ДВС называется так именно потому, что топливо сжигается внутри рабочего органа (цилиндра), промежуточный теплоноситель, например пар, здесь не нужен, как это организовано в паровозах. Если рассматривать паровой двигатель и двигатель, но уже внутреннего сгорания автомобиля, устройство их сходно, это очевидно (на рисунке справа паровой двигатель, слева – ДВС).

Принцип работы одинаков: на поршень, действует какая-то сила. От этого поршень вынужден двигаться вперед или назад (возвратно-поступательно). Эти движения при помощи специального механизма (кривошипного) преобразуются во вращение (колеса у паровоза и коленчатого вала «коленвала» у автомобиля). В двигателях внешнего сгорания нагревается вода, превращаясь в пар, и уже этот пар совершает полезную работу толкая поршень, а в ДВС мы нагреваем воздух внутри (непосредственно в цилиндре)и он (воздух) двигает поршень. От этого коэффициент полезного действия, у ДВС, конечно, выше.

История создания ДВС

История гласит, что первый работающий двигатель внутреннего сгорания коммерческого использования, то есть выпускаемый для продажи, был разработан французским изобретателем Ленуаром. Его двигатель работал на светильном газе в смеси с воздухом. Причем именно он догадался поджигать эту смесь путем электрической искры. Только в 1864 году документально зафиксирована продажа более 310 таких двигателей. На этом он разбогател. Жан Этьен Ленуар потерял интерес к изобретательству и вскоре(в 1877 году) его моторы были вытеснены более совершенными, на тот момент, двигателями Отто, изобретателя из Германии. Донат Банки (венгерский инженер) в 1893 году произвел настоящую революцию в двигателестроении. Он изобрел карбюратор. С этого момента история не знает бензиновых двигателей без этого устройства. И так продолжалось около 100 лет. На смену ему пришла система непосредственного впрыска, но это уже новейшая история.
Все первые двигатели внутреннего сгорания были только одноцилиндровыми. Увеличение мощности велось путем увеличения диаметра рабочего цилиндра. Только к концу 19-го века появились ДВС с двумя цилиндрами, а в начале 20-го века – четырехцилиндровые. Теперь, повышение мощности производилось уже путем увеличения числа цилиндров. На сегодняшний день можно встретить автомобильный двигатель в 2-мя, 4-мя, 6-ю цилиндрами. Реже 8 и 12. Некоторые спортивные автомобили имеют 24 цилиндра. Расположение цилиндров может быть как рядным, так и V-образным.
Вопреки расхожему мнению ни Готлиб Даймлер, ни Карл Бенц, ни Генри Форд устройство двигателя автомобиля не изменяли кардинально (разве что мелкие доработки), но оказали огромное влияние в автомобилестроение как таковое. Что такое ДВС в авто мы сейчас и рассмотрим.

Общее устройство двигателя внутреннего сгорания

Итак, ДВС состоит из корпуса, в котором все остальные детали монтируются. Чаще всего это блок цилиндров.

На данном рисунке показан один цилиндр без блока. Устройство ДВС направлено на максимально комфортные условия для цилиндров, ведь именно в них производится работа. Цилиндр, это металлическая (чаще всего стальная) труба, в которой двигается поршень. Он обозначен на рисунке цифрой 7. Над цилиндром устанавливается головка цилиндра 1, в которую вмонтированы клапана (5 – впускной и 4 — выпускной), а также свеча зажигания 3 и коромысла 2.
Над клапанами 4 и 5 есть пружины, которые удерживают их в закрытом состоянии. Коромысла при помощи толкателей 14 и распределительного вала 13 открывают клапана в определенный момент (тогда, когда это необходимо). Распределительный вал с кулачками вращается от коленвала 11 через приводные шестерни 12.
Движения поршня 7 преобразуются во вращение коленвала 11 при помощи шатуна 8 и кривошипа. Этим кривошипом служит «колено» на валу (смотри рисунок), именно поэтому вал и называется коленчатым. В связи с тем, что воздействие на поршень происходит не постоянно, а только когда в цилиндре горит топливо. У ДВС есть маховик 9, довольно массивный. Маховик как бы запасает энергию вращения и отдает ее при необходимости.
В любом двигателе много трущихся деталей, для их смазывания используют автомобильное масло. Масло это хранится в картере 10 и специальным насосом подается к трущимся деталям.
Синим цветом, показаны детали кривошипно-шатунного механизма (КШМ). Голубым – смесь топлива и воздуха. Серым – свеча зажигания. Красным – выхлопные газы.

Принцип работы ДВС

Разобрав двигатель внутреннего сгорания, его устройство, необходимо уяснить, как взаимодействуют его детали, как он работает. Знать строение еще не все, а вот как взаимодействуют механизмы, в чем преимущество дизельных автомобилей и в чем их недостатки для начинающих (для чайников) очень важно.
Ничего сложного в этом нет. Пошаговым рассмотрением процессов мы постараемся рассказать, как взаимодействуют между собой основные части двигателя при работе. Из какого материала выполнены механические составляющие ДВС.
Все автомобильные двигатели работают на одном принципе: сжигание бензина или дизельного топлива. Для чего? Для получения необходимой нам энергии, конечно. Двигатели автомобилей, иногда говорят – моторы, могут быть двухтактными и четырехтактными. Тактом считается движение поршня либо вверх, либо вниз. Говорят еще от верхней мертвой точки (ВМТ), до нижней (НМТ). Мертвой эта точка называется потому, что поршень как бы замирает на мгновение и начинает движение в обратную сторону.
Итак, в двухтактном двигателе весь процесс (или цикл) происходит за 2 хода поршня, в четырехтактном – за 4. И совершенно не важно, бензиновый это двигатель, дизельный или работающий на газу.
Как ни странно, рассказывать принцип работы лучше на 4-х тактном бензиновом карбюраторном двигателе.

Первый такт — всасывание.

Поршень идет вниз и затягивает за собой смесь из воздуха и топлива. Эта смесь готовится в отдельном устройстве – в карбюраторе. При этом впускной, его еще называют «всасывающий» клапан, конечно, открыт. На рисунке он показан синим.

Следующий, второй такт – сжатие смеси.

Поршень поднимается вверх от НМТ до ВМТ. При этом растет давление и, естественно, температура над поршнем. Но этой температуры недостаточно, для того, чтобы смесь самовоспламенилась. Для этого служит свеча. Она выдает искру в нужный момент. Обычно это 6…8 угловых градусов не доходя до ВМТ. Для начала понимания процесса можно предположить, что искра зажигает смесь точно в верхней точке.

Третий такт – расширение продуктов сгорания.

При сгорании столь энергоемкого топлива, продуктов сгорания в цилиндре очень мало, а вот усилие появляется только потому, что воздух нагрелся при повышении температуры, а значит, расширился, в нашем случае увеличил давление. Именно это давление и совершает нужную работу. Нужно знать, что нагревая воздух на 273 0С, получаем увеличение давления практически в 2 раза. Температура зависит от того сколько топлива сжечь. Максимальная температура внутри рабочего цилиндра может достигать 2500 0С при работе ДВС на полной мощности.

Четвертый такт последний.

После него опять будет первый. Поршень направляется от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт. Цилиндр очищается, выбрасывая все что сгорело, и что не сгорело, в атмосферу.
Что касается дизельного двигателя, то все основные детали с карбюраторным практически одинаковы. Ведь и тот и другой, это двигатель внутреннего сгорания. Исключение составляет смесеобразование. В карбюраторном смесь готовится отдельно, в том самом карбюраторе. А вот в дизельном – смесь готовиться непосредственно в цилиндре, перед сжиганием. Топливо (солярка) подается специальным насосом в определенный момент времени. Зажигание смеси происходит от самовоспламенения. Температура внутри цилиндра в дизеле гораздо выше, чем в карбюраторном ДВС. По этой причине детали там детали мощнее и система охлаждения лучше. Необходимо отметить, что, несмотря на высокую температуру внутри цилиндра, рабочая температура двигателя никогда не повышается выше 90…95 0С. Иногда, детали дизельных двигателей делают из более твердого металла, что позволяет снизить массу, но увеличивает цену ДВС. Однако, коэффициент полезного действия (КПД) в дизельном двигателе выше. То есть он более экономичен и дороговизна деталей себя окупает.
У дизельного ДВС ресурс выше, если соблюдать правила эксплуатации. Особенно часто механизмы дизелей выходят из строя из-за плохого топлива.
Схема работы дизельного двигателя представлена на рисунке слева. В третьем такте подача топлива показана в момент ВМТ, хотя это и не совсем так.
Системы ДВС обеспечивающие их работоспособность практически одинаковы: система смазки, топливная система, система охлаждения и система газообмена. Есть еще несколько, но они не относятся к главным.
Глядя на устройство любого двигателя внутреннего сгорания можно подумать, что все детали выполнены из стали. Это далеко не так. Корпуса бывают и чугунные и выполненные из алюминиевого сплава, а вот поршни из чугуна не делают, они либо стальные, либо из высокопрочного алюминиевого сплава. Зная общее устройство данного двигателя внутреннего сгорания и условия работы его деталей, очевидно, что и клапана и головку цилиндра нужно делать прочными, поскольку они должны выдерживать давление внутри цилиндра более 100 атмосфер. А вот поддон, где собирается масло не несет на себе особой механической нагрузки и выполняется из тонкой листовой стали или алюминия.
Характеристики ДВС
Когда говорят об автомобиле, то обычно, в первую очередь отмечают двигатель внутреннего сгорания, не его устройство, а его мощность. Она (мощность) измеряется как обычно (по-старинке) в лошадиных силах или (по-современному) киловаттах. Безусловно, чем больше мощность, тем быстрее автомобиль набирает скорость. И в принципе экономичность тем выше, тем двигатель машины более мощный. Однако, это только тогда, когда двигатель постоянно работает на номинальных (экономически оправданных) оборотах. Но на малых скоростях (при неиспользовании полной мощности) КПД сильно падает и если на номинальных режимах дизельный двигатель имеет 40…42% КПД, то на малых только 7%. Бензиновый двигатель не может похвастаться даже этим. Использование полной мощности позволяет экономить топливо. По этой причине расход топлива на 100 километров в малолитражных автомобилях ниже. Этот показатель может составлять и 5 и даже 4 л/100 км. Расход у мощных внедорожников может составлять и 10 и даже 15 л/100 км.
Еще одним показателем для автомобилей является разгон от 0 км/час до 100 км/час. Конечно, чем мощнее двигатель, тем быстрее разгон автомобиля, но про экономичность при этом говорить вообще не приходится.
Итак, двигатель внутреннего сгорания устройство которого Вы теперь знаете, совсем не кажется сложным. И на вопрос «ДВС – что это такое?» Вы можете ответить «Это то, что я знаю».

– универсальный силовой агрегат, используемый практически во всех видах современного транспорта. Три луча заключенные в окружность, слова «На земле, на воде и в небе» — товарный знак и девиз компании Мерседес Бенц, одного из ведущих производителей дизельных и бензиновых двигателей. Устройство двигателя, история его создания, основные виды и перспективы развития – вот краткое содержание данного материала.

Немного истории

Принцип превращения возвратно-поступательного движения во вращательное, посредством использования кривошипно-шатунного механизма известен с 1769 года, когда француз Николя Жозеф Кюньо показал миру первый паровой автомобиль. В качестве рабочего тела двигатель использовал водяной пар, был маломощным и извергал клубы черного, дурнопахнущего дыма. Подобные агрегаты использовались в качестве силовых установок на заводах, фабриках, пароходах и поездах, компактные же модели существовали в виде технического курьеза.

Все изменилось в тот момент, когда в поисках новых источников энергии человечество обратило свой взор на органическую жидкость — нефть. В стhемлении повысить энергетические характеристики данного продукта, ученные и исследователи, проводили опыты по перегонке и дистилляции, и, наконец, получили неизвестное доселе вещество – бензин. Эта прозрачная жидкость с желтоватым оттенком сгорала без образования копоти и сажи, выделяя намного большее, чем сырая нефть, количество тепловой энергии.

Примерно в то же время Этьен Ленуар сконструировал первый газовый двигатель внутреннего сгорания, работавший по двухтактной схеме, и запатентовал его в 1880 году.

В 1885 году немецкий инженер Готтлиб Даймлер, в сотрудничестве с предпринимателем Вильгельмом Майбахом, разработал компактный бензиновый двигатель, уже через год нашедший свое применение в первых моделях автомобилей. Рудольф Дизель, работая в направлении повышения эффективности ДВС (двигателя внутреннего сгорания), в 1897 году предложил принципиально новую схему воспламенения топлива. Воспламенение в двигателе, названном в честь великого конструктора и изобретателя, происходит за счет нагревания рабочего тела при сжатии.

А в 1903 году братья Райт подняли в воздух свой первый самолет, оснащенный бензиновым двигателем Райт-Тейлор, с примитивной инжекторной схемой подачи топлива.

Как это работает

Общее устройство двигателя и основные принципы его работы станут понятны при изучении одноцилиндровой двухтактной модели.

Такой ДВС состоит из:

• камеры сгорания;
• поршня, соединенного с коленвалом посредством кривошипно-шатунного механизма;
• системы подачи и воспламенения топливно-воздушной смеси ;
• клапана для удаления продуктов горения (выхлопных газов).

При пуске двигателя поршень начинает путь от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней (НМТ), за счет поворота коленвала. Достигнув нижней точки, он меняет направление движения к ВМТ, одновременно с чем проводится подача топливно-воздушной смеси в камеру сгорания. Движущийся поршень сжимает ТВС, при достижении верхней мертвой точки система электронного зажигания воспламеняет смесь. Стремительно расширяясь, горящие пары бензина отбрасывают поршень в нижнюю мертвую точку. Пройдя определенную часть пути, он открывает выхлопной клапан, через который раскаленные газы покидают камеру сгорания. Пройдя нижнюю точку, поршень меняет направление движения к ВМТ. За это время коленвал совершил один оборот.

Данные пояснения станут более понятными при просмотре видео о работе двигателя внутреннего сгорания.

Данный видеоролик наглядно показывает устройство и работу двигателя автомобиля.

Два такта

Основным недостатком двухтактной схемы, в которой роль газораспределительного элемента играет поршень, является потеря рабочего вещества в момент удаления выхлопных газов. А система принудительной продувки и повышенные требования к термостойкости выхлопного клапана приводят к увеличению цены двигателя. В противном случае добиться высокой мощности и долговечности силового агрегата не представляется возможным. Основная сфера применения подобных двигателей – мопеды и недорогие мотоциклы, лодочные моторы и бензокосилки.

Четыре такта

Описанных недостатков лишены четырехтактные ДВС, используемые в более «серьезной» технике. Каждая фаза работы такого двигателя (впуск смеси, ее сжатие, рабочий ход и выпуск отработанных газов), осуществляется при помощи газораспределительного механизма .

Разделение фаз работы ДВС очень условно. Инерционность отработавших газов, возникновение локальных вихрей и обратных потоков в зоне выхлопного клапана приводит к взаимному перекрыванию во времени процессов впрыска топливной смеси и удаления продуктов горения. Как результат, рабочее тело в камере сгорания загрязняется отработанными газами, вследствие чего меняются параметры горения ТВС, уменьшается теплоотдача, падает мощность.

Проблема была успешно решена путем механической синхронизации работы впускных и выпускных клапанов с оборотами коленвала. Проще говоря, впрыск топливно-воздушной смеси в камеру сгорания произойдет только после полного удаления отработанных газов и закрытия выхлопного клапана.

Но данная система управления газораспределением так же имеет свои недостатки. Оптимальный режим работы двигателя (минимальный расход топлива и максимальная мощность), может быть достигнут в достаточно узком диапазоне оборотов коленвала.

Развитие вычислительной техники и внедрение электронных блоков управления дало возможность успешно разрешить и эту задачу. Система электромагнитного управления работой клапанов ДВС позволяет на лету, в зависимости от режима работы, выбирать оптимальный режим газораспределения. Анимированные схемы и специализированные видео облегчат понимание этого процесса.

На основании видео не сложно сделать вывод, что современный автомобиль это огромное количество всевозможных датчиков.

Виды ДВС

Общее устройство двигателя остается неизменным достаточно долгое время. Основные различия касаются видов используемого топлива, систем приготовления топливно-воздушной смеси и схем ее воспламенения.
Рассмотрим три основных типа:

1. бензиновые карбюраторные;
2. бензиновые инжекторные;
3. дизельные.

Бензиновые карбюраторные ДВС

Приготовление гомогенной (однородной по своему составу), топливно-воздушной смеси происходит путем распыления жидкого топлива в воздушном потоке, интенсивность которого регулируется степенью поворота дроссельной заслонки. Все операции по приготовлению смеси проводятся за пределами камеры сгорания двигателя. Преимуществами карбюраторного двигателя является возможность регулировки состава топливной смеси «на коленке», простота обслуживания и ремонта, относительная дешевизна конструкции. Основной недостаток – повышенный расход топлива.

Историческая справка. Первый двигатель данного типа сконструировал и запатентовал в 1888 году российский изобретатель Огнеслав Костович. Оппозитная система горизонтально расположенных и двигающихся навстречу друг другу поршней, до сих пор успешно используется при создании двигателей внутреннего сгорания. Самым известным автомобилем, в котором использовался ДВС данной конструкции, является Фольксваген Жук.

Бензиновые инжекторные ДВС

Приготовление ТВС осуществляется в камере сгорания двигателя, путем распыления топлива инжекторными форсунками. Управление впрыском осуществляется электронным блоком или бортовым компьютером автомобиля. Мгновенная реакция управляющей системы на изменение режима работы двигателя обеспечивает стабильность работы и оптимальный расход топлива. Недостатком считается сложность конструкции, профилактика и наладка возможны только на специализированных станциях технического обслуживания.

Дизельные ДВС

Приготовление топливно-воздушной смеси происходит непосредственно в камере сгорания двигателя. По окончании цикла сжатия воздуха, находящегося в цилиндре, форсунка проводит впрыск топлива. Воспламенение происходит за счет контакта с перегретым в процессе сжатия атмосферным воздухом. Всего лишь 20 лет назад низкооборотистые дизеля использовались в качестве силовых агрегатов специальной техники. Появление технологии турбонагнетания открыло им дорогу в мир легковых автомобилей.

Пути дальнейшего развития ДВС

Конструкторская мысль никогда не стоит на месте. Основные направления дальнейшего развития и усовершенствования двигателей внутреннего сгорания – повышение экономичности и минимизация вредных для экологии веществ в составе выхлопных газов. Применение слоистых топливных смесей, конструирование комбинированных и гибридных ДВС – лишь первые этапы долгого пути.

Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания презентация, доклад

Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания

УСТРОЙСТВО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Двигатель состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень 3, соединенный при помощи шатуна 4 с коленчатым валом 5. В верхней части цилиндра имеется два клапана 1 и 2, которые при работе двигателя автоматически открываются и закрываются в нужные моменты. Через клапан 1 в цилиндр поступает горючая смесь, которая воспламеняется с помощью свечи 6, а через клапан 2 выпускаются отработавшие газы. В цилиндре такого двигателя периодически происходит сгорание горючей смеси, состоящей из паров бензина и воздуха. Температура газообразных продуктов сгорания достигает 1600—1800 градусов Цельсия.

РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
I ТАКТ

Один ход поршня, или один такт
двигателя, совершается за пол-оборота
коленчатого вала. При повороте вала
двигателя в начале первого такта поршень
движется вниз . Объем над поршнем
увеличивается. Вследствие этого в
цилиндре создается разрежение.
В это время открывается клапан 1 и в
цилиндр входит горючая смесь.
К концу первого такта цилиндр
заполняется горючей смесью, а клапан 1
закрывается.

РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
II ТАКТ

При дальнейшем повороте вала
поршень движется вверх (второй такт) и
сжимает горючую смесь. В конце второго такта,
когда поршень дойдет до крайнего
верхнего положения, сжатая горючая смесь
воспламеняется (от электрической искры)
и быстро сгорает.

РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
III ТАКТ

Под действием расширяющихся
нагретых газов (третий такт) двигатель
совершает работу, поэтому этот такт
называют рабочим ходом. Движение поршня
передается шатуну, а через него коленчатому
валу с маховиком. Получив сильный толчок,
маховик затем продолжает вращаться
по инерции и перемещает скрепленный
с ним поршень при последующих тактах.
Второй и третий такты происходят при
закрытых клапанах.

РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

IV ТАКТ

В конце третьего такта открывается
клапан 2, и через него продукты
сгорания выходят из цилиндра в атмосферу.
Выпуск продуктов сгорания продолжается
и в течение четвертого такта, когда поршень
движется вверх. В конце четвертого
такта клапан 2 закрывается.

Итак, цикл работы двигателя состоит из следующих четырех процессов (тактов):

впуска,
сжатия,
рабочего хода,
выпуска.

Щелкните на картинке

Карбюраторные двигатели

900igr.net

История создания карбюраторного двигателя

В 1885 году немецкие инженеры Готлиб Даймлер (1834-1900) и Вильгельм Майбах (1846-1929) изобрели легкий, быстроходный двигатель внутреннего сгорания (ДВС), использовавший качестве топлива бензин. Они установили его на деревянный велосипед и создали первый в мире мотоцикл.
В 1889 году Даймлер и Майбах построили первый четырехколесный автомобиль. На этом автомобиле впервые был установлен двигатель, оснащенный четырехступенчатой коробкой передач и карбюратором. Карбюратор был разработан Даймлером, в нем топливо распыляется, смешивается с воздухом и подается в цилиндр.
Это обстоятельство значительно повышало эффективность работы данного двигателя, впоследствии названного карбюраторным.

Применение карбюраторных двигателей

Карбюраторные двигатели находят широкое применение в современной жизни. Их используют в основном на транспортных средствах (из-за высокой стоимости топлива которые данные виды двигателей используют), к таким транспортным средствам относятся:
Мотоциклы, Автомобили, а также Катера; Моторные лодки и т. п.
Мне бы хотелось сосредоточить ваше внимание на использование карбюраторных двигателей в современном автомобильной промышленности.
Автомобильный транспорт создан в результате развития новой отрасли народного хозяйства — автомобильной промышленности, которая на современном этапе является одним из основных звеньев отечественного машиностроения.
В конце XIX века в ряде стран возникла автомобильная промышленность. В царской России неоднократно делались попытки организовать собственное машиностроение. В 1908 г. производство автомобилей было организовано на Русско-Балтийском вагоностроительном заводе в Риге. В течение шести лет здесь выпускались автомобили, собранные в основном из импортных частей.

После Великой Октябрьской социалистической революции практически заново пришлось создавать отечественную автомобильную промышленность.
Начало развития российского автомобилестроения относится к 1924 году, когда в Москве на заводе АМО были построены первые грузовые автомобили АМО-Ф-15.
В период 1931-1941 гг. создается крупносерийное и массовое производство автомобилей. В 1931 г. на заводе АМО началось массовое производство грузовых автомобилей. В 1932 г. вошел в строй завод ГАЗ.
В 1940 г. начал производство малолитражных автомобилей Московский завод малолитражных автомобилей. Несколько позже был создан Уральский
автомобильный завод. За годы послевоенных пятилеток вступили в строй:
Кутаисский, Кременчугский, Ульяновский, Минский автомобильные заводы.
Начиная с конца 60-х гг., развитие автомобилестроения характеризуется особо быстрыми темпами. В 1971 г. вступил в строй Волжский автомобильный завод им. 50-летия СССР.

Спасибо за внимание!

Скачать презентацию

Устройство двигателя внутреннего сгорания. Устройство двигателя внутреннего сгорания простыми словами Что такое двигатель внутреннего сгорания

Каждому, водителю интересно и необходимо знать, как устроен автомобиль, что такое ДВС в машине, из чего состоит двигатель автомобиля и каков у ДВС ресурс.

Отличие двигателей внутреннего сгорания от двигателей внешнего сгорания

ДВС называется так именно потому, что топливо сжигается внутри рабочего органа (цилиндра), промежуточный теплоноситель, например пар, здесь не нужен, как это организовано в паровозах. Если рассматривать паровой двигатель и двигатель, но уже внутреннего сгорания автомобиля, устройство их сходно, это очевидно (на рисунке справа паровой двигатель, слева – ДВС).

Принцип работы одинаков: на поршень, действует какая-то сила. От этого поршень вынужден двигаться вперед или назад (возвратно-поступательно). Эти движения при помощи специального механизма (кривошипного) преобразуются во вращение (колеса у паровоза и коленчатого вала «коленвала» у автомобиля). В двигателях внешнего сгорания нагревается вода, превращаясь в пар, и уже этот пар совершает полезную работу толкая поршень, а в ДВС мы нагреваем воздух внутри (непосредственно в цилиндре)и он (воздух) двигает поршень. От этого коэффициент полезного действия, у ДВС, конечно, выше.

История создания ДВС

История гласит, что первый работающий двигатель внутреннего сгорания коммерческого использования, то есть выпускаемый для продажи, был разработан французским изобретателем Ленуаром. Его двигатель работал на светильном газе в смеси с воздухом. Причем именно он догадался поджигать эту смесь путем электрической искры. Только в 1864 году документально зафиксирована продажа более 310 таких двигателей. На этом он разбогател. Жан Этьен Ленуар потерял интерес к изобретательству и вскоре(в 1877 году) его моторы были вытеснены более совершенными, на тот момент, двигателями Отто, изобретателя из Германии. Донат Банки (венгерский инженер) в 1893 году произвел настоящую революцию в двигателестроении. Он изобрел карбюратор. С этого момента история не знает бензиновых двигателей без этого устройства. И так продолжалось около 100 лет. На смену ему пришла система непосредственного впрыска, но это уже новейшая история.
Все первые двигатели внутреннего сгорания были только одноцилиндровыми. Увеличение мощности велось путем увеличения диаметра рабочего цилиндра. Только к концу 19-го века появились ДВС с двумя цилиндрами, а в начале 20-го века – четырехцилиндровые. Теперь, повышение мощности производилось уже путем увеличения числа цилиндров. На сегодняшний день можно встретить автомобильный двигатель в 2-мя, 4-мя, 6-ю цилиндрами. Реже 8 и 12. Некоторые спортивные автомобили имеют 24 цилиндра. Расположение цилиндров может быть как рядным, так и V-образным.
Вопреки расхожему мнению ни Готлиб Даймлер, ни Карл Бенц, ни Генри Форд устройство двигателя автомобиля не изменяли кардинально (разве что мелкие доработки), но оказали огромное влияние в автомобилестроение как таковое. Что такое ДВС в авто мы сейчас и рассмотрим.

Общее устройство двигателя внутреннего сгорания

Итак, ДВС состоит из корпуса, в котором все остальные детали монтируются. Чаще всего это блок цилиндров.

На данном рисунке показан один цилиндр без блока. Устройство ДВС направлено на максимально комфортные условия для цилиндров, ведь именно в них производится работа. Цилиндр, это металлическая (чаще всего стальная) труба, в которой двигается поршень. Он обозначен на рисунке цифрой 7. Над цилиндром устанавливается головка цилиндра 1, в которую вмонтированы клапана (5 – впускной и 4 — выпускной), а также свеча зажигания 3 и коромысла 2.
Над клапанами 4 и 5 есть пружины, которые удерживают их в закрытом состоянии. Коромысла при помощи толкателей 14 и распределительного вала 13 открывают клапана в определенный момент (тогда, когда это необходимо). Распределительный вал с кулачками вращается от коленвала 11 через приводные шестерни 12.
Движения поршня 7 преобразуются во вращение коленвала 11 при помощи шатуна 8 и кривошипа. Этим кривошипом служит «колено» на валу (смотри рисунок), именно поэтому вал и называется коленчатым. В связи с тем, что воздействие на поршень происходит не постоянно, а только когда в цилиндре горит топливо. У ДВС есть маховик 9, довольно массивный. Маховик как бы запасает энергию вращения и отдает ее при необходимости.
В любом двигателе много трущихся деталей, для их смазывания используют автомобильное масло. Масло это хранится в картере 10 и специальным насосом подается к трущимся деталям.
Синим цветом, показаны детали кривошипно-шатунного механизма (КШМ). Голубым – смесь топлива и воздуха. Серым – свеча зажигания. Красным – выхлопные газы.

Принцип работы ДВС

Разобрав двигатель внутреннего сгорания, его устройство, необходимо уяснить, как взаимодействуют его детали, как он работает. Знать строение еще не все, а вот как взаимодействуют механизмы, в чем преимущество дизельных автомобилей и в чем их недостатки для начинающих (для чайников) очень важно.
Ничего сложного в этом нет. Пошаговым рассмотрением процессов мы постараемся рассказать, как взаимодействуют между собой основные части двигателя при работе. Из какого материала выполнены механические составляющие ДВС.
Все автомобильные двигатели работают на одном принципе: сжигание бензина или дизельного топлива. Для чего? Для получения необходимой нам энергии, конечно. Двигатели автомобилей, иногда говорят – моторы, могут быть двухтактными и четырехтактными. Тактом считается движение поршня либо вверх, либо вниз. Говорят еще от верхней мертвой точки (ВМТ), до нижней (НМТ). Мертвой эта точка называется потому, что поршень как бы замирает на мгновение и начинает движение в обратную сторону.
Итак, в двухтактном двигателе весь процесс (или цикл) происходит за 2 хода поршня, в четырехтактном – за 4. И совершенно не важно, бензиновый это двигатель, дизельный или работающий на газу.
Как ни странно, рассказывать принцип работы лучше на 4-х тактном бензиновом карбюраторном двигателе.

Первый такт — всасывание.

Поршень идет вниз и затягивает за собой смесь из воздуха и топлива. Эта смесь готовится в отдельном устройстве – в карбюраторе. При этом впускной, его еще называют «всасывающий» клапан, конечно, открыт. На рисунке он показан синим.

Следующий, второй такт – сжатие смеси.

Поршень поднимается вверх от НМТ до ВМТ. При этом растет давление и, естественно, температура над поршнем. Но этой температуры недостаточно, для того, чтобы смесь самовоспламенилась. Для этого служит свеча. Она выдает искру в нужный момент. Обычно это 6…8 угловых градусов не доходя до ВМТ. Для начала понимания процесса можно предположить, что искра зажигает смесь точно в верхней точке.

Третий такт – расширение продуктов сгорания.

При сгорании столь энергоемкого топлива, продуктов сгорания в цилиндре очень мало, а вот усилие появляется только потому, что воздух нагрелся при повышении температуры, а значит, расширился, в нашем случае увеличил давление. Именно это давление и совершает нужную работу. Нужно знать, что нагревая воздух на 273 0С, получаем увеличение давления практически в 2 раза. Температура зависит от того сколько топлива сжечь. Максимальная температура внутри рабочего цилиндра может достигать 2500 0С при работе ДВС на полной мощности.

Четвертый такт последний.

После него опять будет первый. Поршень направляется от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт. Цилиндр очищается, выбрасывая все что сгорело, и что не сгорело, в атмосферу.
Что касается дизельного двигателя, то все основные детали с карбюраторным практически одинаковы. Ведь и тот и другой, это двигатель внутреннего сгорания. Исключение составляет смесеобразование. В карбюраторном смесь готовится отдельно, в том самом карбюраторе. А вот в дизельном – смесь готовиться непосредственно в цилиндре, перед сжиганием. Топливо (солярка) подается специальным насосом в определенный момент времени. Зажигание смеси происходит от самовоспламенения. Температура внутри цилиндра в дизеле гораздо выше, чем в карбюраторном ДВС. По этой причине детали там детали мощнее и система охлаждения лучше. Необходимо отметить, что, несмотря на высокую температуру внутри цилиндра, рабочая температура двигателя никогда не повышается выше 90…95 0С. Иногда, детали дизельных двигателей делают из более твердого металла, что позволяет снизить массу, но увеличивает цену ДВС. Однако, коэффициент полезного действия (КПД) в дизельном двигателе выше. То есть он более экономичен и дороговизна деталей себя окупает.
У дизельного ДВС ресурс выше, если соблюдать правила эксплуатации. Особенно часто механизмы дизелей выходят из строя из-за плохого топлива.
Схема работы дизельного двигателя представлена на рисунке слева. В третьем такте подача топлива показана в момент ВМТ, хотя это и не совсем так.
Системы ДВС обеспечивающие их работоспособность практически одинаковы: система смазки, топливная система, система охлаждения и система газообмена. Есть еще несколько, но они не относятся к главным.
Глядя на устройство любого двигателя внутреннего сгорания можно подумать, что все детали выполнены из стали. Это далеко не так. Корпуса бывают и чугунные и выполненные из алюминиевого сплава, а вот поршни из чугуна не делают, они либо стальные, либо из высокопрочного алюминиевого сплава. Зная общее устройство данного двигателя внутреннего сгорания и условия работы его деталей, очевидно, что и клапана и головку цилиндра нужно делать прочными, поскольку они должны выдерживать давление внутри цилиндра более 100 атмосфер. А вот поддон, где собирается масло не несет на себе особой механической нагрузки и выполняется из тонкой листовой стали или алюминия.
Характеристики ДВС
Когда говорят об автомобиле, то обычно, в первую очередь отмечают двигатель внутреннего сгорания, не его устройство, а его мощность. Она (мощность) измеряется как обычно (по-старинке) в лошадиных силах или (по-современному) киловаттах. Безусловно, чем больше мощность, тем быстрее автомобиль набирает скорость. И в принципе экономичность тем выше, тем двигатель машины более мощный. Однако, это только тогда, когда двигатель постоянно работает на номинальных (экономически оправданных) оборотах. Но на малых скоростях (при неиспользовании полной мощности) КПД сильно падает и если на номинальных режимах дизельный двигатель имеет 40…42% КПД, то на малых только 7%. Бензиновый двигатель не может похвастаться даже этим. Использование полной мощности позволяет экономить топливо. По этой причине расход топлива на 100 километров в малолитражных автомобилях ниже. Этот показатель может составлять и 5 и даже 4 л/100 км. Расход у мощных внедорожников может составлять и 10 и даже 15 л/100 км.
Еще одним показателем для автомобилей является разгон от 0 км/час до 100 км/час. Конечно, чем мощнее двигатель, тем быстрее разгон автомобиля, но про экономичность при этом говорить вообще не приходится.
Итак, двигатель внутреннего сгорания устройство которого Вы теперь знаете, совсем не кажется сложным. И на вопрос «ДВС – что это такое?» Вы можете ответить «Это то, что я знаю».

С момента изобретения первого мотора, работающего за счет горения топливной смеси прошло уже больше ста пятидесяти лет. Человечество продвинулось в техническом прогрессе, однако заменить так и не удаётся. Этот тип силовой установки используется как привод на технике. За счет мотора работают мопеды, автомобили, трактора, и другие самоходные агрегаты.

За время эксплуатации, изобретено и применено к использованию больше десяти видов и типов моторов. Однако, принцип работы не поменялся. В сравнении с паровым агрегатом, который предшествовал установке, двигатель, преобразующий тепловую энергию сгорания в механическую работу, экономичней с большим коэффициентом полезного действия. Эти свойства, залог успеха мотора, который полтора века остаётся востребованным и пользуется популярностью.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания в разрезе

Особенность работы

Особенность, делающая мотор не похожим на другие установки, заключается в том, что работа двигателя внутреннего сгорания сопровождается воспламенением топливной смеси непосредственно в камере. Само пространство, где происходит горение, внутри установки, это легло в основу названия классификации моторов. В процессе сложной экзотермической реакции, когда исходная рабочая смесь превращается в продукты сгорания с выделением тепла, выполняется преобразование в механическую работу. Работа за счет теплового расширения, движущая сила, без которой было бы не возможно существование установки. Принцип завязан на давлении, газов в пространстве цилиндра.

Виды моторов

В процессе технического прогресса разрабатывались и испытывались виды агрегатов, в которых горючее сжигалось во внутреннем пространстве, не все доказали свою целесообразность. Выделены распространенные типы двигателей внутреннего сгорания:

Поршневая установка.

Составная часть агрегата выполнена в виде блока с вмонтированными внутрь цилиндрическими полостями. Часть цилиндра служит для сжигания горючего. Посредством поршня, кривошипа и шатуна происходит трансформация энергии горения в энергию вращения вала. В зависимости от того, как готовится горючая смесь, агрегаты делят:

• Карбюраторные. В таких установках, горючее готовится за счет карбюрации. Атмосферный воздух и топливо транспортируются в механизм в пропорции, после чего смешивается внутри установки. Готовая смесь подается в камеру и сжигается;
• Инжектор. В установку рабочая смесь подаётся при помощи распылителя. Впрыск осуществляется в коллектор и контролируется электроникой. По коллектору горючее поступает в камеру, где поджигается свечой;
• Дизель. Принцип коренным образом отличается от предыдущих оппонентов. Процесс протекает за счёт давления. В объём через распылитель впрыскивается порция топлива (солярка), температура воздуха выше температуры горения, горючее воспламеняется.

Поршневой мотор:

• Роторно-поршневой мотор. Преобразование энергии расширения газов в механическую работу происходит за счет оборотов ротора. Ротор представляет собой деталь специального профиля, на которую давят газы, заставляя совершать вращательные движения. Траектория движения ротора по камере объёмного вытеснения сложная, образована эпитрохоидой. Ротор выполняет функции: поршня, распределителя газов, вала.

Роторно-поршневой мотор:

• Газотурбинные моторы. Процесс выполняется за счёт преобразования тепла в работу. Непосредственное участие принимают лопатки ротора. Вращение деталей от потока газов передаётся на турбину.

Сегодня, поршневые моторы окончательно вытеснили остальные типы установок и заняли доминирующее положение в автомобильной отрасли. Процентное соотношение роторно-поршневых моторов мало, поскольку производством занимается только Mazda. К тому же выпуск установок ведётся в ограниченном количестве. Газотурбинные агрегаты так же не прижились, поскольку имели ряд недостатков для гражданского использования, основной, это повышенный расход топлива.

Классификация двигателей внутреннего сгорания так же возможна и по потребляемому горючему. Моторы используют: бензин, дизель, газ, комбинированное топливо.

Газотурбинный мотор:

Устройство

Несмотря на разнообразие установок, виды двигателей внутреннего сгорания компонуются из нескольких узлов. Совокупность компонентов размещается в корпусе агрегата. Чёткая и слаженная работа каждой составной части в отдельности, в совокупности представляет мотор единым неделимым организмом.

• Блок мотора.Блок цилиндров объёдиняет в себе полости цилиндрической формы, внутри которых происходит воспламенение, и сгорание топливовоздушной смеси. Горения приводит к тепловому расширению газов, а цилиндры мотора служат направляющей, не дающей тепловому потоку выйти за пределы нужных рамок;

Блок цилиндров мотора:

• Механизм кривошипов и шатунов мотора.Совокупность рычагов, посредством которых на коленчатый вал передается сила, заставляющая совершать вращательные движения;

Кривошипно-шатунный механизм мотора:

• Распределитель газа мотора.Приводит в движение клапана впуска и выпуска, способствует процессу газообмена. Выводит отработку из полости агрегата, наполняет её нужной порцией с целью продолжить работу механизма;

Газораспределительный механизм мотора:

• Подвод горючего в моторе.Служит для приготовления порции горючего в нужной пропорции с воздухом, передаёт эту порцию в полость посредством распыления или самотёком;

• Система воспламенения в моторе.Механизм поджигает поступившую порцию в полости камеры. Выполняется посредством свечи зажигания или свечи накаливания.

Свеча зажигания:

• Система вывода отработанных продуктов из мотора.Механизм предназначен для эффективного удаления сгоревших продуктов и излишков тепла.

Приёмная труба:

Запуск силовой установки внутреннего сгорания сопровождается подачей горючего в агрегат, в полости камеры объёмного вытеснения субстанция сгорает. Процесс сопровождается выделением тепла и увеличением объёма, что провоцирует перемещение поршня. Перемещаясь, деталь преобразует механическую работу в кручение коленчатого механизма.

По завершению действие повторяется снова, таким образом, не прерываясь ни на минуту. Процессы, в течении которых совершается работа установки:

• Такт.Перемещение поршня из крайнего нижнего положения в крайнее верхнее положение и в обратном порядке. Такт считается одним перемещением в одну сторону.
• Цикл.Суммарное количество тактов, необходимое при совершении работы. Конструктивно, агрегаты в состоянии выполнять цикл за 2 (один оборот вала) или 4 (два оборота) такта.
• Рабочий процесс.Действие, подразумевающее: впуск смеси, сдавливание, окисление, рабочий ход, удаление. Рабочий процесс характерен как для двухтактных моторов, так и для четырёхтактных двигателей.

Двухтактный мотор

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания, использующего в качестве рабочего процесса два такта прост. Отличительная особенность мотора, выполнение двух тактов: сдавливание и рабочий ход. Такты впуска и очистки интегрированы в сдавливание и рабочий ход, поэтому вал проворачивается на 360° за рабочий процесс.

Выполняемый порядок таков:

1. Сдавливание.Поршень из крайнего нижнего положения уходит в крайнее верхнее положение. Перемещение создает разряжение под поршнем, благодаря чему через продувочные отверстия просачивается горючее. Дальнейшее перемещение провоцирует перекрытие отверстия впуска юбкой поршня и отверстий выпуска, выводящих отработку. Замкнутое пространство способствует росту напряжения. В крайней верхней точке заряд поджигается.
2. Расширение.Горение создает давление внутри камеры, заставляя посредством расширения газов перемещаться поршень в низ. Происходит поочередное открытие выпускных и продувочных окон. Напряжение в области днища провоцирует поступление горючего в цилиндрическую полость, одновременно очищая её от отработки.

Устройство агрегата на два такта исключает механизм распределяющий газы, что сказывается на качестве процесса обмена. Кроме того, невозможно исключить продувку, а это сильно увеличивает расход топлива, поскольку часть смеси выбрасывается наружу с отработанными газами.

Принцип работы двухтактного мотора:

Четырёхтактный мотор

Моторами, которые выполняют 4 такта работы двигателя внутреннего сгорания за рабочий процесс, оснащена используемая сегодня техника. В этих моторах, ввод и вывод горючего и отработки, выполняются отдельными тактами. Двигатели используют механизм распределения газов, что синхронизирует клапана и вал. Преимущество мотора на четыре такта, подача горючего в очищенную от отработанных газов камеру при закрытых клапанах, что исключает утечку топлива.

Порядок таков:

• Ввод.Перемещение поршня из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее. Происходит разряжение в полости, что открывает клапана впуска. Горючее заходит в камеру объёмного вытеснения.
• Сдавливание.Перемещение поршня снизу вверх (крайние положения). Отверстия входа и выхода перекрыты, что способствует нарастанию давления в камере объёмного вытеснения.
• Рабочий ход.Смесь загорается, выделяется тепло, резкое увеличение объёма и рост силы, давящей на поршень. Движение последнего в крайнее нижнее положение.
• Очистка.Отверстия выпуска открыты, поршень перемещается снизу вверх. Избавление от отработки, очистка полости перед следующей порцией рабочей смеси.

Механический КПД двигателя внутреннего сгорания, с циклом на 4 такта ниже, в сравнении с агрегатом на 2 такта. Это обусловлено сложным устройством и наличием механизма распределения газов, который забирает часть энергии на себя.

Принцип работы четырёхтактного мотора:

Механизм искрообразования

Цель механизма, своевременное искрение в полости цилиндра мотора. Искра помогает воспламениться горючему и совершить агрегату рабочий ход. Механизм искрообразования, составная часть электрического оборудования автомобиля, куда входят:

• Источник хранения электрической энергии, аккумулятор. Источник, вырабатывающий электрическую энергию, генератор.
• Механическое или электрическое устройство, подающее электрическое напряжение в сеть автомобиля, его еще называют зажигание.
• Накопитель и преобразователь электрической энергии, трансформатор, или катушка. Механизм обеспечивает достаточный заряд на свечах мотора.
• Механизм распределения зажигания, или трамблёр. Устройство предназначено для распределения и своевременной подачи в нужный цилиндр электрического импульса на свечи зажигания.

Механизм впуска

Цель механизма, бесперебойное образование в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания автомобиля, нужного количества воздуха. Впоследствии, воздух смешивается с топливом, и всё это воспламеняется для рабочего процесса. Устаревшие, карбюраторные моторы для впуска использовали элемент для фильтрации воздуха и воздуховод. Современные установки укомплектованы:

• Механизм забора воздуха мотором.Деталь выполнена в виде патрубка, определённого профиля. Задача конструкции, подать в цилиндр как можно больше воздуха создав при этом меньшее сопротивление на входе. Всасывание воздушной массы происходит за счет разницы давлений при движении поршня в положение нижней мёртвой точки.
• Воздушный фильтрующий элемент мотора.Деталь применяется для очистки воздуха, попадающего в мотор. Работа элемента влияет на ресурс и работоспособность силовой установки. Фильтр относится к расходным материалам, и меняется через промежуток времени.
• Заслонка дросселя мотора.Перепускной механизм, находящийся во впускном коллекторе и регулирующий количество подаваемого в мотор воздуха. Деталь работает за счёт электроники, или механическим путём.
• Коллектор впуска мотора.Предназначение механизма, распределить количество воздуха равномерно по цилиндрам мотора. Процесс регулируется заслонками впуска и усилителями потока.

Система впуска:

Механизм питания

Назначение, бесперебойная подача горючего для последующего смешивания с воздухом и приготовлением гомогенной стехиометрической смеси. Механизм питания включает:

• Бак мотора.Ёмкость замкнутого типа, в которой хранится топливо (бензин, солярка). Бак оборудован устройством забора горючего (помпа) и устройством, заправляющим ёмкость (заливная горловина).
• Топливная проводка мотора.Патрубки, шланги, по которым транспортируется или перенаправляется топливо.
• Механизм, смешивающий горючее в моторе.Изначально силовые установки оборудовались карбюратором, в современных двигателях применяют инжектор. Задача, подать приготовленную смесь внутрь камеры сгорания.
• Блок управления.Назначение механизма, управлять смесеобразованием и впрыском. В установках, оборудованных инжектором, устройство синхронизирует работу для увеличения эффективности процесса.
• Помпа мотора.Устройство, создающее напряжение в топливном проводе мотора и способствующее движению горючей жидкости.
• Элемент фильтрации.Механизм очищает поступающее топливо от примесей и грязи, что увеличивает ресурс силовой установки.

Механизм питания:

Механизм смазки

Назначение механизма, обеспечить детали силовой установки необходимым количеством масла для создания на поверхностях защитной плёнки. Применение жидкости уменьшает воздействие силы трения в точках соприкосновения деталей, удаляет продукты износа, защищает агрегат от коррозии, уплотняет узлы и механизмы. состоит:

• Поддон мотора.Ёмкость, в которой помещается, хранится и охлаждается смазочная жидкость. Для нормального функционирования мотора важно соблюдать требуемый уровень масла, поэтому поддоны укомплектованы щупом, для контроля.
• Масляная помпа мотора.Механизм, перекачивающий жидкость из поддона двигателя и направляющий масло к точкам, нуждающимся в смазке. Движение масла происходит по магистралям.
• Масляный фильтрующий элемент.Назначение детали, очистить масло от примесей и продуктов износа, которые циркулируют в моторе. Элемент меняют при каждой замене масла, поскольку работа влияет на износ механизма.
• Охладитель масла мотора.Назначение механизма, отбор излишков тепла, из системы смазки. Поскольку масло, отводит тепло от перегретых поверхностей, то само масло так же подвержено перегреву. Характерная особенность механизма смазки, обязательное использование, не зависимо, от того, какова модель двигателя внутреннего сгорания применяется. Происходит это по той причине, что на сегодня эффективней этого метода защиты мотора нет.

Система смазки:

Механизм выпуска

Механизм предназначен для отвода отработанных газов и уменьшения шума в процессе работы двигателя. Состоит из следующих компонентов:

• Коллектор выпуска мотора.Набор патрубков, выполненных из жаропрочного материала, поскольку они первыми соприкасаются с раскалёнными газами, выходящими из камеры сгорания. Коллектор гасит колебания и переправляет газы далее в трубу;
• Труба мотора.Приёмная труба предназначена для получения газов и транспортировки далее по системе. Материал, из которого выполнена деталь, обладает высокой стойкостью к температурам.
• Резонатор.Устройство, позволяющее разделить газы и снизить их скорость.
• Катализатор.Устройство очистки и нейтрализации газов.
• Глушитель мотора.Резервуар с вмонтированными перегородками, благодаря перенаправлению отработанных газов, позволяет снизить шум.

Система выпуска мотора:

Механизм охлаждения

На маломощных двигателях внутреннего сгорания применяется охлаждение мотора встречным потоком. Современные агрегаты, автомобильные, судовые, грузовые используют жидкостное охлаждение. Задача жидкости, забрать на себя часть избыточного тепла и снизить тепловую нагрузку на узлы и механизмы агрегата. Механизм охлаждения включает:

• Радиатор мотора.Задача устройства передать избыточное тепло от жидкости окружающей среде. Деталь включает в себя набор алюминиевых трубок с отводящими ребрами;
• Вентилятор мотора.Задача вентилятора, увеличить эффект от охлаждения за счёт принудительного обдува радиатора и отвода с его поверхности излишков тепла.
• Помпа мотора.Задача водяной помпы обеспечить циркуляцию охлаждающей жидкости по системе. Циркуляция проходит по малому кругу (пока двигатель не разогрет), после чего, клапан переключает движение жидкости на большой круг.
• Перепускной клапан мотора.Задача механизма, обеспечить переключение циркуляции жидкости с малого круга обращения на большой круг.

Система охлаждения мотора:

Несмотря на многочисленные попытки уйти от двигателя внутреннего сгорания, в ближайшем обозрим будущем, такой возможности не предвидится. Поэтому силовые установки данного типа еще долго будут радовать нас своей слаженной работой.

Современный двигатель внутреннего сгорания далеко ушел от своих прародителей. Он стал крупнее, мощнее, экологичнее, но при этом принцип работы, устройство двигателя автомобиля, а также основные его элементы остались неизменными.

Двигатели внутреннего сгорания, массово применяемые на автомобилях, относятся к типу поршневых. Название свое этот тип ДВС получил благодаря принципу работы. Внутри двигателя находится рабочая камера, называемая цилиндром. В ней сгорает рабочая смесь. При сгорании смеси топлива и воздуха в камере увеличивается давление, которое воспринимает поршень. Перемещаясь, поршень преобразует полученную энергию в механическую работу.

Как устроен ДВС

Первые поршневые моторы имели лишь один цилиндр небольшого диаметра. В процессе развития для увеличения мощности сначала увеличивали диаметр цилиндра, а потом и их количество. Постепенно двигатели внутреннего сгорания приняли привычный нам вид. Мотор современного автомобиля может иметь до 12 цилиндров.

Современный ДВС состоит из нескольких механизмов и вспомогательных систем, которые для удобства восприятия группируют следующим образом:

1. КШМ – кривошипно-шатунный механизм.
2. ГРМ – механизм регулировки фаз газораспределения.
3. Система смазки.
4. Система охлаждения.
5. Система подачи топлива.
6. Выхлопная система.

Также к системам ДВС относятся электрические системы пуска и управления двигателем.

КШМ – кривошипно-шатунный механизм

КШМ – основной механизм поршневого мотора. Он выполняет главную работу – преобразует тепловую энергию в механическую. Состоит механизм из следующих частей:

• Блок цилиндров.
• Головка блока цилиндров.
• Поршни с пальцами, кольцами и шатунами.
• Коленчатый вал с маховиком.

ГРМ – газораспределительный механизм

Чтобы в цилиндр поступало нужное количество топлива и воздуха, а продукты сгорания вовремя удалялись из рабочей камеры, в ДВС предусмотрен механизм, называемый газораспределительным. Он отвечает за открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, через которые в цилиндры поступает топливо-воздушная горючая смесь и удаляются выхлопные газы. К деталям ГРМ относятся:

• Распределительный вал.
• Впускные и выпускные клапаны с пружинами и направляющими втулками.
• Детали привода клапанов.
• Элементы привода ГРМ.

ГРМ приводится от коленчатого вала двигателя автомобиля. С помощью цепи или ремня вращение передается на распределительный вал, который посредством кулачков или коромысел через толкатели нажимает на впускной или выпускной клапан и по очереди открывает и закрывает их

В зависимости от конструкции и количества клапанов на двигатель может быть установлен один или два распределительных вала на каждый ряд цилиндров. При двухвальной системе каждый вал отвечает за работу своего ряда клапанов — впускных или выпускных. Одновальная конструкция имеет английское название SOHC (Single OverHead Camshaft). Систему с двумя валами называют DOHC (Double Overhead Camshaft).

Во время работы мотора его детали соприкасаются с раскаленными газами, которые образуются при сгорании топливо-воздушной смеси. Чтобы детали двигателя внутреннего сгорания не разрушались из-за чрезмерного расширения при нагреве, их необходимо охлаждать. Охладить мотор автомобиля можно с помощью воздуха или жидкости. Современные моторы имеют, как правило, жидкостную схему охлаждения, которую образуют следующие части:

• Рубашка охлаждения двигателя
• Насос (помпа)
• Радиатор
• Вентилятор
• Расширительный бачок

Рубашку охлаждения двигателей внутреннего сгорания образуют полости внутри БЦ и ГБЦ, по которым циркулирует охлаждающая жидкость. Она отбирает избыточное тепло у деталей двигателя и относит его к радиатору. Циркуляцию обеспечивает насос, привод которого осуществляется с помощью ремня от коленчатого вала.

Термостат обеспечивает необходимый температурный режим двигателя автомобиля, перенаправляя поток жидкости в радиатор либо в обход него. Радиатор, в свою очередь, призван охлаждать нагретую жидкость. Вентилятор усиливает набегающий поток воздуха, тем самым увеличивая эффективность охлаждения. Расширительный бачок необходим современным моторам, так как применяемые охлаждающие жидкости сильно расширяются при нагреве и требуют дополнительного объема.

Система смазки ДВС

В любом моторе есть множество трущихся деталей, которые необходимо постоянно смазывать, чтобы уменьшить потери мощности на трение и избежать повышенного износа и заклинивания. Для этого существует система смазки. Попутно с ее помощью решается еще несколько задач: защита деталей двигателя внутреннего сгорания от коррозии, дополнительное охлаждение деталей мотора, а также удаление продуктов износа из мест соприкосновения трущихся частей. Систему смазки двигателя автомобиля образуют:

• Масляный картер (поддон).
• Насос подачи масла.
• Масляный фильтр с .
• Маслопроводы.
• Масляный щуп (индикатор уровня масла).
• Указатель давления в системе.
• Маслоналивная горловина.

Насос забирает масло из масляного картера и подает его в маслопроводы и каналы, расположенные в БЦ и ГБЦ. По ним масло поступает в места соприкосновения трущихся поверхностей.

Система питания

Система подачи для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от искры и от сжатия отличаются друг от друга, хотя и имеют ряд общих элементов. Общими являются:

• Топливный бак.
• Датчик уровня топлива.
• Фильтры очистки топлива – грубой и тонкой.
• Топливные трубопроводы.
• Впускной коллектор.
• Воздушные патрубки.
• Воздушный фильтр.

В обеих системах имеются топливные насосы, топливные рампы, форсунки подачи топлива, но в силу различных физических свойств бензина и дизельного топлива конструкция их имеет существенные различия. Сам принцип подачи одинаков: топливо из бака с помощью насоса через фильтры подается в топливную рампу, из которой попадает в форсунки. Но если в большинстве бензиновых двигателей внутреннего сгорания форсунки подают его во впускной коллектор мотора автомобиля, то в дизельных оно подается непосредственно в цилиндр, и уже там смешивается с воздухом. Детали, обеспечивающие очистку воздуха и поступление его цилиндры – воздушный фильтр и патрубки – тоже относятся к топливной системе.

Система выпуска

Система выпуска предназначена для отвода отработанных газов из цилиндров двигателя автомобиля. Основные детали, ее составляющие:

• Выпускной коллектор.
• Приемная труба глушителя.
• Резонатор.
• Глушитель.
• Выхлопная труба.

В современных двигателях внутреннего сгорания выхлопная конструкция дополнена устройствами нейтрализации вредных выбросов. Она состоит из каталитического нейтрализатора и датчиков, сообщающихся с блоком управления двигателем. Выхлопные газы из выпускного коллектора через приемную трубу попадают в каталитический нейтрализатор, затем через резонатор в глушитель. Далее через выхлопную трубу они выбрасываются в атмосферу.

В заключение необходимо упомянуть системы пуска и управления двигателем автомобиля. Они являются важной частью двигателя, но их необходимо рассматривать вместе с электрической системой автомобиля, что выходит за рамки этой статьи, рассматривающей внутреннее устройство двигателя.

– универсальный силовой агрегат, используемый практически во всех видах современного транспорта. Три луча заключенные в окружность, слова «На земле, на воде и в небе» — товарный знак и девиз компании Мерседес Бенц, одного из ведущих производителей дизельных и бензиновых двигателей. Устройство двигателя, история его создания, основные виды и перспективы развития – вот краткое содержание данного материала.

Немного истории

Принцип превращения возвратно-поступательного движения во вращательное, посредством использования кривошипно-шатунного механизма известен с 1769 года, когда француз Николя Жозеф Кюньо показал миру первый паровой автомобиль. В качестве рабочего тела двигатель использовал водяной пар, был маломощным и извергал клубы черного, дурнопахнущего дыма. Подобные агрегаты использовались в качестве силовых установок на заводах, фабриках, пароходах и поездах, компактные же модели существовали в виде технического курьеза.

Все изменилось в тот момент, когда в поисках новых источников энергии человечество обратило свой взор на органическую жидкость — нефть. В стhемлении повысить энергетические характеристики данного продукта, ученные и исследователи, проводили опыты по перегонке и дистилляции, и, наконец, получили неизвестное доселе вещество – бензин. Эта прозрачная жидкость с желтоватым оттенком сгорала без образования копоти и сажи, выделяя намного большее, чем сырая нефть, количество тепловой энергии.

Примерно в то же время Этьен Ленуар сконструировал первый газовый двигатель внутреннего сгорания, работавший по двухтактной схеме, и запатентовал его в 1880 году.

В 1885 году немецкий инженер Готтлиб Даймлер, в сотрудничестве с предпринимателем Вильгельмом Майбахом, разработал компактный бензиновый двигатель, уже через год нашедший свое применение в первых моделях автомобилей. Рудольф Дизель, работая в направлении повышения эффективности ДВС (двигателя внутреннего сгорания), в 1897 году предложил принципиально новую схему воспламенения топлива. Воспламенение в двигателе, названном в честь великого конструктора и изобретателя, происходит за счет нагревания рабочего тела при сжатии.

А в 1903 году братья Райт подняли в воздух свой первый самолет, оснащенный бензиновым двигателем Райт-Тейлор, с примитивной инжекторной схемой подачи топлива.

Как это работает

Общее устройство двигателя и основные принципы его работы станут понятны при изучении одноцилиндровой двухтактной модели.

Такой ДВС состоит из:

• камеры сгорания;
• поршня, соединенного с коленвалом посредством кривошипно-шатунного механизма;
• системы подачи и воспламенения топливно-воздушной смеси ;
• клапана для удаления продуктов горения (выхлопных газов).

При пуске двигателя поршень начинает путь от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней (НМТ), за счет поворота коленвала. Достигнув нижней точки, он меняет направление движения к ВМТ, одновременно с чем проводится подача топливно-воздушной смеси в камеру сгорания. Движущийся поршень сжимает ТВС, при достижении верхней мертвой точки система электронного зажигания воспламеняет смесь. Стремительно расширяясь, горящие пары бензина отбрасывают поршень в нижнюю мертвую точку. Пройдя определенную часть пути, он открывает выхлопной клапан, через который раскаленные газы покидают камеру сгорания. Пройдя нижнюю точку, поршень меняет направление движения к ВМТ. За это время коленвал совершил один оборот.

Данные пояснения станут более понятными при просмотре видео о работе двигателя внутреннего сгорания.

Данный видеоролик наглядно показывает устройство и работу двигателя автомобиля.

Два такта

Основным недостатком двухтактной схемы, в которой роль газораспределительного элемента играет поршень, является потеря рабочего вещества в момент удаления выхлопных газов. А система принудительной продувки и повышенные требования к термостойкости выхлопного клапана приводят к увеличению цены двигателя. В противном случае добиться высокой мощности и долговечности силового агрегата не представляется возможным. Основная сфера применения подобных двигателей – мопеды и недорогие мотоциклы, лодочные моторы и бензокосилки.

Четыре такта

Описанных недостатков лишены четырехтактные ДВС, используемые в более «серьезной» технике. Каждая фаза работы такого двигателя (впуск смеси, ее сжатие, рабочий ход и выпуск отработанных газов), осуществляется при помощи газораспределительного механизма .

Разделение фаз работы ДВС очень условно. Инерционность отработавших газов, возникновение локальных вихрей и обратных потоков в зоне выхлопного клапана приводит к взаимному перекрыванию во времени процессов впрыска топливной смеси и удаления продуктов горения. Как результат, рабочее тело в камере сгорания загрязняется отработанными газами, вследствие чего меняются параметры горения ТВС, уменьшается теплоотдача, падает мощность.

Проблема была успешно решена путем механической синхронизации работы впускных и выпускных клапанов с оборотами коленвала. Проще говоря, впрыск топливно-воздушной смеси в камеру сгорания произойдет только после полного удаления отработанных газов и закрытия выхлопного клапана.

Но данная система управления газораспределением так же имеет свои недостатки. Оптимальный режим работы двигателя (минимальный расход топлива и максимальная мощность), может быть достигнут в достаточно узком диапазоне оборотов коленвала.

Развитие вычислительной техники и внедрение электронных блоков управления дало возможность успешно разрешить и эту задачу. Система электромагнитного управления работой клапанов ДВС позволяет на лету, в зависимости от режима работы, выбирать оптимальный режим газораспределения. Анимированные схемы и специализированные видео облегчат понимание этого процесса.

На основании видео не сложно сделать вывод, что современный автомобиль это огромное количество всевозможных датчиков.

Виды ДВС

Общее устройство двигателя остается неизменным достаточно долгое время. Основные различия касаются видов используемого топлива, систем приготовления топливно-воздушной смеси и схем ее воспламенения.
Рассмотрим три основных типа:

1. бензиновые карбюраторные;
2. бензиновые инжекторные;
3. дизельные.

Бензиновые карбюраторные ДВС

Приготовление гомогенной (однородной по своему составу), топливно-воздушной смеси происходит путем распыления жидкого топлива в воздушном потоке, интенсивность которого регулируется степенью поворота дроссельной заслонки. Все операции по приготовлению смеси проводятся за пределами камеры сгорания двигателя. Преимуществами карбюраторного двигателя является возможность регулировки состава топливной смеси «на коленке», простота обслуживания и ремонта, относительная дешевизна конструкции. Основной недостаток – повышенный расход топлива.

Историческая справка. Первый двигатель данного типа сконструировал и запатентовал в 1888 году российский изобретатель Огнеслав Костович. Оппозитная система горизонтально расположенных и двигающихся навстречу друг другу поршней, до сих пор успешно используется при создании двигателей внутреннего сгорания. Самым известным автомобилем, в котором использовался ДВС данной конструкции, является Фольксваген Жук.

Бензиновые инжекторные ДВС

Приготовление ТВС осуществляется в камере сгорания двигателя, путем распыления топлива инжекторными форсунками. Управление впрыском осуществляется электронным блоком или бортовым компьютером автомобиля. Мгновенная реакция управляющей системы на изменение режима работы двигателя обеспечивает стабильность работы и оптимальный расход топлива. Недостатком считается сложность конструкции, профилактика и наладка возможны только на специализированных станциях технического обслуживания.

Дизельные ДВС

Приготовление топливно-воздушной смеси происходит непосредственно в камере сгорания двигателя. По окончании цикла сжатия воздуха, находящегося в цилиндре, форсунка проводит впрыск топлива. Воспламенение происходит за счет контакта с перегретым в процессе сжатия атмосферным воздухом. Всего лишь 20 лет назад низкооборотистые дизеля использовались в качестве силовых агрегатов специальной техники. Появление технологии турбонагнетания открыло им дорогу в мир легковых автомобилей.

Пути дальнейшего развития ДВС

Конструкторская мысль никогда не стоит на месте. Основные направления дальнейшего развития и усовершенствования двигателей внутреннего сгорания – повышение экономичности и минимизация вредных для экологии веществ в составе выхлопных газов. Применение слоистых топливных смесей, конструирование комбинированных и гибридных ДВС – лишь первые этапы долгого пути.

Автомобильные двигатели чрезвычайно разнообразны. Технология, которая применяется при разработке и запуске в производство силовых агрегатов, имеет богатую историю. Требования современности вынуждают производителей ежегодно внедрять в свои проекты доработки и модернизировать имеющиеся технологии.

Двигатель внутреннего сгорания имеет устройство и принцип работы, способный обеспечивать высокую мощность и длительный период эксплуатации — от пользователя требуется только минимально необходимое обслуживание и своевременный мелкий ремонт.

При первом взгляде сложно представить, как работает двигатель: слишком много взаимосвязанных механизмов собранно в одном небольшом пространстве. Но при детальном изучении и анализе связей в этой системе работа двигателя автомобиля оказывается предельно простой и понятной.

В состав двигателя автомобиля входит ряд узлов, имеющих важное значение и обеспечивающих выполнение рабочих функций всей системы .

Блок цилиндров иногда называют корпусом или рамой всей системы. Описание двигателя не обходится без изучения данного элемента конструкции. Именно в этой части мотора обустроена система связанных каналов, предназначеных для смазки и создания необходимой температуры двигателя внутреннего сгорания.

Верхняя часть корпуса поршня имеет каналы для колец. Сами поршневые кольца подразделяются на верхние и нижние. Исходя из выполняемых функций, данные кольца называют компрессионными. Крутящий момент двигателя определяется прочностью и работой рассмотренных элементов.

Нижние кольца поршня играют важную роль для обеспечения ресурса двигателя. Нижние кольца выполняют 2 роли: сохраняют герметичность камеры сгорания и являются уплотнителями, которые предотвращают проникновение масла внутрь камеры сгорания.

Двигатель автомобиля представляет собой систему, в которой осуществляется передача энергии между механизмами с минимальными потерями ее величины на различных этапах. Поэтому кривошипно-шатунный механизм становится одним из важнейших элементов системы. Он обеспечивает передачу возвратно-поступательной энергии от поршня на коленвал.

В целом, принцип работы двигателя достаточно прост и претерпел мало фундаментальных изменений за период существования. В этом просто нет необходимости — некоторые усовершенствования и оптимизации позволяют достигать лучших результатов в работе. Концепция же всей системы неизменна.

Крутящий момент двигателя создается за счет выделяемой при сгорании топлива энергии, которая передается от камеры сгорания к колесам по соединительным элементам. В форсунках топливо передается в камеру сгорания, где происходит его обогащение воздухом. Свеча зажигания создает искру, которая мгновенно воспламеняет образовавшуюся смесь. Так происходит небольшой взрыв, который обеспечивает работы двигателя.

В результате такого действия происходит образования большого объема газов, стимулируя к совершению поступательных движений. Так формируется крутящий момент двигателя. Энергия от поршня передается на коленвал, который передает движение на трансмиссию, а после этого, специальная система шестеренок переносит движение на колеса.

Порядок работы работающего двигателя незатейлив и при исправных связующих элементах гарантирует минимальные потери энергии. Схема работы и строение каждого механизма основаны на преобразовании созданного импульса в практически используемый объем энергии. Ресурс двигателя определяется износостойкостью каждого звена.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Двигатель легкового автомобиля выполняется в виде одного из типов систем внутреннего сгорания. Принцип действия двигателя может отличаться по некоторым показателям, что служит основой для разделения моторов на различные типы и модификации.

В качестве определяющих параметров, служащих для разделения силовых агрегатов на категории, служат:

• рабочий объем,
• количество цилиндров,
• мощность системы,
• скорость вращения узлов,
• применяемое для работы топливо и др.

Разобраться в том, как работает двигатель, просто. Но по мере изучения всплывают новые показатели, которые вызывают вопросы. Так, часто можно встретить разделение двигателей по числу тактов. Что это такое и как влияет на работу машины?

Устройство двигателя автомобиля основано на четырехтактовой системе. Эти 4 такта равны по времени — за весь цикл поршень дважды поднимается вверх в цилиндре и дважды опускается вниз. Такт берет начало в тот момент, когда поршень находится в верхней или нижней части. Механики называют эти точки ВМТ и НМТ — верхняя и нижняя мертвые точки соответственно.

Такт № 1 — впуск. По мере движения вниз, поршень втягивает в цилиндр наполненную топливом смесь. Работа системы происходит при открытом клапане впуска. Мощность двигателя автомобиля определяется количеством, размерами и временем, которое клапан открыт.

В отдельных моделях работа педали газа увеличивает период нахождения клапана в открытом состоянии, что позволяет увеличить объем топлива, попадающего в систему. Такое устройство двигателей внутреннего сгорания обеспечивает сильное ускорение работы системы.

Такт № 2 — сжатие. На этом этапе поршень начинает свое движение вверх, что приводит к сжатию полученной в цилиндр смеси. Она сживается ровно до объемов камеры сгорания топлива. Эта камера представляет собой пространство между верхней частью поршня и верхом цилиндра в момент нахождения поршня в ВМТ. Клапаны впуска в этот момент работы прочно закрыты.

От плотности закрытия зависит качество сжатия смеси. Если сам поршень, или цилиндр, или кольца поршней потерты и не в надлежащем состоянии, то качество работы и ресурс двигателя значительно снизятся.

Такт № 3 — рабочий ход. Этот этап начинается с ВМТ. Система зажигания гарантирует воспламенение топливной смеси и обеспечивает выделение энергии. Происходит взрыв смеси, при котором высвобождается энергия. И за счет увеличения объема происходит выталкивание поршня вниз. Клапаны при этом закрыты. Технические характеристики двигателя во многом зависят от протекания третьего такта работы мотора.

Такт № 4 — выпуск. Окончание цикла работы. Движение поршня вверх обеспечивает выталкивание газов. Таким образом, осуществляется вентиляция цилиндра. Этот такт важен для обеспечения ресурса двигателя.

Двигатель имеет принцип работы, основанный на распределении энергии от взрывов газов, требует внимания к созданию всех узлов.

Работа двигателя внутреннего сгорания циклична. Вся энергия, которая создается в процессе выполнения работы на всех 4 тактах работы поршней, направляется на организацию работы автомобиля.

Варианты конструкций внутреннего двигателя

Характеристика двигателя зависит от особенностей его конструкции. Внутреннее сгорание — основной тип физического процесса, протекающего в системе мотора на современных автомобилях. За период развития машиностроения успешно реализовано несколько типов ДВС.

Устройство бензинового двигателя разделяет систему на 2 типа — инжекторные двигатели и карбюраторные модели. Также в производстве есть несколько типов карбюраторов и систем впрыска. Основа работы — сжигание бензина.

Характеристика бензинового двигателя выглядит предпочтительнее. Хотя для каждого пользователя есть свои личные приоритеты и преимущества от работы каждого двигателя. Бензиновый двигатель внутреннего сгорания является одним из самых распространенных в современном автомобилестроении. Порядок работы мотора прост и не отличается от классической интерпретации.

Дизельные двигатели основаны на применении подготовленного дизельного топлива. Оно попадает в цилиндры через форсунки. Главное преимущество дизельного двигателя заключается в отсутствии необходимости электричества для сжигания топлива. Оно требуется только для запуска двигателя.

Газовый двигатель применяет для работы сжиженные и сжатые газы, а также некоторые другие типы газов.

Узнать какой ресурс у двигателя на вашем авто лучше всего у производителя. Примерную цифру разработчики озвучивают в сопроводительных документах на транспортное средство. Здесь содержится вся актуальная и точная информация о моторе. В паспорте вы узнаете технические параметры мотора, сколько весит двигатель и всю информацию о движущем агрегате.

Срок службы двигателя зависит от качества обслуживания, интенсивности использования. Заложенный разработчиком срок эксплуатации подразумевает внимательное и бережное отношение с машиной.

Что значит двигатель? Это ключевой элемент в автомобиле, который призван обеспечить его движение. Надежность и точность работы всех узлов системы гарантирует качество движения и безопасность эксплуатации машины.

Характеристики двигателей различаются в широких пределах, несмотря на то. Что принцип внутреннего сгорания топлива остается неизменным. Так разработчикам удается удовлетворять потребности покупателей и реализовывать проекты по улучшению работы автомобилей в целом.

Средний ресурс двигателя внутреннего сгорания составляет несколько сотен тысяч километров. При таких нагрузках от всех составных частей системы требуется прочность и точная совместная работа. Поэтому известная и детально изученная концепция внутреннего сгорания постоянно подвергается доработкам и внедрениям новых подходов.

Ресурс двигателей различается в широком диапазоне. Порядок работы, при этом, общий (с небольшими отклонениями от стандарта). Несколько может различаться вес двигателя и отдельные характеристики.

Современный двигатель внутреннего сгорания имеет классическое устройство и досконально изученный принцип работы. Поэтому механикам не составляет труда решить любую проблему в кратчайшие сроки.

Ремонтные работы усложняются в том случае, если поломка не была устранена сразу. В таких ситуациях порядок работы механизмов может, нарушен окончательно и потребуется серьезная работа по восстановлению. Ресурс двигателя после грамотного ремонта не пострадает.

Устройство двигателя внутреннего сгорания или компрессора

Изобретение относится к области машиностроения. Технический результат заключается в возможности создания устройства ДВС или компрессора со сниженными трудоемкостью изготовления и неравномерностью движения, а также в возможности устранения появления гироскопического момента сил от действия прецессионного вращения. Согласно изобретению ДВС или компрессор содержит корпус, пространственный кулачок, связанный с поршнями-толкателями, и торцевой кулачок, обеспечивающий газораспределение. При этом канавка пространственного кулачка имеет трапецеидальный профиль с углами наклона боковых сторон, превышающими угол трения. С канавкой пространственного кулачка связаны два поршня-толкателя, размещенные со смещением на 180° относительно оси вращения пространственного кулачка, а торцевой кулачок имеет два выступа на концентричных кольцевых поверхностях. Кроме того, пространственный кулачок и поршни-толкатели располагаются вертикально относительно плоскости транспортного средства. 1 ил.

Устройство относится к области машиностроения, а именно к преобразователям одного вида энергии в другой: тепловой в механическую и механической в пневматическую.

Известно устройство двигателя внутреннего сгорания (ДВС) или компрессора с горизонтальным расположением коленчатого вала относительно земной поверхности, исключающим устранение гироскопического эффекта от принудительного прецессионного вращения при установке на транспортном средстве.

Недостатком этого устройства является сложная геометрическая форма коленчатого вала, необходимость шатуна для преобразования поступательного движения поршней во вращение коленчатого вала и появление пары сил от действия гироскопического эффекта при принудительном прецессионном движении, стремящегося совместить векторы угловых скоростей собственного вращения коленчатого вала и прецессионного вращения при повороте транспортного средства и вызывающего дополнительное нагружение подшипников по правилу Н.Е.Жуковского (Бухгольц Н. Н. Основной курс теоретической механики. — М., изд-во Наука, 1972).

Кроме того, известно устройство с кулачковым механизмом преобразования поступательного движения поршней во вращение кулачка (Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике. Т.5. — М., изд-во Наука, 1981).

Недостатком этого устройства, принятого за прототип предлагаемого изобретения, является отсутствие торцевого кулачка, обеспечивающего газораспределение двумя выступами на концентрических кольцевых поверхностях, для двух поршней-толкателей, смещенных на 180° относительно оси центрально размещенного пространственного кулачка, образование рабочей поверхности кулачка выступом и неограниченность вертикального размещения оси вращения этого кулачка относительно горизонтальной поверхности транспортного средства.

Целью изобретения является создание устройства ДВС или компрессора со сниженными трудоемкостью изготовления, неравномерностью движения и устранением появления гироскопического момента сил от действия прецессионного вращения.

Это достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания или компрессор содержит корпус, пространственный кулачок, связанный с поршнями-толкателями, и торцевой кулачок, обеспечивающий газораспределение. При этом канавка пространственного кулачка имеет трапецеидальный профиль с углами наклона боковых сторон, превышающими угол трения. С канавкой пространственного кулачка связаны два поршня-толкателя, размещенные со смещением на 180° относительно оси вращения пространственного кулачка, а торцевой кулачок имеет два выступа на концентричных кольцевых поверхностях. Кроме того, пространственный кулачок и поршни-толкатели располагаются вертикально относительно плоскости транспортного средства.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена конструкция устройства двигателя внутреннего сгорания или компрессора с корпусом 1, пространственным кулачком 2 геометрического замыкания при помощи роликов поршней-толкателей 3 и канавки профиля пространственного кулачка 2 и торцевым кулачком 4 газораспределения с двумя кулачковыми выступами на концентричных кольцевых поверхностях, контактирующих с клапанами газораспределения.

Устройство двигателя внутреннего сгорания или компрессора работает следующим образом. Рабочая смесь в наиболее сжатом состоянии при закрытых клапанах впуска и выхлопа над левым по чертежу поршнем-толкателем 3 при зажигании обуславливает движение этого поршня-толкателя 3 вниз и вызывает вращение пространственного кулачка 2 вправо по чертежу под действием ролика поршня-толкателя 3, контактирующего с наклонной частью канавки пространственного кулачка 2. Это является рабочим ходом двигателя внутреннего сгорания, после которого следует выхлоп при открытом выхлопном клапане под действием кулачкового выступа на наружной кольцевой поверхности торцевого кулачка 4. Затем следует всасывание при закрытом выхлопном клапане, контактирующим с плоской частью наружной кольцевой поверхности торцевого кулачка 4, и открытом впускном клапане, контактирующим с кулачковым выступом на внутренней кольцевой поверхности торцевого кулачка 4 газораспределения. Всасывание предшествует сжатию рабочей смеси при закрытых клапанах впуска и выхлопа, контактирующих в этом случае с плоскими внутренней и внешней концентричными поверхностями торцевого кулачка 4 соответственно. Такое же положение этих клапанов имеется при повороте пространственного кулачка 2 во время рабочего хода. После чего цикл работы одного их двух поршней-толкателей 3 заканчивается. Во время рабочего хода левого по чертежу поршня-толкателя 3 происходит всасывание при открытом впускном клапане.

Открытие впускного клапана осуществляется одним и тем же кулачковым выступом на внутренней поверхности торцевого кулачка 4 как для левого, так и для правого по чертежу поршня-толкателя 3. Также выхлоп осуществляется при открытии выпускного клапана под действием кулачкового выступа, расположенного на наружной кольцевой поверхности торцевого кулачка и являющегося общим как для левого, так и для правого по чертежу поршня-толкателя.

Таким образом, одной парой кулачковых выступов, соответственно расположенных на наружной и внутренней кольцевых поверхностях торцевого кулачка 4, выполняется газораспределение для двух цилиндров поршней-толкателей 3.

Для работы в режиме компрессора необходима переустановка торцевого кулачка 4 с поворотом на 90° на квадратном хвостовике пространственного кулачка 2 против часовой стрелки, если смотреть со стороны выходной части вала пространственного кулачка 2 при вращении этого вала против часовой стрелки от какого-либо двигателя. При этом после сжатия происходит нагнетание сжатого воздуха при рабочем ходе и открытом клапане от действия кулачкового выступа на внутренней кольцевой поверхности торцевого кулачка 4, а затем впуск воздуха наружной атмосферы при открытом клапане от действия кулачкового выступа на наружной кольцевой поверхности торцевого кулачка 4 для левого по чертежу поршня-толкателя 3; для правого поршня-толкателя 3 этот процесс повторится при повороте пространственного кулачка 2 через 180°.

Обоснование возможности осуществления работы устройства двигателя внутреннего сгорания или компрессора выполняется на основе достаточной прочности оси ролика поршня-толкателя 3 при диаметре этой оси 20 мм и диаметре ролика 40 мм для максимальной нагрузки поршня при давлении 75 кГ/см² и диаметре поршня 40 мм и материале оси и ролика из ходовых марок стали.

Мощность Р_р.х, получаемая при рабочем ходе, определяется в первом приближении как произведение среднего давления и площади поршня-толкателя 3, умноженное на его среднюю поступательную скорость при синусоидальном законе аналога ускорения, поделенное на число 75 кГм/с для 1 л. с. При высоте опускания профиля 0,03 м и угле опускания профиля пространственного кулачка 2, равном 1 рад, и углой скорости этого кулачка 600 рад/с

Р_р.х=[20·12,5·(0,03/1)·600]/75=45 л.с.

Мощность Р_сж, затрачиваемая на сжатие газа, определяется в первом приближении как произведение среднего давления сжатия на площадь поршня-толкателя 3, умноженное на его среднюю поступательную скорость при синусоидальном законе аналога ускорения, поделенное на число 75 кГм/с для 1 л.с. при высоте подъема профиля 0,03 м и угле подъема профиля пространственного кулачка 2, равном 2 рад, и угловой скорости этого кулачка 600 рад/с:

Р_сж=[10·12,5·(0,03/2)·600]/75=15 л.с.

Для двух цилиндров полная мощность: Р=60 л.с.

С учетом кпд кулачкового механизма при коэффициенте трения толкателя о корпус, равном 0,4, полезная мощность составляет 22,5 л.с., т.к. при сжатии нормальное давление N поршня-толкателя 3 на корпус 1 равно произведению усилия давления газа на поршень-толкатель 3 на тангенс угла подъема профиля:

N=S_{п. т}р_сжtgθ=12,6·10[h/(ϕR_кул)]=126·[0,03/(2·0,12)]=18 кГ,

здесь h — высота подъема профиля кулачка 2, ϕ — угол подъема этого кулачка, R_кул — радиус кулачка 2, R_кул=120 мм.

Сила трения F_тр=Nμ=18·0,4=7,2 кГ.

При опускании поршня толкателя 3

N=S_п.тр_сжtgθ=12,6·20[0,03/(1·0,12)]=28,8 кГ

Здесь h_p.x — высота рабочего хода — опускания профиля кулачка 2.

F_тр=Nμ=28,8·0,4=9,76 кГ

При одинаковых высотах подъема и опускания профиля кулачка 2

η=(F_д-F_тр)/F_д=[(250 — 62,5)-(7,2+9,8)]/250=170/250=0,425

для одинаковых перемещений под действием движущих сил F_д, сил трения и сжатия.

С увеличением диаметра поршня-толкателя с 3 до 80 мм полезная мощность возрастает до 90 л.с. при габаритных размерах 400 мм×400 мм×400 мм.

По сравнению с аналогом предлагаемого изобретения, где угол подъема равен углу опускания и составляет 90° в сопоставлении с углом опускания — рабочего хода, равным 60°, предлагаемого устройства и углом подъема для сжатия газа, равным 120°, средняя скорость V рабочего хода увеличивается в предлагаемом устройстве в 1,5 раза и средняя скорость подъема уменьшается в 1,5 раза, т. к. Р=F V, мощность возрастает в 2,25 раза.

Удар при переходе через зазор на контактирующей с роликом поршня-толкателя 3 поверхности канавки профиля пространственного кулачка 2 может иметь место за счет окружной скорости V пространственного кулачка 2 при его угловой скорости ω=600 рад/с и радиусе 55 мм, V=ω R_кул=33 м/с для зазора 0,004 мм, соответствующем углу опускания в 1 градус, в проекции на нормаль к профилю кулачка 2 скорость V_уд соударения составляет 0,13 м/с для синусоидального закона аналога ускорения, а ударное усилие при массе m_п-т поршня-толкателя 3 в 2 кг ударное усилие:

F_уд=(m_п-т V_уд V_зв)/2·l_п.-т=(2·0,13·5000)/(2·0,2)=3250 Н

Здесь V_зв — скорость распространения звука в материале для стали 5000 м/с (Карякин Н.И. и др. Краткий справочник по физике. — М.: Высшая школа, 1962), l_п.-т — длина поршня-толкателя (Беренов Д.И. Расчет машин на прочность (метод долговечности). — М.: Машгиз, 1953) и максимальные нормальные напряжения по формуле Герца для сжатия двух цилиндров σ_Hmax=0,418[(F_уд Е)/(b ρ_пр)]^1.2=0,418{(3250·2·10⁵)/[10(1/20-1/50)]}^1/2=0,4·1000=400 Н/мм² (МПа) при Е=модуле упругости стали 2·10⁵ Н/мм², радиусе ролика поршня-толкателя 3, равном 20 мм, его ширине b=10 мм и приведенном радиусе кривизны ρ_пр=1/20+1/5 мм, что меньше допускаемых нормальных напряжений, равных 1200 Н/мм² (Добровольский В.А. и др. Детали машин. — Киев: Машгиз, 1961).

Выполнение профиля пространственного кулачка 2 кольцевой канавкой примерно на половине его окружности и наклонной (в развертке) синусоидой, соответствующей синусоидальному закону аналога ускорения для периодов подъема-сжатия и опускания-рабочего хода, обуславливает не менее чем четырехкратное снижение трудоемкости изготовления профиля пространственного кулачка 2 по сравнению с прототипом, где профиль кулачка образуется выступом с двумя поверхностями контакта с роликами. Что относится как угол 180° к углу 720° при обработке на фрезерном станке, оснащенном делительной головкой.

Конусные подпружиненные ролики поршней-толкателей 3 компенсируют неточность изготовления в предлагаемой конструкции пространственного кулачка 2 с канавкой трапецеидального сечения. В прототипе таких роликов потребовалось бы вдвое больше.

Уменьшение неравномерности движения обеспечивается в предлагаемом устройстве за счет осуществления профиля пространственного кулачка 2 канавкой вместо выступа в прототипе. Например, при диаметре пространственного кулачка 2 в 120 мм вместо сопоставляемого диаметра прототипа в 100 мм при высоте выступа 10 мм увеличение момента инерции пропорционально четвертой степени радиуса этих кулачков от их массы и моментов инерции. Это может уменьшить неравномерность движения вдвое, поскольку приведенный момент инерции сопоставляемых кулачков является основным слагаемым в формуле приведенного момента инерции по эквиваленту кинетической энергии.

Устранение появления гироскопического эффекта при вертикальном размещении вала пространственного кулачка 2 от совмещения векторов угловых скоростей прецессии и собственного вращения пространственного кулачка 2 происходит по правилу Жуковского Н. Е. при исключении пары сил (Бухгольц Н.Н. Основной курс теоретической механики, ч.2 — М.: Наука, 1972), стремящейся повернуть транспортное средство с двигателем внутреннего сгорания так, чтобы совместить векторы угловых скоростей прецессии и собственного вращения.

Этот гироскопический момент М_гир при горизонтальном размещении пространственного кулачка 2 относительно плоскости транспортного средства выражается формулой

М_гир=Iω₁ω₂sin90°,

где I — момент инерции,

I≈mR²/2=3,14·0,06²·0,1·7,8·0,06²/2=0,000016 тм²=0,016 кгм²,

ω₁ — угловая скорость прецессии принимается 1 рад/с,

ω₂ — угловая скорость собственного вращения пространственного кулачка 2 принимается 600 рад/с.

При этом М_гир составляет 9,6 Нм и создает пару сил при расстоянии между подшипниками АВ=0,2 м: с силой Q=9,6/0,2=48 Н.

Такое дополнительное периодическое давление на подшипники устраняется при вертикальном расположении пространственного кулачка 2 относительно плоскости транспортного средства и позволяет получить приращение срока службы ΔL=[10⁶/(60·6000)] (С/Q)^0,3=30 часов при динамической грузоподъемности С=50000 Н для n=6000 об/мин.

Устройство двигателя внутреннего сгорания или компрессора, содержащее корпус, пространственный кулачок, связанный с поршнями-толкателями, и торцевой кулачок, обеспечивающий газораспределение, отличающееся тем, что канавка пространственного кулачка имеет трапецеидальный профиль с углами наклона боковых сторон, превышающими угол трения, с канавкой пространственного кулачка связаны два поршня-толкателя, размещенные со смещением на 180° относительно оси вращения пространственного кулачка, а торцевой кулачок имеет два выступа на концентричных кольцевых поверхностях, при этом пространственный кулачок и поршни-толкатели располагаются вертикально относительно плоскости транспортного средства.

Зеленая машина: переосмысление двигателей внутреннего сгорания

Хелен Найт

Разработка модернизации

(Изображение: WestEnd61/Rex Features) Двигатель внутреннего сгорания настроен на перестройку, которая может вдвое сократить выбросы парниковых газов.

Современные двигатели довольно неэффективны, они преобразуют в движение только около четверти энергии, содержащейся в топливе; остальные три четверти теряются в виде тепла. Поэтому предпринимаются усилия по восстановлению части этой потерянной энергии в надежде на снижение расхода топлива и выбросов.

До 40% потенциальной мощности двигателя теряется в его выхлопе, говорит Гай Моррис, технический директор компании Controlled Power Technologies из Лейндона, Великобритания. Компания планирует восстановить часть этой энергии, установив турбину внутри выхлопной трубы: быстро движущиеся выхлопные газы, выходящие прямо из двигателя, приводят в движение турбину, вырабатывающую электроэнергию.

Реклама

Прототип устройства, установленный на большой семейный автомобиль, собирает до 6 киловатт энергии в ходе испытаний на треке, говорит Моррис. Он утверждает, что это может быть возвращено в аккумулятор автомобиля для питания его бортовых электрических систем, что снизит расход топлива до 15 %.

Super fly

В других местах дизайнеры стремятся уловить энергию, которую большинство автомобилей теряет при торможении. Использование этой кинетической энергии уменьшит нагрузку на двигатель.

Гибридные автомобили, оснащенные как электродвигателем, так и двигателем внутреннего сгорания, уже имеют рекуперативные тормоза, вырабатывающие электричество при их срабатывании. Но команда, возглавляемая автопроизводителем Jaguar, устраняет электрических посредников с помощью системы, которая просто сохраняет нежелательную кинетическую энергию на потом.

Они разрабатывают гибридный автомобиль, оснащенный системой рекуперации кинетической энергии, подобной той, что использовалась в прошлогоднем сезоне Формулы-1. Прототип автомобиля, который должен выйти на тестовую трассу в июне, имеет маховик, соединенный с шестернями. Когда водитель хочет снизить скорость, маховик можно использовать для рекуперации энергии вращения колес и сохранения ее в виде кинетической энергии. Когда требуется больше мощности, система работает в обратном направлении, получая энергию от маховика и возвращая ее на карданный вал через шестерни. Система автоматически реагирует на движения педалей газа и тормоза, таким образом сохраняя мощность без необходимости контроля со стороны водителя.

Как и версия для Формулы-1, этот механизм изготовлен компанией Flybrid Systems, расположенной недалеко от гоночной трассы Гран-при Великобритании в Сильверстоуне.

Крис Брокбэнк из компании Torotrak, партнера по проекту, из Лейланда, Великобритания, говорит, что более 70% энергии, получаемой системой, может быть преобразовано в движущую силу для движения автомобиля. Это делает его более чем в два раза более эффективным, чем обычные гибридные автомобили, которые могут восстановить только около 30 % энергии торможения, говорит он.

Команда утверждает, что система снизит расход топлива и выбросы парниковых газов более чем на 30 % по сравнению с обычными бензиновыми двигателями. Более того, в отличие от аккумуляторов, маховик не требует регулярной замены, говорит Брокбэнк.

Двигатель, меняющий форму

Но, возможно, наибольшего снижения эффективности можно добиться, изменив форму самого двигателя. Традиционная цилиндро-поршневая конструкция, используемая в двигателях, означает, что только сама головка поршня создает движущую силу, поскольку она толкается вверх и вниз за счет расширения горящей топливно-воздушной смеси. Остальные 75 % площади поверхности цилиндра — стенки камеры — поглощают энергию горящего топлива в виде тепла, уменьшая количество, доступное для создания движущей силы.

Это побудило IRIS Engines, базирующуюся в Вашингтоне, округ Колумбия, спроектировать камеру сгорания, называемую импульсной структурой с внутренним излучением (IRIS). Стены шестиугольной камеры должны были быть перекрывающимися панелями на петлях; по мере того как горящая смесь в камере расширялась, она выталкивала панели наружу, заставляя их вращаться на шарнирах и, таким образом, создавать движущую силу. Это означает, что большая часть поверхности двигателя будет использоваться для создания движения, говорит генеральный директор Iris Леви Тиллеманн-Дик.

По его словам, компьютерное моделирование конструкции IRIS, проведенное консультантами по автомобильным исследованиям и разработкам AVL из Граца, Австрия, предполагает, что топливная экономичность должна достигать 45 %. «Наша цель — создать прототип и лицензировать двигатель, который позволит производителям транспортных средств удвоить эффективность своих автомобилей и, таким образом, вдвое сократить выбросы».

Еще по этим темам:

• транспорт
• машины
• энергия и топливо
• зеленые технологии

УСТРОЙСТВО ДЕКОМПРЕССИИ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания и, в частности, к декомпрессионному устройству для двигателя внутреннего сгорания.

В двигателе внутреннего сгорания с выпускными клапанами для камер сгорания, управляемыми качающимися рычагами и толкателями, часто предусмотрены средства, предотвращающие полное закрытие выпускного клапана для обеспечения декомпрессии или, по крайней мере, предотвращения высокого уровня сжатия, который будет препятствовать запуску двигателя. Выпускные клапаны обычно управляются системой частей управления, которые передают движение двигателя движению клапана. В обычных декомпрессионных устройствах декомпрессионный кулачок воздействует на одну из частей управления. Его часто можно поворачивать вручную или с помощью автоматических средств для прекращения декомпрессии.

В известных декомпрессионных устройствах такого типа часть управления обычно снабжена регулируемым винтом, который упирается в декомпрессионный кулачок, так что величина декомпрессионного хода выпускного клапана может регулироваться по желанию путем изменения положения регулировочного винта. Таким образом, при ненадлежащем использовании из-за незнания условий эксплуатации возможно превышение максимально допустимого значения хода декомпрессии, что приведет к серьезным отказам привода или повреждению элементов управления.

Кроме того, ранее известные декомпрессионные устройства имели еще один недостаток, заключающийся в том, что в определенные моменты во время декомпрессионного движения зацепление внутри системы органов управления на мгновение прерывается. Например, в двигателях внутреннего сгорания с гидравлическим устройством регулировки зазора клапанов в толкателе зазор, который существует при прекращении управляющего зацепления между качающимся рычагом и толкателем, заставляет толкатель выдвигаться так, что декомпрессия не может быть прекращена. .

Таким образом, существует потребность в новом и улучшенном декомпрессионном устройстве, которое устраняет эти недостатки известного уровня техники.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является создание нового и улучшенного декомпрессионного устройства для двигателя внутреннего сгорания, которое устраняет недостатки известного уровня техники.

Эта цель настоящего изобретения достигается за счет создания устройства, в котором максимальное открытие выпускного клапана во время декомпрессии может быть ограничено и контролироваться, и в котором взаимодействие между частями управления системы управления постоянно обеспечено, особенно мощность соединение между толкателем и качающимся рычагом.

Эти проблемы решаются в соответствии с настоящим изобретением за счет конструкции, в которой декомпрессионный кулачок выполнен в виде эксцентриковой опоры, образующей опору, вокруг которой качается качающийся рычаг, таким образом изменяя положение оси качающегося рычага, которое в поворот устанавливает максимальное декомпрессионное отверстие рассматриваемого клапана, так что положение эксцентрикового подшипника определяет величину декомпрессионного отверстия. «Максимальное декомпрессионное открытие» определяется как такое открытие, которое будет сохраняться, даже если система органов управления обычно позволяла бы клапану закрываться полностью, если бы не декомпрессионное устройство.

В простом варианте осуществления декомпрессионного устройства в соответствии с настоящим изобретением могут быть предусмотрены средства для ручного управления эксцентриковым подшипником, таким образом отключая декомпрессионное устройство в удобное время, например, когда двигатель достаточно прогреется.

Также особенностью настоящего изобретения является создание устройства для автоматического прекращения декомпрессии. В таком устройстве для автоматического прекращения декомпрессии может быть предусмотрен зубчатый диск для вращательного движения с эксцентриковым подшипником. Подходящее средство, которое совершает колебательное движение при нормальной работе двигателя, может быть функционально присоединено к зубчатому диску, чтобы вращать его во время каждого его колебания. Например, этим подходящим средством может быть качающийся рычаг, управляющий входом в камеру сгорания. Подходящие средства могут быть соединены с зубчатым диском с помощью приводного элемента, содержащего пружинный язычок, который входит в зацепление с зубчатым диском и смещен радиально внутрь относительно него, но который может быть подпружинен наружу, чтобы обеспечить ступенчатое вращение зубчатого диска и, следовательно, ступенчатое вращение. эксцентрикового подшипника, при этом последний возвращается в исходное положение, при котором декомпрессия прекращается. В предпочтительном варианте диск установлен на одном валу с эксцентриковым подшипником и качающимся рычагом управляемого клапана.

Таким образом, целью настоящего изобретения является создание нового и улучшенного декомпрессионного устройства для двигателя внутреннего сгорания, которое устраняет недостатки известного уровня техники.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание нового и улучшенного декомпрессионного устройства двигателя внутреннего сгорания, в котором можно контролировать максимальную декомпрессию, устраняя при этом опасность поддержания недопустимо высокой декомпрессии.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание для двигателя внутреннего сгорания декомпрессионного устройства, в котором элементы управления, приводящие в действие декомпрессионное устройство, не прерываются во время работы декомпрессионного устройства.

Другие цели и предполагаемые преимущества настоящего изобретения станут очевидными из последующего подробного описания вместе с прилагаемыми чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее следует подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения, которое следует читать вместе с прилагаемыми чертежами.

РИС. 1 представляет собой вид в разрезе части двигателя внутреннего сгорания, показывающий декомпрессионное устройство, сконструированное в соответствии с настоящим изобретением.

РИС. 2 представляет собой вид сверху фиг. 1.

РИС. 3 представляет собой увеличенный вид в разрезе по линии III-III на фиг. 2.

РИС. 4 представляет собой вид в разрезе, аналогичный фиг. 3, но показывающее устройство в другом рабочем положении.

РИС. 5 представляет собой вид сверху простой конструкции декомпрессионного устройства, которым можно управлять вручную.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

Обращаясь теперь к чертежам, одинаковые цифры обозначают одинаковые элементы на нескольких видах.

Выпускной клапан 2 расположен в корпусе клапана 1 четырехтактного двигателя внутреннего сгорания известной формы и смещается вверх к седлу клапана 4 под действием замыкающей пружины 3. Толкатель 5, перемещаемый вверх и вниз с помощью не показанного управляющего привода задействует двуплечий качающийся рычаг 6 для перемещения выпускного клапана 2 вниз в направлении открытия. Клапан 2 открывается движением толкателя 5 вверх, а закрывается под действием его пружины 3 при движении толкателя вверх.

Монтажный вал 7 установлен в корпусе клапана 1 и несет эксцентриковый подшипник 7а, на котором установлена ​​бобышка 6а качающегося рычага 6 с возможностью свободного вращения. Соответственно, во время работы клапана качающийся рычаг 6 совершает возвратно-поступательное движение на эксцентриковом подшипнике 7а.

К выступающему концу 7b монтажного вала 7 прикреплена рукоятка 8, с помощью которой монтажный вал можно поворачивать вокруг своей продольной оси для регулировки положения его эксцентрикового подшипника относительно оси монтажного вала. Таким образом, эксцентриковый подшипник 7а может перемещаться из своего нормального положения привода, показанного на фиг. 1 и 3, в положение на фиг. 4, в котором осуществляется декомпрессия камеры сгорания. То есть, когда эксцентриковый подшипник 7а расположен, как показано на фиг. 4, ось вращения качающегося рычага 6 была опущена, а исходное положение толкателя 5 осталось прежним, в результате чего клапан 2 не может полностью закрыться относительно своего седла 4. Вернее, в крайнем верхнем положении клапана 2 он останется отделенным от своего седла 4 на расстоянии H, как показано на фиг. 1, что соответствует расстоянию Е перемещения оси качающегося рычага 6, которое произошло в результате перемещения эксцентрикового подшипника 7а от фиг. 3 положение на фиг. 4 позиция. В результате камера сгорания, с которой связан клапан 2, не закрывается полностью. Таким образом, в соответствии с назначением декомпрессионного устройства внутри камеры не происходит полного сжатия, которое препятствовало бы запуску двигателя. В частности, это перемещение эксцентрикового подшипника 7а происходит в результате поворота рукоятки 8 из положения, показанного на фиг. 1 и 3 в положение на фиг. 4. Конец 6b качающегося рычага 6 опирается на упор с толкателем 5, так что другой конец 6с поворачивается вниз на угловую величину, максимальная величина которой определяется эксцентриситетом Е эксцентрикового подшипника 7а. Путь декомпрессии, меньший Н, конечно, может быть установлен, если эксцентриковый подшипник 7а, установленный на декомпрессию, отрегулирован не на 180°, как показано на фиг. 4, но через меньшую угловую величину.

В варианте осуществления согласно фиг. 1-4 также предусмотрено устройство для автоматического прекращения декомпрессии. Он содержит ведущий диск 9, который крепится к установочному валу 7, при этом бобышка 9а ведущего диска 9 крепится, например, к установочному валу 7 с помощью конического штифта 10. Ведущий диск 9 снабжен по периферии наклонные зубья 9b. Ведущий диск 9 полностью зубчатый по периферии, за исключением зазора 9с.

Качающийся рычаг 11 впускного клапана камеры сгорания установлен с возможностью свободного поворота на центральной части монтажного вала 7 и приводится в действие аналогично качающемуся рычагу 6 от привода управления. Крепится к качающемуся рычагу 11, напр. винтами, представляет собой пружинный язычок 72, который проходит в осевом направлении вала 7. Конец этого язычка действует как поводок 12а для зубьев 9.b на ведущем диске 9. Таким образом, во время работы двигателя поводок 12а и качающийся рычаг 11 совершают колебательные движения вперед и назад на заданный фиксированный угол A.

Когда двигатель либо полностью выключен, либо работает нормально, декомпрессионное устройство находится в положении, показанном на фиг. 3. При движении качающегося рычага 11 по часовой стрелке привод 12а не может зацепить зубья 9b из-за зазора 9с, так как зазор 9с лежит в пределах угла А. Оба клапана работают нормально, т.е. полностью открываются и закрываются. Если, с другой стороны, стационарный двигатель должен быть запущен с помощью декомпрессионного устройства, монтажный вал 7 перемещается рукояткой 8 по часовой стрелке, чтобы повернуть эксцентриковый подшипник 7а. Если в это время требуется максимальное декомпрессионное перемещение, это установочное перемещение осуществляется на 180°, так что компоненты перемещаются из положения, показанного на фиг. 3 в положение на фиг. 4. Крайнее верхнее положение конца 6с качающегося рычага 6, таким образом, перемещается вниз, а выпускной клапан 2 в своем крайнем верхнем положении остается открытым на величину Н по мере того, как он перемещается из закрытого положения О в положение декомпрессии D. Когда при переворачивании двигателя и перемещении толкателя 5 вверх выпускной клапан соответственно открывается дальше от положения декомпрессии D до положения V (полностью открыто). Однако при закрытии выпускной клапан 2 не возвращается полностью в закрытое положение О, а только в положение декомпрессии D. (Положения D и V, схематически показанные на фиг. 1, не находятся в соответствующих пропорциях ; на практике путь декомпрессии H будет примерно 1 мм, а ход открытия примерно 10 мм).

Во время части каждого колебания, когда детали движутся в направлении X, качающийся рычаг 11 перемещает ведущий диск 9 на угловую величину A с помощью своего поводка 12a, так что ведущий диск 9 и вал 7, соединенный с ним, вместе с эксцентриком 7а также перемещаются в этом направлении. При возвратном движении качающегося рычага 11 и поводка 12а в направлении Y ведущий диск 9 остается неподвижным, а поводок 12а подпружиненно скользит назад по соседнему зубу и занимает новое положение привода перед следующим зубом 9.б. Эта последовательность повторяется до тех пор, пока привод 12а не зацепит все зубья 9b поэтапно и не зацепит зазор 9с. Установочный вал 7b вместе с ведущим диском 9 снова занимают положения, показанные на фиг. 3. Декомпрессионное движение постепенно уменьшается от максимальной величины H на фиг. 4 до тех пор, пока он снова не станет равным нулю в положении на фиг. 3, то есть выпускной клапан 2 открывается и закрывается как обычно.

На усмотрение оператора устанавливается продолжительность декомпрессии, а также точка, в которой декомпрессия прекращается. При настройке согласно фиг. 4 установлена ​​максимальная декомпрессия и, следовательно, максимальное время. Если, с другой стороны, ведущий диск перемещается по часовой стрелке из положения, показанного на фиг. 3, например, на 270°, примерно на половине пути H декомпрессии, привод 12а шаг за шагом взаимодействует с меньшим количеством зубьев 9.b и так, чтобы завершение происходило быстрее.

Исходное положение вала 7 в верхней мертвой точке эксцентрикового подшипника 7а, как показано на РИС. 1 и 3, является устойчивым, так как силы повторной установки, действующие на качающийся рычаг 6, стремятся удерживать детали в этом положении. При необходимости монтажный вал 7 можно было бы удерживать в положении, показанном на фиг. 1 и 3 до остановки. В равной степени предохранительное устройство, т.е. может быть предусмотрено храповое устройство, позволяющее установить движение ведущего диска 9 только в одном направлении (по часовой стрелке согласно чертежу из-за формы зуба). Кроме того, предпочтительно, чтобы с рукояткой 8 был связан индикатор, который показывает на фиксированной шкале как направление настройки, так и заданную величину декомпрессионного хода. Наконец, можно предусмотреть по периферии приводного диска 9, дополнительный, больший зазор, в котором драйвер 12а не заезжает. В этой области существует постоянная декомпрессия (декомпрессия в течение периода выбранной продолжительности), если оператор поворачивает эксцентрик 7а настолько, чтобы привод 12а зацепился за этот дополнительный зазор. Постоянная декомпрессия предпочтительно используется для проветривания или свободного проворачивания двигателя в сильные морозы.

Очевидно, может быть предусмотрена конструкция, в которой прекращение декомпрессии может осуществляться только вручную, как показано в варианте осуществления на фиг. 5. Здесь приводные элементы 9и 12 опущены, а крепление качающегося рычага 6 на эксцентриковом подшипнике 7а монтажного вала 7 сохранено аналогичным образом. Другой качающийся рычаг (11) установлен отдельно и больше не влияет на первый качающийся рычаг 6, так что в этом варианте оператор должен перемещать элементы декомпрессионного устройства вручную с помощью рукоятки 8 из нормального положения на фиг. . 1 в декомпрессионное положение, а после того, как процедура пуска выполнена, должен вручную вернуть их из декомпрессионного положения в нормальное положение, показанное на фиг. 1. (В этом случае достаточно расцепления, возможно, возвратной пружины, связанной с рукояткой 8).

Хотя изобретение было описано достаточно подробно в отношении его предпочтительных вариантов осуществления, очевидно, что многочисленные модификации и вариации, очевидные специалистам в данной области техники, возможны в пределах сущности и объема изобретения.

Патент США на силовое устройство для двигателя внутреннего сгорания. Патент (Патент № 5,714,871, выдан 3 февраля 1998 г.)

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ силовое устройство для двигателя внутреннего сгорания, которое выполнено с возможностью генерировать выходную мощность для приведения в действие нагрузки, при этом позволяя магнето переменного тока, установленному на двигателе внутреннего сгорания, служить в качестве источника питания.

Генератор, который обычно устанавливается на двигатель внутреннего сгорания, обычно состоит из магнето переменного тока, включающего магнитный ротор, установленный на выходном валу двигателя, и статор, закрепленный на кожухе двигателя или его крышке. Магнето переменного тока генерирует переменный ток; поэтому, когда транспортное средство снабжено электрическими частями, которые должны приводиться в действие постоянным током, необходимо организовать схему выпрямления для преобразования выходного переменного тока магнето переменного тока в выходной сигнал постоянного тока.

Когда батарея установлена ​​на транспортном средстве, рабочем оборудовании и т.п., приводимом в действие двигателем внутреннего сгорания, батарея и нагрузка постоянного тока подключаются параллельно к цепи выпрямления для выпрямления выходного сигнала магнето переменного тока. Это приводит к тому, что электрическая мощность подается от батареи к нагрузке, в то время как скорость вращения двигателя внутреннего сгорания уменьшается до степени, достаточной для того, чтобы выходное напряжение магнето переменного тока было ниже напряжения на клеммах батареи и подается от магнето переменного тока к нагрузке, когда выходное напряжение магнето переменного тока превышает напряжение на клеммах батареи.

В последнее время считалось, что в двигателе внутреннего сгорания для транспортного средства, рабочем оборудовании или подобном устройстве, которое сконструировано таким образом, чтобы не устанавливать какую-либо батарею, силовое устройство, в котором магнето переменного тока, установленное на двигателе, используемый в качестве источника питания для него, выполнен с возможностью управления топливным насосом, форсункой и микрокомпьютером для управления топливным насосом и форсункой.

Для обеспечения того, чтобы силовое устройство, в котором магнето переменного тока, приводимое в действие двигателем внутреннего сгорания, используется в качестве источника питания, генерировало выходную мощность, необходимую для привода нагрузки, также во время работы двигателя внутреннего сгорания на низкой скорости, считается увеличением количества обмоток генераторной катушки магнето переменного тока, чтобы тем самым увеличить его выходное напряжение. К сожалению, увеличение числа витков генераторной катушки приводит к увеличению индуктивности генераторной катушки, а также увеличению сопротивления генераторной катушки, в результате чего увеличивается импеданс генераторной катушки. Такое увеличение импеданса генераторной катушки приводит к уменьшению выходного напряжения магнето переменного тока до степени, достаточной для того, чтобы не обеспечить питание нагрузки в достаточном количестве при среднескоростном или высокоскоростном режиме работы внутреннего блока. двигатель внутреннего сгорания.

Таким образом, требование увеличения выходного напряжения магнето переменного тока при снижении частоты вращения двигателя и требование питания нагрузки достаточной электрической мощностью противоречат друг другу для магнето переменного тока, так что априорное Уровень техники не в состоянии предоставить силовое устройство, способное удовлетворить оба требования.

С учетом изложенного предлагается силовое устройство, включающее двухполупериодную схему выпрямления для выпрямления напряжения, наведенного на генераторной катушке магнето переменного тока, транзисторы, каждый из которых имеет коллекторно-эмиттерную цепь, включенную между каждым из выходных зажимов генераторная катушка и выход постоянного тока на отрицательной стороне схемы двухполупериодного выпрямления, чтобы действовать как повышающий переключатель, и схема управления для включения-выключения каждого из транзисторов. Предлагаемое силовое устройство раскрыто в выложенной публикации японской патентной заявки № 34479.8/1993 и выложенной публикации заявки на патент Японии № 344799/1993. Предлагаемое силовое устройство сконструировано таким образом, что при включении каждого из транзисторов ток короткого замыкания может протекать через транзистор и один из диодов, составляющих двухполупериодную схему выпрямления, к генераторной катушке; тогда как, когда транзистор выключен, ток короткого замыкания прерывается, чтобы вызвать повышенное напряжение на генераторной катушке. Индуцированное напряжение затем выпрямляется двухполупериодной схемой выпрямления и затем подается на нагрузку.

Такая конструкция предлагаемого силового устройства позволяет индуцировать повышенное напряжение на генераторной катушке магнето переменного тока и при работе двигателя внутреннего сгорания на малых оборотах, в результате чего нагрузка при работе на малых оборотах приводится в движение как Что ж. Кроме того, это позволяет уменьшить количество витков генераторной катушки магнето переменного тока до степени, достаточной для уменьшения его импеданса, чтобы тем самым предотвратить снижение выходного напряжения магнето как при работе на средних, так и на высоких скоростях. работу двигателя.

Тем не менее, обычное силовое устройство, раскрытое в выложенной публикации японской патентной заявки № 344798/1993 и выложенной публикации японской патентной заявки № 344799/1993, описанных выше, при включении транзистора вызывает каждое из диоды и цепь коллектор-эмиттер транзистора, действующего в качестве повышающего ключа, должны быть соединены последовательно с цепью для короткого замыкания генераторной катушки, чтобы, таким образом, не допускать протекания тока короткого замыкания через генераторную катушку, если только выходное напряжение магнето переменного тока превышает пороговое напряжение Vt, соответствующее сумме напряжения насыщения коллектор-эмиттер VCB транзистора и прямого падения напряжения VF диода, которое возникает на диоде при протекании прямого тока через диод. Таким образом, традиционное силовое устройство имеет недостаток, заключающийся в том, что оно не может работать в режиме повышения напряжения за счет включения-выключения транзистора, когда скорость вращения двигателя находится на очень низком уровне, что приводит к тому, что напряжение, индуцированное на генераторной катушке, достигает уровня очень низкий уровень, как при ручном запуске двигателя.

Кроме того, силовое устройство, в котором используется магнето переменного тока, приводимое в действие двигателем внутреннего сгорания, в качестве источника питания, должно контролироваться таким образом, чтобы предотвратить чрезмерное повышение напряжения, подаваемого на нагрузку при увеличении скорости вращения двигателя. вырос. В обычном силовом устройстве, которое включает в себя повышающую схему для повышения выходного напряжения магнето переменного тока за счет включения-выключения транзистора, выходное напряжение можно регулировать путем управления коэффициентом заполнения при включении-выключении транзистора. Скважность определяется как отношение Ton/T периода Ton транзистора во включенном состоянии к циклу T его операций включения-выключения. К сожалению, регулировка выходного напряжения только путем управления коэффициентом заполнения транзистора в режиме «включено-выключено» приводит к увеличению коммутационных потерь в повышающей схеме, что приводит к дальнейшему увеличению тепловыделения от повышающей схемы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение было сделано с учетом вышеуказанного недостатка известного уровня техники.

Соответственно, целью настоящего изобретения является создание силового устройства для двигателя внутреннего сгорания, которое способно удовлетворительно управлять нагрузкой в ​​диапазоне от работы двигателя на очень низких оборотах до его работы на высоких оборотах.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание силового устройства для двигателя внутреннего сгорания, способного уменьшить потери при переключении в схеме переключения для повышения выходного напряжения магнето переменного тока.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается силовое устройство для двигателя внутреннего сгорания. Силовое устройство включает в себя магнето переменного тока, приводимое в действие двигателем внутреннего сгорания и включающее в себя выходные клеммы, силовую секцию выпрямления, оснащенную регулятором напряжения и сконструированную таким образом, чтобы выдавать постоянное напряжение, отрегулированное так, чтобы оно было на заданном уровне регулировки или ниже при использовании переменного тока. магнето в качестве источника питания для него, схему переключателя, включающую по меньшей мере один полевой МОП-транзистор, действующий в качестве переключающего элемента и выполненный таким образом, чтобы выполнять короткое замыкание между выходными клеммами магнето переменного тока, и схему управления FBT для управления полевым МОП-транзистором в зависимости от выходное напряжение силовой секции выпрямления таким образом, чтобы подавать на полевой МОП-транзистор схемы переключателя управляющий сигнал прямоугольной формы, чтобы заставить полевой МОП-транзистор выполнять операцию включения-выключения, когда выходное напряжение силовой секции выпрямления находится на уровне установленный уровень или ниже и держите МОП-транзистор выключенным, когда выходное напряжение силовой секции выпрямления превышает установленный уровень.

Как правило, магнето переменного тока включает n (n: целое число, равное 2 или более) выходных клемм, а силовая секция выпрямления состоит из схемы выпрямления для воздействия переменного напряжения, индуцируемого между каждыми двумя из n выходных клемм преобразователя переменного тока. магнето для двухполупериодного выпрямления и регулятор напряжения для управления выходом схемы выпрямления, чтобы поддерживать выход на заданном уровне регулировки или ниже. В этом случае схема переключателя может содержать множество полевых МОП-транзисторов, истоки которых соединены вместе, а стоки, соответственно, подключены к множеству выходных клемм магнето переменного тока. В этом случае схема управления полевыми транзисторами сконструирована таким образом, чтобы управлять полевыми МОП-транзисторами схемы переключателя в зависимости от выходного напряжения силовой части выпрямления таким образом, чтобы подавать на полевые МОП-транзисторы схемы переключателя управляющий сигнал прямоугольной формы идентичная фаза повторно генерируется, чтобы заставить МОП-транзисторы одновременно выполнять операцию включения-выключения, когда выходное напряжение силовой секции выпрямления находится на установленном уровне ниже, и держать МОП-транзисторы выключенными, когда выходное напряжение силовой секции выпрямления выше установить уровень.

Схема переключения может состоять из n полевых МОП-транзисторов N-канального типа, расположенных так, чтобы их количество соответствовало выходным клеммам магнето переменного тока. В этом случае n выходных клемм магнето переменного тока соответственно подключены к анодам n выпрямительных диодов, катоды которых соединены вместе, и каждый из n МОП-транзисторов имеет паразитный диод в цепи сток-исток. Паразитные диоды взаимодействуют с n диодами выпрямления, образуя схему двухполупериодного выпрямления на диодном мосту, в которой выход схемы двухполупериодного выпрямления на диодном мосту и выход силовой секции выпрямления подаются на клеммы подключения нагрузки.

В качестве альтернативы, когда схема переключателя состоит из n МОП-транзисторов канального типа, n выходных клемм магнето переменного тока соответственно подключены к катодам n выпрямительных диодов, аноды которых соединены вместе, и каждый из n МОП-транзисторов имеет паразитную диод в цепи сток-исток. Паразитные диоды взаимодействуют с n диодами выпрямления, образуя схему двухполупериодного выпрямления на диодном мосту, в которой выход схемы двухполупериодного выпрямления на диодном мосту и выход силовой секции выпрямления подаются на клеммы подключения нагрузки.

Схема управления FBT предпочтительно работает при использовании магнето переменного тока в качестве источника питания для нее.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие объекты, а также многие из сопутствующих преимуществ настоящего изобретения будут легко оценены по мере того, как они станут лучше понятны при обращении к следующему подробному описанию при рассмотрении в связи с прилагаемыми чертежами. ; в которой;

РИС. 1 представляет собой принципиальную схему, показывающую вариант осуществления силового устройства для двигателя внутреннего сгорания в соответствии с настоящим изобретением;

РИС. 2 представляет собой группу диаграмм форм сигналов, каждая из которых показывает форму сигнала, полученного в каждой из секций силового устройства, показанного на фиг. 1;

РИС. 3 представляет собой диаграмму формы волны, показывающую пример формы волны выходного напряжения без нагрузки магнето переменного тока;

РИС. 4 представляет собой группу диаграмм формы сигнала, каждая из которых показывает форму сигнала, полученного при использовании FBT и биполярного транзистора в качестве переключающего элемента для короткого замыкания генераторной катушки магнето переменного тока в силовом устройстве по фиг. 1;

РИС. 5A представляет собой принципиальную схему, показывающую короткое замыкание генераторной катушки в силовом устройстве по фиг. 1;

РИС. 5В представляет собой принципиальную схему, показывающую короткое замыкание генераторной катушки в силовом устройстве, в котором транзистор используется в качестве повышающего ключа для полевого МОП-транзистора;

РИС. 6 представляет собой схематический вид, показывающий характеристики выходного напряжения к выходному току магнето переменного тока, а также его линию нагрузки в силовом устройстве по фиг. 1;

РИС. 7 представляет собой схематический вид, показывающий характеристики сопротивления сток-исток к току стока МОП-транзистора, когда МОП-транзистор включен;

РИС. 8 представляет собой схематический вид, показывающий характеристики обратного тока стока к напряжению исток-сток полевого МОП-транзистора, показанного на фиг. 7;

РИС. 9 представляет собой схематический вид, показывающий изменение скорости вращения коленчатого вала, полученное при ручном запуске двигателя внутреннего сгорания;

РИС. 10 представляет собой принципиальную схему, показывающую другой вариант силового устройства для двигателя внутреннего сгорания в соответствии с настоящим изобретением;

РИС. 11 представляет собой принципиальную схему, показывающую дополнительный вариант силового устройства для двигателя внутреннего сгорания в соответствии с настоящим изобретением;

РИС. 12 представляет собой принципиальную схему, показывающую еще один вариант силового устройства для двигателя внутреннего сгорания в соответствии с настоящим изобретением;

РИС. 13 представляет собой принципиальную схему, показывающую еще один вариант силового устройства для двигателя внутреннего сгорания в соответствии с настоящим изобретением; и

РИС. 14 представляет собой принципиальную схему, показывающую еще один вариант силового устройства для двигателя внутреннего сгорания в соответствии с настоящим изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Ниже будет описано силовое устройство для двигателя внутреннего сгорания в соответствии с настоящим изобретением со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Обратимся сначала к фиг. 1 показан вариант силового агрегата для двигателя внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению. Силовое устройство иллюстрируемого варианта осуществления, как правило, включает в себя магнето 1 переменного тока, установленное на двигателе внутреннего сгорания, силовую секцию 10 выпрямления, предназначенную для двухполупериодного выпрямления на выходе магнето 1 переменного тока для генерирования напряжения постоянного тока, отрегулированного таким образом, чтобы оно не превышало заданный уровень регулировки и повышающая схема 11 для повышения выходного напряжения магнето переменного тока 1.

В проиллюстрированном варианте магнето переменного тока 1 включает магнитный ротор, установленный на выходном валу двигателя внутреннего сгорания, и статор, закрепленный на монтажной секции статора, предусмотренной на кожухе двигателя или его крышке, как это широко известно в искусство. Магнето 1 переменного тока включает в себя генерирующую катушку W1, расположенную сбоку от статора и подвергающуюся соединению, которое позволяет ему генерировать однофазный выходной сигнал переменного тока. Генераторная катушка W1 имеет выходные клеммы 1а и 1b, выведенные с обоих концов. Генераторная катушка W1 сконструирована таким образом, чтобы количество витков было уменьшено, и она имела уменьшенный импеданс, в результате чего от генераторной катушки W1 подавался ток большой величины во время работы двигателя на высоких оборотах.

Силовая часть выпрямления 10 включает в себя диоды Д21 и Д22, аноды которых соответственно подключены к выходным клеммам 1а и 1б магнето переменного тока 1, а катоды соединены друг с другом или вместе, диодный мост однофазного двухполупериодного выпрямления схема 10А и регулятор напряжения 10В. Схема 10А однофазного двухполупериодного выпрямления с диодным мостом состоит из диодов D31 и D32, катоды которых соответственно подключены к выходным клеммам 1а и 1b магнето 1 переменного тока, а аноды соединены вместе. Регулятор 10В напряжения управляет выходным напряжением магнето 1 переменного тока, чтобы ограничивать выходное напряжение схемы 10А выпрямления до заданного уровня регулировки или ниже. Схема 10А выпрямления включает в себя входную клемму переменного тока, на которую подается выходное напряжение магнето 1 переменного тока. Силовая секция 10 выпрямления имеет выходную клемму 10а постоянного тока, расположенную на стороне ее положительной полярности и соединенную через переключатель SW с положительной клеммой батареи 7, и клемму 10b выхода постоянного тока, расположенную на стороне ее отрицательной полярности и заземленную. У аккумулятора 7 минусовая клемма заземлена.

Регулятор напряжения 10В включает в себя тиристоры Тх2 и Тх3, аноды которых соответственно подключены к выводам 1а и 1б переменного магнето 1, а катод заземлен, а также схему управления 10В1 для управления подачей триггерного сигнала на каждый тиристоров Тх2 и Тх3 в зависимости от выходного напряжения схемы выпрямления 10А. Схема управления 10В1 прерывает подачу запускающего сигнала на тиристоры Th2 и Th3, когда выходное напряжение схемы 10А выпрямления находится на заданном уровне регулировки или ниже, и разрешает подачу сигнала на тиристоры Th2 и Th3, когда выходное напряжение напряжение превышает уровень регулировки. Таким образом, когда магнето переменного тока имеет низкую скорость вращения, что приводит к тому, что его выходное напряжение находится на низком уровне, тиристоры Th2 и Th3 остаются выключенными, чтобы обеспечить возможность подачи выходного напряжения магнето переменного тока 1 через выпрямление. цепь 10А на нагрузку; тогда как, когда скорость вращения магнита переменного тока увеличивается, чтобы вызвать превышение выходного сигнала схемы 10А выпрямления над уровнем регулировки, тиристоры Th2 и Th3 включаются, чтобы шунтировать выход магнето переменного тока 1 от нагрузки, тем самым уменьшая выходное напряжение схемы выпрямления 10А. Такая операция приводит к тому, что выходное напряжение схемы 10А выпрямления ограничивается уровнем регулировки или ниже, так что выходное напряжение схемы 10А выпрямления поддерживается на уровне регулировки во время вращения магнето переменного тока с определенной скоростью вращения или выше. .

Повышающая схема 11 включает схему переключателя 2, выпрямительные диоды D11 и D12, аноды которых соответственно подключены к выходным зажимам 1a и 1b магнето переменного тока 1, схему управления полевым транзистором S, сглаживающий конденсатор Co и диод D4 предназначен для прерывания помех между силовой секцией 10 выпрямления и повышающей схемой 11. Схема переключения включает полевые МОП-транзисторы F1 и F2 N-канального типа, стоки которых подключены к выходным клеммам 1a и 1b магнето 1 переменного тока соответственно.

Истоки МОП-транзисторов F1 и F2 и катоды выпрямительных диодов D11 и D12 соединены вместе соответственно. МОП-транзистор F1 имеет паразитный диод Df1, расположенный в его цепи сток-исток, и аналогично МОП-транзистор F2 имеет паразитный диод Df2, размещенный в его цепи сток-исток. Паразитные диоды Df1 и Df2 взаимодействуют с выпрямительными диодами D11 и D12, образуя однофазную двухполупериодную схему выпрямления 5 с диодным мостом. Схема 3 выпрямления имеет выходную клемму 3а постоянного тока, расположенную на стороне положительной полярности, которая подключена к клемме 4а подключения нагрузки на стороне положительной полярности силового устройства. Схема 3 выпрямления также имеет выходную клемму 3b постоянного тока на стороне отрицательной полярности, которая заземлена вместе с клеммой 4b подключения нагрузки на стороне отрицательной полярности силового устройства. Диод D4 имеет катод, подключенный к соединению между выходной клеммой 3а постоянного тока положительной стороны схемы 3 выпрямления и клеммой 4а подключения нагрузки, и анод, подключенный к выходной клемме 10а положительной стороны силовой секции 10 выпрямления.0003

Схема управления FBT S состоит из таймера IC 5A; нестабильный мультивибратор, включающий в себя резисторы R1-R3 и конденсаторы C1 и C2 соответственно, подключенные к заранее определенным выводам таймера IC SA; и схему 5В сброса, включающую в себя транзистор Tr1, стабилитрон ZD1, резисторы R4-R6 и конденсатор C3.

В проиллюстрированном варианте осуществления продукт, производимый и продаваемый под торговой маркой «.mu.PD SSSS» компанией Nippon Denki Kabushiki Kaisha, может использоваться в качестве таймера IC 5A. На фиг. 1 клеммы а и b служат в качестве клеммы заземления и триггерной клеммы соответственно. Клеммы c и d действуют как клемма вывода и клемма сброса соответственно. Кроме того, клеммы e и f действуют как управляющая клемма и пороговая клемма соответственно, а клеммы g и h функционируют как разрядная клемма и силовая клемма соответственно.

Силовая клемма h таймера IC 5A подключена к выходной клемме 3a схемы выпрямления 3, а также к выходной клемме 10a силовой секции 10 выпрямления через диод D4, так что напряжение питания VDD может подается от магнето переменного тока 1 через схему выпрямления 3 и силовую часть выпрямления 10 к таймеру IC 5A. Таким образом, следует отметить, что таймер IC 5A выполняет работу, используя магнит 1 переменного тока в качестве источника питания для него.

Вышеописанные резисторы R1 и R2 подключены между разрядной клеммой g таймера Ic и силовой клеммой h его и между разрядной клеммой g и пороговой клеммой f соответственно, а конденсатор C1 подключен между пороговой клеммой ф и землю. Триггерная клемма b подключена к пороговой клемме f, а клемма сброса d подключена через резистор R3 к силовой клемме h. Конденсатор C2 подключается между управляющим выводом e и землей.

Транзистор Tr1 схемы сброса 5B имеет заземленный эмиттер и коллектор, соединенный с выводом d повторной отправки таймера IC 5A. Резисторы R4 и R5 соединены последовательно друг с другом, образуя цепь деления напряжения, которая подключается между выходными зажимами 10а и 10b силовой части выпрямления 10. Цепь деления напряжения имеет точку деления напряжения, соединенную с катодом стабилитрон ZD1. Стабилитрон имеет анод, соединенный с базой транзистора Tr1, так что ток базы подается на транзистор Tr1, когда разделенное выходное напряжение, индуцированное на резисторе R5, превышает напряжение Зенера стабилитрона ZD1.

Резистор R6 включен между базой транзистора Tr1 и его эмиттером, а конденсатор C3 подключен параллельно резистору R5. Схема деления напряжения, состоящая из резисторов R4 и R5, обеспечивает схему определения напряжения для определения выходного напряжения секции 10 выпрямительного питания, чтобы тем самым позволить выходному напряжению схемы определения напряжения достичь уровня, достаточного для включения стабилитрона. ZD1, когда выходное напряжение схемы обнаружения напряжения достигает установленного уровня. Когда выходное напряжение силовой секции 10 выпрямления поддерживается выше установленного уровня, стабилитрон ZD1 включается, тем самым подавая базовый ток на транзистор Tr1. Это приводит к тому, что транзистор Tr1 открывается, так что потенциал на клемме d сброса ИС 5А таймера уменьшается для сброса ИС таймера. Установленный уровень выходного напряжения силовой части 10 выпрямления, который является значением выходного напряжения силовой части выпрямления, когда схема сброса выполняет операцию сброса, определяется как более низкий, чем уровень регулировочного напряжения силовой части выпрямления. раздел. Например, он может быть установлен равным 10 (В). Когда напряжение батареи составляет 12 (В), уровень напряжения регулировки силовой секции 10 выпрямления устанавливается равным примерно 14,5 (В).

Сглаживающий конденсатор Co подключается между клеммами подключения нагрузки 4a и 4b. Кроме того, в проиллюстрированном варианте осуществления двигатель (двигатель насоса) 6 для привода топливного насоса для подачи топлива в форсунку электронного блока впрыска топлива подключен в виде нагрузки между клеммами 4а и 4b подключения нагрузки.

Электронный блок впрыска топлива может управляться центральным процессором. В этом случае предпочтительно, чтобы питание могло подаваться от клемм 4а и 4b подключения нагрузки к ЦП, чтобы ЦП мог управляться посредством выхода магнето 1 переменного тока, даже когда батарея 7 не подлежит обслуживанию. .

В нестабильном мультивибраторе, использующем таймер IC 5A, таймер IC самозапускается для выполнения нестабильной работы, потому что триггерный вывод b таймера IC 5A соединен с пороговым выводом f. Когда выходное напряжение таймера IC или напряжение между выходной клеммой c и землей находится на высоком уровне, конденсатор C1 заряжается через резисторы R1 и R2 посредством напряжения питания VDD. Когда напряжение на конденсаторе C1 достигает уровня, на две трети превышающего напряжение источника питания VDD, пороговая клемма f становится включенной, что приводит к тому, что выходное напряжение находится на низком уровне. В это время заряды в конденсаторе С1 разряжаются через резистор R2 и разрядный вывод g. Когда разряд вызывает снижение напряжения на конденсаторе C1 до уровня (1/3) VDD, триггерный вывод b включается, тем самым вызывая выходное напряжение на высоком уровне. Это приводит к перезарядке конденсатора С1 через резисторы R1 и R2 напряжением питания. Вышеописанная операция повторяется, так что между выходной клеммой с и землей генерируется напряжение прямоугольной формы. Затем напряжение прямоугольной формы подается на затворы полевых МОП-транзисторов F1 и F2, чтобы тем самым действовать как управляющий сигнал VGS для них. Генерация нестабильного мультивибратора начинается при подаче напряжения питания VDD на силовой вывод h микросхемы таймера и прекращается, когда выходное напряжение силовой секции выпрямления 10 превышает установленный уровень, чтобы вызвать срабатывание транзистора Tr1 схемы повторного возбуждения 5B. быть включенным.

В нестабильном мультивибраторе время заряда t1 конденсатора С1 при высоком уровне выходного напряжения и время разряда t2 конденсатора С1 при низком уровне выходного напряжения определяются следующими выражениями (1) и (2):

t1=0,693(R1+R2)C1 (1)

t2=0,693. multidot.R2.multidot.C1 (2)

Таким образом, задается цикл T выходного сигнала прямоугольной формы следующим выражением (3):

T=t1+t2=0,693(R1+2R2)C1 (3)

Частота колебаний f определяется следующим выражением (4):

f=1/T=1,44/(R1+2R2)C1 (4)

Частота колебаний устанавливается на уровне, значительно превышающем выходную частоту генераторной катушки W1.

Кроме того, рабочий цикл D (=t2/T) сигнала прямоугольной формы определяется следующим выражением (5):

D=R2/(R1+2R2) (5)

В показанном варианте осуществления на фиг. 1, последующее описание будет выполнено в предположении, что пуск двигателя внутреннего сгорания осуществляется в условиях неработоспособности аккумуляторной батареи 7. Когда осуществляется запуск двигателя, магнето 1 переменного тока вырабатывает напряжение переменного тока. Сгенерированное таким образом напряжение переменного тока затем выпрямляется схемой 10А выпрямления, так что схема 10А выпрямления генерирует напряжение постоянного тока, которое затем подается между клеммами 4а и 4b подключения нагрузки через диод D4. Первоначально напряжение постоянного тока ниже установленного уровня, так что выходное напряжение схемы деления напряжения, образованной резисторами R4 и RS, не достигает уровня, достаточного для включения стабилитрона ZD1. Это не приводит к включению транзистора Tr1, так что это не влияет на таймер IC 5A.

Выходное напряжение магнето переменного тока 1 также подается через схему выпрямления 3 на клеммы подключения нагрузки 4a и 4b, а также на клемму питания таймера IC 5A. Таймер IC 5A начинает работу при напряжении всего 3 (В), так что неустойчивый мультивибратор колеблется, генерируя прямоугольный сигнал постоянной частоты f, который одновременно подается на цепи затвор-исток МОП-транзисторов F1. и F2. Это позволяет полевым МОП-транзисторам F1 и F2 одновременно выполнять операции включения-выключения, в результате чего происходит операция повышения напряжения.

Далее будет описана операция повышения напряжения с помощью переключающей схемы 2, состоящей из полевых МОП-транзисторов F1 и F2.

Схема 5 управления FBT генерирует сигнал прямоугольной формы ((A) на фиг. 2), имеющий частоту, значительно превышающую частоту на выходе генераторной катушки W1, этот сигнал подается в виде управляющего сигнала VGS той же фазы, что и цепь затвор-исток каждого из полевых МОП-транзисторов F1 и F2, так что оба полевых МОП-транзистора могут управляться одновременно. Когда на цепь затвор-исток каждого из МОП-транзисторов F1 и F2 подается управляющий сигнал VGS полярности, которая позволяет затвору иметь положительный потенциал относительно истока, оба МОП-транзистора F1 и F2 могут быть включены, так что даже незначительное приложение напряжения полярности, которая позволяет стоку иметь положительный потенциал относительно истока к цепи сток-исток каждого из МОП-транзисторов F1 и F2, приводит к протеканию тока стока через каждый из МОП-транзисторов, тем самым позволяют току короткого замыкания течь к генераторной катушке W1 магнето переменного тока 1 в течение периода Ton, в течение которого управляющий сигнал VGS подается на полевые МОП-транзисторы. Когда управляющий сигнал VGS становится равным нулю, полевые МОП-транзисторы F1 и F2 отключаются, чтобы прервать протекание тока короткого замыкания через генераторную катушку W1, так что напряжение Vep ((B) на фиг. 2) увеличивается в направлении который должен продолжать протекание тока короткого замыкания к генераторной катушке W1, индуцируется через генераторную катушку W1. Наведенное таким образом напряжение допускает такой ток Ie, как показано в (C) на фиг. 2, чтобы течь к генераторной катушке W1, так что такой ток нагрузки IL, как показано в (B) на фиг. 2, проходит через двухполупериодную схему выпрямления, состоящую из диодов D11 и D12 и паразитных диодов Df1 и Df2, к нагрузке 6. (D) на фиг. 2 показана осциллограмма напряжения VL на нагрузке 6.

Силовое устройство, показанное на РИС. 1, как показано на фиг. 5A, устроен так, что короткое замыкание (цепь повышающего переключателя) для генераторной катушки W1 состоит из двух полевых МОП-транзисторов F1 и F2. МОП-транзистор обычно имеет двунаправленное действие, поэтому конструкция только двух МОП-транзисторов F1 и F2 в цепи короткого замыкания генераторной катушки W1 позволяет протекать току короткого замыкания к генераторной катушке W1 как в положительном, так и в отрицательном полупериодах. выходное напряжение генераторной катушки W1. Это устраняет необходимость установки диода для выпрямления короткого замыкания генераторной катушки W1.

Напротив, когда схема повышения и выпрямления состоит из двухполупериодной схемы выпрямления для выпрямления напряжения, наведенного на генераторной катушке W1, и транзистора, цепь коллектор-эмиттер которого подключена между каждым из выходных зажимов генераторной катушке и выходной клемме на стороне отрицательной полярности двухполупериодной схемы выпрямления, схема для протекания тока короткого замыкания к генераторной катушке W1 сконструирована, как показано на фиг. 5В, где диод Do и схема коллектор-эмиттер транзистора TRo соединены последовательно друг с другом.

Конструкция, показанная на фиг. 5B, в котором последовательное соединение коллекторно-эмиттерной цепи транзистора TRo и диода Do, включенных через генераторную катушку W1, не позволяет току короткого замыкания течь к генераторной катушке W1, если только выходное напряжение магнето переменного тока не 1 превышает пороговое напряжение Vt, соответствующее сумме напряжения насыщения VCE в цепи коллектор-эмиттер транзистора TRo и прямого падения напряжения Vf диода Do. Например, использование транзистора, производимого и продаваемого под торговой маркой «2SC3710» компанией Kabushiki Kaisha Toshiba, в качестве транзистора TRo, показанного на фиг. 5В вызывает напряжение насыщения VCE в цепи коллектор-эмиттер транзистора TRo при температуре 25°С. C. быть 0,04 (В) или более. Кроме того, использование диода, производимого и продаваемого под торговой маркой «20DL2C41A» компанией Kabushiki Kaisha Toshiba, в качестве диода Do вызывает прямое падение напряжения при температуре 25°С. C. быть 0,6 (В) или более. Таким образом, в этом случае схема, показанная на фиг. 5В, не позволяет току короткого замыкания протекать через генерирующую катушку W1, если только напряжение, индуцированное через генерирующую катушку W1, не превышает Vt=VCB+VF=0,64 (В).

Пример характеристик выходного тока Io магнето переменного тока 1 к его выходному напряжению Vo во время работы двигателя внутреннего сгорания на очень низкой скорости (от 100 до 300 об/мин) показан на фиг. 6, где N указывает скорость вращения (об/мин) двигателя внутреннего сгорания. Когда магнето переменного тока, имеющее такие характеристики, как показано на фиг. 6 комбинируется с вышеописанными коммерчески доступными транзистором и диодом для транзистора TRo и диода Do, чтобы обеспечить такую ​​схему повышающего переключателя, как показано на фиг. 5B линия нагрузки нагрузки, подключенной к генераторной катушке W1, показана линией а на фиг. 6. В этом случае, чтобы прервать протекание тока короткого замыкания от генераторной катушки W1 через диод Do и транзистор TRo для выполнения форсирующей операции, магнето переменного тока 1 необходимо индуцировать напряжение выше порогового напряжения Vt. =0,64 (В). Когда скорость вращения двигателя внутреннего сгорания находится на достаточно низком уровне, чтобы не позволить выходному напряжению магнето переменного тока достичь порогового уровня 0,64 (В), схема на фиг. 5B не пропускает ток короткого замыкания через генераторную катушку W1, что приводит к невозможности выполнения операции повышения напряжения.

Напротив, в проиллюстрированном варианте осуществления короткое замыкание для генераторной катушки W1 не содержит никаких диодов, как показано на фиг. 5A, и полевые МОП-транзисторы имеют двунаправленность, чтобы, таким образом, выполнять функцию резистора, пока на него подается управляющий сигнал, так что даже незначительное приложение напряжения VSD к току исток-сток каждого из МОП-транзисторов позволяет получить ток стока ID протекать через МОП-транзистор. Например, когда продукт производится и продается под торговой маркой «2СК1911″ от Kabushiki Kaisha Hitachi используется в качестве каждого из полевых МОП-транзисторов, полевой МОП-транзистор демонстрирует такие характеристики сопротивления сток-исток RDS для тока стока ID, как показано на фиг. 7, а также такие характеристики обратного тока стока IDR для напряжение VSD исток-сток, как показано на фиг.8. полярность, которая позволяет истоку МОП-транзистора иметь положительный потенциал относительно его затвора, сохраняется приложенной к цепи затвор-исток МОП-транзистора, сопротивление сток-исток имеет постоянное значение в широком диапазоне, таким образом, существует по существу пропорциональное соотношение между током стока и напряжением исток-сток. Преобразователь частоты или полевой МОП-транзистор можно рассматривать как резистор.0003

Таким образом, схема, состоящая из последовательного соединения двух МОП-транзисторов, на которые подается управляющий сигнал через генераторную катушку W1, эквивалентна схеме, образованной подключением резистора к генераторной катушке, так что нагрузка линия магнето переменного тока 1, полученная в то время, когда на два полевых МОП-транзистора одновременно подается управляющий сигнал, показана линией b на фиг. 6, который проходит через начало координат (0, 0). Следовательно, пороговое напряжение, необходимое для включения МОП-транзисторов, практически равно нулю, так что даже небольшая индукция напряжения на генераторной катушке W1 магнето переменного тока 1 позволяет протекать току короткого замыкания через два МОП-транзистора F1 и F2. к генераторной катушке W1. Таким образом, даже когда скорость вращения двигателя находится на очень низком уровне, как при запуске двигателя с помощью троса, даже небольшая индукция напряжения на генераторной катушке W1 позволяет включить полевые МОП-транзисторы F1 и F2 для протекания короткого замыкания. ток цепи на генераторную катушку, так что повышенное напряжение может индуцироваться на генераторной катушке, когда сигнал управления каждого из полевых МОП-транзисторов F1 и F2 гасится для прерывания тока короткого замыкания.

Следующее описание будет дано в предположении, что магнето 1 переменного тока генерирует такое переменное напряжение Ve формы сигнала напряжения без нагрузки, как показано на фиг. 3. (А) на фиг. 4 показана форма сигнала вблизи нулевой точки выходного напряжения магнето 1 переменного тока или в области, обозначенной буквой А на фиг. 3 при увеличении временной оси фиг. 3 и (В) на фиг. 4 показана форма управляющего сигнала VGS, подаваемого на затвор каждого из полевых МОП-транзисторов. Кроме того, (С) на фиг. 4 показывает форму волны тока Ie, протекающего к генераторной катушке W1. Таким образом, следует отметить, что проиллюстрированный вариант осуществления позволяет протекать току Ie, даже когда напряжение Ve практически равно нулю. Следовательно, проиллюстрированный вариант осуществления позволяет протекать току короткого замыкания к генераторной катушке W1, даже когда напряжение, наведенное на генераторной катушке, находится на очень низком уровне, так что напряжение может быть наведено на генераторной катушке из-за прерывания ток короткого замыкания, чтобы таким образом управлять нагрузкой, даже когда скорость вращения двигателя находится на очень низком уровне.

Напротив, когда короткое замыкание генераторной катушки W1 состоит из последовательного включения диода Do и цепи коллектор-эмиттер транзистора TRo, как показано на фиг. 5В, ток Ie’ не разрешается подавать на генераторную катушку W1, когда выходное напряжение Ve магнето 1 переменного тока ниже порогового напряжения Vt; так что период времени, который позволяет подавать ток короткого замыкания на генераторную катушку W1, уменьшается, в результате чего постоянный ток, который может подаваться на нагрузку при чрезвычайно низкой частоте вращения двигателя, например, при запуске двигателя с помощью троса уменьшилась в общей сумме.

Волнообразная линия, показанная на РИС. 9 показывает изменение скорости вращения N двигателя при проворачивании коленчатого вала, полученное при протягивании каната для запуска двигателя с помощью троса. Когда силовое устройство, показанное на фиг. 5B, схема повышающего переключателя функционирует только для питания нагрузки постоянным током только в течение периода T1, так что среднее значение скорости вращения коленчатого вала в период T1 равно N2. В частности, в случае, когда батарея не установлена, подача энергии на нагрузку невозможна, когда протяжка каната не позволяет получить среднее значение скорости вращения коленчатого вала, равное N2. Напротив, проиллюстрированный вариант осуществления позволяет подавать мощность на нагрузку в течение всех периодов Т0, Т1 и Т2, так что требуется среднее значение скорости вращения коленчатого вала (или средняя скорость вращения за периоды Т0-Т2). для питания нагрузки мощность может быть снижена до N1 (

В проиллюстрированном варианте осуществления важно одновременно включать полевые МОП-транзисторы F1 и F2 в режиме включения-выключения МОП-транзисторов. Задержка включения одного из МОП-транзисторов приводит к тому, что прямое падение напряжения на паразитном диоде, расположенном в цепи сток-исток МОП-транзистора, с задержкой является пороговым напряжением короткого замыкания, так что оно не обладает такими преимуществами, как описано выше.

Кроме того, использование полевых МОП-транзисторов, каждый из которых является элементом управления напряжением, в качестве повышающего переключающего элемента для короткого замыкания и отключения генераторной катушки, как описано выше, приводит к уменьшению потерь в переключающем элементе при коротком замыкании генераторной катушки. замкнут, чтобы тем самым уменьшить выделение тепла от силового устройства, в результате чего радиатор, устанавливаемый на переключающем элементе, имеет малые размеры.

Как описано выше, повышающая схема 11, встроенная в силовое устройство варианта осуществления, показанного на фиг. 1, даже когда скорость вращения двигателя во время его запуска находится на очень низком уровне, как при запуске двигателя внутреннего сгорания с помощью троса, позволяет току течь через полевые МОП-транзисторы, когда напряжение индуцируется в небольшом количестве на генераторная катушка, в результате чего начинается работа наддува. Следовательно, повышающая схема 11 позволяет прикладывать относительно высокое напряжение к нагрузке даже при очень низкой частоте вращения двигателя, так что нагрузка может эффективно управляться при очень низкой частоте вращения двигателя.

В частности, использование силового устройства иллюстрируемого варианта осуществления в качестве силового устройства для привода двигателя топливного насоса для подачи топлива в форсунку электронного блока впрыска топлива позволяет плавно запускать двигатель даже при работающем двигателе. запускается вручную из-за чрезмерной разрядки аккумуляторной батареи или когда форсунка или топливный насос приводятся в действие только с помощью выхода магнето переменного тока 1 без использования какой-либо аккумуляторной батареи.

В силовом устройстве по фиг. 1, выходное напряжение каждой силовой секции 10 выпрямления и схемы 3 выпрямления достигает заданного уровня, двигатель 6 насоса может нормально работать, так что топливо может подаваться от топливного насоса к форсунке, что приводит к срабатыванию электронной запуск блока впрыска топлива. Таким образом, запускается работа двигателя внутреннего сгорания.

Когда двигатель таким образом начинает работать, что приводит к увеличению скорости вращения двигателя, выходное напряжение магнето переменного тока 1 превышает установленный уровень, тем самым открывая транзистор Tr1 схемы 5B сброса, что приводит к уменьшению потенциал на клемме сброса d таймера IC 5A, так что колебание нестабильного мультивибратора прекращается. Таким образом, увеличение выходной мощности силовой секции 10 выпрямления выше установленного уровня не позволяет подавать управляющий сигнал на полевые МОП-транзисторы F1 и F2, так что операция повышения напряжения прерывается.

Когда скорость вращения двигателя дополнительно увеличивается, чтобы привести к тому, что выходное напряжение силовой части выпрямления 10 будет выше уровня напряжения регулировки, описанного выше, схема управления 10B1 подает на тиристоры Th2 и Th3 триггерный сигнал для включения оба тиристора. Это приводит к тому, что выход магнето 1 переменного тока шунтируется с клемм подключения нагрузки через тиристоры Th2 и Th3, так что выходное напряжение силовой секции 10 выпрямления снижается до уровня регулировочного напряжения. Тиристоры Th2 и Th3 выключаются, когда меняется полярность тока, протекающего через генераторную катушку W1.

При снижении выходного напряжения силовой части выпрямления 10 до уровня напряжения регулировки прерывается подача сигнала запуска на тиристоры Т2 и Т3, вследствие чего тиристоры Тх2 и Тх3 не включаются, что приводит к выходное напряжение генераторной катушки W1 выпрямляется через схему выпрямления 10А и затем подается на нагрузку. Такая операция приводит к тому, что силовая секция 10 выпрямления управляется таким образом, чтобы не превышать уровень регулировочного напряжения.

Затем в варианте осуществления по фиг. 1 предполагается, что пуск двигателя внутреннего сгорания происходит при условии, что аккумулятор 7 исправен или исправен, а переключатель SW остается замкнутым. Когда переключатель SW остается замкнутым, напряжение (12 (В)) батареи 7 прикладывается к последовательной цепи резисторов R4 и R5, что приводит к включению транзистора Tr1 схемы 5В сброса. В это время нестабильный мультивибратор, включающий в себя таймер IC 5A, не осуществляет генерацию, поэтому полевые МОП-транзисторы F1 и F2 не выполняют операцию включения-выключения, так что операция повышения напряжения не происходит.

Когда напряжение батареи 7 снижается до установленного уровня или ниже во время запуска двигателя внутреннего сгорания из-за приведения в действие электродвигателя в течение длительного периода времени или т. п., транзистор Tr1 схемы 5B сброса отображается выключенным. Это позволяет нестабильному мультивибратору инициировать генерацию, так что управляющий сигнал фиксированной частоты f подается на полевые МОП-транзисторы F1′ и F2. Это приводит к тому, что полевые МОП-транзисторы F1 и F2 выполняют операцию включения-выключения, что приводит к увеличению выходного напряжения магнето переменного тока 1.9.0003

Как описано выше, проиллюстрированный вариант осуществления сконструирован таким образом, что полевые МОП-транзисторы, составляющие схему 2 переключателя, выполняют операцию включения-выключения только тогда, когда выходное напряжение силовой секции 10 выпрямления находится на установленном уровне или ниже. Таким образом, схема управления полевым транзистором S просто необходима для генерации импульса прямоугольной формы (сигнала возбуждения) фиксированной частоты и не требуется для управления рабочим циклом сигнала возбуждения, подаваемого на полевые МОП-транзисторы F1 и F2. Когда частота управляющего сигнала, подаваемого на полевые МОП-транзисторы, становится постоянной, схема 5 управления ПЭТ может быть упрощена по структуре. Кроме того, проиллюстрированный вариант осуществления позволяет ограничить период, в течение которого полевые МОП-транзисторы выполняют операцию включения-выключения, коротким периодом времени во время операции запуска двигателя внутреннего сгорания, так что выделение тепла от МОП-транзисторов может быть сведено к минимуму, тем самым малогабаритный радиатор для МОП-транзисторов.

В проиллюстрированном варианте осуществления, как описано выше, схема S управления полевым транзистором адаптирована для генерирования управляющего сигнала фиксированной частоты. В качестве альтернативы схема управления полевым транзистором может быть сконструирована таким образом, чтобы генерировать управляющий сигнал, рабочий цикл которого изменяется в зависимости от выходного напряжения схемы 3 выпрямления, тем самым ограничивая выходное напряжение схемы 3 выпрямления до заданного уровня или ниже.

Кроме того, проиллюстрированный вариант осуществления сконструирован таким образом, что магнето переменного тока 1 генерирует на выходе однофазный переменный ток. Альтернативно, магнето переменного тока может быть сконструировано так, чтобы генерировать многофазный выходной сигнал переменного тока, такой как трехфазный выходной сигнал переменного тока и т.п.

Обратимся теперь к фиг. 10 проиллюстрирован другой вариант силового устройства для двигателя внутреннего сгорания в соответствии с настоящим изобретением. Силовое устройство иллюстрируемого варианта осуществления включает в себя магнето 1 переменного тока, сконструированное таким образом, чтобы генерировать на выходе трехфазный переменный ток. Для этой цели магнето переменного тока 1 включает в себя статор с генераторными катушками W1-W3 для трех фаз, которые подлежат соединению в звезду. Каждая из генерирующих катушек W1-W3 имеет меньшее количество обмоток, что приводит к достаточному уменьшению их импеданса.

В проиллюстрированном варианте магнето переменного тока 1 имеет три выходные клеммы 1a-1c, подключенные к стокам мощных полевых МОП-транзисторов F1-F3 N-канального типа, соответственно, истоки которых соединены друг с другом или вместе, а затем заземлены. Кроме того, три выходных контакта 1a-1c магнето переменного тока 1 соответственно подключены к анодам выпрямительных диодов D11-D13, катоды которых соединены вместе. МОП-транзисторы F1–F3 взаимодействуют друг с другом, образуя схему переключения 2, и включают в себя паразитные диоды Df1–Df3, соответственно, которые взаимодействуют с выпрямительными диодами D11–D13, образуя трехфазную двухполупериодную схему выпрямления 3 с диодным мостом. Каждая из F1-F3 имеет схему затвор-исток, на которую подается управляющий сигнал прямоугольной формы с идентичной фазой от схемы управления FBT 5.

Силовое устройство иллюстрируемого варианта осуществления также включает в себя силовую секцию 10 выпрямления, в которую встроена схема 10А выпрямления. Схема 10А выпрямления содержит трехфазную двухполупериодную схему выпрямления с диодным мостом, состоящую из диодов D21-D23, аноды которых соответственно подключены к выходным клеммам 1a-1c магнето 1 переменного тока, а катоды соединены вместе, как а также диоды D31-D33, катоды которых соответственно подключены к выходным клеммам 1a-1c, а аноды соединены вместе.

Силовая секция 10 выпрямления также включает в себя регулятор напряжения 10B, который состоит из тиристоров Th2-Th4, анод которых соответственно подключен к выходным клеммам 1a-1c магнето переменного тока 1, а катоды заземлены, и цепь управления 10B1 для подачу запускающего сигнала на затвор каждого из тиристоров Th2-Th4, когда выходное напряжение схемы 10А выпрямления превышает уровень напряжения регулировки. Кроме того, в проиллюстрированном варианте осуществления силовая секция 10 выпрямления имеет выходной контакт 10а со стороны положительной полярности, подключенный через переключатель SW к аноду диода D4, так что выходное напряжение силовой секции 10 выпрямления может быть приложено. между клеммами 4а и 4b подключения нагрузки силового устройства через переключатель SW и диод D4.

Оставшаяся часть проиллюстрированного варианта осуществления может быть сконструирована по существу таким же образом, как и вариант осуществления, описанный выше со ссылкой на фиг. 1.

В каждом из вариантов осуществления, описанных выше, каждый полевой МОП-транзистор имеет N-канальный тип, в результате чего он отключается, когда потенциал на затворе равен нулю по отношению к потенциалу на истоке, и включается, когда потенциал на затворе положителен по отношению к потенциалу на истоке. В качестве альтернативы, он может быть построен в виде канала P, так что он включается, когда потенциал на затворе равен нулю по сравнению с потенциалом в источнике, и выключается, когда первый положителен по отношению к последнему.

Обратимся теперь к фиг. 11 показан еще один вариант силового устройства для двигателя внутреннего сгорания в соответствии с настоящим изобретением, в котором встроены полевые МОП-транзисторы с каналом P. Более конкретно, в проиллюстрированном варианте осуществления первый и второй полевые МОП-транзисторы F1 и F2 типа P-канала имеют истоки, соединенные вместе, и стоки, подключенные к выходным клеммам 1a и 1b магнето 1 переменного тока соответственно. Выходные клеммы 1а и 1b магнето переменного тока 1 подключены соответственно к катодам первого и второго выпрямительных диодов D11 и D12, обкладки которых соединены вместе и затем заземлены. МОП-транзисторы F1 и F2 взаимодействуют друг с другом, образуя схему 2 переключения, и имеют встроенные в них паразитные диоды Df1 и Df2, соответственно, которые взаимодействуют с диодами D11 и D12, образуя схему однофазного двухполупериодного выпрямления с диодным мостом 3. Силовое устройство иллюстрируемого варианта осуществления также включает в себя силовую секцию 10 выпрямления, имеющую выходную клемму, расположенную на стороне ее положительной полярности, которая подключена через переключатель SW к аноду диода D4.

В проиллюстрированном варианте осуществления, сконструированном таким образом, полевые МОП-транзисторы F1 и F2 отображаются включенными в течение периода, в течение которого управляющий сигнал прямоугольной формы, генерируемый схемой управления полевыми транзисторами 5, поддерживается на низком уровне и выключается в течение периода, в течение которого сигнал привода поддерживается на высоком уровне.

Остальная часть проиллюстрированного варианта осуществления может быть сконструирована по существу таким же образом, как и вариант осуществления на фиг. 1 описан выше.

В каждом из описанных выше вариантов осуществления схема 3 выпрямления сформирована в повышающей схеме 11, так что постоянное напряжение также подается от повышающей схемы 11 на клеммы 4a и 4b подключения нагрузки. Альтернативно, повышающая схема 11 может быть сконструирована таким образом, чтобы выполнять только повышающую операцию.

Обращаясь теперь к ФИГ. 12-14 проиллюстрированы дополнительные варианты силового устройства для двигателя внутреннего сгорания в соответствии с настоящим изобретением, каждый из которых сконструирован таким образом, что схема 11 наддува выполняет только операцию наддува.

В частности, в варианте осуществления по фиг. 12, магнето переменного тока 1 имеет выходные клеммы 1a и 1b соответственно, подключенные к стокам полевых МОП-транзисторов F1 и F2 n-канального типа, которые взаимодействуют друг с другом, чтобы обеспечить схему переключения 2. Истоки полевых МОП-транзисторов F1 и F2 соединены вместе, а затем заземленный. Выходная клемма la магнето переменного тока 1 подключена через диод D5 к силовой клемме h таймера IC 5A, так что выход магнето переменного тока, подвергнутого однополупериодному выпрямлению, позволяет питать таймер IC 5A с напряжение питания. Сглаживающий конденсатор С5 включен между катодом диода D5 и землей.

В проиллюстрированном варианте осуществления силовая секция 10 выпрямления имеет выходные клеммы, расположенные так, чтобы действовать как клеммы 4a и 4b подключения нагрузки силового устройства проиллюстрированного варианта осуществления, между которыми подключен двигатель 6 насоса. Кроме того, между клеммами 4а и 4b подключения нагрузки подключена батарея 7 через переключатель SW. Кроме того, последовательная цепь резисторов R4 и RS схемы 5В сброса подключается между клеммами 4а и 4b подключения нагрузки, чтобы действовать как схема деления напряжения. Остальная часть проиллюстрированного варианта осуществления может быть сконструирована по существу таким же образом, как и вариант осуществления на фиг. 1.

В варианте осуществления по фиг. 12, описанной выше, когда выходное напряжение силовой секции 10 выпрямления находится на заданном уровне или ниже, нестабильный мультивибратор со встроенным в него таймером IC 5A подает на полевые МОП-транзисторы F1 и F2 управляющий сигнал прямоугольной формы. Это заставляет полевые МОП-транзисторы F1 и F2 выполнять операцию включения-выключения, тем самым управляя током, протекающим через генераторную катушку магнето переменного тока 1, что приводит к наведению высокого напряжения на генераторной катушке. Наведенное таким образом напряжение затем выпрямляется силовой частью 10 выпрямления и затем подается на нагрузку. Когда скорость вращения двигателя внутреннего сгорания увеличивается до степени, достаточной для того, чтобы вызвать превышение выходным напряжением силовой секции 10 выпрямления установленного уровня, схема сброса. 5B прекращает колебание нестабильного мультивибратора, что приводит к прерыванию операции усиления.

В варианте осуществления по фиг. 13, магнето 1 переменного тока имеет три выходных контакта 1a-1c, в результате чего генерируется трехфазное напряжение переменного тока. Из трех выходных клемм 1a-1c две выходные клеммы 1b и 1c соответственно подключены к стокам полевых МОП-транзисторов F1 и F2, истоки которых соединены вместе и затем заземлены. Кроме того, в проиллюстрированном варианте осуществления силовая секция 10 выпрямления имеет выходные клеммы, определенные таким образом, чтобы действовать как клеммы 4а и 4b для подключения нагрузки соответственно, так что напряжение, полученное между клеммами 4а и 4b для подключения нагрузки, подается через переключатель SW на двигатель насоса 6. Остальная часть проиллюстрированного варианта осуществления может быть сконструирована по существу таким же образом, как и вариант осуществления на фиг. 10. Таким образом, в проиллюстрированном варианте осуществления, когда выходное напряжение силовой части выпрямления 10 находится на заданном уровне или ниже, полевые МОП-транзисторы F1 и F2 выполняют операцию включения-выключения для усиления двухфазного выхода магнето переменного тока; тогда как, когда выходное напряжение превышает установленный уровень, операция повышения останавливается.

В варианте осуществления по фиг. 14, магнето переменного тока 1 сконструировано так, чтобы выдавать однофазное переменное напряжение, и имеет выходные клеммы 1а и 1b, которые соответственно подключены к стоку и истоку одного полевого МОП-транзистора F1 N-канального типа, из которых затем источник заземляется. Оставшаяся часть повышающей схемы 11 может быть сконструирована по существу таким же образом, как и в варианте осуществления, показанном на фиг. 13.

Силовая секция выпрямления 10 включает схему однополупериодного выпрямления 10А для однополупериодного выпрямления выходного напряжения магнето переменного тока 1 через диод D6 для подачи его на клеммы подключения нагрузки 4a и 4b и регулятор напряжения. 10Б. Регулятор напряжения 10В включает тиристор Th, подключенный между выходными клеммами 1а и 1b магнето переменного тока 1, и схему управления 10В1 для питания тиристора Th триггерным сигналом, когда напряжение между клеммами 4а и 4b подключения нагрузки превышает заданное значение регулировки. уровень.

В варианте осуществления по фиг. 14, выходной сигнал магнето переменного тока 1, подвергнутого однополупериодному выпрямлению, подается через клеммы 4а и 4b подключения нагрузки к нагрузке. Когда выходное напряжение силовой секции выпрямления находится на заданном уровне или ниже, управляющий сигнал подается из схемы 5 управления FBT на полевой МОП-транзистор F1, так что операция включения-выключения МОП-транзистора допускает выходное напряжение магнето переменного тока. 1 для повышения. Повышенное таким образом напряжение подвергается однополупериодному выпрямлению через силовую часть выпрямления 10 и затем подается на нагрузку.

Как видно из вышеизложенного, настоящее изобретение сконструировано таким образом, что схема переключателя, в которой МОП-транзисторы, действующие как резистор, когда на него подается управляющий сигнал, управляет током, протекающим через генераторную катушку магнето переменного тока. , чтобы тем самым повысить выходное напряжение магнето. Такая конструкция, даже когда небольшое напряжение индуцируется на магнето переменного тока, позволяет протекать току через МОП-транзисторы к генераторной катушке, тем самым усиливая магнето переменного тока. Таким образом, силовое устройство по настоящему изобретению позволяет прикладывать относительно высокое напряжение к нагрузке даже при очень низкой частоте вращения двигателя внутреннего сгорания, в результате чего нагрузка приводится в движение даже при очень низкой частоте вращения двигателя.

Кроме того, настоящее изобретение позволяет полевым МОП-транзисторам выполнять операцию включения-выключения только тогда, когда выходное напряжение силовой секции выпрямления находится на заданном уровне или ниже, так что период, в течение которого МОП-транзисторы выполняют операцию включения-выключения, ограничивается коротким периодом времени во время запуска двигателя внутреннего сгорания, чтобы тем самым уменьшить выделение тепла от полевых МОП-транзисторов. Это приводит к тому, что радиатор для каждого из полевых МОП-транзисторов имеет малый размер, что предотвращает увеличение размера силового устройства.

Хотя предпочтительные варианты осуществления изобретения были описаны с определенной степенью конкретности со ссылкой на чертежи, очевидные модификации и вариации возможны в свете вышеизложенного. Таким образом, следует понимать, что в пределах объема прилагаемой формулы изобретения изобретение может быть реализовано иначе, чем конкретно описано.

Новое устройство зажигания для двигателя внутреннего сгорания

• Опубликовано: 25 октября 1984

• А. Дж. Дж. Ли ¹ и
• Ф. Дж. Вайнберг ¹  

Природа том 311 , страницы 738–740 (1984)Цитировать эту статью

• 114 доступов

• 6 цитирований

• Сведения о показателях

Abstract

Хотя недавнее быстрое распространение исследований по воспламенению плазменной струи ^1–16 частично было вызвано требованиями непрерывного горения и удаления загрязняющих веществ ^17–25 , основной мотив заключался в расширении предела работы на обедненных смесях. двигателя внутреннего сгорания. Эта тенденция к более бедным смесям была вызвана необходимостью улучшения характеристик выбросов и эффективности двигателя. Поскольку оптимальные условия возникают вблизи предела пропусков зажигания на обедненной смеси, искали свечу, обеспечивающую повышенную скорость распространения пламени и более эффективное и надежное зажигание; импульсные плазменные струи многообещающи, но потребляют слишком много энергии. В этих устройствах воспламеняющая струя генерируется выбросом взрывчатого газа через отверстие, вызванное кратковременным дуговым разрядом, воздействию которого подвергается плазменная среда, ограниченная стенками полости внутри пробки. Такие плазменные струи, особенно те, которые питаются специальными плазменными средами, доказали свою способность расширять диапазон воспламеняемости топливно-воздушной смеси как при обеднении топлива, так и при обогащении, а также увеличивать скорость распространения пламени после воспламенения. Считается, что это связано с образованием турбулентности и свободных радикалов. Мы сообщаем здесь о разработке и испытании свечи зажигания на основе двух искр на концах внутренней полости. Эта конструкция сочетает большую часть эффективности плазменной струи с небольшим энергопотреблением и, следовательно, низким уровнем износа обычной свечи зажигания.

Это предварительный просмотр содержимого подписки, доступ через ваше учреждение

Соответствующие статьи

Статьи открытого доступа со ссылками на эту статью.

• Центральная зона рециркуляции, индуцированная активацией плазмы ДБР

  • Ган Ли
  • , Си Цзян
  •  … Ганг Сюй

  Научные отчеты Открытый доступ 03 августа 2020 г.

Варианты доступа

Подписаться на журнал

Получить полный доступ к журналу на 1 год

199,00 €

всего 3,90 € за выпуск

Подписаться

Расчет налогов будет завершен во время оформления заказа.

Купить статью

Получите ограниченный по времени или полный доступ к статье на ReadCube.

$32,00

Купить

Все цены указаны без учета стоимости.

Ссылки

1. Weinberg, F. J. Inst. мех. англ. Симп. Горение в технике , Оксфорд, 65 (1983).

2. Waterson, K. thesis, Oxford Univ. (1973).

3. Topham, D.R., Smy, P.R. & Clements, R.M. Combustion Flame 25 , 187 (1975).

   КАС Статья Google ученый

4. Wyczalek, F. A., Frane, D. L., Neuman, J. C. SAE pap. 750349 (1975).

5. Fitzgerald, D. J. SAE Pap. 76064 (1976).

6. Асик Дж. Р., Пятковски П., Фуше М. Дж. и Радо В. Г. SAE Пап. 770355 (1977).

7. Дейл, Дж. Д., Сми, П. Р. и Клементс, Р. М. Пламя горения 31 , 173 (1978).

   КАС Статья Google ученый

8. Weinberg, F.J., Hom, K., Oppenheim, A.K. & Teichman, K. Nature 272 , 341 (1978).

   ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

9. Оррин, Дж. Э., Винс, И. М. и Вайнберг, Ф. Дж. 18-я симп. внутр. по сжиганию 1755 (Институт горения, Питтсбург (1981).

   Google ученый

10. Карлтон Ф.Б., Винс И.М. и Вайнберг Ф. Дж. 19-я симп. внутр. on Combustion 1523 (Институт горения, Питтсбург, 1982).

    Google ученый

11. Тоцци Л. и Дабора Э. К. 19-й симп. внутр. on Combustion , 1467 (The Combustion Institute, Pittsburgh, 1982).

    Google ученый

12. Питт, П. Л. и Клементс, Р. М. Горение. науч. Технол. 55 , 555 (1982).

    Google ученый

13. Грант, Дж. Ф., МакИлвейн, М. Э. и Маррам, Э. П. Горение. науч. Технол. 30 , 171 (1983).

    КАС Статья Google ученый

14. Клементс, Р. М., Смай, П. Р. и Дейл, Д. Д. Сгорание. Пламя 42 , 287 (1981).

    КАС Статья Google ученый

15. Цетеген Б. , Тайхман К.Ю., Вайнберг Ф.Дж. и Оппенгейм А.К. SAE Pap. 80042 (1980).

16. Винс И. М., Вовелле К. и Вайнберг Ф. Дж. Сгорел. Пламя 105 , 56 (1984).

    Google ученый

17. Harrison, A.J. & Weinberg, F.J. Proc. соц. А 321 , 95 (1971).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

18. Кимура И. и Имаджо М. 16-я симп. внутр. о горении, 809 (Институт горения, Питтсбург, 1976).

    Google ученый

19. Кимура И., Аоки Х. и Като М. Пламя горения 42 , 297 (1981).

    КАС Статья Google ученый

20. Уоррис, А-М. диссертация, унив. Лондон (Имперский колледж) (1983).

21. Уоррис, А-М. & Weinberg, FJ 20th Symp. внутр. on Combustion (Институт горения, Питтсбург, 1984).

    Google ученый

22. Hilliard, JC & Weinberg, FJ Nature 259 , 556 (1976).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

23. Бехбахани, Х. Ф., Фонтейн, А., Мюллер-Детлефс, К. и Вайнберг, Ф. Дж. Combust. науч. Технол. 27 , 123 (1982).

    КАС Статья Google ученый

24. Чан, А. К. Ф., Хиллиард, Дж. К., Джонс, А. Р. и Вайнберг, Ф. Дж. J. Phys. D 13 , 2309 (1980).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

25. Бехбахани Х.Ф., Уоррис А.М. & Weinberg, FJ Combust. науч. Технол. 30 , 289 (1983).

    КАС Статья Google ученый

26. Заявка на патент Великобритании № 827009, PCT/GB/83/00253 (октябрь 1982 г. ).

Скачать ссылки

Author information

Authors and Affiliations

1. Department of Chemical Engineering and Chemical Technology, Imperial College of Science and Technology, London, SW7 2BY, UK

   A. J. J. Lee & F. J. Weinberg

Authors

1. A. J. J. Lee

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

2. F. J. Weinberg

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

Права и разрешения

Перепечатка и разрешения

Об этой статье

Дополнительная литература

• Центральная зона рециркуляции, индуцированная активацией плазмы ДБР

  • Ган Ли
  • Си Цзян
  • Ган Сюй

  Научные отчеты (2020)

Комментарии

Отправляя комментарий, вы соглашаетесь соблюдать наши Условия и Правила сообщества. Если вы обнаружите что-то оскорбительное или не соответствующее нашим условиям или правилам, отметьте это как неприемлемое.

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ | ЭДИБОН®

Двигатель внутреннего сгорания — гидромеханическая машина, преобразующая химическую энергию топливно-воздушной смеси в механическую после процесса сгорания в рабочем цилиндре. При сгорании энергия, содержащаяся в топливе, высвобождается за счет его воспламенения и последующего окисления внутри двигателя.

Посмотреть больше

Основные типы двигателей внутреннего сгорания :

• Поршневой двигатель цикла Отто : это обычный бензиновый двигатель .
• Дизельный двигатель : работает на дизельном топливе .

Отто и дизель имеют одинаковые основные элементы ( блок двигателя , поршень , шатун , коленвал , клапаны и головка блока цилиндров ) и содержат те же системы ( подачи топлива , распределения , зажигания , охлаждения и запуска ), за исключением некоторых специфических элементов, таких как карбюратор 39430 39134 Двигатель Отто или форсунка для дизельного двигателя .

В зависимости от рабочего цикла двигатели внутреннего сгорания можно классифицировать на:

• Двухтактный двигатель: поршень совершает один ход за один оборот.
• Четырехтактный двигатель: поршень совершает два хода за один оборот.

Эти двигатели выделяются среди других двигателей по нескольким причинам:

• Большой запас хода благодаря высокой теплотворной способности топлива .
• Широкий выбор мощностей .
• Большое количество производственных возможностей.

Важно изучить горение выбросы этих двигателей, так как они являются одним из основных загрязнителей в настоящее время. Хотя значения загрязнения не являются репрезентативными по отдельности, они представляют собой вредный источник, если рассматривать их в целом, принимая во внимание, что двигатели установлены на большинстве автомобилей .

Просмотр продуктов

9.- ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕРМОТЕХНИКА

9.9.- ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Выберите группу

Показано 1-9 из 9 товаров

• ТБМС3

В наличии

7.2.3.- ДВИГАТЕЛИ

TBMC3

Управляемый компьютером испытательный стенд для одноцилиндровых двигателей мощностью 2,2 кВт

Управляемый компьютером испытательный стенд для одноцилиндровых двигателей мощностью 2,2 кВт «TBMC3», разработанный EDIBON, представляет собой учебное устройство для испытания двигателей внутреннего сгорания мощностью до 2,2 кВт. Устройство имеет элемент для создания тормозного момента, асинхронный двигатель…

• ТБМС8

В наличии

7. 2.3.- ДВИГАТЕЛИ

TBMC8

Управляемый компьютером испытательный стенд для одноцилиндровых двигателей мощностью 7,5 кВт

Управляемый компьютером испытательный стенд для одноцилиндровых двигателей мощностью 7,5 кВт, «TBMC8», разработанный EDIBON, является учебным устройством для испытания двигателей внутреннего сгорания мощностью до 7,5 кВт. вихретоковый…

• ТБМС12

Доступно

7.2.3.- ДВИГАТЕЛИ

TBMC12

Управляемый компьютером испытательный стенд для одноцилиндровых и двухцилиндровых двигателей мощностью 11 кВт

Управляемый компьютером испытательный стенд для одноцилиндровых и двухцилиндровых двигателей, 11 кВт, «TBMC12», разработанный EDIBON, является учебным устройством для испытания двигателей внутреннего сгорания мощностью до 11 кВт. Элемент устройства, который предлагает момент нагрузки вихревой…

• ТБМС75

В наличии

7.2.3.- ДВИГАТЕЛИ

TBMC75

Управляемый компьютером испытательный стенд для четырехцилиндровых двигателей мощностью 75 кВт

Управляемый компьютером испытательный стенд для четырехцилиндровых двигателей мощностью 75 кВт, «TBMC75», разработанный EDIBON, является учебным устройством для испытания двигателей внутреннего сгорания мощностью до 75 кВт. текущий…

• ТБМС-CG

В наличии

7.2.3.- ДВИГАТЕЛИ

TBMC-CG

Калориметр выхлопных газов с компьютерным управлением

Калориметр выхлопных газов с компьютерным управлением «TBMC-CG» смонтирован на раме из ламинированных алюминиевых профилей и панелях из окрашенной стали. Основной элемент состоит из резервуара с двойными стенками из нержавеющей стали. Через внутреннюю часть бака…

• TBMC-AGE

В наличии

7.2.3.- ДВИГАТЕЛИ

TBMC-AGE

Анализатор выхлопных газов

Измерение объемных концентраций по методике недисперсионного инфракрасного поглощения. Выбор двигателей: Бензин, Бутан (GPL), Пропано, 2/4 крат, 1/2/3/4/5/6/8/12 цилиндров. Быстрый прогрев измерительной ячейки. Автопроверка…

• ПФГА

В наличии

9.9.- ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

PFGA

Портативный анализатор дымовых газов

Блок PFGA представляет собой анализатор дымовых газов, хранящийся в переносном кейсе. Применяется для проверки наличия О2, СО, СО2 и оксидов азота в дымовых газах домашних систем отопления с одновременным измерением температуры дымовых газов и температуры…

• ТМХК

В наличии

7.2.3.- ДВИГАТЕЛИ

TMHC

Управляемый компьютером испытательный стенд для гибридного двигателя

Управляемый компьютером испытательный стенд для гибридного двигателя «TMHC» представляет собой учебное устройство, которое позволяет изучать и анализировать источник питания гибридного транспортного средства, состоящего из комбинации электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания. Эти два. ..

• ТГФАК

В наличии

9.9.- ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

TGFAC

Осевая газовая турбина/реактивный двигатель с компьютерным управлением

Основным элементом установки «TGFAC» является газовая турбина, состоящая из: Осевого компрессора, питаемого атмосферным воздухом, который затем будет сжиматься. Кольцевой камеры сгорания, где к сжатому воздуху добавляется топливо и эта смесь. ..

Двигатели внутреннего сгорания | Конструкция машины

---

Наиболее транспортабельными и надежными источниками энергии являются двигатели внутреннего сгорания.

Большинство промышленных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) малой мощности, около 30 л.с. или меньше, работают на бензине, поскольку дизельные двигатели слишком тяжелые и дорогие. Например, в небольшом водяном насосе с приводом от двигателя бензиновый двигатель будет составлять примерно 60% стоимости всего комплекта. С дизельным двигателем стоимость будет ближе к 90%.
Таким образом, в диапазоне малой мощности выбор двигателя в основном основывается на таких факторах, как выбор между четырех- и двухтактным режимом работы и между чугунной или алюминиевой конструкцией.

---

Четырехтактный двигатель обычно является предпочтительной бензиновой силовой установкой. Он имеет репутацию долго безотказной работы, ровно работает на холостом ходу и хорошо работает на малых оборотах, не требует смазки в топливе и вообще не имеет выхлопа с видимым дымом.

Небольшие двигатели обычно имеют воздушное охлаждение для простоты и снижения веса. Однако вода наиболее эффективно охлаждает большие стационарные двигатели.

Четырехтактные двигатели мощностью до 40 л.с. обычно имеют простые клапаны с Г-образной головкой, которые дешевле, чем верхнеклапанные. Верхний распредвал обеспечивает большую мощность и экономию топлива и обычно используется в более крупных двигателях.

В малых двигателях используется тот же простой дыхательный механизм и карбюратор, что и в автомобильных двигателях. Более сложный впрыск топлива и наддув предназначен для более крупных и дорогих двигателей и дизелей.

Четырехтактные двигатели мощностью более 10 л.с. обычно изготавливаются из чугуна. С двигателями меньшего размера у покупателя есть выбор между чугуном и литым под давлением алюминием. Алюминиевый двигатель дешевле, если он производится в больших количествах.

Говорят, что железо лучше изнашивается, но сторонники алюминиевого двигателя утверждают, что при правильном уходе он прослужит так же долго. Железо более устойчиво к грязи, в то время как попадание грязи в двигатель довольно вредно для алюминиевого двигателя.

Автомобильные, морские и авиационные двигатели значительно сложнее, чем небольшие промышленные двигатели, и алюминий успешно используется в больших двигателях для этих целей.

Двухтактный двигатель развивает значительно большую мощность, чем четырехтактный двигатель того же размера. Преимущество двухтактного двигателя в удельной мощности составляет от 50% до 300% и более. Например, четырехтактный двигатель мощностью 40 л.с. может весить 250 фунтов, а двухтактный двигатель такой же мощности весит всего 65 фунтов. Один двухтактный двигатель развивает мощность 80 л.с. при рабочем объеме всего 440 см³.

Благодаря такому высокому соотношению мощности к весу двухтактный двигатель обычно предпочтительнее для спортивных автомобилей или там, где двигатель необходимо поднимать, удерживать или переносить вручную. Электропилы и большинство подвесных судовых двигателей двухтактные, как и большинство снегоходов.

Новые разработки в этой области заставили автопроизводителей переосмыслить прежние концепции двухтактных двигателей. Одна исследовательская фирма обнаружила, что при тонком распылении топлива сгорание происходит более полно, выхлоп достаточно чистый, чтобы обойтись без каталитического нейтрализатора, а холостой ход контролируется более тщательно.

В других областях применения двухтактный двигатель имеет неблагоприятную репутацию из-за неровного холостого хода, плохой работы на низких скоростях, резкого поведения и быстрого загрязнения. Поскольку они, как правило, лучше всего работают на высоких скоростях, срок их службы может быть коротким. Также в топливо необходимо добавлять смазку.

К их преимуществу первоначальная стоимость составляет примерно 70% от стоимости эквивалентного четырехтактного двигателя, произведенного в том же объеме производства. Двухтактные двигатели обычно изготавливаются из алюминия в целях снижения веса.

Дизели обычно становятся конкурентоспособными с бензиновыми двигателями мощностью более 30 л.с., и они становятся более логичной альтернативой по мере увеличения потребности в мощности. Их обычно выбирают из-за их эксплуатационной экономичности и большей долговечности. В целом дизель стоит примерно в 2 1/2 раза дороже бензинового двигателя, но в среднем дизель служит примерно в 2 1/2 раза дольше. Помимо того, что дизельные двигатели дороже бензиновых, они также производят больше шума и вибрации. Дизели также работают в узком диапазоне оборотов и обычно требуют значительного переключения передач при использовании в автомобилях без гидротрансформаторов. Они требуют впрыска топлива, что способствует их более высокой стоимости.

Дизели приобрели репутацию надежных тяжелых двигателей, прежде всего потому, что они сконструированы таким образом, чтобы выдерживать высокие усилия зажигания и высокое давление в цилиндрах, которые являются следствием высокой степени сжатия, необходимой для самовоспламенения.

Иногда выбор двигателя основывается не только на экономических соображениях. Тенденция к стандартизации топлива, например, часто диктует использование небольших дизелей на установках, уже использующих большие дизели. Тенденция к использованию больших дизельных сельскохозяйственных тракторов, например, поощряет использование дизельных двигателей меньшего размера, поэтому хранится только один вид топлива.

Дизельное топливо менее летучее, чем бензин, и поэтому более безопасно в обращении. А дизельное топливо в меньшей степени подвергается хищениям, чем бензин, что заставляет многих строительных подрядчиков рассматривать дизельное топливо для небольших двигателей. Многие компании стандартизировали дизельную мощность для всех двигателей; большинство двигателей, используемых на буровых установках, являются дизельными.

Географическое положение также может влиять на выбор дизельного топлива по сравнению с бензиновым. Европейские страны, например, сильно склоняются к дизельным двигателям даже для двигателей мощностью менее 30 л. с.

Как и в случае с бензиновыми двигателями, есть выбор между двух- и четырехтактными дизелями. Однако дизели были усовершенствованы и усовершенствованы до такой степени, что внешние функциональные различия между двух- и четырехтактным режимом работы с точки зрения мощности, экономичности или долговечности незначительны.

Для двухтактного дизельного двигателя требуется механический нагнетатель воздуха для принудительной подачи воздуха, чтобы двигатель был достаточно аспирационным. Это в дополнение к турбонагнетателям (с приводом от выхлопных газов), которые часто используются как на четырехтактных, так и на двухтактных дизелях.

Двигатель Ванкеля по функциональным характеристикам, включая вес, выходную мощность, эффективность и скорость, напоминает двухтактный бензиновый двигатель. Короче говоря, Ванкель имеет тенденцию экономить немного больше веса и места по сравнению с обычным четырехтактным двигателем. Эта экономия варьируется от незначительной суммы в небольших двигателях до значительной суммы по сравнению с большим автомобильным двигателем V8. Здесь Ванкель весит примерно вдвое меньше и имеет примерно одну треть размера четырехтактного поршневого двигателя.

Некоторые исследователи ожидают, что в долгосрочной перспективе Ванкель с его четырехтактным принципом работы может оказаться лучше двухтактного. Изначально у Ванкеля была плохая герметизация камеры сгорания и высокий расход топлива. Но постоянные разработки привели к значительным улучшениям в герметизации и снижению расхода топлива.

Wankel получил признание в некоторых сегментах автомобильного рынка, но в настоящее время он не является претендентом на промышленное применение. Однако некоторые крупные промышленные роторные двигатели были разработаны специально для комплексных приложений, включающих приводы компрессоров, генераторов и насосов. В основном эти роторные двигатели представляют собой высокомощные тихоходные агрегаты.

Газовая турбина исключительно хорошо подходит для приложений, где требуется значительная выходная мощность при постоянной скорости. Например, одно из наиболее важных применений в промышленности — это приведение в действие огромных электрогенераторов для увеличения выработки пара в условиях пикового спроса в энергетических компаниях. Однако газотурбинные двигатели дороги как в покупке, так и в эксплуатации. Электроэнергия, вырабатываемая на уровне коммунальных предприятий газовой турбиной, стоит в три-четыре раза больше, чем вырабатываемая паровой турбиной.

Стоимость газовой турбины находится в диапазоне от 15 до 35 долларов за л.с., тогда как поршневые двигатели обычно стоят от 1 до 10 долларов за л.с. Высокая стоимость турбины связана с необходимостью использования дорогих материалов, способных выдерживать высокие температуры.

Турбины плохо экономят топливо при малой нагрузке, и им требуется значительное время для набора скорости при ускорении. Таким образом, они, как правило, делают плохие автомобильные двигатели. Они лучше подходят для тяжелых грузовиков и автобусов, а также для мощных стационарных устройств, где они работают с одинаковой высокой скоростью. Несмотря на свои недостатки, газотурбинный двигатель мощностью 1500 л.с. приводит в движение армейский боевой танк M1. Двигатель может развивать 40-тонную машину со скоростью более 40 миль в час. Тем не менее, это приложение является необычным.

Двигатели Стирлинга внешнего сгорания в настоящее время не имеют промышленного значения, потому что они столкнулись с жесткой конкуренцией со стороны хорошо зарекомендовавших себя двигателей внутреннего сгорания. Кроме того, двигатели Стирлинга, как правило, сложны, громоздки и дороги в производстве.

Тем не менее, существует интерес к дизайну в автомобильных кругах из-за присущей ему высокой эффективности и низкого уровня выбросов выхлопных газов. Правительство США, например, спонсировало программу, цель которой сделать Stirling экономичной и экономичной альтернативой двигателю внутреннего сгорания в автомобильной промышленности. Однако первое коммерческое применение двигателя Стирлинга связано с переносным электрическим генератором для транспортных средств для отдыха и государственных транспортных средств.