактируют с водой.

 

Радиаторы

 

Учитывая опыт эксплуатации кроссовых мотоциклов, радиатор в современных мотоциклах эндуро размещают в пространстве между трубами рамы, соединяющими рулевую колонку с передней частью узла крепления двигателя. Конструктивно наиболее выгодным оказалось разделение радиатора на две узкие высокие части, закрепляемые по обе стороны рамы.

 

Для радиаторов, исходя из требований снижения массы и высокой теплопроводности, наиболее подходящим материалом принято считать алюминиевый сплав. Верхние и нижние бачки радиаторов соединены между собой тонкими трубками. Горизонтальные пластины, изготовляемые также из алюминиевого сплава, имеют очень малую толщину, вследствие чего любая механическая их очистка может привести к поломке.

 

Общая поверхность радиаторов мотоциклов эндуро должна быть довольно значительной, так как для обеспечения работы мощного двигателя необходимо поддерживать температуру воды в системе его охлаждения достаточно низкой. Обычно она составляет 65—70°С. Радиатор заполняется дистиллированной водой, при этом использование двигателя на морозе не предусматривается. Радиатор находится под избыточным давлением. Разница между рабочей температурой и температурой кипения воды является резервной на случай кратковременного перегрева, мощность двухтактного двигателя при наивысшей температуре жидкости заметно уменьшается. Ни в коем случае нельзя допускать повышения температуры воды до точки кипения и появления пара: при малом количестве воды это может привести к аварии.

 

Контроль за изменением количества воды осуществляется только при отладке двигателя. Во время соревнований при чрезмерном повышении температуры мотоциклист, не имея возможности регулировать ее другим способом, должен снизить скорость.

 

Соединительные трубки прежде имели довольно большой диаметр, но впоследствии были разработаны мощные водяные насосы, позволившие использовать легкие трубки малого диаметра из пластмассы.

 

Радиаторы должны быть защищены от прямых брызг грязи специально сконструированными щитками. Такая защита необходима, хотя несколько снижает эффективность охлаждения. Правильно сконструированный щиток обеспечивает свободный доступ воздуха, при этом крупные частицы грязи не прилипая легко слетают с него. Такой щиток позволяет производить быструю очистку и замену на контрольном пункте.

 

Целесообразно также использование боковых пластин из пластмассы, которые дополнительно направляют воздух на радиатор, что особенно важно, когда средняя часть щитков забита грязью.

Боковые пластины, направляющие воздух на радиатор в мотоцикле КТМ

 

Поршень со стальными поршневыми кольцами

 

Конструкция и материал поршня обычно выбираются с учетом опыта использования мощных шоссейно-гоночных и кроссовых мотоциклов. В качестве полуфабриката для поршней, испытывающих очень высокие нагрузки, чаще всего используются отливки, подвергнутые для повышения качества ковке, форма которых отвечает требованию малых температурных деформаций. Наиболее удобными в этом отношении и по технологии обработки являются материалы на основе алюминия.

 

Высоту поршня, исходя из требований экономии массы, стараются по возможности ограничить так, чтобы она лишь незначительно превышала его ход. Недостатком такой конструкции является высокий износ поршня и цилиндров, а также шум при работе двигателя.

 

Применявшиеся прежде поршневые кольца из серого чугуна ввиду их хрупкости и малой надежности в двигателях эндуро не используют. Обычно в этих двигателях применяют одно или два поршневых кольца из хромистой стали или модифицированного чугуна. Эти более прочные материалы имеют, однако, ряд недостатков, главными из которых являются плохие фрикционные свойства, необходимость долговременной обкатки из-за высокой твердости материалов, недостаточное уплотнение. Чтобы его увеличить, уменьшают высоту поршневых колец до 0,8—1,2 мм, что может привести, однако, к их деформации, особенно при хранении.

 

Для двигателей эндуро рекомендуется использовать поршневые кольца Г-образного поперечного сечения или комбинацию колец, где сверху кольцо Г-образного поперечного сечения и под ним другое — прямоугольного поперечного сечения.

 

Однако при смазочных материалах даже самого высокого качества, применяемых в двухтактных двигателях, существует опасность пригорания поршневых колец Г-образного поперечного сечения. Другой проблемой, связанной с эффективностью поршневого кольца и надежностью двигателя, является безопасная фиксация положения этого кольца специальным штифтом, а также крепление самого штифта для предотвращения самопроизвольного выпадения.

 

Эти кажущиеся незначительными моменты очень часто становятся непосредственной причиной схода гонщика с трассы. Для поршневого кольца малой толщины выбирают фиксирующие штифты, диаметр которых больше ширины канавки для кольца. Отверстие для штифта теперь выполняется не сквозным, как это делали прежде, а глухим, переходящим в отверстие меньшего диаметра, предназначенное для отвода воздуха.

 

Внешний диаметр стального штифта и его выступающая часть для запрессовки могут быть точно измерены микрометром, а соответствующее отверстие в поршне контролируют специальными калиброванными штифтами. По этим данным определяют необходимое давление при запрессовке штифта в поршень.

 

Большое влияние на характеристики двигателя в целом и тепловую нагрузку поршня оказывает форма его юбки.

Два примера, иллюстрирующие влияние конструкции поршня на распределение температур по его высоте

 

Выбор момента инерции

 

Кривошипно-шатунный механизм двухтактного двигателя для спортивного мотоцикла, в том числе и шатун, наиболее нагруженный из элементов этого механизма, в последнее время не претерпел значительных конструктивных изменений. Щека коленчатого вала изготовляется заодно с коренной шейкой из стальной поковки, затем цементируется. Таким же образом делают и шатун. Попытки изготовить шатун из других материалов не принесли желаемого успеха.

 

Одним из важнейших вопросов при расчете двигателя является выбор момента инерции коленчатого вала с маховиком. Его оценка производится с учетом закрепленных на нем вращающихся деталей (системы зажигания, первичного звена силовой передачи, например, диска сцепления). Остальные детали, в частности диск сцепления на входном валу коробки передач, на общий момент инерции существенного влияния не оказывают.

 

При высоком моменте инерции двигатель имеет ряд преимуществ: более плавный ход, меньший износ элементов первичного звена привода, спокойный холостой ход, а иногда и пониженный уровень шума. При резком увеличении подачи газа двигатель плавно достигает наибольшей частоты вращения, что не всегда, однако, можно считать преимуществом. Недостатком массивного коленчатого вала с маховиком является большая вероятность поломки силовой передачи или даже разрыва цепи под влиянием инерции вращающихся масс, а также крайне неэкономичный режим работы двигателя при движении на резко выраженной пересеченной местности.

 

В последнее время для двигателей классов 80 и 150 см3 применяются очень легкие коленчатый вал и маховик. При этом гонщик должен постоянно регулировать работу двигателя. По другому этот вопрос решается в мотоциклах классов 250 и в особенности 500 см3, когда при достаточно высоком моменте инерции этих элементов обеспечивается безопасность управления мотоциклом даже на болотистой местности, но за счет уменьшения приемистости.

 

Известен ряд случаев, когда на заводских гоночных моделях успешно применялся двигатель с облегченным коленчатым валом. Но это не применимо для вариантов двигателей, предназначенных для серийных мотоциклов.

 

Фирма «Судзуки» разработала оригинальную конструкцию, обеспечивающую высокий момент инерции при малых частотах вращения, что позволяет легко управлять мотоциклом при езде с невысокой скоростью, и малый момент инерции при больших частотах вращения для улучшения его динамических характеристик. В этой конструкции коленчатый вал имеет дополнительный вращающийся элемент, который автоматически отсоединяется при частоте вращения выше 3000 об/мин.

 

Высококачественные подшипники и уплотняющие устройства

 

В двухтактных двигателях мотоциклов для соревнований эндуро особого внимания требуют подшипники головок шатуна, в качестве которых используются исключительно игольчатые роликоподшипники с сепараторами. Нижний подшипник шатуна является одним из самых нагруженных элементов двигателя. Обычно для изготовления сепаратора подшипника используют алюминиевые сплавы или сталь. Стальной сепаратор может быть покрыт серебром. При изготовлении подшипника очень важен правильный выбор игольчатых роликов и основных зазоров, которые выдерживаются с очень высокой точностью — до 0,02 мм. Наибольшую опасность для работы подшипника составляет перекос роликов, появляющийся чаще всего из-за технологических дефектов при изготовлении сепаратора.

 

В качестве опор поршневого пальца лучше всего проявили себя игольчатые роликоподшипники без сепараторов. При использовании здесь обычных сепараторов возможны поломки из-за резкого повышения ускорения в момент смены направления вращения (в случае короткого шатуна).

 

Выбор подшипников опор коленчатого вала не создает особых трудностей. Здесь применяются шариковые, роликовые и игольчатые подшипники.

 

Конструкторы двигателей, механики и гонщики особое внимание уделяют уплотнению мотылевой шейки коленчатого вала. После проверки в соревнованиях лабиринтового уплотнения и стальных уплотняющих колец при максимальных частотах вращения оказалось, что для мотоциклов эндуро наиболее оправдывают себя самоподжимные сальники, состоящие из резиновых уплотняющих колец с острой рабочей кромкой, поджимаемых стальной пружиной. Окружная скорость вала в месте уплотнения при этом не должна превышать 15 м/с, что для высокооборотных двигателей не может быть выполнено. Поэтому используются специальные уплотняющие устройства, благодаря которым допустимая окружная скорость при трении может достигать 35 м/с. Но они требуют более тщательной шлифовки мотылевой шейки. При монтаже коленчатого вала следует проявлять особую осторожность, чтобы не повредить уплотняющее устройство.

 

Перепускные каналы

 

В двигателях прежних конструкций наиболее часто применялись петлевая продувка, продувка с коротким или длинным третьим перепускным каналом, четырехканальная продувка. В последнее время все чаще используются двухканальные двигатели с высокой удельной мощностью, что потребовало новых вариантов систем продувки, реализация которых стала возможной в связи с прогрессом в технологии изготовления цилиндров.

 

В двигателях мотоциклов эндуро стараются максимально использовать поверхность гильзы цилиндра для образования впускных окон перепускных каналов. Верхние кромки этих окон по высоте незначительно сдвинуты. Правильно выбирая конструкцию, направление впуска, сечение окон отдельных перепускных каналов, а также фазы их открывания, можно снизить потери на наполнение цилиндра свежей горючей смесью. При этом расширяется диапазон частот вращения двигателя.

 

В конечном счете не имеет значения, использована ли продувка четырьмя, шестью или более каналами. Главным в современных двухтактных двигателях для спортивных целей является использование всей поверхности гильзы цилиндра для образования впускных окон, за исключением выпускного окна и узких перегородок. Продувочные окна, расположенные непосредственно над впускными, создают потоку смеси существенно большее сопротивление. Их главным назначением является создание соответствующего давления при впуске смеси в момент открывания окна и непосредственно после этого.

 

При использовании описанной системы осуществляется также прямой впуск части смеси в камеру сгорания с газораспределением лепестковым клапаном.

 

При расчете геометрии каналов учитываются результаты тормозных испытаний. Наибольшие сложности при расчете продувки возникают из-за неравномерности поступления смеси, изменения температуры, а также вследствие широкого диапазона требуемой частоты вращения. В расчете принимается во внимание и влияние частичных нагрузок.

Интересный способ простого и точного изготовления перепускных каналов был разработан на ВВЗ «Ява»

Сложная, но эффективная система впуска в двигателе «Судэуки РМ 250»

 

При любой модернизации системы смесераспределения в двухтактных двигателях главное слово остается за испытателями.

 

Степень сжатия и топливо

 

Степень сжатия — это отношение объемов цилиндра при положениях поршня в нижней и верхней мертвых точках. Чем больше степень сжатия, тем больше мощность двигателя и меньше расход топлива. Так, при увеличении степени сжатия двигателя внутреннего сгорания, например, с 6 до 10, мощность возрастает на 20 % при уменьшении расхода топлива на 13 %.

 

Для двигателей мотоциклов эндуро класса 500 см3 степень сжатия, как правило, составляет 8,5:1, для двигателей классов 125 и 80 см3 с водяным охлаждением — 16:1.

 

При ознакомлении с техническими данными японских мотоциклов удивляет низкое значение степени сжатия. Это объясняется тем, что японские конструкторы при расчете учитывают объем цилиндра не в нижней мертвой точке, а в момент закрывания всех окон поршнем. Таким образом, все дело не в реальном низком значении степени сжатия, а в ином способе измерения.

 

Главной причиной ограничения степени сжатия является стремление предотвратить детонацию топлива. Учитывая эту опасность, в современных спортивных двигателях соответствующим образом рассчитывают конструкцию камеры сгорания и оптимизируют размещение свечи зажигания. Кроме антидетонационной щели большое значение для предотвращения детонации имеет правильный расчет и выбор геометрии системы продувки.

Степень сжатия можно увеличить при правильном расчете и выборе геометрии системы продувки. Удачное решение было разработано конструкторами ГДР

 

Возможность работы двигателя с высокой степенью сжатия зависит также от используемого топлива. Критерием для оценки антидетонационных свойств топлива служит его октановое число. Прежде октановое число определялось экспериментально на специальном двигателе с минимальным значением степени сжатия. В настоящее время это число определяется в лаборатории. Используемый в ЧССР бензин «Супер» имеет октановое число 96, «Специал» — 90. Есть страны, в которых продается бензин с октановым числом 98. Для спортивных двигателей, особенно для работы карбюратора, решающим является не только октановое число бензина, но и его состав.

 

Октановое число повышается добавкой токсичного тетраэтилсвинца, но его содержание во всем мире строго ограничивается. Главной причиной этого является выброс в атмосферу с выпускными газами свинца, вредно влияющего на организм человека и окружающую среду. По требованиям, действующим в США и регламентирующим уровень токсичности выпускных газов, двигатель должен иметь катализатор в выпускном канале, который реагирует на присутствие свинца в отработавших газах. И именно свинец в отработавших газах значительно уменьшает эффективность и долговечность катализатора.

 

В ряде европейских стран установлен предел присутствия свинца в литре бензина, равный 0,4 г, в ФРГ и некоторых других странах рекомендовано использовать бензин, вообще не содержащий свинца. Октановое число в этом случае повышают за счет изменения химического состава, особенно за счет примеси этилового спирта. Эта примесь выгодна для ряда стран и с экономической точки зрения, однако она требует дополнительной регулировки карбюратора. Например, в Австрии используется бензин с примесью этилового спирта, равной 5 % (норма установлена с 1982 г.), во Франции и США норма этилового спирта в бензине составляет 10% (с 1985 г.), в Бразилии — 20 % (с 1985 г.).

 

Присутствие в бензине этилового спирта, содержащего кислород, проявляется более высокой теплотой испарения, что затрудняет пуск непрогретого двигателя, но облегчает его охлаждение.

 

Карбюратор

 

Главными требованиями, предъявляемыми к карбюраторам мотоциклов эндуро, являются простота конструкции, легкость настройки и возможность быстрого ремонта. Карбюратор также должен быть компактным, иметь небольшую массу при обеспечении устойчивой работы двигателя на различных режимах.

 

Особенность карбюраторов для спортивных двигателей — малый расход топлива при частичных нагрузках и отсутствие контроля состава выпускных газов.

 

Карбюраторы в современных двигателях ставят с применением гибкого патрубка, который также необходим для предотвращения возможного доступа воздуха со стороны.

 

В двигателях эндуро применяются карбюраторы моноблочной конструкции с цилиндрическим или, в некоторых случаях, плоским золотником. Корпус карбюратора изготовляют из алюминиевого сплава или электрона (прежде использовался более тяжелый цинковый сплав.

Пример современного карбюратора моноблочной конструкции, изготовленного из магниевого сплава

 

Камера, в которой находится поплавок карбюратора, относительно мала. При правильно выбранных сечениях каналов нет необходимости в том, чтобы камера исполняла функции дополнительного резервуара топлива при кратковременных и наибольших нагрузках двигателя.

 

В отличие от шоссейно-гоночных мотоциклов, когда при край них положениях рукоятки газа подача топлива прекращается, двигатели эндуро должны устойчиво работать и на холостом ходу. В качестве пускового устройства карбюратора при холодном старте для этого часто используют обычную кнопку утолителя поплавка на крышке поплавковой камеры.

 

Шестидневные соревнования эндуро проходят при изменяющихся погодных условиях, на различных трассах, иногда с перепадом высот до 2000 м. При этом могут происходить нежелательные изменения в работе главного жиклера. Для компенсации этого рекомендуется применять устройства обогащения горючей смеси, позволяющие управлять работой карбюратора в широком диапазоне частот вращения двигателя.

Система «Повер Йет» в двигателе «Ямаха» позволяет подавать обогащенную смесь и тем самым повысить эффективность двигателя

 

В мотоциклах, как и в автомобилях, стали использовать электронные системы управления впрыском горючей смеси. Это улучшает форму скоростной характеристики двигателя, в особенности при частичных нагрузках. Для повышения экономии топлива и снижения доли вредных веществ в отработавших газах используют способ впрыскивания горючей смеси до момента перепуска, что можно осуществить и в двухтактных двигателях.

 

Впускной патрубок расположен между золотником карбюратора и элементом, регулирующим газораспределение (поршнем, лепестковым клапаном). Изменяя длину патрубка, можно изменять характеристики двигателя: при ее уменьшении максимальная мощность развивается при максимальной частоте вращения, при увеличении — максимальный вращающий момент получают на средних частотах вращения.

 

Японская фирма «Ямаха» разработала оригинальный способ повышения эффективности впускной системы, получившей название ЯЭИС (Ямаха Энеджи Индакшн Систем). При этом между карбюратором и лепестковым клапаном во впускной патрубок введена трубка от резонатора. В случае правильного выбора объема резонатора колебания потока горючей смеси совпадают с колебаниями в нем, что приводит к улучшению наполнения цилиндра этой смесью.

Схема карбюратора системы ЯЭИС

Установка карбюратора системы ЯЭИС на мотоцикле

 

Важным элементом впускной системы является воздушный фильтр, объединяемый с глушителем впуска. Фильтры изготовляют из бумаги или микропористой искусственной массы. Бумажные микрофильтры размещают так, чтобы пластинки были направлены вниз для предотвращения разрыва фильтра частичками грязи, попавшими в камеру. Выбор сечения фильтра должен быть таким, чтобы при его частичном загрязнении расход воздуха не снижался слишком сильно и не потребовалась срочная замена фильтра. Но в то же время он должен быть эффективно защищен от воды и грязи.

 

Японская фирма «Кавасаки» разработала систему ФАИС (Фреш Айр Интейк Систем), в которой чистый, охлажденный воздух через большое число фильтров проходит в специальную камеру под топливным баком, из которой затем уже поступает для получения горючей смеси

 

В ЧССР инженеры Ф. Боушки и П. Тумы с предприятия ВВЗ «Ява» разработали и запатентовали систему троекратной очистки воздуха. Она успешно использовалась на мотоциклах «Ява», участвовавших в шестидневных соревнованиях эндуро в 1984 г.

 

Еще одной проблемой мотоциклов является глушение шума при впуске. В спортивных мотоциклах шум впускной системы и шум, генерируемый тонкими стенками глушителя впуска, слышен и может быть измерен. Однако шумомер, устанавливаемый в соответствии с правилами ФИМ на расстоянии 0,5 м от конца выпускного патрубка, слабо улавливает шум впуска.

 

Управление выпуском

 

В отличие от четырехтактных двигателей, в которых выпуск производится во время всего хода поршня сверху вниз, благодаря чему площадь выпускных окон может быть ограничена, в двухтактном двигателе выпускные каналы должны иметь большие размеры. Определение момента открывания выпускных окон, как и места их размещения, имеет большое значение. Окна желательно размещать недалеко друг от друга. При этом следует с большой осторожностью относиться к увеличению размера окон. Они расположены в самой горячей части цилиндра, и поэтому на их кромках могут появиться деформации и даже трещины. Для предупреждения этих явлений на окнах часто предусматривают перемычки. Кромки широких окон рекомендуется скашивать или скруглять, чтобы они не создавали сопротивления поршневым кольцам. Для колец следует использовать высококачественные стали. Эти меры, однако, влекут за собой некоторую потерю мощности.

 

Разработана выпускная система, в которой фаза выпуска зависит от частоты вращения и геометрии верхней части выпускного окна. Это позволяет увеличивать фазу открывания и площадь выпускного окна при максимальных частотах вращения. При этом улучшается форма скоростной характеристики в области средних и малых частот вращения. Впервые в практике мотоциклостроения подобная конструктивная схема была применена на двигателе «Ямаха» - так называемая система ЯПВС (Ямаха Пауэр Вэлв Систем), в которой использовался вращающийся золотник. Однако здесь возникали трудности, связанные с перемещением уплотнения. Кроме того, требовалось использование более прочного и долговечного регулирующего элемента, который омывается потоком отработавших газов.

Два примера регулирования фазы выпуска изменением геометрии выпускного окна (запатентовано предприятием «Ява»): а — вращающийся полый цилиндрический золотник 1 открывает дополнительное выпускное окно во втулке 2, верхняя кромка которого лежит выше верхней кромки главного выпускного канала 3; б — перемещающаяся заслонка 1 опирается на втулку 2 в цилиндре 3. Перемещение осуществляется с помощью вращающегося вала 4 и пальца 5

 

Фирма «Хонда» предложила свою систему управления выпуском - АТЭЧ (Аутоматик Торкью Эмплификейшн Чамбер), в которой изменение объема выпускного патрубка в его передней части производится заслонкой, перемещаемой центробежным регулятором. Возможно также совместное использование обеих систем управления выпуском, описанных выше.

Система управления впуском АТЭЧ фирмы «Хонда»

 

Мощность или шум

 

Выпускная система двухтактного двигателя содержит выпускной патрубок, расширительный конус, резонатор, обратный конус и насадку. Для двигателей эндуро очень важным элементом является глушитель.

При способе измерения шума в соответствии с требованиями ФИМ решающим является шум отработавших газов

 

Шумоглушение в этих двигателях осуществляется с помощью глушителя, установленного в резонаторе или специальной насадке. Оба способа глушения могут быть использованы и одновременно. С точки зрения влияния глушения на мощность двигателя, а также его долговечность более выгодными по сравнению с глушителями, в которых используется поглощение звука, признаны глушители, работающие с использованием акустического сопротивления. Глушители, основанные на поглощении звука, склонны к быстрому засорению и механическому повреждению самих звукопоглощающих вставок.

 

В дорожных мотоциклах для уменьшения уровня шума прибегают к изоляции или усилению стенок глушителя. При современном способе измерения в соответствии с требованиями ФИМ этим, однако, пренебрегают.

Пример применения насадок для уменьшения уровня шума

 

Смазка маслом, смешанным с топливом

 

Современные дорожные двухтактные мотоциклы, особенно японские, оборудованы раздельной системой смазки. В системах смазки для мотоциклов эндуро важна простота, надежность и малая масса. Широко распространенная система смазки маслом, смешанным с топливом, обеспечивает подвод большего количества смазки, чем необходимо, по сравнению с отдельной системой смазки, которая в зависимости от нагрузки изменяет соотношение масла и бензина от 1:20 до 1:150. Но благодаря тому, что современные масла для двухтактных двигателей дают минимальный нагар, это не вызывает трудностей.

 

В условиях соревнований эндуро выгоднее сразу же заправляться смесью бензин-масло, чем заливать в бак отдельно масло и чистый бензин.

 

Одним из важнейших вопросов для спортивного мотоцикла является правильный выбор соотношения масло-бензин. Если прежде использовалось соотношение 1:20, то сейчас оно колеблется между 1:33 и 1:40, а в двигателях с отдельной смазкой подшипников коленчатого вала даже 1:50, что возможно при использовании высококачественных сортов масел.

 

Электронное зажигание

 

Впервые электронное бесконтактное зажигание нашло применение в высокооборотных двигателях для шоссейно-гоночных мотоциклов, позднее и для кроссовых мотоциклов. Разработчики спортивных мотоциклов вначале опасались его использовать, однако скоро оно зарекомендовало себя как надежное, безопасное, высокоэффективное и легко заменяемое в случае выхода устройства из строя. Электронное зажившие имеет два коммутирующих контура и легко доступный и поддающийся ремонту или замене прерыватель.

 

Электроника находит широкое применение в мотоциклах для соревнований эндуро. Ряд фирм в мире выпускают компактные устройства, обладающие высокой надежностью в сложных условиях тряски и повышенной влажности даже при максимальных частотах вращения двигателя.

 

При выборе современных электронных устройств зажигания, отличающихся надежностью, важна величина момента инерции ротора прерывателя, определяемая его расположением вне или внутри статора.

 

Электронное устройство зажигания содержит также генератор переменного тока, дающий энергию и для освещения; при этом отпадает необходимость в аккумуляторе.

 

В настоящее время требования по обязательной установке электронного оборудования в правила соревнований эндуро не включены.

 

Свеча зажигания

 

Наиболее чувствительным элементом всего устройства зажигания, особенно в двухтактных двигателях, является свеча. Прежде для двигателей спортивных мотоциклов предпочитали использовать две свечи, работающие одновременно. Применяли также систему с двумя контурами зажигания, каждый со своей свечой. Тогда при выходе работающего контура из строя или в сомнительном случае гонщик во время движения мог включить второй контур зажигания. Менее предпочтительно было использование второй, запасной свечи, установленной на головке цилиндра, на которую гонщик в случае необходимости перебрасывал высоковольтный провод.

 

Впоследствии появились новые конструкции свечей. При использовании высококачественных масел, допускающем более низкое процентное содержание их в бензине, стало возможным использовать лишь одну свечу. Для двигателей, используемых в мотоциклах эндуро, лучше всего применять свечи современных конструкций, сохраняющие работоспособность в широком диапазоне температур, предпочтительно с резьбой 14 мм. Выбор длины резьбы зависит от конструкции головки цилиндра и на эффективность свечи никакого влияния не оказывает.

 

Четырехтактные двигатели для мотоциклов эндуро

 

Вопрос, применять или не применять четырехтактные двигатели в мотоциклах для соревнований эндуро, до сих пор окончательно не решен. И двухтактные, и четырехтактные двигатели имеют свои преимущества и недостатки. Однако четырехтактные двигатели выгодно использовать на мотоциклах класса 500 см3. Эти двигатели обеспечивают достаточную мощность в условиях сложных и длительных испытаний.

Четырехтактные двигатели

 

Одним из главных условий успешного применения двигателей любого класса является хорошая управляемость, обусловленная их низкой массой, достаточным клиренсом и благоприятной скоростной характеристикой. Эти требования предъявляются и к одноцилиндровым двухтактным двигателям меньших классов. Реальный объем четырехтактных двигателей эндуро был близок к 500 см3, но под влиянием конкуренции и рекламы большее распространение получили двигатели с рабочим объемом 550 и даже 600 см3. Возможно, в скором будущем в этом классе найдут применение и двухцилиндровые двигатели.

 

Выбор способа газораспределения в двигателях для соревнований также не однозначен. Здесь успешно применяется газораспределение как с верхним, так и с нижним расположением распределительного вала. Наиболее эффективным, особенно при максимальных частотах вращения, считается использование двух распределительных валов, установленных на головке цилиндра. Улучшения газораспределения иногда достигают применением камеры сгорания со значительным наклоном клапанов. Недостатком этого способа является утяжеление головки цилиндра и удлинение цепи или ремня для связи распределительных валов. Кроме того, вертикальный распределительный вал с двумя парами конусных колес чрезмерно усложняет конструкцию.

 

Более прост в двигателях эндуро выбор других элементов: подшипников, поршней, поршневых колец, цилиндров, систем охлаждения, коромысел, их ударников, клапанов, а также способа их установки. Здесь следует использовать опыт, накопленный при эксплуатации мощных дорожных мотоциклов и даже спортивных автомобилей. Эти элементы отличаются надежностью и долговечностью, а значит, вполне пригодны для соревнований в шестидневке.

 

Чрезвычайно важной является проблема выбора момента инерции коленчатого вала, влияющего на приемистость мотоцикла и его торможение двигателем. В последнее время более выгодными считаются сравнительно небольшие легкие коленчатые валы, которые значительно снижают массу и уменьшают размеры современных двигателей, настраиваемых на минимально возможную наивысшую мощность. Не при этом следует обеспечить благоприятную скоростную характеристику.

 

Для разгрузки двигателя масляный бак, как это делалось и прежде, иногда размещают отдельно от него во внутреннем пространстве рамы. С другой стороны, интерес здесь представляет система смазки фирмы «Хускварна», где используется масляный бак, общий для двигателя и коробки передач. Двигатель не имеет топливного насоса, смазка его осуществляется разбрызгиванием. В момент понижения давления в картере нижняя грань поршня открывает канал, соединяющий объем картера с полостью, в которой расположен цепной привод распределительного вала. При этом масло поступает к смазываемым частям двигателя. Из нижней части объема картера оно выдавливается в эту полость при повышении давления в картере. Обратный его выброс в картер предотвращен клапаном, настроенным на определенное давление. Весь распределительный механизм с головкой цилиндра смазывается маслом, разбрызгиваемым цепью (или ремнем).

 

Значительные трудности в четырехтактном одноцилиндровом двигателе класса более 500 см3 по сравнению с двухтактными возникают в связи с вибрациями, особенно при использовании легкого коленчатого вала.

 

Балансировки и способ крепления двигателя не решают проблемы, к тому же вообще упругое крепление двигателя к раме в спортивных мотоциклах с цепным приводом является неблагоприятным. Остается или смириться с некоторым увеличением вибраций, или использовать дополнительные балансирующие устройства.

 

Компромиссным для двигателей эндуро решением является использование двух или чаще одного балансирующего вала, вращающегося с такой же частотой, что и коленчатый вал, но в противоположном направлении.



Как работает 4-тактный двигатель

Чтобы привести ваше оборудование в действие, двигатель с верхним расположением клапанов выполняет повторяющийся четырехэтапный процесс, описанный ниже.

Элемент, обеспечивающий работу двигателей внутреннего сгорания

  • Воздух
  • Топливо
  • Сжатие
  • Искра

Шаг 1: Ход всасывания

Воздух и топливо попадают в небольшой двигатель через карбюратор. Работа карбюратора состоит в том, чтобы подавать смесь воздуха и топлива, которая обеспечивает правильное сгорание.Во время такта впуска открывается впускной клапан между карбюратором и камерой сгорания. Это позволяет атмосферному давлению нагнетать топливовоздушную смесь в канал цилиндра, когда поршень движется вниз.

>> Проблемы с производительностью? Узнайте, как устранить неполадки при ремонте карбюратора и очистить / обслужить карбюраторы двигателя малого объема.

Шаг 2: Ход сжатия

Сразу после того, как поршень переместится в нижнюю точку своего хода (нижняя мертвая точка), в отверстии цилиндра находится максимально возможная воздушно-топливная смесь.Впускной клапан закрывается, и поршень возвращается обратно в отверстие цилиндра. Это называется тактом сжатия процесса 4-тактного двигателя. Топливно-воздушная смесь сжимается между поршнем и головкой блока цилиндров.

Шаг 3: Рабочий ход

Когда поршень достигает вершины своего хода (верхней мертвой точки), он будет в оптимальной точке для воспламенения топлива и получения максимальной мощности для вашего внешнего силового оборудования. В катушке зажигания создается очень высокое напряжение.Свеча зажигания обеспечивает сброс этого высокого напряжения в камеру сгорания. Тепло, создаваемое искрой, воспламеняет газы, создавая быстро расширяющиеся перегретые газы, которые заставляют поршень возвращаться в отверстие цилиндра. Это называется рабочим ходом .

Шаг 4: ход выпуска

Когда поршень снова достигает нижней мертвой точки, выпускной клапан открывается. По мере того, как поршень движется обратно по каналу цилиндра, он выталкивает отработавшие газы сгорания через выпускной клапан и из систем выпуска.Когда поршень возвращается в верхнюю мертвую точку, выпускной клапан закрывается, а впускной клапан открывается, и процесс 4-тактного двигателя повторяется.

Когда-либо повторение цикла требует двух полных оборотов коленчатого вала, в то время как двигатель создает мощность только во время одного из четырех тактов. Чтобы машина продолжала работать, ей нужен маховик небольшого двигателя. Рабочий ход создает импульс, который толкает маховик за счет инерции, удерживая его и коленчатый вал во время тактов выпуска, впуска и сжатия.

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания

4-тактный двигатель внутреннего сгорания
Гленн

Исследовательский центр

Это анимированный компьютерный рисунок одного цилиндра Райт. авиадвигатель братьев 1903 года. Этот двигатель приводил в действие первый, тяжелее воздушные, самоходные, маневренные, пилотируемые самолеты; Райт Флаер 1903 года.Двигатель состоял из четырех цилиндры как показано выше, с каждый поршень подключен к общему коленчатый вал. Коленчатый вал был соединен с двумя противоположно вращающимися. пропеллеры который произвел тяга, необходимая для преодоления сопротивление самолета.

Дизайн братьев очень прост по сегодняшним меркам, так что это хороший двигатель для студентов, чтобы изучить основы работа двигателя. Этот тип внутреннее сгорание двигатель называется четырехтактный двигатель , потому что есть четыре движения, или удары поршня перед повторением всей последовательности запуска двигателя.Четыре штриха описаны ниже с некоторыми неподвижными фигурами. В анимации и на всех рисунках мы раскрасили система впуска топлива / воздуха красный, электрическая система зеленый, а вытяжная система синий. Мы также представляем топливно-воздушную смесь и выхлопные газы небольшими цветные шарики, чтобы показать, как эти газы проходят через двигатель. Поскольку мы будем иметь в виду движение различных частей двигателя, вот рисунок, показывающий названия частей:

Ход всасывания

Двигатель цикл начинается с впускной ход как поршень тянул в сторону коленчатого вала (на рисунке слева).

Впускной клапан открыт, топливо и воздух проходят через клапан. и в камеру сгорания и цилиндр от впускного коллектора, расположенного в верхней части камеры сгорания. Выпускной клапан закрыт, а электрический контактный выключатель разомкнут. Топливно-воздушная смесь находится на относительно низком уровне. давление (около атмосферного) и окрашен в синий цвет на этом рисунке. В конце такта впуска поршень находится в крайнем левом углу и начинает двигаться назад в сторону верно.

Цилиндр и камера сгорания заполнены топливно-воздушной смесью низкого давления. и, когда поршень начинает двигаться вправо, впускной клапан закрывается.

Историческая справка - Открытие и закрытие впускного клапана двигателя Wright 1903 был назван братьями «автоматическим». Он основан на немного более низком давлении внутри в цилиндре во время такта впуска, чтобы преодолеть силу пружины, удерживающей клапан в закрытом состоянии. Современные двигатели внутреннего сгорания делают не работайте так, но используйте кулачки и коромысла, как выхлопную систему братьев. Кулачки и коромысла обеспечивают лучший контроль и время открытия и закрытие клапанов.

Ход сжатия

Когда оба клапана закрыты, комбинация цилиндра и камеры сгорания образуют полностью закрытую емкость, содержащую топливно-воздушную смесь. Как поршень сдвигается вправо, объем уменьшается, а топливно-воздушная смесь сжатый во время ход сжатия.

Во время сжатия нет нагревать переходит в топливно-воздушную смесь. Поскольку объем уменьшается из-за движения поршня, давление в газе увеличился, как это описано по законам термодинамика.На рисунке смесь окрашена желтый цвет означает умеренное повышение давления. Чтобы создать повышенное давление, мы должны сделать Работа на смеси, просто поскольку вам нужно выполнить работу, чтобы накачать велосипедную шину с помощью насоса. Во время такта сжатия электрический контакт остается разомкнутым. Когда объем самый маленький, и давление самое высокое, как показано на рисунке, контакт замкнут, и поток электричество течет через вилку.

Рабочий ход

В начале рабочего хода электрический контакт размыкается.Внезапное размыкание контакта вызывает искру в камере сгорания, которая воспламеняет топливно-воздушную смесь. Стремительный горение топливных выбросов нагревать, и производит выхлопные газы в камере сгорания.

Поскольку впускные и выпускные клапаны закрыты, сгорание Топливо находится в полностью закрытом сосуде (и почти постоянного объема). В сгорание увеличивает температура выхлопных газов, остаточного воздуха в камере сгорания, и в самой камере сгорания.От закон идеального газа, повышенная температура газов также вызывает повышенное давление в камере сгорания. Мы покрасили газы в красный цвет на рисунке. для обозначения высокого давления. Высокое давление газов, действующих на лицевой стороной поршня заставляет поршень перемещаться влево, что инициирует рабочий ход.

В отличие от такта сжатия, горячий газ воздействует на поршень во время рабочего такта. Сила на поршне передается штоком поршня на коленчатый вал, где линейный движение поршня преобразуется в угловое движение коленчатого вала.Работа сделано на поршне, затем используется для вращения вала и пропеллеров, и для сжатия газов в такте сжатия соседнего цилиндра. Имея возникла искра зажигания, электрический контакт остается разомкнутым.

Во время рабочего такта объем, занимаемый газами увеличивается из-за движения поршня и нет нагревать переходит в топливно-воздушную смесь. Поскольку объем увеличивается из-за движения поршня, давление и температура газа уменьшилось.Мы покрасили "молекулы" выхлопных газов в желтый цвет, чтобы обозначить умеренное давление. в конце рабочего хода.

Историческая справка - Способ получения электрической искры братья Райт называли соединением «замыкай и прерывай». Там подвижные части, расположенные внутри камеры сгорания. Современное внутреннее сгорание двигатели не используют этот метод, а вместо этого используют свечу зажигания, чтобы произвести искра зажигания. Свеча зажигания не имеет движущихся частей, что намного безопаснее, чем у свечи зажигания. метод, используемый братьями.

Ход выхлопа

В конце рабочего хода поршень находится в крайнем левом положении. Нагрейте это осталось от рабочего хода сейчас переведен к воде в водная куртка пока давление не приблизится к атмосферному давление. Затем открывается выпускной клапан. кулачком, нажав на коромысло, чтобы начать такт выхлопа.

Назначение выхлопа ход заключается в очистке цилиндра от отработанного выхлопа для подготовки к следующему цикл зажигания.В начале такта выпуска цилиндр и камера сгорания заполнены. продуктов выхлопа при низком давлении (окрашены в синий цвет на рисунке выше). Потому что выпускной клапан открыт, выхлопные газы проходят мимо клапана и выходят из двигателя. Впускной клапан закрыт, а электрическая контакт открыт во время этого движения поршня.

В конце такта выпуска выпускной клапан закрывается и двигатель начинается еще один такт впуска.

Историческая справка - Выхлопная система братьев Райт заставлял горячий выхлоп выходить из каждого цилиндра независимо... сразу за пилоту. Этот двигатель тоже был очень громким. Коллекционируют современные автомобили выхлоп из всех цилиндров в выпускной коллектор (точно так же, как впускной коллектор б / у братьев). Выпускной коллектор проходит через выхлоп к каталитическому нейтрализатору для удаления опасных газов, а затем через глушитель, чтобы он не шуметь, и, наконец, выхлопную трубу.

Теперь вы сможете понять анимация вверху этой страницы. Обратите внимание, что коленчатый вал делает два оборотов за каждый оборот кулачков.Это движение контролируется временная цепь. Также обратите внимание, как кулачок перемещает выпускной клапан. в нужный момент и как быстро впускной клапан открывается после выпуска клапан закрыт. В реальной работе двигателя ход выпуска не может вытолкнуть все выхлоп из цилиндра, поэтому настоящий двигатель работает не так хорошо, как идеальный двигатель описан на этой странице. Когда двигатель работает и нагревается, производительность изменения. Современные автомобильные двигатели регулируют соотношение топливо / воздух с компьютерным управлением. топливные форсунки для поддержания высокой производительности.Братьям просто нужно было смотреть мощность их двигателя упала с примерно 16 лошадиных сил, когда двигатель был сначала начал примерно с 12 лошадиных сил, когда он был горячим.


Виды деятельности:

Экскурсии с гидом

Навигация ..


Руководство для начинающих Домашняя страница

Метод турбонаддува одноцилиндровых четырехтактных двигателей

Аннотация

В данной статье представлено технико-экономическое обоснование метода турбонаддува одноцилиндровых четырехтактных двигателей внутреннего сгорания.Турбонаддув обычно не используется с одноцилиндровыми двигателями из-за несоответствия по времени между тем, когда турбонагнетатель приводится в действие во время такта выпуска, и тем, когда он может подавать воздух в цилиндр во время такта впуска. Предлагаемое решение включает воздушный конденсатор на стороне впуска двигателя между турбонагнетателем и впускными клапанами. Конденсатор действует как буфер и будет реализован в виде впускного коллектора нового типа с большим объемом, чем в традиционных системах. Чтобы воздушный конденсатор был практичным, его размер должен быть достаточно большим, чтобы поддерживать давление турбонагнетателя во время такта впуска, вызывать минимальную турбо-задержку и значительно увеличивать плотность всасываемого воздуха.Создав несколько моделей потока воздуха через систему двигателя с турбонаддувом, мы обнаружили, что оптимальный размер воздушного конденсатора в четыре-пять раз превышает мощность двигателя. Для конденсатора, рассчитанного на двигатель объемом один литр, время задержки составило приблизительно две секунды, что было бы приемлемо для устройств с медленным ускорением, таких как тракторы, или приложений в установившемся режиме, таких как генераторы. Увеличение плотности, которое может быть достигнуто в конденсаторе, по сравнению с воздухом при стандартной температуре и давлении окружающей среды, было обнаружено в диапазоне от пятидесяти процентов для адиабатического сжатия и отсутствия передачи тепла от конденсатора до восьмидесяти процентов для идеальной теплопередачи.Это увеличение плотности пропорционально, в первом порядке, ожидаемому увеличению мощности, которое может быть реализовано с помощью системы турбонагнетателя и воздушного конденсатора, применяемой к одноцилиндровому четырехтактному двигателю.

Отдел
Массачусетский Институт Технологий. Кафедра машиностроения

Журнал

Том 3: 16-я Международная конференция по передовым автомобильным технологиям; 11-я Международная конференция по дизайнерскому образованию; 7-й рубеж в области биомедицинских устройств

Цитирование

Бухман, Майкл Р., и Амос Г. Винтер. «Способ турбонаддува одноцилиндровых четырехтактных двигателей». Том 3: 16-я Международная конференция по передовым автомобильным технологиям; 11-я Международная конференция по дизайнерскому образованию; 7-й рубеж в области биомедицинских устройств (17 августа 2014 г.).

Версия: Последняя рукопись автора

Термодинамическое и динамическое моделирование одноцилиндрового четырехтактного дизельного двигателя

Основные моменты

Была разработана динамическая и термодинамическая модель двигателя внутреннего сгорания.

Тепло, отдаваемое рабочему телу, моделировалось с помощью функции Гаусса.

Движение шатуна моделировалось 2 уравнениями поступательного и 1 углового движения.

Масса противовеса и его радиальное расстояние были оптимизированы.

Исследованы колебания частоты вращения коленчатого вала.

Abstract

В данном исследовании было проведено сопряженное термодинамическое и динамическое моделирование одноцилиндрового четырехтактного дизельного двигателя.Давление газа в баллоне рассчитывалось по первому закону термодинамики и общему уравнению состояния идеальных газов. Изменение тепла, отдаваемого рабочему телу в процессе нагрева термодинамического цикла, моделировалось с помощью функции Гаусса. Динамическая модель двигателя состоит из уравнений движения поршня, шатуна и коленчатого вала. Движение шатуна моделировалось 2 уравнениями поступательного и 1 углового движения. При выводе уравнений движения использовался метод Ньютона.Уравнения движения включают гидродинамическое трение и трение неровностей, а также силы газа. Путем подготовки профиля скорости тепловыделения, соответствующего приведенным в литературе, были исследованы тепловой КПД, детонация, вибрация, крутящий момент и характеристики выбросов двигателя. Оптимизированы масса противовеса и его радиальное расстояние. При полной нагрузке, если период тепловыделения начинается вскоре после прохождения поршнем верхней мертвой точки, скорость повышения давления становится критической с точки зрения детонации, однако некоторое замедление периода тепловыделения позволяет избежать детонации без вызывая значительную потерю теплового КПД.Если дросселирование составляет более 70%, температура дымовых газов достаточно высока для образования NOx. Было определено, что при полной нагрузке крутящий момент, действующий на коленчатый вал, примерно в 17 раз превышает крутящий момент двигателя.

Ключевые слова

Четырехтактный дизельный двигатель

Тепловыделение

Термодинамическое моделирование

Динамическое моделирование

Колебания скорости

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

Просмотр аннотации

Авторские права © 2015 Опубликовано Elsevier Inc.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Четырехтактный цикл - обзор

13.18 Цикл Отто

Циклы внешнего сгорания газа внешнего сгорания Стирлинга и Эрикссона были первоначально разработаны для борьбы с опасными котлами высокого давления первых паровых двигателей. Двигатель внутреннего сгорания Ленуара был проще, меньше по размеру и использовал более удобное топливо, чем любой из этих двигателей, но имел очень низкий тепловой КПД. Брайтону удалось повысить тепловой КПД двигателя внутреннего сгорания, обеспечив процесс сжатия перед сгоранием с использованием двухпоршневой техники Стирлинга и Эрикссона с отдельной камерой сгорания.Но конечной целью разработки коммерческих двигателей внутреннего сгорания было объединение всех основных процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения (мощности) и выпуска в одном поршневом цилиндре. Это было окончательно достигнуто в 1876 году немецким инженером Николаусом Августом Отто (1832–1891). Основные элементы модели ASC цикла Отто показаны на рисунке 13.48. Он состоит из двух изохорных процессов и двух изоэнтропических процессов.

Рисунок 13.48. Стандартный цикл воздуха Отто.

После нескольких лет экспериментов Отто наконец построил успешный двигатель внутреннего сгорания, который позволил всем основным процессам протекать в пределах одного поршневого цилиндра. Термодинамический цикл двигателя Отто требовал четырех тактов поршня и двух оборотов коленчатого вала, но он работал плавно, был относительно тихим и очень надежным и эффективным. Двигатель Отто имел немедленный успех, и к 1886 году было продано более 30 000 экземпляров. Они стали первым серьезным конкурентом паровой машины на рынке двигателей малого и среднего размера.

Первоначально двигатель Отто использовал осветительный газ (метан) в качестве топлива, но к 1885 году многие двигатели с циклом Отто уже были преобразованы в двигатели, работающие на жидких углеводородах (бензине). Разработка гениального карбюратора с поплавковой подачей для испарения жидкого топлива в 1892 году немцем Вильгельмом Майбахом (1847–1929) ознаменовала начало автомобильной эры. Немецкому инженеру Карлу Фридриху Бенцу (1844–1929) обычно приписывают создание в 1885 году первого практичного автомобиля с низкооборотным двигателем цикла Отто, работающим на жидком углеводородном топливе.Он использовал тепло выхлопных газов двигателя для испарения топлива перед его подачей в двигатель.

Кто изобрел цикл «Отто»?

Николаус Отто не знал, что четырехтактный двигатель внутреннего сгорания был запатентован в 1860-х годах французским инженером Альфонсом Эженом Бо де Роша (1815–1893). Однако Рошас на самом деле не строил и не тестировал двигатель, который он запатентовал. Поскольку Отто был первым, кто фактически сконструировал и эксплуатировал двигатель, цикл назван в его честь, а не в честь Роша.

В 1878 году шотландский инженер Дугальд Клерк (1854–1932) разработал двухтактную версию цикла Отто, производящую один оборот коленчатого вала за термодинамический цикл (это было похоже на двигатель Ленуара, но с предварительным сжатием).В 1891 году Клерк продолжил разработку концепции наддува двигателя внутреннего сгорания. Это увеличило тепловой КПД двигателя за счет дальнейшего сжатия индукционного заряда перед зажиганием.

Хотя двухтактный двигатель Клерка по своей природе был менее экономичен, чем четырехтактный двигатель Отто, он давал более равномерную выходную мощность (что важно только для одно- или двухцилиндровых двигателей) и имел почти вдвое большую мощность по сравнению с массой. передаточное отношение двигателя Отто. Двухтактный двигатель с циклом Отто (он никогда не стал известен как цикл Клерка) стал успешным в качестве небольшого и легкого двигателя для лодок, газонокосилок, пил и т. Д.

Тепловой КПД цикла Отто определяется как

(ηT) Otto = (W˙out) netQ˙H = Q˙H− | Q˙L | Q˙H = 1− | Q˙L | Q˙ H

, где из рисунка 13.48 | Q˙L | = m˙ (u2s − u3) и Q˙H = m˙ (u1 − u4s).

Тогда тепловой КПД Otto hot ASC составляет

(ηT) Ottohot ASC = 1 − u2s − u3u1 − u4s

Для Otto hot ASC , таблица C.16a или C.16b в термодинамических таблицах для сопровождения современной инженерной термодинамики используются для определения значений удельных внутренних энергий.Поскольку процессы от 1 до 2 s и от 3 до 4 s являются изэнтропическими, мы используем столбцы v r в этих таблицах, чтобы найти

v3v4s = vr3vr4 = v2sv1 = vr2vr1 = CR

где CR = v3 / v4s - степень изоэнтропического сжатия. Если температура и давление на входе ( T 3 и p 3 ) известны, мы можем найти u 3 и v r 3 из таблицы.Затем, если мы знаем степень сжатия (CR), мы можем найти

vr4 = vr3CR и vr2 = vr1 × CR

Теперь мы можем найти u 4 s и T 4 s из таблиц. Однако, чтобы найти u 1 , T 1 , u 2s и T 2s , нам необходимо знать больше информации о системе. Следовательно, теплота сгорания ( Q H / м = Q˙H / m˙), максимальное давление ( p 1 ) или максимальная температура ( T 1 ) в цикле обычно дается полный анализ.

Для Otto холодный ASC ,

| Q˙L | = m˙ (u2s − u3) = m˙cv (T2s − T3) и Q˙H = m˙ (u1 − u4s) = m˙cv (T1 − T4s).

Тогда

(ηT) Ottocold ASC = 1 − T2s − T3T1 − T4s = 1− (T3T4s) (T2s / T3−1T1 / T4s − 1)

Процесс 1-2 с и процесс 3 до 4 s изоэнтропичны, поэтому

T1 / T2s = T4s / T3 = (v1 / v2s) 1 − k = (v4s / v3) 1 − k = (p1 / p2s) (k − 1) / k = ( p4s / p3) (k − 1) / k

Поскольку T1 / T4s = T2s / T3,

(13.30) (ηT) Ottocold ASC = 1 − T3 / T4s = 1 − PR (1 − k) / k = 1 − CR1 − k

, где CR = v3 / v4s - степень изоэнтропического сжатия, а PR = p4s / p3 - степень изоэнтропического давления.

Поскольку T3 = TL, но T4s T 1 и T 3 ). Поскольку цикл Отто требует процесса сгорания с постоянным объемом, он может эффективно осуществляться только в пределах поршневого цилиндра или другого устройства с фиксированным объемом с помощью почти мгновенного процесса быстрого сгорания.

Пример 13.14

Изэнтропическая степень сжатия новой бензинового двигателя с циклом Отто газонокосилки составляет 8.От 00 до 1, а температура входящего воздуха составляет T 3 = 70,0 ° F при давлении p 3 = 14,7 фунтов на кв. Дюйм. Определите

а.

Температура воздуха в конце такта изоэнтропического сжатия T 4 с .

б.

Давление в конце такта изоэнтропического сжатия перед воспламенением p 4 s .

г.

Тепловой КПД двигателя Otto cold ASC.

Решение
a.

Степень изоэнтропического сжатия для двигателя с циклом Отто определяется как

CR = v3v4s = (T3T4s) 11 − k

, откуда мы получаем

T4s = T3CR1 − k = T3 × CRk − 1 = (70,0 + 459,67 R ) (8.00) 0.40 = 1220 R

б.

Для цикла Отто изоэнтропическое давление и степени сжатия связаны соотношением PR = CR k , где PR = p4s / p3 и CR = v 3 / v 4 s .Тогда

p4s = p3CRk = (14,7 фунтов на кв. Дюйм) (8,00) 1,40 = 270. psia

c.

Уравнение (13.30) дает тепловой КПД холодного ASC Отто как

(ηT) Ottocold ASC = 1 − T3T4s = 1 − PR1 − kk = 1 − CR1 − k = 1− (8,00) 1−1,40 = 0,565 = 56,5%

Упражнения
40.

Если газонокосилка в примере 13.14 остается на улице в холодный день, когда T 3 понижается с 70,0 ° F до 30,0 ° F, определите новый температура в конце такта изоэнтропического сжатия.Предположим, что все остальные переменные не изменились. Ответ : T 4 s = 1130 R.

41.

Если зазор газонокосилки в Примере 13.14 уменьшен так, что степень сжатия увеличится с 8,00 до 8,50 до 1, определите новое давление в конце такта изоэнтропического сжатия. Предположим, что все остальные переменные не изменились. Ответ : p 4 s = 294.1 фунт / кв. Дюйм.

42.

Если максимальная температура в цикле ( T 4 с ) составляет 2400 R, определите тепловой КПД этого двигателя для цикла Отто hot ASC . Предположим, что все остальные переменные не изменились. Ответ : ( η T ) Otto hot ASC = 52,8%.

Фактическая диаграмма давление-объем двигателя, работающего на газовом или паросиловом цикле, называется индикаторной диаграммой , 10 , а замкнутая площадь равна чистой реверсивной работе, производимой внутри двигателя. среднее эффективное давление (МПа) поршневого двигателя - это среднее эффективное давление , действующее на поршень во время его перемещения. Показатель , обозначенный (или реверсивным) рабочим выходом (WI) из поршня, представляет собой чистую положительную площадь, ограниченную индикаторной диаграммой, как показано на рисунке 13.49, и равняется произведению mep и смещения поршня, V−2− V̶1 = π4 (Диаметр отверстия) 2 (Ход), или

(13,31) (WI) out = mep (V̶2 − V̶1)

Рисунок 13.49. Соотношение среднего эффективного давления (mep) и индикаторной диаграммы.

Модель показала выходную мощность (W˙I) - это чистая (реверсивная) мощность, развиваемая внутри всех камер сгорания двигателя, содержащего n цилиндров, и составляет

(13,32) (W˙I) вне = mep (n) (V̶2 − V̶1) (N / C)

, где N, - частота вращения двигателя, а C - количество оборотов коленчатого вала на рабочий ход ( C = 1 для двух -тактный цикл и C = 2 для четырехтактного цикла).Фактическая выходная мощность двигателя , измеренная динамометром, называется выходной мощностью тормоза (Вт˙Б), а разница между указанной мощностью и мощностью торможения известна как мощность трения (т. Е. Мощность рассеивается на внутреннем трении двигателя) W˙F, или

(W˙I) out = (W˙B) out + W˙F

, следовательно, механический КПД двигателя η м равен ( см. таблицу 13.2)

(13,33) ηm = W˙actualW˙reversible = (W˙B) out (W˙I) out = 1 − W˙F (W˙I) out

Из уравнения.(13.31) можно записать

mep = (WI) out / (V̶2 − V̶1) = ((WI) out / ma) / v2 − v1 = [(W˙I) out / m˙a] / (v2 −v1)

, где m a и m˙a - масса воздуха в цилиндре и массовый расход воздуха в цилиндре, соответственно. ASC (т.е. реверсивный или указанный, см. Таблицу 13.2) тепловой КПД любого двигателя внутреннего или внешнего сгорания теперь можно записать как

(ηT) ASC = (W˙out) reversibleQ˙in = (W˙1) outQ˙fuel = (W˙1) out / m˙aQ˙fuel / m˙a

, где Q˙in = Q˙fuel - теплотворная способность топлива.Объединение этих уравнений дает

mep = (ηT) ASC (Q˙fuel / m˙a) v2 − v1 = (ηT) ASC (Q˙fuel / m˙fuel) (A / F) (v2 − v1)

где A / F = m˙a / m˙fuel - соотношение воздух-топливо в двигателе. Теперь

v2 − v1 = v1 (v2 / v1−1) = RT1 (CR − 1) / p1

, поэтому уравнение. (13.32) становится

(13.34) (W˙1) out = (ηT) ASC (Q˙ / m˙) топливо (DNp1 / C) (A / F) (RT1) (CR − 1)

где D = n (V̶2 − V̶1) = π4 (Диаметр цилиндра) 2 × (Ход) × (Количество цилиндров) - общий рабочий объем поршня двигателя. Уравнение (13.34) позволяет нам определить выходную мощность идеального двигателя внутреннего сгорания без трения, и, когда доступны фактические данные динамометрических испытаний, уравнение.(13.33) позволяет определить механический КПД двигателя.

Пример 13.15

Шестицилиндровый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с циклом Отто имеет полный рабочий объем 260, 3 и степень сжатия от 9,00 до 1. Он работает на бензине с удельной теплотворной способностью 20,0 × 10 3 Btu / lbm и представляет собой впрыскиваемое топливо с массовым соотношением воздух-топливо от 16,0 до 1. Во время динамометрического испытания давление и температура на впуске оказались равными 8,00 psia и 60.0 ° F, в то время как двигатель выдавал 85,0 л. С. На торможении при 4000 об / мин. Для холодного ASC Отто с k = 1,40 определите

a.

Холодный ASC тепловой КПД двигателя.

б.

Максимальное давление и температура цикла.

г.

Указанная выходная мощность двигателя.

г.

КПД двигателя механический.

эл.

Фактический тепловой КПД двигателя.

Решение
a.

Из уравнения. (13.30), используя k = 1,40 для холодного ASC,

(ηT) Ottocold ASC = 1 − CR1 − k = 1−9,00−0,40 = 0,585 = 58,5%

b.

Из рисунка 13.48 a ,

Q˙H = Q˙fuel = (m˙cv) a (T1 − T4s) = m˙fuel (A / F) (cv) a (T1 − T4s)

и

T1 = Tmax = T4s + (Q˙ / m˙) топливо (A / F) масса (cv) a

Поскольку процесс с 3 по 4 s является изоэнтропическим, уравнение. (7.38) дает

T4s = T3CRk − 1 = (60,0 + 459.67) (9,00) 0,40 = 1250 R

Тогда

Tmax = 20,0 × 103 Btu / lbm топлива (16,0 lbm air / lbm fuel) [0,172 Btu / (lbm air · R)] + 1250 R = 8520 R

Поскольку процесс 4 с до 1 изохорический, уравнение состояния идеального газа дает

pmax = p1 = p4s (T1 / T4s)

и, поскольку процесс 3–4 с изоэнтропен,

T4s / T3 (p4s / p3) (k − 1) / k

или

p4s = p3 (T4s / T3) k / (k − 1) = (8,00 psia) (1250 R520 R) 1,40 / 0,40 = 172 psia

, тогда

pmax = (172 фунтов на кв. дюйм) [(8520 R) / 1250 R] = 1170 фунтов на квадратный дюйм

c.

Уравнение (13.34) дает указанную мощность как

| W˙I | out = (0,585) (20,0 × 103 БТЕ / фунт) (260 дюймов3 / об) (4000 об / мин) (1170 фунт-сила / дюйм2) / 2 (16,0) [0,0685 БТЕ / (фунт · м · R)] (8520 R) (9,00-1) (12 дюймов / фут) (60 с / мин) = (132,00 ft⋅lbf / s) (1 л.с. 550 фут · фунт-сила / с) = 241 л.с.

d.

Уравнение (13.33) дает механический КПД двигателя как

ηm = (W˙B) out (W˙I) out = 85,0 л.с. 241 л.с. = 0,353 = 35,3%

e.

Наконец, фактический тепловой КПД двигателя может быть определен по формулам.(7.5) и (13.33) как

(ηT) Ottoactual = (W˙B) outQ˙fuel = (ηm) (W˙I) outQ˙fuel = (ηm) (ηT) Ottocold ASC = (0,353) (0,585 ) = 0,207 = 20,7%

Упражнения
43.

Если у двигателя с циклом Отто, описанного в примере 13.15, степень сжатия увеличится до 10,0: 1, какова будет его новая тепловая эффективность холодного ASC Отто? Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. Ответ : ( η T ) Отто холодный ASC = 60.2%.

44.

Найдите p max и T max для двигателя с циклом Отто, описанного в примере 13.15, когда степень сжатия снижается с 9,00 до 8,00 до 1. Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. . Ответ : p max = 1040 psia и T max = 8460 R.

45.

Определите мощность, указанную в примере 13.15, если рабочий объем двигателя увеличился с 260.в 3 до 300. в 3 . Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. Ответ : (W˙I) из = 280. л.с.

46.

Определите механический КПД двигателя цикла Отто в Примере 13.15, если фактическая тормозная мощность составляет 88,0 л.с. вместо 85,0 л.с. Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. Ответ : η м = 36,3%.

Предыдущий пример показывает, что анализ холодного ASC Отто обычно предсказывает термический КПД, который намного превышает фактический тепловой КПД.Типичные двигатели с циклом Отто IC имеют фактический рабочий тепловой КПД в диапазоне 15-25%. Большая разница между тепловым КПД холодного АСК (который содержит по крайней мере один изоэнтропический процесс) и фактическим тепловым КПД обусловлена ​​влиянием второго закона термодинамики за счет большого количества тепловых и механических необратимостей, присущих этому типу поршневого поршня. -цилиндровый двигатель. Для повышения фактического теплового КПД необходимо уменьшить тепловые потери при сгорании и количество движущихся частей в двигателе.

Какой двигатель внутреннего сгорания самый маленький?

Модель авиадвигателя Cox Tee Dee .010 (рис. 13.50) имеет самый маленький двигатель внутреннего сгорания, когда-либо производившийся в производстве. Этот удивительный маленький двигатель весит чуть меньше унции и работает со скоростью 30 000 об / мин. Топливо представляет собой 10–20% касторового масла плюс 20–30% нитрометана, смешанного с метанолом. С отверстием 0,237 дюйма (6,02 мм) и ходом 0,226 дюйма (5,74 мм) он имеет выходную мощность около 5 Вт.

Рисунок 13.50. Двигатель Cox Tee.

№ 2671: Сколько цилиндров?

Сколько сегодня цилиндров? Инженерный колледж Хьюстонского университета представляет эту серию о машинах, которые делают нашу цивилизацию бегут, и люди, чья изобретательность создала их.

Итак, сколько цилиндров должно быть в двигателе автомобиля? Большинство наших автомобилей имеют либо четыре цилиндра подряд, либо цилиндры в одном ряду. V-образное расположение - по два или по три с каждой стороны.Итак, к чему все это воображение? Почему не один большой цилиндр?

Что ж, представьте себе поршень, который движется вперед и назад в цилиндре, делая коленчатый вал проворачивается. Он кратковременно приводит вал в движение каждые два оборота. Наши автомобильные двигатели обкатываются четырехтактные циклы. Возгорание происходит, и поршень толкает вниз. Затем он очищает выхлоп, когда он возвращается вверх. Далее это втягивает новую смесь воздуха и бензина по пути вниз.Наконец, это поднимается, сжимая эту смесь. Затем еще одно зажигание, и цикл повторяется.

Одноцилиндровый двигатель набирает обороты на первом такте; затем он замедляется во время оставшиеся два оборота четырехтактного цикла. Это вызвало бы такой двигатель трясти и трясти.

Итак, нам нужен большой маховик, чтобы он двигался между включениями. С более цилиндров и поршней, мы можем прикрепить шатун каждого поршня к разному угловое расположение на коленчатом валу - тогда рассчитываем взрывы так, чтобы каждый один запускает вращение во время двух оборотов.И маховик может быть намного меньше.

Карл Бенц использовал одноцилиндровый двигатель в своем первом автомобиле 1885 года. Первый форд Двигатель модели Т имел четыре цилиндра в ряд. Некоторые роскошные автомобили 1920-х годов имел рядные двигатели с восемью цилиндрами. Двигатели с Было использовано 12 или более цилиндров подряд, но в основном в больших морских и стационарные двигатели.

Конечно, плавный ход - это только одна цель.Чем больше цилиндров, тем меньше маховик вес, но они также означают более высокие затраты на производство и содержание. Тогда есть компактность. Прямая восьмерка Duesenberg была фаворитом богатых кинозвезд 20-х годов. Но у него была 12-футовая колесная база. Представить параллельная парковка этого зверя.

Ответом был двигатель V-8 - два ряда по четыре, образующие V. Эвен Карл Бенц экспериментировал с двигателем V-2 после того, как построил свой одноцилиндровый двигатель.V-образное расположение может даже позволить двум цилиндрам приводить в движение общий шатун, толкая это в разных угловых положениях. И здесь усложнение увеличивается: Инженеры создали всевозможные умные конструкции коленчатого вала для использования с цилиндрами в всевозможные позиции - V-4, V-6, Flat-4, Flat-6.

Самолеты накладывали разные конструктивные ограничения. Встроенный движок предлагает мало лобовое сопротивление. Братья Райт использовали рядный четырехцилиндровый двигатель, но с довольно неплохим тяжелый маховик.Тогда первые строители перешли к двигателям с девятью цилиндрами, излучающими от центрального узла. Поршни вращались вокруг вала и не нуждались в маховике. ни системы охлаждения.

Многие новые технологии сводятся к одной лучшей форме. Но некоторые находят более одного хороший вариант, тогда продолжайте рыскать среди конкурентов. Просто подумайте о ПК vs. Mac's, классическая музыка против музыки кантри - только подумайте о цилиндрах в их, казалось бы, звучании. бесконечные договоренности.

Я Джон Линхард из Хьюстонского университета, где нас интересуют изобретательные умы Работа.

(Музыкальная тема)

Смотрите записи в Википедии по всем соответствующим темам. Искать такие слова, как автомобильные двигатели, рядные 4, плоские 6, 8-цилиндровые, 4-тактные двигатели и т. д. Google будет также отправлю вас на множество простых и понятных сайтов, как этот.

Все фото Й. Линхард. Двигатели Toyota любезно предоставлены Майком Калвертом Toyota, Хьюстон, Техас.

A Метод турбонаддува одноцилиндровых четырехтактных двигателей на JSTOR

Аннотация

Турбонаддув может обеспечить недорогое средство увеличения выходной мощности и экономии топлива двигателя внутреннего сгорания. В настоящее время турбонаддув является обычным явлением в многоцилиндровых двигателях, но из-за непостоянного характера потока всасываемого воздуха он обычно не используется в одноцилиндровых двигателях.В этой статье мы предлагаем новый метод турбонаддува одноцилиндровых четырехтактных двигателей. Наш метод добавляет воздушный конденсатор - дополнительный объем, последовательно соединенный с впускным коллектором, между компрессором турбонагнетателя и впуском двигателя - для буферизации выходной мощности компрессора турбонагнетателя и подачи сжатого воздуха во время такта впуска. Мы проанализировали теоретическую осуществимость турбонаддува на основе воздушного конденсатора для одноцилиндрового двигателя, уделяя особое внимание времени заполнения, оптимальному объему, увеличению плотности и тепловым эффектам из-за адиабатического сжатия всасываемого воздуха.Наша вычислительная модель воздушного потока через впускной коллектор предсказывала увеличение плотности всасываемого воздуха на 37-60% в зависимости от скорости теплопередачи; эта плотность пропорциональна увеличению мощности. Была построена экспериментальная установка для измерения пиковой мощности, увеличения плотности и давления в коллекторе. С воздушным конденсатором, в семь раз превышающим мощность двигателя, наша установка могла производить на 29% больше мощности по сравнению с естественным всасыванием. Эти результаты подтверждают, что наш подход является относительно простым средством увеличения удельной мощности в одноцилиндровых двигателях.Таким образом, турбонаддув одноцилиндровых двигателей с использованием воздушного конденсатора может обеспечить более дешевую альтернативу для увеличения выходной мощности дизельного оборудования, такого как тракторы, генераторы и водяные насосы, по сравнению с добавлением дополнительного цилиндра.

Информация о журнале

Международный журнал двигателей внутреннего сгорания (SAE) - это научный рецензируемый исследовательский журнал, посвященный науке и технике по двигателям внутреннего сгорания. Журнал освещает инновационные и архивные технические отчеты по всем аспектам разработки двигателей внутреннего сгорания, включая исследования, проектирование, анализ, контроль и выбросы.Стремясь стать всемирно признанным исчерпывающим источником для исследователей и инженеров в области исследований и разработок двигателей, журнал публикует только те технические отчеты, которые считаются имеющими значительное и долгосрочное влияние на разработку и конструкцию двигателей.

Информация для издателя

SAE International - это глобальная ассоциация, объединяющая более 128 000 инженеров и технических экспертов в аэрокосмической, автомобильной и коммерческой промышленности.Основные направления деятельности SAE International - обучение на протяжении всей жизни и разработка добровольных согласованных стандартов.

Автор: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *