19Ноя

Двухтактный двс: Двухтактный двигатель внутреннего сгорания

Содержание

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания

Двухтактным называется двигатель внутреннего сгорания, завершающий полный рабочий цикл за один оборот коленвала.

История создания двухтактного двигателя

Во многих источниках создание первого двигателя внутреннего сгорания приписывают Готлибу Даймлеру, другие считают изобретателем Николаса Отто. Однако существует версия, что и те, и другие ошибаются. Еще в 1858 году бельгиец Жан Жозеф Этьен Ленуар создал двухтактный двигатель внутреннего сгорания на газовом топливе.

В отличии от паровой машины он был проще и экономичнее. Однако двигатель бельгийского инженера был далек от совершенства. Это доказал Николас Отто, представив свой четырехтактный мотор. Его КПД был гораздо выше, чем у мотора Ленуара, а сам двигатель имел меньшие габариты. Двухтактный двигатель резко потерял популярность, и до начала ХХ века почти полностью исчез.

В России хорошо известны мотоциклы ИЖ «Планета» и «Юпитер» с двухтактными двигателями. В Германии в период Второй мировой двухтактные двигатели активно применялись в самолетостроении. В наше время, к примеру, моторы марки Rotax, широко используются в малой авиации.

С ужесточением норм токсичности двухтактные двигатели перестали рассматриваться в качестве силовых установок для гражданского транспорта, но на скутерах, снегоходах, катерах и в авиамодельном спорте, то есть там, где требуются моторы малого объема и веса, конкурентов им по-прежнему нет.

Устройство двухтактного двигателя

Конструктивно двухтактный и четырехтактный двигатели схожи. Основное различие между ними заключено в принципе газораспределения и в том, что рабочий цикл в двухтактном двигателе совершается за один оборот коленчатого вала.

Отдельного газораспределительного механизма в двухтактном двигателе нет. Роль впускных и выпускных клапанов выполняют отверстия в стенках цилиндра, а выталкивает выхлопные газы наружу и втягивает внутрь очередную порцию рабочей смеси сам поршень. В процессе газообмена участвует и кривошипная камера.

Для наполнения цилиндра топливовоздушной смесью используется впускное окно, которое также называют продувочным. Второе, выпускное окно, служит для удаления отработавших газов из цилиндра. Оно расположено выше впускного.

В течение первого такта поршень движется вверх, перекрывая продувочное окно, а затем и выпускное. Происходит сжатие топливовоздушной смеси. В это время в кривошипной камере создается разрежение, которое используется для всасывания топливо-воздушной смеси из карбюратора в полость картера.

Далее начинается второй такт. Свеча зажигания воспламеняет сжатую топливовоздушную смесь. Расширяясь, газы толкают поршень вниз. По мере движения поршня вниз открывается выпускное окно, и часть газов удаляется из цилиндра. При движении поршня вниз в кривошипной камере создается избыточное давление. Поршень продолжает двигаться вниз, к нижней мертвой точке, и открывает продувочное отверстие. Начинается наполнение цилиндра топливовоздушной смесью из кривошипной камеры. Свежая смесь выталкивает из цилиндра остатки отработавших газов.

Описанная схема работы характерна для карбюраторных моторов. Схема работы дизельных и инжекторных бензиновых двухтактных моторов отличается тем, что топливо впрыскивается в камеру сгорания через форсунку, а в полость кривошипной камеры засасывается чистый воздух.

Преимущества и недостатки двухтактных двигателей

Самое главное преимущество двухтактных двигателей – более высокая, по сравнению с четырехтактными, литровая мощность. Дело здесь в том, что при равном количестве цилиндров и количестве оборотов коленчатого вала в минуту, каждый цилиндр совершает рабочий ход вдвое чаще. При этом, за счет того, что фактический рабочий ход двухтактного двигателя короче (он укорочен за счет процессов газообмена), реально объем двигателя увеличивается на 50-60%.

Не менее важное преимущество – компактность. Благодаря этому качеству двухтактные двигатели нашли широкое применение не только в небольших транспортных средствах наподобие снегоходов, но и в садовой технике, а также инструментах (к примеру, в бензопилах). Кроме того, отсутствие газораспределительного механизма заметно делает конструкцию проще и дешевле в производстве.

Есть у двухтактных ДВС и существенные недостатки. Они расходуют больше топлива впустую, так как при открытии выпускного окна в систему выхлопа попадает часть несгоревшей смеси. Система смазки классического двухтактного мотора крайне примитивна – бензин смешивается с маслом заранее, и оба эти вещества попадают в камеру сгорания одновременно. Обусловлено это тем, что организовать масляную ванну в картере невозможно – картер участвует в процессе газообмена. В результате масло, не пошедшее на смазывания стенок цилиндра, сгорает вместе с топливом. Ресурс двухтактного двигателя также значительно меньше, главным образом, за счет высоких оборотов коленвала. По этой причине в двигателях этого типа применяется только специальное высококачественное масло, разработанное для применения в двухтактных двигателях. Экологические параметры также оставляют желать лучшего: в выхлопе, из-за особенностей газораспределения, содержится большое количество СО и СН.

Эксплуатация двухтактного двигателя

Для смазывания поршневой группы двухтактного двигателя необходимо добавлять масло непосредственно в топливо. Причем, бензин и масло, перед тем как залить в бак, нужно предварительно смешать. Правда, некоторые производители избавляют владельцев от этой проблемы установкой отдельного бачка для масла. В этом случае оно добавляется в топливо автоматически в нужной пропорции.

Не следует забывать, что картер мотора также участвует в газораспределении и должен быть герметичен. Поэтому необходимо тщательно следить за состоянием прокладок.

Устройство и принцип действия двухтактного двигателя внутреннего сгорания

    Многие из нас ездят на мотороллерах, но вот как устроен и работает двигатель внутреннего сгорания (далее ДВС), который приводит в движение Вашу двухколесную технику, знает не каждый. А вот хорошо зная все принципы работы ДВС, Вы сможете быстро и правильно диагностировать его неполадки. Да и вообще, в ознакомительных целях знание принципов работы не помешает.
    Вообще-то существует два основных типа двигателей: двухтактные и четырехтактные. Практически на каждом мотороллере, особенно до 2000 года выпуска, установлен двухтактный двигатель. В двухтактных двигателях все рабочие циклы (процессы впуска топливной смеси, выпуска отработанных газов, продувки) происходят в течении одного оборота коленвала за два основных такта. У двигателей такого типа отсутствуют клапаны (как в четырехтактных ДВС), их роль выполняет поршень, который при своем перемещении закрывает впускные, выпускные и продувочные окна. Поэтому они более просты в конструкции.
    Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного за счет большего числа рабочих циклов. Однако неполное использование хода поршня для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой мощности на продувку приводят практически к увеличению мощности только на 60...70%.
    Итак, рассмотрим конструкцию двухтактного ДВС, показанную на рисунке 1:
    Двигатель состоит из картера, в который на подшипниках с двух сторон установлен коленчатый вал и цилиндра. Внутри цилиндра движется поршень - металлический стакан, опоясанный пружинящими кольцами (поршневые кольца), вложенными в канавки на поршне. Поршневые кольца не пропускают газов, образующихся при сгорании топлива, в промежутке между поршнем и стенками цилиндра. Поршень снабжен металлическим стержнем - пальцем, он соединяет поршень с шатуном. Шатун передаёт прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Далее уже, в частности на мотороллере, вращательное движение передается на вариатор, принцип работы которого описан в статье: Устройство и принцип работы вариатора.
    Смазка всех трущихся поверхностей и подшипников внутри двухтактных двигателей происходит с помощью топливной смеси, в которое подмешано необходимое количество масла. Из рисунка 1 видно, что топливная смесь (желтый цвет) попадает и в кривошипную камеру двигателя (это та полость, где закреплен и вращается коленчатый вал), и в цилиндр.  Смазки там нигде нет, а если бы и была, то смылась топливной смесью. Вот по этой причине масло и добавляют в определенной пропорции к бензину. Тип масла используется специальный, именно для двухтактных двигателей. Оно должно выдерживать высокие температуры и сгорая вместе с топливом оставлять минимум зольных отложений.
    Теперь о принципе работы. Весь рабочий цикл в двигателе осуществляется за два такта.
Такт сжатия.
    1. Такт сжатия. Поршень перемещается от нижней мертвой точки поршня (в этом положении поршень находится на рис. 2, далее это положение называем сокращенно НМТ) к верхней мертвой точке поршня (положение поршня на рис.3, далее ВМТ), перекрывая сначала продувочное 2, а затем выпускное 3 окна. После закрытия поршнем выпускного окна в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси. Одновременно в кривошипной камере 1 вследствие ее герметичности и после того как поршень перекрывает продувочные окна 2, под поршнем создается разряжение, под действием которого из карбюратора через впускное окно и открывающийся клапан поступает горючая смесь в кривошипную камеру.
    2. Такт рабочего хода. При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь (1 на рис. 3) воспламеняется электрической искрой от свечи, в результате чего температура и давление газов резко возрастают. Под действием теплового расширения газов поршень перемещается к НМТ, при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу. Одновременно, опускаясь вниз, поршень создает высокое давление в кривошипной камере (сжимая топливо-воздушную смесь в ней). Под действием давления клапан закрывается, не давая таким образом горючей смеси снова попасть во впускной коллектор и затем в карбюратор.
    Когда поршень дойдет до выпускного окна (1 на рис. 4), оно открывается и начнется выпуск отработавших газов в атмосферу, давление в цилиндре понижается. При дальнейшем перемещении поршень открывает продувочное окно (1 на рис. 5) и сжатая в кривошипной камере горючая смесь поступает по каналу (2 на рис. 5), заполняя цилиндр и осуществляя продувку его от остатков отработавших газов.
    Далее цикл повторяется.

    Стоит упомянуть о принципе зажигания. Так как топливной смеси нужно время для воспламенения, искра на свече появляется чуть раньше, чем поршень достигает ВМТ. В идеале, чем быстрей движения поршня, тем раньше должно быть зажигание, потому-что поршень от момента искры быстрее доходит до ВМТ.  Существуют механические и электронные устройства, меняющие угол зажигания в зависимости от оборотов двигателя. Практически у мотороллеров до 2000 г.в. таких систем не было и угол опережения зажигания был установлен в расчете на оптимальные обороты. На некоторых же скутерах, например Honda Dio ZX AF35, установлен электронный коммутатор с динамическим опережением. С ним двигатель развивает больше мощности.

    Наглядно просмотреть работу двухтактного ДВС можно на этом ролике:

2ух тактные двигатели внутреннего сгорания

 

Поршневые моторы заняли ведущие позиции в хозяйственной деятельности человека. Попытка заставить 4ех тактный двигатель работать более эффективно, приводило к разработке всевозможных вероятных и невероятных конструкторских схем двигателя и процесса их работы. Одна из этого разнообразия поршневых схем с измененным процессом работы оказалась жизнеспособной и широко внедрилась в технику.

В зависимости от количества тактов рабочего цикла ДВС делятся на две основные группы: двухтактные и четырехтактные двигатели. В двухтактных моторах их есть только два: такт сжатия и такт расширения или рабочий ход. В четырехтактных их четыре: впуск, сжатие, расширение или рабочий ход и выпуск. На первый взгляд может показаться, что первый вариант более выигрышный, ведь рабочий цикл повторяется при каждом обороте коленчатого вала и энергия вырабатывается в два раза интенсивнее, но на самом деле это не совсем так, о чем напрямую свидетельствует ограниченное применение двухтактных двигателей особенно в крупных машинах, установках и агрегатах с высоким уровнем потребления топлива. Чтобы понять причины потери энергии во время рабочего цикла, нужно рассмотреть работу двигателя.

Процесс работы двигателя

Рабочий цикл 2-хтактного двигателя включает в себя следующую последовательность действий:
— на такте сжатия поршень в цилиндре перемещается из нижней мертвой точки (НМТ) к верхней (ВМТ). Через продувочное окно топливный заряд попадает в надпоршневое пространство – камеру сгорания, после чего поршень перекрывает собой это окно. Поднимаясь выше, он постепенно перекрывает и выпускное окно, через которое удаляются продукты сгорания. При этом в пространстве под поршнем (кривошипной камере) образуется разрежение, и оно заполняется новой порцией топлива. При достижении поршнем ВМТ сжатый топливный заряд воспламеняется;

— на такте расширения газы, образовавшиеся при сгорании топлива, давят на поршень, он опускается вниз, открывая сначала выпускное окно, а затем продувочное. Через первое окно расширенные газы попадают в глушитель и выводятся наружу. Одновременно при движении поршня вниз в кривошипной камере, заполненной топливом, повышается давление. Топливо выталкивается вверх в цилиндр, заполняя надпоршневое пространство и выталкивая остатки отработанных газов. После чего цикл повторяется.

Такой принцип работы позволяет двухтактным двигателям обойтись без газораспределительной системы, характерной для четырехтактных моторов, которая управляет впускным и выпускным клапанами. С одной стороны это упрощает конструкцию и уменьшает вес, но с другой газообмен в камере сгорания далеко не идеальный. При двухтактном режиме работы при продувке цилиндра вместе с отработанными газами в глушитель попадает и определенное количество несгоревшего топлива, что влечет за собой его перерасход и повышает токсичность выхлопных газов.

Виды газораспределительной системы

Так как продувочные окна в цилиндре порой располагаются на одном уровне, то газообмен внутри цилиндра затруднен, не весь объем цилиндра продувается свежей порцией воздушной смеси, и часть отработанных газов остается в цилиндре. Для того, чтобы сменить отработанные газы на свежую порцию воздуха более эффективно и быстро, существует конструктивные особенности поршня и расположения продувочных окон в цилиндре.  Различают несколько вариантов осуществления продувки цилиндров:

Контурная продувка

Контурная продувка в свою очередь делится на возвратно-петлевую, дефлекторную и высотную. Во всех этих видах есть один существенный недостаток: перерасход топлива из-за удаления несгоревшего топливного заряда во время продувки.

 

П- или Л-образная продувка

П- или Л-образная продувка более эффективная в плане экономии топлива, но при этом температура около выпускного окна значительно повышается. Конструктивная особенность в том, что для ее осуществления необходимы двухцилиндровое исполнение мотора. Одна пара цилиндр — поршень выступает в роли впускающих газы, а другая пара в роли выпускающая газы.

Клапанная или клапанно-щелевая продувка

Клапанная или клапанно-щелевая продувка в отличие от других видов требует наличия ГРМ, который управляется клапанами. Клапан может использоваться и для подачи заряда, и для удаления продуктов сгорания. При клапанно-щелевой продувке через клапан в головке цилиндра удаляются отработанные газы, а через окна (щели) поступает свежий заряд. Это уменьшает расход топлива и снижает токсичность отработанных газов, но усложняет конструкцию двигателя и может нарушить нормальный режим сгорания заряда из-за повышенной температуры.

Прямоточная продувка

Прямоточная продувка используется в двигателях с двумя поршнями, расположенными напротив друг друга в горизонтальном положении. В этом случае каждый поршень по ходу своего движения открывает и закрывает «свой» клапан: один поршень отвечает за впуск заряда, а второй – за удаление газов. Камерой сгорания в этом случае является пространство между поршнями. Этот вариант предусматривает наличие более сложного КШМ, а высокая температура внутри цилиндров требует дополнительного охлаждения и более прочных элементов. В то же время, это наиболее эффективный способ продувки, который обеспечивает полное удаление отработанных газов с минимальными потерями топливного заряда.

Особенности двухтактных двигателей

Особенность двухтактных двигателей – отсутствие системы смазки. Масло для смазки рабочих поверхностей трущихся деталей доставляется к ним прямо с топливной смесью. Есть два варианта получения такой смеси: изначально заливать в бак заранее приготовленный «коктейль» из топлива и моторного масла или же смешивать их во впускном патрубке, куда они поступают раздельно. Соотношение топлива и масла находится в пределах от 1:25 до 1:50. Моторное масло, как и топливо, сгорает во время рабочего такта, а продукты его сгорания выводятся вместе с отработанными газами.

Что касается мощности, двухтактные двигатели действительно мощнее своих четырехтактных конкурентов. В идеале их мощность при одинаковом литраже должна составлять 2:1 соответственно, но на деле из-за некачественного газообмена в цилиндрах это соотношение составляет 1,5:1. Удельная мощность или соотношение мощности и массы двигателя тоже выше у двухтактных моторов, ведь их вес намного легче, да и конструкция проще.

А вот расход топлива в двухтактных двигателях выше, чем у четырехтактных. Из-за несовершенной системы продувки цилиндров часть топливной смеси в прямом смысле слова вылетает в трубу. По этой причине такие двигатели практически не используются в автомобилях, тяжелой технике или мощных силовых установках, потребляемых большое количество топлива.

Еще один момент, отличающий двухтактный двигатель от четырехтактного – процесс сжигания топлива. Поскольку выпускное окно открывается практически сразу после воспламенения заряда, необходимо обеспечить достаточное время для его полного сгорания. В четырехтактном двигателе на процесс сгорания отводится целый рабочий цикл, а здесь – всего доли секунды. Чтобы добиться максимальной эффективности, в бензиновых моторах нужно точно определять углы опережения зажигания, а в дизельных – контролировать время подачи топлива. В современных моделях это достигается путем использования электроники.

Двухтактные двигатели могут быть как бензиновыми (карбюраторными или инжекторными), так и дизельными. Разница в принципе их работы заключается в том, что в первом случае в цилиндры сразу подается топливный заряд (смесь воздуха с топливом), а во втором – сначала воздух, а в конце первого такта – топливо, которое воспламеняется при контакте с горячим воздухом. Бензиновые двигатели широко используются в мотоциклах, малолитражных автомобилях, а также в газонокосилках, бензопилах и других агрегатах с ДВС. Дизельные моторы нашли применение в судостроении, раньше они также использовались на тепловозах, танках и с успехом применялись в авиации на бомбардировщиках Юнкерс. Сейчас же судостроение – чуть ли не единственная сфера их применения, где пришлась кстати их тихоходность и мощность, не превышающая 100 тыс. л.с. В отличие от четырехтактных двухтактные дизели не имеют разделенных камер сгорания, что дополнительно усложнило бы их конструкцию, так что дизельное топливо подается и смешивается с воздухом прямо в камере сгорания.

Итак, двухтактные двигатели имеют ряд преимуществ:
— простую конструкцию;
— небольшой вес;
— меньшие нагрузки на элементы конструкции;
— отсутствие системы смазки и ГРМ;
— большую литровую мощность в сравнение с четырехтактными.

В то же время, у двухтактных моторов есть и недостатки:
— повышенный расход топлива;
— токсичность выхлопных газов;
— меньший ресурс в сравнение с четырехтактным;
— шум во время работы;
— необходимость приготовления топливо-масляной смеси, что не только усложняет систему подачи топлива, но и повышает расход масла.

Выводы

Из вышесказанного можно сделать вывод, что двухтактные двигатели можно использовать в тех случаях, когда расход топлива не имеет значения, а важны такие характеристики, как небольшая масса и простота конструкции. Это идеальные варианты для переносных агрегатов, небольших автомобилей, а также мотоциклов и мопедов. Компактные размеры двухтактных двигателей позволило им основательно занять место в сфере, казалось бы совершенно далекой от той сферы, для которой были созданы ДВСы — в моделировании.

В последнее время двухтактные двигатели становятся все более популярными за счет использования в их конструкции электронных систем. Это позволяет снизить токсичность выхлопных газов, регулировать процессы подачи и сгорания топлива, что делает моторы более экологичными. Так что в скором будущем их сфера применения может значительно расшириться. Еще в начале 20 века начались разработка дизельных двухтактных двигателей. Одну из наиболее удачных схем разработал Хуго Юнкерс, а в 60-ых годах 20 века и советские моторостроители выдали образец инженерного чуда — оппозитный 2ух тактный дизельный мотор 5ТДФ с мощностью 700 л.с.

Дизель Хуго Юнкерса

Танковый дизель 5ТДФ

В конструкции двухтактных двигателей заложены огромные резервы по мощности и экономичности. Но из-за конструктивных особенностей их не удавалось реализовать в механическом виде. Вполне возможно электронные системы помогут «двухтактникам» занять лидирующую позицию среди двигателей внутреннего сгорания в ближайшее время.

Что такое двухтактный двигатель: кто не знает?

Сегодня мы узнаем что такое двухтактный двигатель. Разберемся в принципе его работы, в его конструктивной простоте и почему же не ставят двухтактный двигатель на автомобили все уважающие себя автопроизводители. Поэтому за дело, друзья!

 

Что такое двухтактный двигатель?

Так как же устроен этот поршневой мотор, встречающийся в газонокосилке, скутере, и мотоцикле? Почему двухтактный?

Принцип действия этого агрегата заложен в самом его названии «двухтактный двигатель внутреннего сгорания». То есть внутри его что-то сгорает за два такта.

А сгорает в нём не что иное, как топливная смесь, состоящая из топлива и воздуха.

В результате взрыва и сгорания этой смеси происходит движение поршня с передачей этой энергии в крутящий момент, который в свою очередь передается на колёса наших квадроциклов, скутеров и иногда автомобилей.

Но в чём же секрет сокращения тактности в два раза?

Чтобы разобраться в этом, смотрим схему, как работает простейший одноцилиндровый двухтактный мотор.

Как работает двухтактный ДВС

Итак, главная роль в этом устройстве принадлежит поршню, который, двигаясь вверх и вниз в цилиндре, преобразует энергию сгоревшего топлива в механическое движение коленвала.

Почему двухтактный, какое ключевое отличие от его более сложных четырёхтактных сородичей?

Отличие заключается в том, что такт сжатия в двухтактном ДВС, совмещен с тактом выпуска. А такт рабочего хода совмещен с тактом впуска

Такт сжатия, двухтактный мотор, начинает после момента прохождения поршнем нижней точки и начала его движения вверх.

В этот миг в цилиндре, в пространстве над поршнем, уже находится свежая порция воздушно топливной смеси, поступившая из карбюратора через перепускной канал и продувочное окно во время такта рабочего хода.

При приближении поршня к верхней точке движения, смесь в цилиндре воспламеняется от искры свечи зажигания и двигатель переходит в рабочий такт – именно в этот момент выполняется полезная работа.

Движущийся вниз под воздействием расширяющихся продуктов горения топлива поршень двухтактного мотора, открывает выпускное окно, в которое под давлением устремляются выхлопные газы.

Дальнейшая их судьба – глушитель. Он-то и принимает всю сгоревшую смесь и глушит по средством специальных каналов громкий хлопок взрыва этой самой смеси.

Если ещё не скучно про двухтактный мотр, идем дальше.

Заканчивается рабочий такт мотора в нижнем положение Н.М.Т., а не задолго до этого открывается продувочное окно, из которого в цилиндр устремляется очередная порция топливной смеси из под поршня.

Она вытесняет последние остатки выхлопных газов. Эта нехитрая процедура называется продувкой.

Затем повторяется первый такт Сжатие-впуск и второй Рабочий ход-выпуск. И так бесконечно, пока есть воля к движению.

Вот где нужен двухтактный мотор

Таким образом, мы вкратце рассмотрели принцип работы простейшего двухтактного двигателя.

Стоит отметить, что такой тип двухтактного мотора, по сравнению с четырёхтактным, аналогичного объёма, имеет большую мощность.

Но двухтактным моторам присущи и недостатки – к примеру, низкая экологичность и высокий расход топлива. Именно по этой причине нет смысла устанавливать его на автомобиль.

Простота двухтактного двигателя состоит в том, что он не имеет сложного механизма газораспределения, распредвалов, клапанов, сложных головок блока цилиндров двигателя, требующих больших трудозатрат на их изготовление.

Тем не менее, благодаря своей простоте двухтактные агрегаты находят широкое применение в различных отраслях.

Они крайне популярны у авиамоделистов. Почти все простые мотоциклы и скутеры имеют двухтактный двигатель.

Повсеместно применяются в различных моторизированных устройствах, к примеру, в бензопилах, газонокосилках, генераторах, сельскохозяйственной технике.

Наверное в каждой нормальной семье присутствует хоть один механизм, имеющий двухтактный двигатель.

Надеюсь, это краткое повествование помогло разобраться что такое двухтактный двигатель, в принципах его работы.

Посмотрите что-нибудь еще на сайте, например Когда автомобиль будет иметь паровой двигатель.

Orbital – Автомобили – Коммерсантъ

Orbital

Журнал "Коммерсантъ Автопилот" №3 от , стр. 29

&nbspOrbital
Engine Corporation Limited

       Как бы смешно это ни звучало, но двухтактный двигатель внутреннего сгорания (да, да — тот самый, что обычно стоит на мотоциклах, лодках и ручных газонокосилках) с технической точки зрения обладает рядом неоспоримых преимуществ перед привычным четырехтактным мотором, который размещен под капотом большинства современных автомобилей. К числу его основных достоинств относятся значительно меньшие потери на работу сжатия (2 хода поршня на рабочий цикл вместо 4) и внутреннее трение, что обеспечивает высокую удельную мощность. Есть и некоторые другие положительные качества. Но присутствует и традиционная, причем довольно объемистая ложка дегтя: увеличенный расход топлива и превышающее все разумные показатели содержание токсичных веществ в выхлопе. До недавнего времени эти недостатки делали невозможным использование двухтактных двигателей в большом автомобилестроении. До тех пор пока за дело не взялась Orbital Engine Corporation Ltd., зарегистрированная в Австралии, где расположены ее штаб-квартира и исследовательское отделение. Производственная база (Orbital Engine Company) находится в американском городе Tecumseh.
       Компании принадлежит около 800 патентов на двигатель, использующий процесс внутреннего сгорания, который получил название OCP (Orbital Combustion Process). Инженерам компании пришлось немало поработать, чтобы найти технические решения, позволяющие устранить недостатки, присущие двухтактному двигателю. Но трудились не напрасно — вместо обычного, издающего громкий треск и изрыгающего сизый дым моторчика получился сложный современный агрегат, по большинству параметров не уступающий, а то и превосходящий привычные четырехтактные двигатели.
       Ключевым элементом двигателя OCP является т. н. прямой впрыск, т. е. подача топлива непосредственно в цилиндры. Система электронного управления точно определяет момент впрыска, что позволило в значительной степени избавиться от выноса части подаваемого топлива с продуктами сгорания предыдущего цикла и тем самым существенно сократить расход горючего. Созданный для двигателя OCP инжектор обеспечивает высокую однородность облака топливно-воздушной смеси, при этом средний размер частиц в нем составляет всего 5 мкм. Это достигается при относительно невысоком давлении воздуха и топлива (550 и 620 кПа соответственно), что позволяет использовать стандартные топливный насос и бензопровод. Совершенная система управления выпуском, характеристики топливно-воздушного облака, а также геометрия камеры сгорания обеспечивают более чем 10-кратное снижение содержания углеводородов и окислов азота в выхлопе. В число других усовершенствований входит каталитический нейтрализатор, в котором используется платина и палладий, но удалось обойтись без дорогостоящего родия. Разработана также электронная система управления смазкой двигателя, снижающая потребление масла.
       Отдельный разговор о мощности. Несмотря на то что ее удельное значение у двухтактного двигателя намного выше, чем у четырехтактного, полностью использовать мощность такого двигателя на нормальном городском автомобиле весьма непросто. Дело в том, что при больших оборотах, соответствующих максимальной мощности, двигателю требуется так много воздуха, что обычными методами не удается обеспечить приготовление гомогенной топливно-воздушной смеси. Кроме того, мощность обычного двухтактного двигателя пришлось бы дополнительно искусственно ограничивать, чтобы снизить потребление топлива и содержание токсичных веществ в выхлопе при небольших нагрузках, свойственных городскому циклу.
       Технические решения, примененные инженерами Orbital Engine Corporation в двигателях OCP, в первую очередь, прямой впрыск топлива, позволили обойти указанные ограничения и сохранить удельную мощность на уровне более 50 кВт/литр, что значительно выше, чем у обычных четырехтактных двигателей с 4 клапанами на цилиндр. Разработан и вариант двигателя с турбонаддувом низкого давления и удельной мощностью 67 кВт/литр. Экологические параметры выдерживаются не за счет ограничения мощности двигателя, а благодаря чисто инженерным решениям. Установленный в выпускном коллекторе клапан с электронным управлением позволил полностью избавиться от такой неприятной для городского автомобиля особенности двухтактного двигателя, как острая характеристика крутящего момента.
       Использование OCP технологии в двухтактном двигателе позволяет снизить его внешний объем на 70%, вес на 50% и стоимость на 20% по сравнению с обычным четырехтактным мотором той же мощности. Непосредственное и косвенное (за счет уменьшения веса автомобиля и улучшения его аэродинамики) снижение потребления топлива в сумме может достигать 30% в зависимости от требований к чистоте выхлопа.
       К настоящему времени собственные разработки Orbital Engine Corporation включают в себя четыре автомобильных двигателя: 2-цилиндровый с рабочим объемом 0,8 л, два 3-цилиндровых объемом 1,0 и 1,2 л (последний установлен на Ethos 3), и рядный 6-цилиндровый объемом 2 л и весом, не превышающим 100 кг.
       Интерес к двигателям Orbital Engine Corporation со стороны китов мирового автомобилестроения пока сдержанный. На уровне концепткаров. Но интерес есть. Эти моторы стояли на всех трех модификациях Ethos (Pininfarina), на Ultralite (General Motors), на Zag (Ford). Можно ожидать, что в дальнейшем, в том числе, по мере ужесточения экологических требований, интерес будет возрастать. Во всяком случае, General Motors уже сейчас вполне серьезно занимается двухтактным V6 объемом 3 л, да и Jaguar не побрезговал разработкой двухтактного V6 объемом 3,2 л и мощностью 350 л. с.

Комментарии Главные события дня в рассылке «Ъ» на e-mail

Проект двухтактного двигателя внутреннего сгорания был представлен на ВОИРтехнозавтраке

4 июня в Московском доме педагогической книги на ВОИРтехнозавтраке широкой аудитории был представлен проект уникальной отечественной разработки «Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с инновационной системой смесеобразования и сжигания топлива».

Разработку презентовал автор изобретения Александр Николаевич Сергеев из города Тольятти Самарской области.

Журнал «Эксперт»: «Изобретатель из Тольятти создал двигатель внутреннего сгорания с механическим КПД 95%. Если этот проект получит должное внимание стратегических инвесторов и государства, он может создать серьезную конкуренцию электромобилю».

Принципиальное улучшение характеристик ДВС возможно за счет использования двухтактного цикла.

После реализации запатентованных технических решений по повышению экологичности, экономичности, КПД и ресурса работы двухтактных ДВС, характеристики которых превышают характеристики лучших мировых образцов, открываются большие перспективы по развитию сфер их применения: малая авиация, беспилотные летательные аппараты, водномоторный и дорожный транспорт, малая энергетика (моторгенераторы), мобильное компрессорное оборудование, области, где необходимы высокоэффективные энергетические установки.

Для задач современной экономики актуальны технические решения с высоким экспортным потенциалом. В основу проекта положены новые технические решения по управлению ДВС, смесеобразованию и сжиганию топлива. Патенты РФ: №2229029; №2235213; №2229609;№2230202; №2264545; №2278985; №2348819; №2438021; №2656537; №2665763. Патент США:US007451727B2 , Патент Японии 4505015

ВОИРтехнозавтрак проводится с целью создания дополнительных каналов для продвижения результатов интеллектуальной деятельности малых и средних инновационных предприятий, предприятий промышленности, вузов, молодых предпринимателей.

К участию в ВОИРтехнозавтраке приглашаются предприниматели и инвесторы, работающие на рынке инноваций; представители производств, заинтересованные во внедрении новой продукции и технологий; инженеры и изобретатели; молодые учёные; представители органов власти; СМИ; вузов и институтов развития, заинтересованные в обмене передовым опытом.

Принцип работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания

На данный момент существует два основных вида двигателей внутреннего сгорания – двухтактные и четырехтактные. По своему внешнему виду они практически не отличаются, однако двухтактные двигатели работают по совсем другому принципу. Попробуем разобраться в чем основные различия этих двух типов ДВС, и как работает двухтактный двигатель.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Для того, чтобы ваша машина могла выполнять свою прямую функцию – возить вас, ее нужно заправлять топливом: бензином, дизелем, пропан-бутаном. По топливопроводу бензин поступает в двигатель, основную работу в нем выполняют поршни и кривошипно-шатунный механизм. Бензин смешивается с воздухом, образуется смесь, которая взрывается и приводит поршни в движение, этот момент движения передается на коленчатый вал, а от него на трансмиссию.

Разница между 2-х и 4-х тактными двигателями, как видно из названия, состоит в количестве тактов, то есть в рабочем цикле двигателя. Рабочий цикл любого ДВС – это последовательность таких процессов:

  • заполнение цилиндра горючей смесью;
  • ее воспламенение;
  • расширение газов;
  • вытеснение продуктов сгорания.

В 4-тактном двигателе вся эта последовательность осуществляется за 4 такта, то есть за два оборота коленвала, в двухтактном – за один оборот. Из этого можно сделать вывод, что 2-тактные двигатели обладают большей мощностью, и это действительно так, не зря ведь их используют не только для мотоциклов, мопедов, различных квадроциклов, снегоходов и гидроциклов, но и для приведения в движение огромных морских кораблей.

Теоретически мощность должна быть выше в два раза. Например, небольшой по размерам двигатель мотоцикла может легко выдавать мощность в сто и больше лошадей, тогда как гораздо более массивный и объемный мотор какого-нибудь автомобиля класса “В” или “С” выдает 70-100 л.с.

Устройство двухтактного двигателя

Основное преимущество двухтактных двигателей состоит в простоте их конструкции. Поскольку все процессы рабочего цикла завершаются за один оборот кривошипа, отпадает необходимость в наличии сложного газораспределительного механизма, который контролирует движение впускных и выпускных клапанов. Впускной клапан закрывается и открывается из-за разницы давления, а отработанные газы выходят через выпускное окно к глушителю.

Также 2-тактный двигатель охлаждается с помощью топлива, в которое подмешан определенный процент масла. Масло нужно подбирать именно двухтактное, поскольку оно приспособлено к высоким температурам и при сгорании оставляет меньшее количество шлака и золы.

Поршень движется от нижней мертвой точки к верхней – НМТ и ВМТ. Во время движения вверх поршень сжимает поступившую воздушно-топливную смесь. В ВМТ происходит взрыв смеси и поршень начинает движение вниз, в этот момент поступает новая порция смеси. Получается, что поршень сам же и выталкивает отработанные газы, а это и является основным недостатком двухтактных двигателей, влияющим на их КПД.

Недостатки двухтактных двигателей

Несмотря на то, что инженеры пытаются их решить, недостатки все же есть и они существенные.

Самый главный из них – неэффективное использование топлива и повышенные выбросы СО2.

Если в четырехтактных двигателях на отвод отработанных газов и продуктов сгорания отводится отдельный такт, то здесь этот такт совмещается с заполнением цилиндра новой порцией горючей смеси, и как бы не старались инженеры, избежать смешивания ее с отработанными газами не удается.

Кроме того необходимо постоянно добавлять в бензин масло, причем оно довольно дорогостоящее и расходуется быстрее.

Из-за этих проблем снижается и мощность двигателя. Теоретически она должна быть в два раза выше, чем у 4-тактных ДВС, но на деле этот показатель не превышает 50-70 процентов. После 2000 года многие производители отказались от двухтактных ДВС. Однако работы по их совершенствованию постоянно ведутся.

Видео принципа работы данного типа двигателей.

Загрузка...

Поделиться в социальных сетях

Что это такое и как они работают?

1) UTI является образовательным учреждением и не может гарантировать работу или заработную плату.

2) Для получения информации о результатах программы и другой информации посетите сайт www.uti.edu/disclosures.

3) Приблизительно 8000 из 8400 выпускников UTI в 2019 году были готовы к трудоустройству. На момент составления отчета около 6700 человек были трудоустроены в течение одного года после даты выпуска, в общей сложности 84%. В эту ставку не включены выпускники, недоступные для работы по причине продолжения образования, военной службы, здоровья, заключения, смерти или статуса иностранного студента.В ставку включены выпускники, прошедшие специализированные программы повышения квалификации и занятые на должностях. которые были получены до или во время обучения в области ИМП, где основные должностные обязанности после окончания учебы соответствуют образовательным и учебным целям программы. UTI является образовательным учреждением и не может гарантировать работу или заработную плату.

5) Программы UTI готовят выпускников к карьере в различных отраслях промышленности с использованием предоставленного обучения, в первую очередь, для специалистов по автомобилям, дизельным двигателям, ремонту после столкновений, мотоциклетным и морским техникам.Некоторые выпускники UTI устраиваются на работу в рамках своей области обучения на должности, отличные от в качестве технического специалиста, например: специалист по запчастям, специалист по обслуживанию, изготовитель, лакокрасочный отдел и владелец / оператор магазина. UTI является образовательным учреждением и не может гарантировать работу или заработную плату.

6) Достижения выпускников ИТИ могут различаться. Индивидуальные обстоятельства и заработная плата зависят от личных качеств и экономических факторов. Опыт работы, отраслевые сертификаты, местонахождение работодателя и его программы компенсации влияют на заработную плату.ИМП образовательное учреждение и не может гарантировать работу или заработную плату.

7) Для завершения некоторых программ может потребоваться более одного года.

10) Финансовая помощь, стипендии и гранты доступны тем, кто соответствует требованиям. Награды различаются в зависимости от конкретных условий, критериев и состояния.

11) См. Подробную информацию о программе для получения информации о требованиях и условиях, которые могут применяться.

12) На основе данных, собранных из Бюро статистики труда США, прогнозы занятости (2016-2026), www.bls.gov, просмотрено 24 октября 2017 г. Прогнозируемое количество годовых вакансии по классификации должностей: Автомеханики и механики - 75 900; Специалисты по механике автобусов и грузовиков и по дизельным двигателям - 28 300 человек; Ремонтники кузовов и связанных с ними автомобилей, 17 200. Вакансии включают вакансии в связи с ростом и чистые замены.

14) Программы поощрения и соответствие критериям для сотрудников остаются на усмотрении работодателя и доступны в определенных местах. Могут применяться особые условия.Поговорите с потенциальными работодателями, чтобы узнать больше о программах, доступных в вашем районе.

15) Оплачиваемые производителем программы повышения квалификации проводятся UTI от имени производителей, которые определяют критерии и условия приемки. Эти программы не являются частью аккредитации UTI. Программы доступны в некоторых регионах.

16) Не все программы аккредитованы ASE Education Foundation.

20) Льготы VA могут быть доступны не на всех территориях кампуса.

21) GI Bill® является зарегистрированным товарным знаком U.S. Департамент по делам ветеранов (VA). Более подробная информация о льготах на образование, предлагаемых VA, доступна на официальном веб-сайте правительства США.

22) Грант «Приветствие за службу» доступен всем ветеранам, имеющим право на участие, на всех кампусах. Программа «Желтая лента» одобрена в наших кампусах в Эйвондейле, Далласе / Форт-Уэрте, Лонг-Бич, Орландо, Ранчо Кукамонга и Сакраменто.

24) Технический институт NASCAR готовит выпускников к работе в качестве технических специалистов по обслуживанию автомобилей начального уровня.Выпускники, которые сдают факультативные программы NASCAR, также могут иметь возможности трудоустройства в отраслях, связанных с гонками. Из тех выпускников 2019 года, которые взяли факультативы, примерно 20% нашли возможности, связанные с гонками. Общий уровень занятости в NASCAR Tech в 2019 году составил 84%.

25) Расчетная годовая средняя заработная плата для специалистов по обслуживанию автомобилей и механиков в Службе занятости и заработной платы Бюро статистики труда США, май 2019 г. Программы UTI готовят выпускников к карьере в отраслях промышленности с использованием предоставленного обучения, в первую очередь в качестве автомобильных техников.Некоторые выпускники UTI получают работу в рамках своей области обучения на должностях, отличных от технических, например, сервисный писатель, смог. инспектор и менеджер по запасным частям. Информация о заработной плате для Содружества Массачусетс: средний годовой диапазон заработной платы начального уровня для лиц, работающих в качестве техников и механиков по обслуживанию автомобилей в Содружестве Массачусетс (49-3023) составляет от 29 050 до 45 980 долларов (данные по Массачусетсу, данные за май 2018 г., просмотр за 10 сентября 2020 г.). Информация о зарплате в Северной Каролине: The U.S. Согласно оценке Министерства труда США, средний почасовой заработок квалифицированных автомобильных техников в Северной Каролине составляет 50% от средней почасовой оплаты труда и составляет 19,52 доллара США, опубликованный в мае 2019 года. Бюро статистики труда не публикует данные начального уровня. данные о зарплате. Однако 25-й и 10-й процентили почасовой оплаты труда в Северной Каролине составляют 13,84 и 10,60 долларов соответственно. (Бюро статистики труда Министерства труда, занятости и заработной платы США, май 2019 г. и Механика, просмотр 14 сентября 2020 года.) UTI является образовательным учреждением и не может гарантировать работу или заработную плату.

26) Расчетная годовая средняя заработная плата сварщиков, резчиков, паяльщиков и паяльщиков в Бюро трудовой статистики США по занятости и заработной плате, май 2019. Программы UTI готовят выпускников к карьере в отраслях промышленности с использованием предоставленного обучения, в первую очередь в качестве техников-сварщиков. Некоторые выпускники UTI устраиваются на работу в рамках своей области обучения на должности, отличные от технических специалистов, например, сертифицированный инспектор и контроль качества.Информация о заработной плате в штате Массачусетс: средний годовой диапазон заработной платы начального уровня для лиц, работающих сварщиками, резчиками, паяльщиками и брейзерами в штате Массачусетс (51-4121), составляет от 33 490 до 48 630 долларов. (Массачусетс: трудовые ресурсы и развитие рабочей силы, данные за май 2018 г., просмотр за 10 сентября 2020 г.). Зарплата в Северной Каролине информация: Министерство труда США оценивает почасовую заработную плату в среднем 50% для квалифицированных сварщиков в Северной Каролине, опубликованную в мае 2019 года, и составляет 19 долларов.77. Бюро статистики труда не публикует данные о заработной плате начального уровня. Однако 25-е и 10-й процентиль почасовой оплаты труда в Северной Каролине составляют 16,59 и 14,03 доллара соответственно. (Бюро статистики труда Министерства труда, занятости и заработной платы США, май 2019 г. 14, 2020.) UTI является образовательным учреждением и не может гарантировать работу или заработную плату.

27) Не включает время, необходимое для прохождения 18-недельной квалификационной программы предварительных требований плюс дополнительные 12 или 24 недели обучения, зависящего от производителя, в зависимости от производителя.

28) Расчетная годовая средняя заработная плата специалистов по ремонту кузовов и связанных с ними автомобилей в Бюро трудовой статистики США по вопросам занятости и заработной платы, май 2019 г. Программы UTI готовят выпускников к карьере в отраслях промышленности с использованием предоставленного обучения, в первую очередь в качестве техников по ремонту после столкновений. Некоторые выпускники UTI устраиваются на работу в рамках своей области обучения на должности, отличные от технических, например оценщик, оценщик. и инспектор. Информация о заработной плате для Содружества Массачусетс: средний годовой диапазон заработной платы начального уровня для лиц, работающих в качестве ремонтников автомобилей и связанных с ними (49-3021), в Содружестве Массачусетс составляет от 31 360 до 34 590 долларов. (Массачусетс: трудовые ресурсы и развитие рабочей силы, данные за май 2018 г., просмотр за 10 сентября 2020 г.).Зарплата в Северной Каролине информация: Министерство труда США оценивает почасовую заработную плату в размере 50% для квалифицированных специалистов по борьбе с авариями в Северной Каролине, опубликованную в мае 2019 года, и составляет 21,76 доллара США. Бюро статистики труда не публикует данные о заработной плате начального уровня. Тем не мение, 25-й и 10-й процентили почасовой оплаты труда в Северной Каролине составляют 16,31 и 12,63 доллара соответственно. (Бюро статистики труда Министерства труда, занятости и заработной платы США, май 2018 г. 14 сентября 2020.) UTI является образовательным учреждением и не может гарантировать работу или заработную плату.

29) Расчетная годовая средняя заработная плата механиков автобусов и грузовиков и специалистов по дизельным двигателям в Службе занятости и заработной платы Бюро статистики труда США, май 2019 г. Программы UTI готовят выпускников к карьере в отраслях с использованием предоставленного обучения, в первую очередь в качестве техников по дизельным двигателям . Некоторые выпускники UTI устраиваются на работу в рамках своей области обучения на должности, отличные от дизельных. техник по грузовикам, например техник по обслуживанию, техник по локомотиву и техник по морскому дизелю.Информация о заработной плате для штата Массачусетс: средний годовой диапазон заработной платы начального уровня для лиц, работающих в качестве механиков автобусов и грузовиков. и специалистов по дизельным двигателям (49-3031) в штате Массачусетс составляет от 29 730 до 47 690 долларов США (Массачусетс, штат Массачусетс, данные за май 2018 г., просмотрено 10 сентября 2020 г.). Информация о зарплате в Северной Каролине: по оценке Министерства труда США почасовая оплата в размере 50% для квалифицированных дизельных техников в Северной Каролине, опубликованная в мае 2019 года, составляет 22 доллара.04. Бюро статистики труда. не публикует данные о заработной плате начального уровня. Однако 25-й и 10-й процентили почасовой оплаты труда в Северной Каролине составляют 18,05 и 15,42 доллара соответственно. (Бюро статистики труда, Министерство труда, занятости и заработной платы США, май 2018. Механики автобусов и грузовиков и специалисты по дизельным двигателям, просмотр 14 сентября 2020 г.) UTI является образовательным учреждением и не может гарантировать трудоустройство или заработную плату.

30) Расчетная средняя годовая зарплата механиков мотоциклистов в США.С. Занятость и заработная плата Бюро статистики труда, май 2019 г. Программы MMI готовят выпускников к карьере в отраслях промышленности с использованием предоставленного обучения, в первую очередь в качестве техников мотоциклов. Некоторые выпускники MMI получают работу в рамках своей области обучения на должностях, отличных от технических, например, сервисный писатель, оборудование. обслуживание и запчасти. Информация о заработной плате для Содружества Массачусетса: Средняя годовая заработная плата начального уровня для лиц, работающих в качестве механиков мотоциклов (49-3052) в Содружестве Массачусетса, составляет 28700 долларов США (данные по Массачусетскому труду и развитию рабочей силы, данные за май 2018 г., просмотренные 10 сентября 2020 г.) .Информация о зарплате в Северной Каролине: по оценке Министерства труда США почасовая оплата составляет 50% в среднем для Стоимость квалифицированных специалистов по мотоциклам в Северной Каролине, опубликованная в мае 2019 года, составляет 16,92 доллара. Бюро статистики труда не публикует данные о заработной плате начального уровня. Однако 25-й и 10-й процентили почасовой оплаты труда в Северной Каролине составляют 13,18 и 10,69 долларов. соответственно. (Бюро статистики труда Министерства труда, занятости и заработной платы США, май 2019 г., Motorcycle Mechanics, дата просмотра 14 сентября 2020 г.).) MMI является образовательным учреждением и не может гарантировать работу или заработную плату.

31) Расчетная годовая средняя заработная плата механиков моторных лодок и техников по обслуживанию в Службе занятости и заработной платы Бюро статистики труда США, май 2019 г. Программы MMI готовят выпускников к карьере в отраслях промышленности с использованием предоставленного обучения, в первую очередь в качестве морских техников. Некоторые выпускники MMI получают работу в рамках своей области обучения на должностях, отличных от технических специалистов, например, в сфере обслуживания оборудования, инспектор и помощник по запчастям.Информация о заработной плате для Содружества Массачусетс: средний годовой диапазон заработной платы начального уровня для лиц, работающих механиками моторных лодок и техниками по обслуживанию (49-3051) в Содружестве Массачусетс. составляет от 31 280 до 43 390 долларов (данные за май 2018 г., Массачусетс, США, 10 сентября 2020 г.). Информация о зарплате в Северной Каролине: по оценке Министерства труда США почасовая оплата в среднем 50% для квалифицированного морского техника в Северной Каролине, опубликованная в мае 2019 года, составляет 18 долларов.56. Бюро статистики труда не публикует данные начального уровня. данные о зарплате. Однако 25-й и 10-й процентили почасовой оплаты труда в Северной Каролине составляют 14,92 и 10,82 доллара соответственно. (Бюро статистики труда Министерства труда, занятости и заработной платы США, май 2019 г. Специалисты по обслуживанию, просмотр 2 сентября 2020 г.) MMI является образовательным учреждением и не может гарантировать работу или заработную плату.

34) Расчетная годовая средняя заработная плата операторов компьютерных инструментов с числовым программным управлением в США.С. Занятость и заработная плата Бюро статистики труда, май 2019 г. Программы UTI готовят выпускников к карьере в различных отраслях промышленности с использованием предоставленного обучения, в первую очередь в качестве технических специалистов по механической обработке с ЧПУ. Некоторые выпускники UTI устраиваются на работу в рамках своей области обучения на должности, отличные от технических, например, оператор ЧПУ, подмастерье. слесарь и инспектор по обработанным деталям. Информация о заработной плате для штата Массачусетс: средняя годовая заработная плата начального уровня для лиц, работающих в качестве операторов станков с компьютерным управлением, металла и пластика (51-4011) в Содружестве штата Массачусетс составляет 36 740 долларов (данные за май 2018 г., данные за май 2018 г., данные за 10 сентября, штат Массачусетс, 2020).Информация о зарплате в Северной Каролине: по оценке Министерства труда США почасовая оплата в среднем 50% для квалифицированных станков с ЧПУ в Северной Каролине, опубликованная в мае 2019 года, составляет 18,52 доллара. Бюро статистики труда не публикует данные начального уровня. данные о зарплате. Однако 25-й и 10-й процентили почасовой оплаты труда в Северной Каролине составляют 15,39 и 13,30 долларов соответственно. (Бюро статистики труда Министерства труда, занятости и заработной платы США, май 2019 г. Операторы инструмента, просмотр 14 сентября 2020 г.) UTI является образовательным учреждением и не может гарантировать работу или заработную плату.

37) Курсы Power & Performance не предлагаются в Техническом институте NASCAR. UTI является образовательным учреждением и не может гарантировать работу или заработную плату. Информацию о результатах программы и другую информацию можно найти на сайте www.uti.edu/disclosures.

38) Бюро статистики труда США прогнозирует, что к 2029 году общая занятость в каждой из следующих профессий составит: Техники и механики автомобильного сервиса - 728 800; Сварщики, резаки, паяльщики и паяльщики - 452 500 человек; Специалисты по механике автобусов и грузовиков и по дизельным двигателям - 290 800 человек; Ремонтники кузовов автомобилей и сопутствующие товары - 159 900; и операторы инструментов с ЧПУ, 141 700.См. Таблицу 1.2 Занятость в разбивке по профессиям, 2019 год и прогноз на 2029 год, Бюро статистики труда США, www.bls.gov, просмотрено 3 июня 2021 года. UTI является образовательным учреждением и не может гарантировать занятость или заработную плату.

39) Переподготовка доступна для выпускников только в том случае, если курс еще доступен и есть места. Студенты несут ответственность за любые другие расходы, такие как оплата лабораторных работ, связанных с курсом.

41) Для специалистов по обслуживанию автомобилей и механиков U.Бюро статистики труда прогнозирует в среднем 61 700 вакансий в год в период с 2019 по 2029 год. Открытые вакансии включают вакансии, связанные с чистыми изменениями в занятости и чистыми замещениями. См. Таблицу 1.10. Временные увольнения и вакансии, прогнозируемые на 2019–29 годы, Бюро статистики труда США, www.bls.gov, дата просмотра 3 июня 2021 г. UTI является образовательным учреждением и не может гарантировать работу или заработную плату.

42) Для сварщиков, резчиков, паяльщиков и паяльщиков Бюро статистики труда США прогнозирует в среднем 43 400 вакансий в год в период с 2019 по 2029 год.Вакансии включают вакансии, связанные с чистым изменением занятости и чистым замещением. См. Таблицу 1.10. Временные увольнения и вакансии, прогнозируемые на 2019–29 годы, Бюро статистики труда США, www.bls.gov, дата просмотра 3 июня 2021 г. UTI является образовательным учреждением и не может гарантировать работу или заработную плату.

43) Для механиков автобусов и грузовиков и специалистов по дизельным двигателям Бюро статистики труда США прогнозирует ежегодно в среднем 24 500 вакансий в период с 2019 по 2029 годы. Вакансии включают вакансии, связанные с чистыми изменениями занятости и чистыми заменами.См. Таблицу 1.10. Временные увольнения и вакансии, прогнозируемые на 2019–29 годы, Бюро статистики труда США, www.bls.gov, дата просмотра 3 июня 2021 г. UTI является образовательным учреждением и не может гарантировать работу или заработную плату.

44) Для ремонтников кузовов автомобилей и связанных с ними ремонтов Бюро статистики труда США прогнозирует в среднем 13 600 вакансий в год в период с 2019 по 2029 годы. Вакансии включают вакансии, связанные с чистыми изменениями в занятости и чистыми замещениями. См. Таблицу 1.10 Разделения и вакансии по профессиям, прогнозируемые на 2019–29 гг., США.S. Bureau of Labor Statistics, www.bls.gov, дата просмотра - 3 июня 2021 г. UTI является образовательным учреждением и не может гарантировать трудоустройство или заработную плату.

45) Для операторов компьютерных инструментов с числовым программным управлением Бюро статистики труда США прогнозирует в среднем 11 800 вакансий в год в период с 2019 по 2029 год. Открытые вакансии включают вакансии, связанные с чистыми изменениями занятости и чистыми замещениями. См. Таблицу 1.10 Профильные увольнения и вакансии, прогнозируемые на 2019–29 годы, Бюро статистики труда США, www.bls.gov, просмотрено 3 июня 2021 г. UTI является образовательным учреждением и не может гарантировать работу или заработную плату.

46) Студенты должны иметь средний балл не ниже 3.5 и посещаемость 95%.

47) Бюро статистики труда США прогнозирует, что общая численность занятых в стране для специалистов по обслуживанию автомобилей и механиков к 2029 году составит 728 800 человек. См. Таблицу 1.2 Занятость в разбивке по профессиям, 2019 год и прогнозируемый показатель 2029 года, Бюро статистики труда США, www.bls. gov, дата просмотра - 3 июня 2021 г. UTI является образовательным учреждением и не может гарантировать работу или заработную плату.

48) Бюро статистики труда США прогнозирует, что общая численность занятых в стране механиков автобусов и грузовиков и специалистов по дизельным двигателям к 2029 году составит 290 800 человек. См. Таблицу 1.2 Занятость в разбивке по профессиям, 2019 год и прогнозируемый показатель 2029 года, Бюро статистики труда США, www. .bls.gov, просмотрено 3 июня 2021 г. UTI является образовательным учреждением и не может гарантировать работу или заработную плату.

49) Бюро статистики труда США прогнозирует, что к 2029 году общая численность занятых в сфере автомобильного кузова и связанных с ним ремонтных работ составит 159 900 человек.См. Таблицу 1.2 Занятость в разбивке по профессиям, 2019 год и прогноз на 2029 год, Бюро статистики труда США, www.bls.gov, просмотрено 3 июня 2021 года. UTI является образовательным учреждением и не может гарантировать занятость или заработную плату.

50) Бюро статистики труда США прогнозирует, что общая занятость сварщиков, резчиков, паяльщиков и паяльщиков в стране к 2029 году составит 452 500 человек. См. Таблицу 1.2 Занятость в разбивке по профессиям, 2019 год и прогнозируемый показатель 2029 года, Бюро статистики труда США, www .bls.gov, просмотрено 3 июня 2021 г.UTI является образовательным учреждением и не может гарантировать работу или заработную плату.

51) Бюро статистики труда США прогнозирует, что общая численность занятых в стране операторов компьютерных инструментов с числовым программным управлением к 2029 году составит 141 700 человек. См. Таблицу 1.2 Занятость в разбивке по профессиям, 2019 год и прогнозируемый показатель 2029 года, Бюро статистики труда США, www.bls. gov, дата просмотра - 3 июня 2021 г. UTI является образовательным учреждением и не может гарантировать работу или заработную плату.

52) Бюро статистики труда США прогнозирует, что среднегодовое количество вакансий по стране в каждой из следующих профессий в период с 2019 по 2029 год составит: Техники и механики автомобильного сервиса, 61 700; Специалисты по механике автобусов и грузовиков и по дизельным двигателям - 24 500 человек; и сварщики, резаки, паяльщики и паяльщики - 43 400 человек.Вакансии включают вакансии, связанные с чистым изменением занятости и чистым замещением. См. Таблицу 1.10 Разделение и вакансии по профессиям, прогноз на 2019–29 годы, Бюро статистики труда США, www.bls.gov, дата просмотра 3 июня 2021 года. UTI является образовательным учреждением и не может гарантировать работу или заработную плату.

Универсальный технический институт штата Иллинойс, Inc. одобрен Отделом частного бизнеса и профессиональных школ Совета по высшему образованию штата Иллинойс.

«Управление скоростью с обратной связью небольшого двухтактного двигателя внутреннего сгорания» Пол Д. Фьяре

Название степени

Магистр технических наук (MSE)

Отдел

Машиностроение

Член Первого комитета

Уильям Калбрет

Член Второго комитета

Роберт Бем

Член Третьего комитета

Усун Йим

Член Четвертого комитета

Сахджендра Сингх

Абстрактные

Беспилотным летательным аппаратам (БПЛА) требуется интеллектуальное управление их источником энергии.Небольшие БПЛА обычно приводятся в действие электродвигателями или небольшими двухтактными двигателями внутреннего сгорания (IC). Малогабаритные двигатели внутреннего сгорания обеспечивают более продолжительное время полета, но их труднее контролировать и они вызывают значительный шум от земли. Желательна гибридная работа, при которой двигатель используется на большой высоте, а электродвигатель - на небольшой высоте. Это позволит продлить полет с приемлемым уровнем шума от земли. Поскольку двигатель не может быть перезапущен в воздухе, он должен иметь возможность оставаться на холостом ходу в течение длительного времени без остановки.Контроллер обратной связи создан для карбюраторного двухтактного двигателя OS160FX. Контроллер реализует алгоритм пропорционально-интегрально-производной (ПИД) для регулирования скорости вращения вала двигателя. Контроллер также контролирует температуру двигателя и может контролировать высоту самолета. Он построен из коммерчески доступных компонентов и основан на микроконтроллере с открытым исходным кодом. Двигатель и контроллер были испытаны на земле, чтобы определить рабочие характеристики двигателя и соответствующие параметры настройки алгоритма PID.Контроллер позволяет двигателю без остановки работать на холостом ходу 1800 об / мин. Контроллер может быстро реагировать на изменения заданной скорости и устанавливать ее в течение 10 секунд. Скорость регулируется во всем диапазоне скоростей двигателя. Было обнаружено, что на производительность контроллера отрицательно влияют неоптимальные настройки топливного клапана карбюратора.

Ключевые слова

Воздушная скорость; Контроль; Дрон-самолет; Дрон - системы управления; Электродвигатели; Двигатели; Системы управления с обратной связью; Двигатель внутреннего сгорания; Обратная связь; Скорость; БПЛА

Дисциплины

Акустика, динамика и элементы управления | Аэрокосмическая техника | Машиностроение | Навигация, наведение, управление и динамика

Дипломант

Университет Невады, Лас-Вегас

Ссылка из репозитория

Фьяре, Пол Д., «Управление скоростью с обратной связью небольшого двухтактного двигателя внутреннего сгорания, который приводит в движение беспилотный летательный аппарат» (2014). Тезисы, диссертации, профессиональные статьи UNLV . 2179.
http://dx.doi.org/10.34917/6456409

Права

В АВТОРСКОМ ПРАВЕ. Для получения дополнительной информации об этом заявлении о правах посетите http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/

Высокоэффективный двухтактный двигатель внутреннего сгорания

Долгосрочное хранение электроэнергии, произведенной из переменных возобновляемых источников энергии, может быть достигнуто путем преобразования электричества в химическую энергию горючего топлива.Процесс преобразования обычно включает электролиз воды для получения водорода, который можно хранить непосредственно в виде газа под высоким давлением или преобразовать в более энергоемкое топливо, такое как аммиак. В любом случае топливо можно хранить в течение нескольких дней, недель или даже месяцев, а затем, когда требуется его энергия, его можно сжечь в тепловом двигателе. Тепловой двигатель может использоваться для приведения в действие электрического генератора, тем самым регенерируя часть электроэнергии, первоначально потребляемой в процессе электролиза.

Непрерывным результатом этих процессов электролиза / хранения / реконверсии (ESR) является эффективное хранение электроэнергии в течение длительных периодов времени, даже от сезона к сезону, что требуется для электроэнергии, вырабатываемой из солнечного ресурса. В течение последнего десятилетия эффективность технологий электролиза повысилась до такой степени, что электроэнергия, произведенная из возобновляемых источников и сохраненная с помощью процессов ESR, является конкурентоспособной по затратам в некоторых отдаленных районах по сравнению с электричеством, произведенным из ископаемого топлива.Однако неэффективность, связанная с доступными тепловыми двигателями, серьезно ограничила диапазон энергетических рынков, которые можно обслуживать с экономической точки зрения.

В этой статье обсуждается конструкция высокоэффективного двухтактного двигателя внутреннего сгорания, который может значительно повысить сквозную эффективность циклов ESR, тем самым значительно расширив диапазон и разнообразие энергетических рынков, которые могут обслуживаться переменными энергоресурсами. . Двигатель достигает высоких уровней производительности за счет использования инновационно синхронизированной последовательности впрыска и воспламенения топлива и окислителя.Рабочий цикл двигателя не имеет процесса сжатия. Это позволяет согласовывать впрыск топлива и окислителя с инициированием процесса сгорания таким образом, чтобы двигатель достиг высокой эффективности и обеспечивал высокий крутящий момент, в то же время обеспечивая низкую тепловую нагрузку компонентов двигателя и низкие уровни двигателя. шум и вибрация.

Как работает двухтактный двигатель? - MechStuff

В моей предыдущей статье мы узнали, как работают четырехтактные двигатели! На этот раз мы узнаем о втором типе двигателя i.e 2-тактный двигатель . Двухтактный двигатель представляет собой тип двигателя внутреннего сгорания, в котором один цикл мощности завершается двумя ходами поршня во время только одного оборота коленчатого вала . Первый коммерческий двухтактный двигатель с внутрицилиндровым сжатием приписывается шотландскому инженеру Дугальду Клерку .

Двухтактный двигатель выполняет все те же действия, что и четырехтактный двигатель - всасывание, сжатие, расширение и выпуск; но 2-тактный двигатель выполняет все эти шаги только за 2 такта, в отличие от 4-тактного двигателя, который завершает один цикл мощности за 4 такта.

Возможно, вы хотите знать, как работают четырехтактные двигатели?



Детали, которые имеет двухтактный двигатель -

Поршень - В двигателе поршень используется для передачи расширяющей силы газов на механическое вращение коленчатого вала через шатун. Поршень способен на это, потому что он плотно закреплен внутри цилиндра с помощью поршневых колец, чтобы минимизировать зазор между цилиндром и поршнем!
Коленчатый вал - Коленчатый вал - это деталь, которая может преобразовывать возвратно-поступательное движение во вращательное движение.
Шатун - Шатун передает движение от поршня к коленчатому валу, который действует как плечо рычага.
Противовес - Противовес на коленчатом валу используется для уменьшения вибраций из-за дисбаланса вращающегося узла.
Маховик - Маховик - это вращающееся механическое устройство, которое используется для хранения энергии.
Порты впуска и выпуска - Позволяют подавать свежий воздух с топливом и выводить отработанную топливно-воздушную смесь из цилиндра.
Свеча зажигания - Свеча зажигания подает электрический ток в камеру сгорания, которая воспламеняет топливно-воздушную смесь, что приводит к резкому расширению газа.

источник: - wikipedia.org

Работа двухтактного двигателя: -

Ход вниз: -

Сначала поршень перемещается вниз от ВМТ до НМТ, чтобы свежий воздух попал в камеру сгорания. Свежая топливовоздушная смесь попадает в камеру сгорания через картер двигателя. Вращение коленчатого вала - 180 °

Ход вверх: -

Здесь происходит все волшебство.Поршень выдвигается вверх от НМТ до ВМТ. Топливно-воздушная смесь сжимается, и свеча зажигания воспламеняет смесь. По мере расширения смеси поршень опускается. Во время хода вверх впускное отверстие открывается. Когда это впускное отверстие открыто, смесь всасывается внутрь картера. Когда смесь проталкивается вверх в камеру сгорания во время предыдущего хода вверх, создается частичный вакуум, поскольку в картере не остается никакой смеси. Эта смесь готова к поступлению в камеру сгорания во время хода вниз, но остается в картере до тех пор, пока поршень поднимается до ВМТ. Вращение коленчатого вала - 360 °

Два хода выполняются за один цикл питания.

Начиная со 2-го хода и далее выхлопные газы вытесняются с одной стороны, в то время как свежая смесь попадает в камеру сгорания одновременно из-за частичного вакуума, создаваемого в камере сгорания после удаления выхлопных газов. В этом вся прелесть двигателя. Обе вещи происходят одновременно, что делает его двухтактным двигателем.

Знайте, в чем отличия, преимущества и недостатки 4-тактного и 2-тактного двигателей!



Двигатель 2-х тактный с вариантным источником конструкции: - механика.stackexchange.com

На рисунке выше показан другой вариант двухтактного двигателя, в котором впускные и выпускные порты находятся на одной стороне. Здесь нет необходимости промежуточно открывать входные порты. Головка блока цилиндров сконструирована таким образом, что выхлопное отверстие закрывается во время сгорания и открывается после сгорания. Сам поршень соответственно закрывает и открывает порт. Процесс остается прежним, разница только в дизайне.

Вы могли заметить выступ на поверхности поршня.Такая конструкция помогает выхлопным газам проходить через выхлопное отверстие, легко определяя его направление.

Поскольку картер постоянно всасывает топливовоздушную смесь, смазывать поршень и шатун практически невозможно. Поэтому топливо необходимо смешивать с маслом или смазкой (2% -5%) в 2-тактном двигателе .

Предлагаемая статья: - Как работают двигатели Ванкеля?

Соответствующие

Парк Walmart тестирует «самый чистый двигатель внутреннего сгорания в мире»

В то время, когда тяжелые двигатели внутреннего сгорания часто подвергаются критике в тени полностью электрических силовых агрегатов и силовых агрегатов на топливных элементах с нулевым уровнем выбросов, ведущая Некоммерческая группа по экологически чистому транспорту хвалит топливную горелку, показавшую способность соответствовать самым жестким национальным стандартам выбросов на шесть лет раньше запланированного срока.

Компания CALSTART, ориентированная на выбросы, базирующаяся в Южной Калифорнии с филиалами в Колорадо, Флориде, Мичигане и Нью-Йорке, недавно объявила о впечатляющем увеличении выбросов благодаря 10,6-литровому двигателю с оппозитным поршнем от Achates Power, который скоро появится в продаже. Грузовик автопарка Walmart.

Программа демонстрации тяжелых грузовиков со сверхнизкими выбросами NOx является частью California Climate Investments. CALSTART управляет проектом, который включает сбор и анализ данных о выбросах и характеристиках Peterbilt 579, оснащенного инновационным и экономичным двухтактным двигателем, предназначенным для замены 13- и 15-литровых четырехтактных дизелей, которые могут оказаться слишком полезными. дорогостоящая модернизация некоторых автопарков для соответствия стандартам выбросов 2027 года.

Результаты демонстрационных стендов в Сан-Диего и Детройте, а также испытательного мула 579 в Дентоне, штат Техас, позволили компании CALSTART приветствовать более чистое внутреннее сгорание, поскольку автопарки рассматривают более экологичные решения для силовых агрегатов.

Во время недавней онлайн-презентации, посвященной 10,6-литровому двигателю Achates и его предстоящей демонстрационной программе, которая должна состояться в Южной Калифорнии с июля по сентябрь, исполнительный вице-президент CALSTART Билл Ван Амбург назвал двигатель «двигателем с самым чистым сгоранием и самым низким содержанием углерода. в мире.

Несмотря на то, что высокий 10,6-литровый двигатель может достичь сверхнизкого стандарта NOx в 0,02 грамма на тормозную мощность в час, установленного California Air Resource’s Board, и соответствовать требованиям EPA к 2027 году по CO2, Амбург отметил, что он по-прежнему рассматривается как мост к нулевым выбросам.

«В конце концов, наша цель - нулевые выбросы и нулевой выброс углерода, но это долгий путь, и нам нужны все инструменты в ящике для инструментов, чтобы достичь этого, и поэтому мы так взволнованы этим тяжелым - проект двигателя с оппозитным поршнем », - сказал он.«Это показывает потрясающие результаты. Лучше, чем мы думали сначала ».

По словам главного технического директора Achates Фабьена Редона, эти результаты могут быть еще лучше. Признак обедненного горения, присущий конструкции двигателя, делает его идеальным для использования газообразного топлива, такого как возобновляемый природный газ и водород.

«Вы можете представить двигатель, сжигающий водород, практически без какой-либо системы последующей обработки и без каких-либо фактических выбросов из выхлопной трубы», - пояснил Редон.«Еще один интересный аспект двигателя внутреннего сгорания, сжигающего водород, заключается в том, что он не требует очень высокой чистоты водорода, что открывает двери для недорогого водорода, а также для различных источников водорода».

Как и его меньший 2,7-литровый собрат, 10,6-литровый также подходит для воспламенения от сжатия бензина.

«Это не то, что мы еще тестировали [на 10.6], но мы знаем, как сделать воспламенение бензина от сжатия, и это легко сделать», - пояснил исполнительный вице-президент по развитию бизнеса Achates Ларри Фромм, который также возглавляет коммерческий офис компании.

Повышение топливной эффективности транспортных средств по всему миру в сочетании с растущими усилиями по электрификации привело к прогнозам перенасыщения бензином, сказал Фромм, особенно для газа с более низким октановым числом, поскольку более высокая степень сжатия в более экономичных четырехтактных двигателях способствует более высокому октановому числу.

«Вы можете найти возможность купить низкооктановый бензин и получить огромную экономию средств», - сказал Фромм. «Идея использования бензина в двигателе большой мощности очень эффективно и очень чисто с высоким крутящим моментом идеально подходит для этого применения.Поэтому мы думаем, что это будет действительно хорошее применение воспламенения от сжатия бензина даже для коммерческого транспорта ».

Исполнительный директор Форума дизельных технологий Аллен Шеффер приветствовал Ахатеса за то, что он вдохнул новую жизнь в старые дизельные технологии.

«Будущее ограничено углеродом, и нам понадобится полный спектр топлива и технологий для решения проблемы изменения климата, в том числе дизельное топливо и продукты, подобные продуктам из Ахата, которые являются инновационными и обеспечивают более важные преимущества в меньшей упаковке, - сказал Шеффер.

«В наши дни многие, кажется, сомневаются в самом будущем двигателя внутреннего сгорания», - продолжил Шеффер. «Я думаю, что 10,6-литровый дизельный двигатель Achates еще раз докажет, что они ошибаются, что есть еще много инноваций и повышения эффективности, а в этом случае даже более низкого уровня выбросов с нетрадиционным дизайном».

Опираясь на впечатляющее прошлое
Двухтактные двигатели с оппозитными поршнями не являются чем-то новым - они просто были отодвинуты на задний план, поскольку нормы выбросов с годами ужесточились и сделали двигатели, казалось бы, недосягаемыми для любых экологически чистых технологий достижения.

Но не все пнули старую рабочую лошадку на обочину. Покойный Джеймс Лемке, физик и новатор в области внутреннего сгорания, подумал, что технология заслуживает еще одного взгляда, и начал исследования и разработки, которые были поддержаны покойным наследником Walmart Джоном Уолтоном. Двое энтузиастов двигателей пилотировали свои собственные самолеты и прекрасно знали, что один из самых продолжительных полетов с двигателем внутреннего сгорания выполнялся двухтактным дизельным двигателем с оппозитными поршнями.

Лемке и Уолтон оценили эффективность и мощность двигателя и сочли возможным уменьшить выбросы, поэтому в 2004 году они стали соучредителями Achates Power.

Не привыкать к возможностям, компания Achates Power в партнерстве с Aramco установила этот 2,7-литровый двухтактный двигатель с оппозитным поршнем на Ford F-150. Хотя двигатель может работать на дизельном топливе, Achates больше воодушевлен его способностями к воспламенению от сжатия бензина. Achates Power Семнадцать лет спустя их миссия продолжает стабильно расти, что в конечном итоге привлекло внимание дочерней компании Saudi Aramco в США, Aramco Services Company. В 2018 году они подписали партнерство по разработке серии двигателей с оппозитными поршнями.

Один 10,6-литровый двигатель Achates испытывается на стенде Aramco в Детройте, а другой установлен на стенде Achates в Сан-Диего. Peterbilt 579 в Дентоне, штат Техас, служил тестером для первой фазы 10,6-литрового двигателя. Выпуск 579 для Walmart в июле станет улучшенной второй фазой.

«Лучшие, более свежие результаты - снижение выбросов CO2 на 7% и сокращение NOx на 96% - это результат двигателя второй фазы, который имеет модернизированную воздушную систему», - пояснил Фромм.

Последняя версия также имеет усовершенствованную систему подачи воздуха за счет турбонагнетателя SuperTurbo и насоса системы рециркуляции ОГ Eaton.Улучшения трения стали возможны благодаря компрессионным кольцам Tenneco DuroGlide, покрытию распылителем Oerlikon Metco и маслу с вязкостью 0W20.

Модель 10.6, предназначенная для использования в демонстрационном грузовике Walmart, рассчитана на 1674 фунт-фута. крутящий момент, но есть куда расти.

«Этот двигатель рассчитан на мощность около 400 лошадиных сил для этого проекта, но его возможности выше, - сказал Фабьен.

Хотя официальных показателей топливной экономичности еще нет, Фромм сказал, что количество миль на галлон «будет как минимум на 7% лучше, потому что именно такое снижение выбросов CO2 мы наблюдаем на динамометрическом стенде».”

10,6-литровый двигатель прикручен к обычной системе дополнительной обработки пола с SCR. Благодаря более экономичной конструкции с оппозитными поршнями, двигатель не требует клапанного механизма, что снижает сложность, а также затраты на материалы и производство.

«Из анализа и исследований, которые мы провели на основе опубликованных данных, мы ожидаем, что базовая стоимость нового двигателя с оппозитным поршнем будет примерно на 10 000 долларов меньше при уровне выбросов 2027 года по сравнению с решениями, в которых используется четырехтактный двигатель. для достижения такой производительности потребуется развернуть », - сказал Фабьен.

Согласно веб-сайту Achates, обычные четырехтактные дизели должны будут полагаться на более дорогие и сложные технологии, чтобы обеспечить выбросы в 2027 году, такие как отключение цилиндров, двухзонный SCR и 48-вольтовые электрические нагреватели.

«Стоимость зависит от сложности», - сказал Фабьен.

Achates, которая объединилась с Cummins для производства и испытаний 14,3-литрового бензинового двигателя, в настоящее время ищет дополнительных партнеров для производства 10,6-литрового двигателя. Ожидается, что двигатель появится на рынке к 2027 году.

«Мы хотим сплотить консорциум компаний и некоторых производителей двигателей», - сказал Ван Амбург. «Но нам нужно перейти на стадию быстрого пилотирования - перейти от демонстрационной стадии к пилотной».

Двигатель внутреннего сгорания с переключением 2-тактный / 4-тактный при работе

Резюме:
Двигатель внутреннего сгорания с 2/4-тактным (двух- и четырехтактным) переключением. Предлагаемые усовершенствования обычного четырехтактного двигателя внутреннего сгорания (ДВС) ускоряют его газообмен и позволяют переключать ДВС (особенно дизельный) с четырехтактного на двухтактный режим во время работы двигателя.Промывка в четырехтактном и двухтактном режимах работы осуществляется через одни и те же впускной и выпускной клапаны.

Полное описание:
Двигатель с предлагаемыми улучшениями способен удвоить выходную мощность двигателя и поддерживать ее в течение определенного периода (время зависит от типа двигателя) без перегрева. Эта функция позволяет увеличивать удельную мощность автомобиля, когда это необходимо, в соответствии с изменяющимися режимами работы автомобиля и дорожными условиями.

Приемлемыми сферами деятельности для предлагаемых инноваций являются: (1) дизельные двигатели боевых танков, (2) дизельные двигатели боевых машин и тяжелых армейских грузовиков, (3) дизельные двигатели тяжелых грузовиков, (4) дизельные двигатели автомобилей специального назначения (аварийные автомобили, пожарные машины и др.) и (5) двигатели в электрогенераторных установках.

Суть нововведения - улучшение газообмена при двухтактном режиме работы двигателя. Четырехтактный газообмен осуществляется как в обычном четырехтактном дизельном двигателе.Двухтактный газообмен осуществляется через впускной и выпускной клапаны, в отличие от продувочных каналов в обычном двухтактном дизельном двигателе.

Схема газообмена показана на файле 0. 2 + 4 Stroke Gas Exchange.jpg. Впускные клапаны 6 расположены по периферии головки блока цилиндров; выпускной клапан 4 расположен по оси цилиндра или с небольшим смещением. Свежий воздух, предварительно сжатый в турбонагнетателе двигателя и дополнительно сжатый и охлажденный в нагнетателе с промежуточным охладителем, подается в рабочий цилиндр 1 через тангенциальные впускные каналы 5, расположенные под определенным углом к ​​поверхности головки блока цилиндров.Затем свежий воздух плотным слоем закручивается вдоль стенок цилиндра, смещается к его центру и выжимает выхлопные газы от стенок цилиндра к его оси. Когда поток свежего воздуха достигает нижней части поршня 2, он поворачивается и выпускает выхлопные газы, сконцентрированные вдоль оси цилиндра, через выпускной клапан 4 в выпускной канал 3.

Для снижения доли остаточных газов и охлаждения горячих поверхностей, продувка цилиндра, сопровождается сбросом некоторого количества свежего воздушного заряда в выхлопную систему.Фазы газообмена типичны для двухтактных обычных двигателей внутреннего сгорания. Нагнетатель любого подходящего типа с промежуточным охладителем дополняется обычным двигателем внутреннего сгорания, расположение как впускных, так и выпускных клапанов на головке блока цилиндров, а также система управления клапанами изменены, чтобы обеспечить четырехтактный и режим работы двухтактного двигателя. Топливный насос подбирается и настраивается на подачу топлива в соответствии с количеством рабочих ходов.
В отличие от обычного двухтактного двигателя внутреннего сгорания (особенно двухтактного дизельного двигателя), в предлагаемой конструкции отсутствуют продувочные отверстия и нет потерь сгоревшего масла через них.Он обеспечивает такие же вредные выбросы, как и выбросы в обычных дизельных двигателях.

Подробнее Сферы внедрения нововведения
Боевые танки
Средние характеристики современных боевых танков: машина массой ~ 60 тонн; максимальная скорость 72 км / ч; и разгон 0-36 км / ч за 6 сек. Такие параметры хода обеспечивает силовая установка мощностью 1500 л.с., которая представляет собой либо дизельный двигатель, либо газовую турбину. Несостоятельность танковой силовой установки состоит в том, что максимальная мощность требуется лишь на короткое время боевого жизненного цикла танка - в основном во время боя или изредка в других случаях, в то время как обычно танк использует только 700-800 л.с. для простого перемещения своего танка. вес при постоянной скорости и благоприятных условиях движения.Предлагаемое нововведение предусматривает:
- Использование в качестве прототипа силовой установки перспективного боевого танка подходящего дизельного двигателя мощностью 1000-1500 л.с. любого производителя дизельных двигателей. Прототип двигателя с предложенными доработками за короткое время развивает мощность 2000–3000 л.с. и удваивает удельную мощность в боевой работе;
- отказ от разработки полностью нового двухтактного дизельного двигателя с нуля;
- спроектировать боевой танк с максимальной удельной мощностью и превосходной маневренностью;
- Возможность установки дополнительных топливных баков на борту для увеличения дальности полета машины без дозаправки

Боевые машины и армейские тяжеловозы
Основные боевые машины армии США IFV M2 A1 и A2 «Bradley» оснащены дизельными двигателями Cummins VTA903-T500 мощностью 500 л.с. и VTA903-T600 мощностью 600 л.с. соответственно.Внедрение предложенных усовершенствований в эти дизельные двигатели увеличивает маневренность М2А1 и М2А2 за счет удвоения удельной мощности. Более того, новые Cummins VTTA903-T750 и T800 также могут быть «усилены» предлагаемым нововведением.

Грузовые автомобили
Возможно использование предложенных доработок для дизельных двигателей гражданских грузовиков. Для грузовиков с «форсированными» дизельными двигателями существует большой рынок сбыта, например, в странах Латинской Америки, Китая, Индии и Юго-Восточной Азии (кроме Японии).Грузовик с «форсированным» дизельным двигателем получает возможность развивать заданную скорость в 1,7 раза быстрее, чем с обычным. Эта функция в основном полезна, когда грузовик опережает впереди идущее транспортное средство на полосе встречного движения, а также преодолевает подъем без переключения передачи и снижения скорости транспортного средства.

Статус проекта

Мы разработали основные теоретические основы предлагаемого процесса продувки как для двухтактных, так и для четырехтактных операций через модифицированную систему клапанов данного четырехтактного двигателя.Некоторые результаты этой разработки находятся в следующих файлах:

1. 2 + 4-тактный FlowWorks Model.easm - Газообмен одной продувочной конструкции с помощью 4-клапанной системы в головке блока цилиндров. Для просмотра этого файла .EASM требуется eDrawings.

2. 2 + 4 продувочный поток Works.avi - газообмен одной продувочной конструкции через 4-клапанную систему в головке блока цилиндров. Это файл .AVI. Некоторые отдельные файлы .JPG, отражающие различные этапы процесса газообмена, находятся в файлах: 2_a.Сбор мусора 01.JPG, 2_b. Сбор мусора 02.JPG,
2_c. Сбор мусора 03.JPG, 2_d. Сбор мусора 04.JPG.

3. Твердая головка цилиндра 2 + 4 Model.sldprt - 3D-модель одной 4-клапанной головки блока цилиндров. eDrawings необходим для просмотра этого файла .SLDPRT.

4. 2 + 4 ГБЦ Design.sldasm - 3D-дизайн одной из многих возможных 4-клапанных версий ГБЦ. Для просмотра этого файла .SLDASM требуется eDrawings.

5. 2 + 4 Stroke Combat Vehicle.pdf - Модификация конструкции дизельного двигателя для военной техники./ Отчет по инженерному предложению /

Технологический фон включает:
1. Готовые к подаче заявки на патенты (как PPA, так и FPA)
2. Система расчета основных характеристик целевого двигателя после его модификации
3. Различные модели конструкций SolidWorks, результаты SolidWorks COSMOSFIoWorks и т.д. над.Компьютерное моделирование продувки одновременно для 4-тактного и 2-тактного режимов с учетом движения поршня и определение оптимальных фаз газообмена являются первоочередными задачами предлагаемого сотрудничества.

Файлы, перечисленные выше в разделах 1., 2., 3., 4. и 5., а также дополнительная информация и данные, разъясняющие технологию и подходы, доступны по запросу.

Проблема, с которой связана эта идея / изобретение:
Производство дизельных двигателей, Производство двухтактных дизельных двигателей, Двигатель с газовым зажиганием
Производство бензиновых двигателей, производство двухтактных двигателей внутреннего сгорания
Применение военных (боевых) дизельных двигателей

Прикрепленные файлы:





5.2 + 4 Stroke Combat Vehicle.pdf
3. 2 + 4 Solid Head Cylinder Head Model.SLDPRT

Запрашиваемая цена: [СВЯЗАТЬСЯ С ПРОДАВЦОМ]
Доступны для консультации? Да

Изобретение № 11613
Дата публикации: 2010-02-18


«Больше изобретений в области транспорта
« Больше инженерии - Изобретения в машиностроении
«Больше изобретений в автомобильной промышленности

Патент США на двухтактный двигатель внутреннего сгорания Патент (Патент № 5,050,384, выданный 24 сентября 1991 г.)

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания и комбинациям таких двигателей с другими устройствами для повышения эффективности преобразования энергии топлива в полезную работу.В частности, это касается поршневых двигателей с компрессионным зажиганием и периферийных устройств. Изобретение имеет широкое применение и особенно подходит для силовых установок самолетов.

Поршневые двигатели внутреннего сгорания были впервые разработаны в девятнадцатом веке и успешно применялись в стационарных установках и в силовых установках наземных транспортных средств до конца этого века. В начале двадцатого века такие двигатели впервые начали применять для двигателей тяжелее воздуха.Примером может служить успешный полет братьев Райт в Китти Хок, Северная Каролина, в 1907 году. С тех пор были разработаны поршневые двигатели многих типов, используемые для приведения в движение воздушных винтов, для приведения в движение как больших, так и малых самолетов. Мотивация к развитию была обеспечена военными, коммерческими интересами и энтузиастами спорта.

Во время Второй мировой войны были разработаны газотурбинные двигатели для силовых установок самолетов. Импетус был в первую очередь военным, для увеличения скорости, скороподъемности и грузоподъемности.Газотурбинные двигатели, обычно называемые реактивными двигателями наряду с другими типами двигателей реактивной тяги, с тех пор стали предпочтительными двигателями для больших самолетов. Сегодня практически все боевые самолеты и большие коммерческие транспортные самолеты оснащены газотурбинными двигателями.

В области гражданских самолетов для крупного коммерческого транспорта необходимы скорость и грузоподъемность, чтобы быстро переместить большой вес груза или большое количество людей из одного места в другое. Турбинный двигатель оказался наиболее рентабельным из альтернативных двигателей из-за его небольшого удельного веса, т.е.е. соотношение веса и мощности и способность обеспечивать очень высокую выходную мощность.

Два недостатка турбин не позволяют им стать предпочтительной силовой установкой для небольших коммерческих и частных самолетов. Такие самолеты подразделяются на частные, ближнемагистральные, пригородные и другие. Первый недостаток состоит в том, что газотурбинные двигатели, как правило, относительно дороже в разработке и производстве, чем поршневые двигатели, из-за чрезвычайно высоких частот вращения и высоких температур по сравнению с поршневыми двигателями.Другой недостаток малых двигателей заключается в том, что газовые турбины расходуют топливо с относительно высокой скоростью. Они не экономичны. Для небольших самолетов основным критерием выбора силовой установки часто является топливная эффективность. Топливная эффективность является наиболее важным критерием для частных и спортивных самолетов из-за снижения веса.

По этим причинам поршневые двигатели, которые относительно дешевле в производстве и более экономичны, чем газовые турбины и другие типы двигателей с реакцией тяги, по-прежнему являются предпочтительными двигателями для малых летательных аппаратов.Почти все малые авиационные двигатели представляют собой четырехтактные двигатели с воздушным охлаждением и с искровым зажиганием. Это правда по многим причинам. Среди них тот факт, что четырехтактные двигатели используют полный ход для выпуска, а другой - для впуска, и поэтому они более эффективны, чем двухтактные двигатели. Этот факт способствует как топливной экономичности, так и управляемости. Важны точный контроль и способность обеспечивать избыточную мощность сверх нормальных крейсерских условий для взлета и набора высоты. Другой заключается в том, что искровое зажигание способствует управляемости, делая выбор момента зажигания относительно простым, в отличие от воспламенения от сжатия.Расчет времени очень важен для авиационных двигателей, особенно в условиях большой нагрузки и мощности, например, при взлете и во время набора высоты. Кроме того, системы водяного охлаждения обычно громоздки и значительно увеличивают общую массу самолета, уменьшая полезную грузоподъемность и, следовательно, снижая топливную эффективность.

При сравнении электростанций с точки зрения эффективности использования топлива часто используемой характеристикой является удельный расход топлива, далее sfc, который представляет собой вес топлива, израсходованного в час на выработанную мощность в лошадиных силах.Что касается электростанций в целом, хорошо управляемая стационарная дизельная установка в лучшем случае может иметь sfc около 0,32. В самолетах более крупные поршневые карбюраторные двигатели с искровым зажиганием имеют наименьшее значение sfc, но менее 0,40 редко. Хорошо известный самолет «Вояджер», который совершал кругосветное путешествие на одной загрузке топлива, имел sfc 0,36. В настоящем изобретении испытания прототипа и компьютерное моделирование показывают sfc 0,25.

В данной области техники было признано, что если можно будет использовать двухтактные двигатели, они будут иметь преимущество в весе.Также предлагалось использовать заднюю часть поршня для нагнетания воздуха и для подачи энергии. Многие двухтактные двигатели используют компрессию картера в сочетании с клапанами и перегородкой для улучшения продувки. В двигателях сгорание происходит с обеих сторон одного цилиндра. В этом случае требуются сложные системы водяного охлаждения цилиндров.

Помимо низкого удельного расхода топлива, у обычных поршневых авиационных силовых установок есть и другие проблемы. Одна из них, не ограничиваясь авиадвигателями, заключается в том, что общая эффективность термодинамического цикла поршневого двигателя связана с температурами в начале и в конце такта сжатия.Для идеализированного цикла ОТТО, который описывает процесс поршневых двигателей с искровым зажиганием, E = 1-T1 / T2, где E - КПД, а T1 и T2 - температуры топливовоздушной смеси в начале такта сжатия и в конце. такта сжатия соответственно. Эффективность повышается за счет снижения T1 или увеличения T2. T2 ограничивается предварительным зажиганием топлива в двигателях с искровым зажиганием и других двигателях, в которых топливо присутствует во время такта сжатия. Есть и материальные ограничения.

Другая проблема связана с выхлопом поршневых двигателей всех типов. После рабочего такта в обычном поршневом двигателе выхлопные газы все еще находятся под высоким давлением по сравнению с давлением в выпускном коллекторе. Когда выпускные клапаны открываются, происходит внезапное звуковое расширение в выпускной коллектор с необратимой потерей энергии. Эта энергия изначально поступает в процессе сгорания и теряется, а не превращается в работу. Звуковое расширение также является источником нежелательного шума в поршневых двигателях.Глушители часто включают в конструкции, чтобы уменьшить шум, но они увеличивают вес и снижают производительность.

Выхлопные турбины используются для возврата части выделяемой тепла в потоки выхлопных газов, но они не возвращают энергию, потерянную при расширении из камеры сгорания в выхлопной коллектор.

Что необходимо, так это двухтактный поршневой двигатель с компрессионным зажиганием и регулированием компрессии, чтобы обеспечить синхронизацию зажигания, избежать сложного искрового зажигания, расширить продукты сгорания на рабочем такте до давления в выхлопном коллекторе и избежать звукового расширения выхлопных газов. .Кроме того, выхлоп следует предпочтительно комбинировать с внешними устройствами для дальнейшего повышения эффективности и извлечения энергии сгорания, преобразовывая ее в тягу для приведения в движение, тем самым обеспечивая улучшенное, то есть пониженное, sfc.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с изобретением предоставляется двигатель внутреннего сгорания, который значительно улучшает удельный расход топлива по сравнению с обычными двигателями, обеспечивая SFC на уровне 0,25 при имитационных испытаниях, а также другие важные преимущества.Улучшение sfc частично достигается за счет повышения термодинамической эффективности. Двигатель может быть сконфигурирован таким образом, чтобы значительно уменьшить вес и выходную мощность, и он может работать с другими устройствами, которые в некоторых приложениях, например, в двигательной установке самолета, будут дополнительно повышать эффективность. Помимо большей эффективности, двигатель работает тише, чем поршневые двигатели, используемые в настоящее время, и не требует глушителя для бесшумной работы, что обеспечивает значительную экономию средств и в то же время снижает вес.

Силовая установка снабжена двигателем внутреннего сгорания, в котором поршни имеют необычно длинный ход, так что в двухтактном режиме выхлоп и сжатие могут выполняться за один ход поршня в одном направлении, а ход - в другом. Направление расширяет продукты сгорания, по существу, до давления воздуха, которое необходимо ввести для следующего энергетического цикла. Расширение с большим ходом до давления на входе обеспечивает подачу нового воздуха с очень низким перепадом давления, что приводит к минимальному разбавлению выхлопных газов и повышению эффективности.Расширение с большим ходом также обеспечивает выхлоп, выполняемый в основном движением поршня с небольшим или отсутствующим внезапным расширением на выпускных клапанах, сводя к минимуму потери энергии, обычно возникающие в двигателях, которые выхлопные с высоким перепадом давления, а также практически устраняя шум выхлопа.

В предпочтительном варианте осуществления длинноходный двигатель включает нагнетание поршня с обратной стороны, которое благодаря большому ходу обеспечивает большее количество воздуха для сжатия в цилиндре, чем это возможно с более короткими ходами поршня.Большое количество воздуха, подаваемого вместе с минимальным разбавлением выхлопных газов, приводит к относительно большему количеству воздуха для сжатия, чем в двигателях с более коротким ходом и менее эффективной продувкой, и, следовательно, более высокой мощностью. Выпускные клапаны закрываются в комбинации такта выпуска / сжатия в точке, по меньшей мере, в середине хода, чтобы начать сжатие, и время закрытия выпускных клапанов регулируется с учетом давления на входе, чтобы гарантировать обратное расширение, по существу, до давления на входе.

В предпочтительном режиме двигатель работает от сжатия, что позволяет избежать сложных систем зажигания, и один или несколько комплектов цилиндров расположены напротив друг друга. Это в сочетании с новым шатуном в сборе со сложенным шатуном обеспечивает хорошую динамическую балансировку и относительно простую конструкцию. Задняя сторона поршней также может использоваться для нагнетания воздуха в камеры сгорания, что дополнительно увеличивает относительный КПД. В таких двигателях с подходящей длиной хода поршня, регулируя положение закрытия выпускного клапана, расширение может происходить до абсолютного давления, по существу равного абсолютному давлению в выпускном коллекторе, что позволяет избежать потерь энергии звукового расширения на выпуске, а также избежать потери энергии при расширении при выхлопе, а также предотвращение чрезмерного и нежелательного шума выхлопных газов.

При применении двигателя в качестве основной силовой установки для транспортного средства, в частности самолета, двигатель приводит в действие пропеллер для создания тяги, а небольшая тепловая струя используется вместе с длинноходным двигателем для дальнейшего повышения общей эффективности. Выхлоп поршневого двигателя приводит в действие турбину в секции струи, называемой секцией турбокомпрессора и вентилятора, а затем выходит из струи, обеспечивая дополнительную тягу. Турбина приводит в действие компрессор, который сжимает воздух на входе в поршневой двигатель, а также вентилятор на входе струи для сжатия входящего воздушного потока.Система охлаждения отбирает тепло из поршневого двигателя и доставляет его к радиатору в секции сопла, где воздушный поток, проходящий через сопло, нагревается, обеспечивая дополнительную тягу.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС. 1 показан вид сбоку самолета типа «Конард», использующего длинноходную турбинную систему в соответствии с изобретением.

РИС. 1A показана блок-схема компьютерной системы, используемой для управления работой системы длинноходовой турбины.

РИС. 2 показан вид сверху летательного аппарата и взаимосвязь между системой длинноходной турбины и летательным аппаратом.

РИС. 3A и 3B показаны два вида снаружи длинноходового двигателя внутреннего сгорания в соответствии с изобретением.

РИС. 4 показан вид в разрезе одного цилиндра длинноходового двигателя внутреннего сгорания.

РИС. 5 - увеличенный вид кривошипа двигателя, показанного на фиг. 4.

РИС. 6A и 6B показаны виды сверху и сбоку узла кривошипа с ходовой частью двигателя, показанного на фиг.4.

РИС. 7A и 7B показывают вид сверху и вид сбоку кривошипа и ведущего вала двигателя, показанного на фиг. 4.

РИС. 8A-8H показывают восемь последовательных положений узла летающего кривошипа во время работы.

РИС. 9А - схема потока охлаждающей жидкости для длинноходового газотурбинного двигателя в условиях гололеда.

РИС. 9B - схема потока охлаждающей жидкости для длинноходового газотурбинного двигателя в условиях удаления льда.

РИС. 10 - диаграмма воздушного потока через длинноходный газотурбинный двигатель в типичных крейсерских условиях.

РИС. 11A-11D показаны четыре состояния типичного цикла ОТТО для сравнения с термодинамическим циклом изобретения.

РИС. 12A-12D показаны четыре состояния длинноходного двигателя внутреннего сгорания.

РИС. 13A показывает диаграмму PV, сравнивающую термодинамический цикл изобретения с циклом OTTO.

РИС. 13B показывает TS-диаграмму, соответствующую PV-диаграмме фиг. 13А.

РИС. 14 показывает фотоэлектрическую диаграмму в масштабе для длинноходного двигателя внутреннего сгорания с использованием данных, взятых из компьютерного моделирования в условиях крейсерского полета.

РИС. 15 показывает диаграмму TS, соответствующую диаграмме PV на фиг. 14.

РИС. 16 показывает часть диаграммы TS по фиг. 15 в увеличенном масштабе, чтобы проиллюстрировать эффект промежуточного охлаждения.

РИС. 17 показано сравнение эффективности для длинноходового цикла с традиционным циклом OTTO.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Двигательная установка согласно изобретению известна как система турбины с длинным ходом (LST) и сочетает в себе особенности как газотурбинного двигателя, так и поршневого двигателя.Турбинные двигатели обычно выбирают для двигателей самолетов мощностью более 1500 лошадиных сил из-за их способности обеспечивать высокую мощность при небольшом весе. В приложениях с меньшей мощностью поршневые двигатели демонстрируют более высокий КПД. Система LST имеет более высокий КПД, чем обычные поршневые двигатели с дизельным или дизельным циклом или газотурбинные двигатели. В предпочтительном варианте осуществления LST приводится в движение легким самолетом типа «утка» с массой нетто около 3500 фунтов, хотя изобретение может быть легко адаптировано в других вариантах осуществления для питания других типов самолетов и даже наземных и водных транспортных средств.ИНЖИР. 1 и фиг. 2 показана силовая установка LST на самолете типа Conard 11.

Двигательная установка ЛСТ включает секцию 13 турбокомпрессор-вентилятор (ТКВ); который представляет собой миниатюрный реактивный двигатель низкого давления; и длинноходный поршневой двигатель (LS) 15. В предпочтительном режиме в самолете 11 секция TCF установлена ​​рядом с задней частью и над фюзеляжем и включает в себя цилиндрический канал с большим внешним диаметром около 38 см. и общая длина около 66 см. внутри которого монтируются остальные элементы, составляющие секцию TCF.Вертикальная плоскость поперечной симметрии канала TCF и самолета является общей плоскостью, а продольная ось канала TCF направлена ​​вниз к задней части, образуя угол около 10 градусов к оси фюзеляжа. самолета. Поступающий воздух для включения в двигательную установку проходит в канал TCF через переднее отверстие 17 размером около 25 см. диаметр и начальная часть 19 диффузора. В части диффузора диаметр воздуховода увеличивается примерно до 30 см. и скорость поступающего воздуха снижается, а абсолютное давление увеличивается.

Вентилятор 21, приводимый в движение двигательной установкой, расположен в канале TCF рядом с концом диффузорной части 19, и вентилятор дополнительно увеличивает давление воздуха. После того, как воздух проходит через вентилятор, часть воздуха поступает в турбину-компрессор 23. Компрессорная часть турбины-компрессора 23 увеличивает давление и температуру той части воздушного потока, которую она обрабатывает. Часть воздуха после компрессора откачивается и используется для повышения давления в кабине, а остальная часть потока сжатого воздуха сначала направляется в охладитель 24 (не показан на фиг.1 или фиг. 2), а затем к двигателю LS. Охладитель представляет собой противоточный теплообменник, в котором жидкий хладагент в замкнутой системе служит для охлаждения воздуха, поступающего в двигатель LS. Этот воздушный поток является единственным источником воздуха для сгорания в двигателе LS. Выхлоп из двигателя LS возвращается в турбину-компрессор 23 и обеспечивает мощность за счет расширения через турбину, приводя в движение как компрессор, так и вентилятор. Поток выхлопных газов из турбины попадает в канал TCF около заднего конца. Этот выхлопной поток не проходит через радиатор 25.

Воздушный поток, не отводимый через компрессор, продолжается через канал TCF и проходит через радиатор 25. Радиатор в предпочтительном варианте осуществления относится к типу, хорошо известному в данной области техники, в котором каналы для жидкого хладагента представляют собой сплющенные трубки с минимальной площадью для направление воздушного потока через секцию TCF. Охлаждающая жидкость от двигателя LS течет через радиатор 25, когда работа ведется в условиях «отсутствия льда» на крыльях, отдавая отработанное тепло и тем самым добавляя энергию воздушному потоку.Этот воздушный поток через радиатор 25 присоединяется к выхлопу турбины, и два газовых потока ускоряются через сопловую часть 27 из заднего отверстия TCF, обеспечивая часть общей тяги, обеспечиваемой системой LST.

Двигатель 15

LS расположен в задней части фюзеляжа самолета ниже TCF. Двигатель LS представляет собой двухтактный двигатель с двумя противоположными цилиндрами. Части цилиндра проходят в основание большого заднего крыла самолета с противоположных сторон, и есть два ведомых вала, оба расположены вдоль оси, по существу совпадающей с продольной осью самолета.Вал 29 проходит назад и приводит в движение воздушный винт 33, который обеспечивает тягу для движения в дополнение к тяге, обеспечиваемой TCF. Вал 31 выдвигается вперед и обеспечивает вспомогательную энергию.

На ФИГ. 1 бортовой бортовой компьютер 22 показан в фюзеляже в задней части самолета под положением большого заднего крыла. Компьютер вполне может быть расположен в других удобных местах самолета и является частью компьютерной системы 20, содержащей компьютер 22 и набор линий связи, исполнительных механизмов и датчиков по всему самолету.

РИС. 1A представляет собой блок-схему компьютерной системы 20, содержащей компьютер 22, секцию 26 ввода / вывода (I / O), а также датчики и исполнительные механизмы (не показаны). Стрелки 30 и 32 обозначают линии связи между компьютером и секцией ввода-вывода. Стрелки 34 и 36 представляют связь с двигателем 15 LS и от него. Типичными измерениями, производимыми компьютерной системой на двигателе LS, являются, среди прочего, давление и температура масла, температура головки цилиндров и температура охлаждающей воды. Типичные исполнительные механизмы двигателя LS, которые управляются компьютером, управляют закрытием выпускных клапанов, синхронизацией и продолжительностью впрыска топлива.Стрелки 38 и 40 представляют связь с секцией 13 TCF и от нее, где компьютерная система отслеживает такие характеристики, как температура и давление поступающего воздуха, а также температура выхлопных газов. Строки 42 и 44 представляют связь с кабиной экипажа 28, где приборы считывают многие из переменных, отслеживаемых компьютером для пилота или другого летного экипажа, и вводы могут быть сделаны в компьютерную систему. Дополнительной важной функцией компьютерной системы является мониторинг условий обледенения и управление клапанами, которые направляют поток жидкого хладагента в самолете между двигателем LS, радиатором, каналами в крыле и переднем носу и другими подсистемами теплообмена самолета. .

РИС. 3A и фиг. 3B показана общая конфигурация двигателя LS 15. На фиг. 3A - вид сверху, а фиг. 3В - вид в направлении продольной оси летательного аппарата и коленчатых валов двигателя LS. В центральной секции 35 картера находится уникальный кривошипно-шатунный механизм (не показан на фиг. 3A или 3B), а валы 29 и 31, оба приводимые двигателем через кривошипно-шатунный механизм, выходят из картера с противоположных сторон. . Часть 41 цилиндра проходит от картера 35 перпендикулярно оси валов 29 и 31 и заканчивается головной частью 43.Аналогичная часть 45 цилиндра проходит от части 41 картера, противоположной цилиндру, и заканчивается головной частью 47. Оси частей 41 и 45 цилиндра коллинеарны и проходят через центр картера 35. В этом предпочтительном варианте осуществления наибольший внешний диаметр D1 каждая из двух частей цилиндра составляет около 20 см, диаметр центрального цилиндрического картера D2 составляет около 36 см, длина одной части цилиндра D3 составляет около 58 см, а общая длина D4 двигателя LS в направлении оси цилиндров около 152 см.Многие сопутствующие конструкции, такие как соединения коллектора и рычаги управления клапанами, которые подключаются к двигателю LS и необходимы для его работы, не показаны на фиг. 3A или 3B, чтобы можно было лучше проиллюстрировать общую структуру и размер. Эти другие элементы показаны на следующих рисунках и объяснены ниже.

Двигатель LS представляет собой двигатель внутреннего сгорания с прямым впрыском и компрессионным впрыском. Тепло, добавляемое к захваченному газу перед поршнем за счет сжатия, используется для воспламенения топливно-воздушной смеси, тем самым устраняя необходимость в системе электрического зажигания со свечами зажигания или другими электрическими элементами зажигания.ИНЖИР. 4 - вид сверху в разрезе предпочтительного варианта двигателя LS, созданного и испытанного в качестве прототипа. Вместо сборки отливок, как это обычно бывает с двигателями внутреннего сгорания, которая представляет собой форму двигателя, показанного на фиг. 3A и 3B двигатель, показанный на фиг. 4, полностью состоит из механически обработанных элементов, собранных на двух основных каркасных рельсах 49 и 51. Одна из целей конструкции такого типа для прототипа двигателя состоит в том, чтобы можно было относительно легко и удобно управлять экспериментальными изменениями конструкции.Ожидается, что в последующих двигателях, предназначенных для массового производства и с минимальными производственными затратами, будут широко использоваться отливки. Различия в технике конструкции не приводят к различиям в принципах работы двигателя, которые изменяют сущность и объем изобретения.

На ФИГ. 4 показаны два приводных вала, эквивалентных приводным валам 29 и 31 на фиг. 3A и 3B. Выходной ведущий вал 53 проходит через опорный подшипник 55 через рельс 49. Маховик 65 жестко прикреплен к валу 53 крепежными деталями (не показаны).Аналогичный приводной вал 57 проходит через опорный подшипник 59 через рельс 51. Маховик 71 жестко закреплен на валу 53. Маховики необходимы только в определенных применениях, как в прототипе двигателя, не приводящем в движение конкретную нагрузку. В приложениях, где груз движется и груз имеет достаточную инерцию вращения, например, при движении воздушного винта, маховик не нужен. В этом предпочтительном варианте каждый приводной вал 53 и 57 имеет длину около 5,5 см. диаметром и изготовлены из закаленной углеродистой стали. Маховики 65 и 71 изготовлены из стали и имеют длину около 42 см каждый.в диаметре. Два приводных вала проходят в противоположных направлениях и не связаны прямо через двигатель, как это обычно бывает с коленчатыми валами большинства двигателей внутреннего сгорания, хотя они соединены внутренними элементами картера и поворачиваются синхронно. Узел зажимается между рельсами 49 и 51 с помощью упорных шайб 61 и 67. Мощность, вырабатываемая при сгорании топлива в двигателе, передается от двигателя через валы 53 и 57.

Отличительной особенностью двигателя LS является необычно большой ход поршня по сравнению с размером отверстия поршня.Использование двух выходных приводных валов, не соединенных напрямую через двигатель, отчасти обеспечивает исключительно длинный ход. Чтобы показать значительные детали на фиг. 4 показана только одна из двух противоположных компоновок поршня и цилиндра. Другой является симметричным изображением показанной сборки и работает таким же образом, но точно на 180 градусов не совпадает по фазе с первым.

Между направляющими 49 и 51 имеются три проставки, которые разделяют направляющие и помогают обрамлять другие элементы, составляющие один из двух цилиндров.Блок 73 сапуна находится ближе всего к центру двигателя, где выступают приводные валы, и образует нижний конец кожуха цилиндра. Промежуточный блок 75 служит нескольким целям. Он образует один конец канала охлаждающей воды для цилиндра и служит, например, седлом для цилиндрического закрывающего клапана. Головной блок 77 находится на внешнем конце цилиндра и является элементом каркаса, к которому крепятся элементы, образующие камеру сгорания. Стенки цилиндра образованы внутренней гильзой 79, идущей от блока 77 головки через блок 73 сапуна.Внутренний диаметр гильзы 79 - это «канал» двигателя LS. Наружная гильза 83 цилиндра проходит от блока 77 головки к блоку 75 проставки и концентрична с внутренней гильзой 79. Кольцевое пространство 85 между ними представляет собой проход для охлаждающей жидкости, обслуживаемый отверстиями (не показаны) для отвода отработанного тепла от цилиндра.

Поршень 87, аналогичный поршням, используемым в обычных двигателях внутреннего сгорания, входит в отверстие цилиндра, а поршневые кольца 89, 91 и 93 служат для закрытия кольцевого пространства между отверстием цилиндра и меньшим внешним диаметром поршня.Диаметр цилиндра прототипа двигателя составляет около 13 см, а диаметр поршня обычно составляет около 0,013 см. меньше. Поршень прототипа изготовлен из нержавеющей стали, но вполне может быть отливкой в ​​двигателях, предназначенных для массового производства, что является типичным в данной области техники. Также, как это типично в данной области техники, два поршневых кольца 89 и 91, расположенные ближе к стороне сгорания поршня, являются компрессионными кольцами, а поршневое кольцо 93 является масляным регулировочным кольцом. В двигателе-прототипе также имеется запрессованное алюминиевое кольцо (не показано), чтобы избежать контакта стали со сталью.Это кольцо не понадобится во многих других приложениях.

В обычных двигателях внутреннего сгорания цилиндр закрыт на внешнем конце «головкой», образующей камеру сгорания с поршнем, и открыт на внутреннем конце картера. В двигателе LS цилиндр закрыт с обоих концов. Гильза 81 головки является затвором на внешнем конце, а блок 73 сапуна является затвором на внутреннем конце, рядом с «кривошипным» узлом, с помощью которого линейное действие поршней преобразуется во вращательную мощность и выводится на два приводных вала. .Закрытие цилиндра на конце, противоположном камере сгорания, позволяет задней стороне поршня действовать на задний объем как воздушный насос постоянного объема, подающий воздух на сторону сгорания в каждом цикле.

Поршень 87 показан на фиг. 4, по существу, в положении, известном в данной области техники как «верхний мертвый центр», в этот момент поршень продвинулся во время компрессионной части цикла до ближайшей точки, в которой он приближается к вкладышу 81 головки, и объем между поршнем и головкой это наименьшее, что достигается в цикле двигателя.Двигатель LS представляет собой двигатель внутреннего сгорания с компрессионным зажиганием, и поэтому степень сжатия, которая представляет собой отношение объема переднего цилиндра в точке, где выпускной клапан закрывается, к переднему объему, когда поршень находится в верхней мертвой точке, как на фиг. 4, достаточно высока, чтобы теплота сжатия была достаточной для воспламенения топливно-воздушной смеси, когда топливо впрыскивается в камеру сгорания около верхней мертвой зоны. В прототипе двигателя LS полный рабочий объем цилиндра или лобовая стреловидность составляет около 4146 кубических см.(передняя сторона - сторона горения поршня). Ход поршня, который представляет собой величину линейного перемещения по цилиндру, составляет около 30,5 см.

Как и в большинстве поршневых двигателей внутреннего сгорания, сила расширения горящего топлива, смешанного с всасываемым воздухом (чтобы кислород поддерживал горение), обеспечивает мощность. Сгорание на передней стороне приводит в движение поршень 87 вдоль цилиндра, и поступательное движение передается соединенному штоку, который прикреплен к поршню, и через шатун с помощью уникального кривошипного механизма сила становится крутящей силой, приводящей в движение выход. валы.

В обычных двигателях внутреннего сгорания шатун шарнирно прикреплен к поршню с помощью опорного подшипника, а другой конец шарнирно прикреплен с помощью другого опорного подшипника к «ходу», который смещен относительно коленчатого вала, так что поршень и кривошип образуют хорошо известную конструкцию «коленчатого вала». В отличие от этого, двигатель LS имеет уникальную конструкцию «свернутого кривошипа», которая позволяет шатуну перемещаться по прямой линии вдоль продольной центральной линии цилиндра.Это линейное движение шатуна вдоль оси цилиндров, которое позволяет закрывать «нижний конец» цилиндра, а заднюю часть поршня использовать как воздушный насос, дозирующий и подающий воздух для сгорания. На фиг. 4, шатун 95 жестко прикреплен к поршню 87 крепежными деталями (не показаны), а не шарнирно прикреплен, как в обычных двигателях. Когда поршень 87 отодвигается от обшивки потолка 81 во время такта расширения (рабочего хода), шатун движется по прямой линии вдоль оси цилиндра.

РИС. 5 - увеличенный вид кривошипа на фиг. 4, на котором показаны все элементы прототипа двигателя, образующие кривошипно-шатунный механизм в сложенном состоянии. Шатун 95 имеет увеличенную часть 97, через которую опорный подшипник 99 установлен под углом 90 градусов к продольной оси шатуна и параллельно двум выходным приводным валам. Шатун проходит прямо через область кривошипа к другому поршню в цилиндре на одной линии с описанным цилиндром и прямо напротив него.Оба поршня жестко прикреплены к шатуну 95, так что, когда поршень 87 движется к кулисе 81 (фиг.4) в компрессионной части цилиндра для этого поршня, противоположный поршень перемещается от соответствующей обшивки потолка на противоположной стороне. в расширяющейся (силовой) части цикла для этого поршня. Два поршня, расположенные напротив друг друга, но совместно использующие один шатун, обеспечивают более короткий узел в направлении выходных валов, чем это было бы возможно в противном случае. Расположение также обеспечивает идеальную поступательную балансировку.

Опорный подшипник 99 через шатун 95 шарнирно прикрепляет шатун к части 101 вала кривошипа в сборе. ИНЖИР. На фиг.6А и 6В показаны соответственно вид сверху и вид сбоку в сборе с кривошипом. Поритоны 103 и 105 рычага, противовесы 107 и 109, кривошипно-шатунные шестерни 111 и 113 и опорные подшипники 115 и 117 являются другими частями, составляющими узел кривошипа. Участок 101 вала и рычаги 103 и 105 изготовлены из стали, подвергнутой механической обработке, хотя также могут быть подходящими другие материалы, такие как литая сталь.Противовесы 107 и 109 также обычно изготавливаются из обработанной стали. В этом предпочтительном режиме каждая из кривошипных шестерен 111 и 113 имеет делительный диаметр около 15,25 см. и составляют около 2,54 см. по толщине. Шестерня 111 жестко прикреплена к рычагу 103, а подшипник 115 проходит через центр шестерни. Точно так же шестерня 113 жестко прикреплена к рычагу 105, а шестерня центрирована на подшипнике 117. Расположение таково, что центральная линия вала 101 находится на делительном диаметре кривошипных шестерен, обеспечивая механический эффект в общей сборке ходовой части. коленчато-кривошипно-шатунный механизм, в котором шатун шарнирно прикреплен к шестерням на промежуточном диаметре шестерен.

В сборке летающего кривошипа противовесы 107 и 109 являются отдельными частями рычагов 103 и 105 и прикреплены к рычагам с помощью крепежных элементов (не показаны). Отдельное крепление позволяет изменять противовесы в соответствии с требованиями прототипа двигателя. В серийном двигателе противовесы могут быть неотъемлемой частью рычага. В этом предпочтительном варианте осуществления размер D1 является радиусом шага кривошипа ходовой части и составляет около 7,6 см. Длина руки D3 около 15,2 см. Ширина плеча D2 около 1.0 см. Вылет противовесов D4 за пределы плеч составляет около 5,7 см, а ширина противовеса D5 составляет около 3 см.

Есть два центральных кривошипа (РИС. 5). Кривошип 127 является частью вала 53, а кривошип 129 является частью вала 57. На фиг. 7A и фиг. 7B - вид сверху и вид сбоку приводного вала 53, кривошипа 127 и непосредственно связанных элементов. Кривошип 129 на противоположной стороне картера является частью приводного вала 57 и аналогичен кривошипу 127. Часть 131 поворотного вала является частью кривошипа 127.Кулачок 135 жестко установлен на валу 53, amd используется вместе с толкателем 147 (фиг. 4) для управления открытием и закрытием выпускного клапана 187, обслуживающего камеру сгорания. ИНЖИР. 5 показано соединение между центральными кривошипами и сборкой кривошипа. Поворотный вал 131 собран в шейку 115 узла кривошипа, а поворотный вал 137 собран в опорном подшипнике 117. Узел подвижного кривошипа заставляет два центральных кривошипа вращаться вместе, а два выходных приводных вала также вращаются вместе и в то же направление вращения.В блоке картера имеется две шестерни с внутренним кольцом, каждая из которых имеет диаметр ровно в два раза больше, чем диаметр крыльчатки кривошипа. Зубчатое колесо 175 с внутренним кольцом прикреплено к боковой направляющей 49 с помощью крепежных элементов (не показаны, и концентрично с ведущим валом 53. Кольцевая шестерня 177 крепится аналогично боковой направляющей 51 в двигателе-прототипе и концентрична с ведущим валом 57. На фиг. 5, кривошипно-шатунная шестерня 111 показана в зацеплении с коронной шестерней 175 в позиции 176, а кривошипная шестерня 113 показана в зацеплении с коронной шестерней 177 в позиции 178.Кольцевые шестерни можно рассматривать как образующие внешнюю часть картера двигателя LS, концентричную выходным приводным валам.

РИС. 8A-8H - схемы, показывающие взаимосвязь элементов кривошипа в сложенном состоянии друг с другом в восьми последовательных положениях при полном вращении приводных валов. На фиг. 8A схематически представлен двигатель LS с одним поршнем в верхней мертвой точке (ВМТ), как показано на фиг. 4 и 5. Кольцо 203 эквивалентно зубчатому венцу на фиг.4 и 5. Изображение 205 одной из кривошипно-шатунных шестерен показано в зацеплении с кольцом 203 в точке 207. Также показаны поршень 209, шатун 211 и точка поворота 213, где шатун шарнирно прикреплен к шестерне. 205 на его тангажном радиусе. Коленчатый рычаг 215 шарнирно прикреплен к шестерне 205 в точке 217, в центре шестерни, а другим концом прикреплен к выходному ведущему валу 219. Обычно на иллюстрациях шестерня 205 вращается в направлении стрелки 221, так что, поскольку шестерня находится в зацеплении с коронной шестерней 203, кривошип 215 и приводной вал 219 будут вращаться в направлении стрелки 223.

РИС. 8B показывает механическую систему по фиг. 8A после того, как ведущий вал повернулся примерно на 45 градусов от положения, показанного на фиг. 8А. Окружность шага коронной шестерни 203 является закрученной, чем у кривошипно-шатунной шестерни 205. Точка зацепления между двумя шестернями смещена на 45 градусов вдоль зубчатого венца и на 90 градусов вдоль кривошипно-шатунного механизма. Поскольку кривошипно-шатунная шестерня вращается против часовой стрелки относительно системы, а кривошип вращается по часовой стрелке, чистый поворот кривошипной шестерни составляет 45 градусов.В положении, показанном на фиг. Шестерня 205 8B повернулась примерно на 45 градусов, а поршень 209 переместился на расстояние D1 от ВМТ. Фиг. 8C, 8D, 8E, 8F, 8G и 8H показаны последовательные положения, которые занимают соответствующие элементы двигателя, когда вращение приводного вала происходит с интервалами в 45 градусов. Соотношение 2: 1 между кривошипно-шатунной шестерней и коронной шестерней позволяет шатуну двигаться по прямой линии при вращении кривошипа, преимущество, которое позволяет достичь уникального длинного хода с минимальным ходом.

Противовесы 133 и 139 разработаны и размещены для точного динамического уравновешивания сил вращения, связанных с летающими кривошипно-шатунными механизмами. Противовесы 107 и 109 на кривошипах вращаются вокруг центральной линии приводного вала в направлении, противоположном направлению вращения приводных валов, создавая центростремительные эффекты, равные и противоположные эффектам, создаваемым двумя поршнями и шатуном, закрепленным между ними, поэтому двигатель LS может быть эффективно и эффективно динамически сбалансированным, избегая любых вибрационных эффектов несбалансированных движущихся частей.

Двигатель LS - двухтактный. Вся мощность, выпуск, впуск и сжатие происходят за один оборот центрального кривошипа. Примерно в положении, показанном на фиг. 4 и 5, около ВМТ, сжатие дошло до такой степени, что заряд воздуха, который был введен ранее к передней стороне поршня, показан перегретым. Вблизи этой точки топливо впрыскивается через насос-форсунку 193. Плунжер приводится в действие коромыслом 195 вокруг оси 199 под действием толкателя 149. На кронштейне 197 находится коромысло 195 топлива.Толкатель 149 удлиняется по длине цилиндра, проходит через различные поперечины и опирается на кулачок 141, который прикреплен к ведущему валу 57. Кулачок обработан по профилю для нагнетания топлива вблизи ВМТ на время, необходимое для обеспечения желаемого количество топлива. В серийных двигателях впрыск топлива может осуществляться с помощью средств с электронным управлением, хорошо известных в данной области техники. Впрыск топлива регулируется для создания начального повышения давления и температуры, за которым следует короткое сгорание при практически постоянном давлении.Расширяющиеся газы оказывают давление на поршень 87, создавая движущую силу. Когда поршень 87 движется к блоку кривошипа в такте увеличения мощности, противодействующий поршень на противоположном конце шатуна находится в такте сжатия выхлопа. Уникальный длинный ход позволяет существенно снизить давление на передней стороне поршня, примерно с 3000 фунтов на квадратный дюйм до примерно 31 фунтов на квадратный дюйм, прежде чем выпускной клапан откроется около нижней мертвой точки. Важность длительного расширения будет обсуждаться позже в отношении воздушного потока и термодинамики двигателя.

Выпускной клапан 187 около нижней мертвой точки (DBC) открывается. Клапан приводится в действие против пружины 185 клапана коромыслом 189 вокруг оси 191 толкателем 147. Кронштейн 179 поддерживает коромысло выпускного клапана. Толкатель проходит по длине показанного цилиндра и упирается в кулачок 135 (фиг. 7A и 7B). Выпускной кулачок обрабатывается так, чтобы открывать выпускной клапан в точке, близкой к НМТ, и удерживать его открытым до точки примерно на две трети хода сжатия выпуска, после чего он снова закрывается под действием пружины 185.

В двигателе-прототипе выпускной клапан полностью управляется действием кулачка 135 через толкатель 147. В предпочтительном варианте осуществления, поскольку двигатель будет использоваться в летательном аппарате или другом приложении, выпускной клапан будет открываться механически под действием кулачка. 135, но момент закрытия клапана будет контролироваться электроникой. Это достигается за счет формы кулачка 135, так что выпускной клапан будет иметь тенденцию закрываться в точке цикла раньше, чем когда-либо потребуется (под действием пружины 185).Электронный привод 225 (фиг. 4), установленный на двигателе LS рядом с коромыслом 189 выпуска, имеет выдвижной зубец 227, который управляется так, чтобы выдвигаться сразу после открытия выпускного клапана, поэтому выпускной клапан остается открытым после втягивания толкателя 147. Линия 229 управления является выходным сигналом бортового компьютера 22, который управляет определенными полетными функциями. Шестерня 227 выдвигается и убирается с помощью генерируемого компьютером сигнала в ответ на такие переменные, как установленная мощность, высота и температура. Закрытие выпускного клапана обычно регулируется в диапазоне от положения поршня, где сжимаемый объем составляет около 980 кубических сантиметров (около 67 кубических дюймов), до положения, в котором сжимаемый объем составляет около 2050 кубических сантиметров ( около 125 кубических дюймов).

Также в предпочтительном варианте осуществления электронный привод 231 (фиг. 4) будет использоваться для управления синхронизацией и количеством впрыска топлива для двигателя LS. Линия 233 управления является выходом бортового компьютера для управления впрыском топлива. Во время такта расширения до НМТ воздух на задней стороне поршня между поршнем и блоком 73 сапуна в некоторой степени сжимается уменьшающимся объемом, и увеличение давления открывает выпускной клапан 161, позволяя воздуху перемещаться под действием нагнетания. поршня через воздушный канал 167 блока сапуна и оттуда в охлаждающий объем 171, который через канал 173 соединен с пространством, окружающим основание цилиндра.На практике таких клапанов несколько, чтобы избежать ограничения потока при работе. По мере приближения к НМТ канавки 145 и 143 кулачкового хода в противовесах 133 и 139 соответственно входят в зацепление с рабочими стержнями 153 и 154 клапана крышки, перемещая эти стержни в направлении картера против пружин 155 и 156 соответственно. Рабочие штоки закрывающего клапана прикреплены к цилиндрическому закрывающему клапану, который окружает гильзу 79 поршня около дна цилиндра. Скользящая крышка прилегает к распорному блоку 75 и закрывает множество отверстий в гильзе цилиндра по периферии гильзы.Когда крышка клапана скользит по направлению к кривошипу, эти отверстия открываются, и охлаждающий объем открывается на переднюю сторону цилиндра, позволяя массе холодного воздуха, который накачивается задней стороной поршня, течь на переднюю сторону, чтобы стать следующей. объем, сжимаемый для сгорания. Хотя это не показано, второй цилиндр соединен с охлаждающим объемом таким же образом, как и показанный цилиндр, а также нагнетает воздух для сгорания таким же образом.

При движении поршня в обратном направлении после НМТ закрывающий клапан закрывается под действием пружин и конфигурации профилей кулачков, связанных с центральными противовесами кривошипа.Выпускной кулачок удерживает выпускной клапан в открытом состоянии в течение первой части, приблизительно менее двух третей, такта сжатия-выпуска, и поступающий холодный воздух вытесняет выхлопные газы из цилиндра через канал 183 по мере продвижения поршня. Когда уменьшающийся объем на передней стороне поршня уменьшается примерно до 67 кубических дюймов, то есть примерно 1100 кубических сантиметров, выпускной клапан может закрыться. С этого момента происходит сжатие до практически ВМТ. Действие задней стороны поршня, перемещающейся от блока 73 сапуна, создает расширяющийся объем и понижающее давление, при этом всасывание открывает впускной клапан 157 против пружины 159, в результате чего охлажденный воздух поступает в задний объем поршня через канал 165 в блоке сапуна и впускной костюм. 169.Это воздух из компрессора в секции TCF системы LST. Этот воздух представляет собой следующий объем, который будет перекачиваться за счет действия поршня с задней стороны через охлаждающий элемент 171. Примерно в TDSC пружина 159 закрывает впускной клапан. Опять же, в прототипе двигателя есть несколько впускных клапанов, чтобы избежать ограничения потока.

Все действия, описанные выше для работы одного поршня и цилиндра двигателя LS, дублируются противоположным поршнем, который имеет элементы, соответствующие элементам, задействованным в первом поршне.Действия противоположного поршня на 180 градусов вне временной фазы с действиями первого поршня. В то время как первый поршень находится в такте сжатия выхлопа, противоположный поршень находится в такте сжатия-расширения, и в то время как первый поршень находится в такте сжатия-выхлопа, второй находится в такте сжатия-выхлопа. Таким образом, на каждый полный оборот приводных валов приходится два рабочих хода. Маховики 65 и 71 обеспечивают инерцию для плавной работы. Выхлопные газы из двигателя LS возвращаются в секцию TCF системы LST, где они далее расширяются через турбинную часть турбокомпрессора 23 (см. Фиг.1), обеспечивая питание вентилятора и компрессора. Затем выхлопные газы проходят через выхлопную трубу, которая проходит через радиатор 25 в секции TCF и проходит через сопло 27 для создания дополнительной тяги.

Тепло от двигателя LS отводится потоком охлаждающей жидкости через водяные каналы 201 и 85, фиг. 4, и другие каналы, не показанные, и охлаждающая жидкость, нагретая таким образом, в условиях «отсутствия льда», направляется в радиатор 25, где тепловая энергия добавляется к исходному поступающему воздуху, который не проходит через турбокомпрессор в двигатель LS. .Нагретый воздух расширяется и выходит через сопло 27, создавая тягу.

РИС. 9A - схема потока охлаждающей жидкости, показывающая пути потока охлаждающей жидкости в замкнутом контуре для двигательной установки LST в рабочих условиях, считываемых бортовым бортовым компьютером и сигнализируемых бортовым бортовым компьютером как «без льда». Датчики (не показаны) измеряют переменные, например температуру наружного воздуха. Компьютер управляет приводом 235 клапана, который управляет шестью клапанами через механическое соединение, представленное линией 237. В положении «без льда», показанном на фиг.9A, охлаждающая жидкость течет в направлении стрелки 251 параллельно через блоки 253 и 255, которые представляют соответственно каналы охлаждающей жидкости в головках цилиндров и в гильзах цилиндров обоих цилиндров двигателя LS. Охлаждающая жидкость поглощает тепло от двигателя и проходит через клапан 241, затем через клапан 239 и поступает в радиаторы 25 по стрелке 257. Охлаждающая жидкость передает тепловую энергию, полученную при охлаждении двигателя LS, воздушному потоку, проходящему через секцию TCF (стрелка 259). ), затем выходит из радиатора с более низкой температурой в направлении стрелки 261.

Охлаждающая жидкость из радиатора проходит через клапан 249, затем через клапан 247 и течет к передним краям 263 и 265 крыла и передним краям 267 и 269 передних кромок. Этот поток идет параллельно в направлении стрелки 271. Охлаждающая жидкость направляется переохлаждение за счет прохода через передние кромки крыла и утка.

Из каналов крыла и утка охлаждающая жидкость течет через клапаны 245 и 243, а затем параллельно через охладитель 24 и охлаждающий объем 171, где воздушный поток, идущий в двигатель LS, охлаждается перед поступлением в цилиндры.Этот поток представлен стрелкой 273. Из охладителя и объема охладителя охлаждающая жидкость снова течет обратно в двигатель LS, завершая цикл потока охлаждающей жидкости с обратной связью. Такое управление теплом за счет тщательно спланированного потока охлаждающей жидкости увеличивает эффективность системы LST. Тепло от охлаждения гильз цилиндров и гильз головки двигателя, которое теряется в большинстве двигателей, передается в секцию TCF к радиатору 25, где тепловая энергия добавляется к воздушному потоку через канал турбины, обеспечивая дополнительную тягу.Головка и гильзы цилиндров изготовлены предпочтительно из сплава с высоким содержанием никеля и хрома с коэффициентом теплопроводности примерно 1/6 от чугуна. Этот материал также имеет лучшую термостойкость, чем чугун. Этот материал снижает тепловые потери от двигателя. Кроме того, как хорошо известно в термодинамике, эффективность двигателя связана с величиной разницы между низкой температурой газа, проходящего через двигатель, и высокой температурой, а высокая температура ограничивается природой Материалы конструкции двигателя, переохлаждение потока газа, идущего к двигателю, помогает повысить эффективность двигателя.

Во время полета, определяемого бортовым компьютером как способствующего образованию льда на поверхности крыла и крыла, на привод 235 ледового клапана посылается сигнал для переключения клапанов 239, 241, 243, 245, 247 и 249. Это состояние показано на фиг. 9B. Охлаждающая жидкость, покидающая двигатель LS вместе с теплом от двигателя, проходит через клапан 241, затем через клапан 247 и непосредственно через передние кромки 263, 265, 267 и 269 крыла и утка, где тепло двигателя используется для удаления льда с утка и крыла. .Затем поток проходит через клапаны 245 и 239 и через радиатор 25. На выходе из радиатора поток проходит через клапаны 249 и 243 в охладитель и объем охладителя, а затем обратно в двигатель LS.

РИС. 10 представляет собой диаграмму воздушного потока через двигательную установку LST в крейсерских условиях, показывающую типичные состояния воздушных потоков в ряде важных точек по всей системе от впуска на входе в канал TCF до выпуска через сопло канала. Крейсерские условия приняты равными 36 000 футов.высота и скорость воздуха 630 футов в секунду (около 430 миль в час).

Для характеристики состояния воздушных потоков в двигателе LS указано до пяти характеристик в большинстве точек интереса:

Вт = массовый расход; выражается в фунтах массы в секунду

P = Давление; выражается в абсолютных фунтах на квадратный дюйм

T = Температура; выражается в градусах Ренкина

В = объемный расход; выражается в кубических футах в секунду

S = скорость; выражается в футах в секунду.Заглавная буква, представляющая характеристику, обычно указывается вместе с числом, а единицы измерения указаны здесь. Например: на фиг. 10 воздух, поступающий в секцию 13 TCF через диффузор 19, показан стрелкой 275. Этот воздушный поток, пересекающий плоскость 277 у входа в секцию диффузора, имеет характеристики: W = 7,72, P = 3,2, T = 393, V = 351. , и S = ​​630. После секции диффузора в плоскости 279 воздух не отводился от потока, поэтому массовый расход не изменился.W = 7,72. Давление несколько увеличивается, потому что диффузор снижает скорость, преобразовывая часть исходной кинетической энергии в повышение давления и температуры. Р = 3,68. Температура тоже повышается. Т = 409. Диффузор снижает как объемный расход, так и скорость воздушного потока. V = 317 и S = ​​450.

Воздушный поток проходит через вентилятор 21, который приводится в движение турбокомпрессором 23. Эффективность вентилятора составляет 0,85. После вентилятора давление и температура повышаются, и часть потока сжатого воздуха направляется на вход турбокомпрессора 23.Стрелка 281 представляет отклоненную часть входящего воздушного потока, а характеристики на входе в компрессорную часть турбокомпрессора следующие: W = 0,76 (около 10 процентов исходного воздушного потока), P = 4,79, T = 441. , и V = 25,9. Оставшаяся часть, не отведенная в турбокомпрессор, проходит по каналу TCF и представлена ​​стрелкой 283, пересекающей плоскость 285. В этой точке давление и температура такие же, как на входе в турбокомпрессор, P = 489, и Т = 441.Массовый расход и объемный расход уменьшаются за счет отвода воздуха в турбовентилятор. W = 6,96, V = 237.

Воздух, поступающий в турбокомпрессор, сжимается компрессорной частью, используя 67 лошадиных сил, выдаваемых турбинной частью турбокомпрессора, и направляется в основном в охладитель 24. Компрессор работает с КПД 0,75%.

Охладитель представляет собой теплообменник, через который протекает жидкий теплоноситель, прошедший через передние кромки утка и основного крыла (для переохлаждения жидкости).Тепло добавляется к воздушному потоку путем сжатия в компрессоре, а тепло отводится в охладителе. Как указывалось ранее, причина охлаждения воздушного потока, который поступает в двигатель LS, заключается в том, что эффективность двигателя повышается за счет сохранения большей разницы между высокой и низкой температурами рабочего газа, проходящего через двигатель. Высокая температура фиксируется материальными ограничениями. Характеристики, поступающие в охладитель (плоскость 287): W = 0,75, P = 12,2, T = 623, V = 14,18. После охладителя (плоскость 289) массовый расход W не меняется, но давление немного снижается, P = 12, температура значительно понижается, T = 420, V = 9.71. Небольшой объемный расход воздуха отводится как перед охладителем, так и после него, два отведенных потока смешиваются, чтобы обеспечить герметизацию и вентиляцию кабины. Этот поток представлен стрелкой 291, для которой W = 0,009, P = 11, T = 530 и V = 0,16. Мощность теплообмена в охладителе эквивалентна механической мощности 51,79 лошадиных сил.

Воздушный поток из охладителя подается через впускной клапан 157 (не показан - см. Фиг.4) к задней стороне поршней двигателя LS, которые действуют как насосы для увеличения давления воздушного потока, подаваемого в камеры сгорания двигателя LS.Для иллюстрации показан только один поршень, тогда как в предпочтительном варианте осуществления имеется два поршня, оба из которых действуют как воздушные насосы. Эта уникальная особенность имеет тот же эффект, что и нагнетатель, используемый в других хорошо известных двигателях внутреннего сгорания.

Воздух выходит из заднего поршневого насоса через выпускной клапан 161 (не показан). После сжатия (плоскость 291) массовый расход не изменяется при W = 0,75, давление повышается до P = 31, температура повышается до T = 538, объемный расход составляет 4.81. Воздух идет от задней части поршня в охлаждающий объем 171, где жидкий хладагент снова отводит тепло, понижая температуру газового потока. Тепло, отводимое охлаждающим объемом, имеет механический эквивалент 32,75 лошадиных сил, а после охлаждающего объема давление остается неизменным, P = 31, но температура понижается до T = 410.

Часть воздуха, введенного в цилиндр, выпускается во время начального хода поршня по направлению к головке цилиндра до закрытия выпускного клапана вместе с воздухом и продуктами сгорания от предыдущего рабочего такта.Этот воздух представлен проходом 293, показанным в обход цилиндра двигателя LS.

Двигатель LS является двигателем внутреннего сгорания и имеет четко определенный цикл изменений состояния воздуха и продуктов сгорания в цилиндрах посредством повторяющихся циклов сжатия, сгорания и мощности (расширения). Воздух обычно входит в цилиндр в плоскости 295, где W = 0,62, P = 31, T = 410 и V = 3,06. Это давление составляет около 2 атмосфер, а температура - 50 градусов ниже нуля по Фаренгейту.Внутри цилиндра показаны четыре плоскости, представляющие определенные состояния газов в цилиндре во время термодинамического цикла. Плоскость 297 представляет состояние после сжатия непосредственно перед впрыском топлива для сгорания. В этот момент W = 0,62, P = 1021, T = 1073 и V = 0,25. Давление и температура значительно увеличиваются при сжатии. Важно отметить, что давление и температура в этой точке являются функцией точки прямого хода поршня, в которой выпускной клапан закрывается.Время закрытия выпускного клапана в предпочтительном варианте может контролироваться бортовым бортовым компьютером.

Плоскость 299 представляет состояние сразу после впрыска топлива и зажигания. Давление увеличивается почти в три раза до P = 3000. Температура увеличивается до T = 3153, также примерно в три раза. Когда цилиндр удаляется от верхней мертвой точки при продолжении горения, давление остается практически постоянным. Плоскость 301 представляет состояние при завершении горения при постоянном давлении, которым также можно управлять благодаря тому факту, что в предпочтительном варианте осуществления синхронизация и количество впрыскиваемого топлива контролируются бортовым компьютером.По окончании горения постоянным давлением W = 0,62, P = 3000, T = 4475 (значительно увеличилось) и V = 0,35.

От завершения горения до нижней мертвой точки происходит изэнтропическое расширение, при котором давление снижается до давления, немного меньшего давления газа в более холодном объеме. Из-за этого снижения давления с уникально длинным ходом новый заряд воздуха будет течь в цилиндр, когда закрывающие клапаны открываются в нижней части хода. Это состояние представлено плоскостью 303 на фиг.10. В этот момент W = 0,62, P = 30,8, T = 1555 (значительно уменьшено из-за расширения) и V = 11,73. Длинный ход и, как следствие, низкое давление на НМТ уникальны для двигателя LS. Обычные двигатели внутреннего сгорания достигают нижней мертвой точки при гораздо более высоком давлении, и выпускной клапан в этих двигателях открывается при НМТ, что приводит к внезапному расширению в выхлопные каналы с сопутствующей потерей доступной энергии, которую нельзя использовать для выполнения полезной работы. . Шум выхлопа таких двигателей является результатом ударных волн от многократного открытия выпускных клапанов при высоком давлении в цилиндре.Двигатель LS не издает такого нежелательного шума выхлопных газов.

Плоскость 305 представляет состояние воздушного потока в выхлопной линии после цикла двигателя LS. В этот момент воздух, прошедший с тактом выпуска, представленный путем 293, воссоединился с частью входящего воздушного потока, который проходит через цикл LS. W = 0,75, P = 30,8, T = 1364 и V = 12,3. Затем поток направляется в объем 307 резервуара без значительного изменения состояния. Из объема резервуара поток попадает в турбинную часть турбокомпрессора 23.Выхлопные газы расширяются через эту турбину, приводя в движение как компрессорную часть, так и вентилятор. В крейсерских условиях турбина выдает около 163 лошадиных сил при КПД 0,85. Около 64,7 л.с. уходит на сжатие воздуха в кабине и двигателе LS, а 98,3 л.с. - на вентилятор. Если бы эта мощность передавалась на главный винт с КПД 0,85, это добавило бы тяги 73 фунта. Путем нагнетания воздуха через радиатор и сопло, забирая дополнительную тепловую энергию от радиатора, тяга составляет 98,5 фунтов.

Воздух, поступающий в канал TCF и не попадающий в компрессор двигателя LS (самолет 285), проходит через радиатор 25.Охлаждающая жидкость проходит через этот радиатор сразу после выхода из каналов охлаждающей жидкости двигателя LS (в условиях отсутствия льда), а энергия передается потоку холодного воздуха (T = 441; около 19 градусов ниже нуля по Фаренгейту). На плоскости 309 сразу после радиатора воздушный поток воздуховода имеет следующие характеристики: W = 6,96, P = 4,72, T = 538, V = 293 и S = ​​557.

Поток нагретого воздуха расширяется, присоединяется к выхлопу турбины, минуя радиатор, и присоединенный поток выходит через сопло 27.В плоскости 311 после расширения через сопло W = 7,72 (то же, что и на входе), P = 3,2 (то же, что и на входе), T = 523 (около 63 градусов по Фаренгейту) и S = ​​1016. Очень скромное повышение температуры выхлопных газов свидетельствует об эффективности системы, а массовый расход с увеличением скорости с 630 футов в секунду до 1016 футов в секунду обеспечивает тягу в 92,5 фунта в крейсерском режиме.

Обычные самолеты с поршневыми двигателями имеют удельный расход топлива (sfc) около 0.40 фунтов топлива на каждую лошадиную силу-час (фунт / лс). Двигатель с водяным охлаждением в хорошо известном самолете «Вояджер», совершившем беспосадочный кругосветный перелет, достиг показателя sfc около 0,36 фунта / лс. Большие дизельные двигатели показывают sfc около 0,32. Для сравнения, силовая установка LST в предпочтительном варианте при заявленных крейсерских условиях достигает sfc 0,25 фунта / л. Эта исключительная топливная эффективность позволяет снизить вес самолета и топлива на 1000 фунтов на расстояние 2800 миль по сравнению с сопоставимым обычным самолетом и силовой установкой.Существует три фундаментальных причины, по которым система LST обеспечивает такой исключительно низкий уровень sfc. Во-первых, у двигателя LS есть термодинамический цикл, который более эффективен, чем цикл Отто или дизельный цикл. Во-вторых, использование промежуточного охлаждения, обеспечивающего низкую температуру для отвода тепла, обеспечивает высокую эффективность, несмотря на ограничения материалов по высокой температуре и давлению. В-третьих, жиклер TCF, который работает и обеспечивает тягу от выхлопного потока и тепла, отводимого от двигателя LS системой жидкого хладагента.

РИС. 11A-11D показывают четыре состояния общего цикла Отто четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. На фиг. 11А поршень 313 находится в НМТ, а выпускной клапан 315 и впускной клапан 317 закрыты. Это начало такта сжатия. ИНЖИР. 11В показан поршень в ВМТ около точки воспламенения. Это начало рабочего такта. На фиг. Поршень 313 11С вернулся в НМТ, и выпускной клапан 315 открылся. Это начало такта выпуска. ИНЖИР. 11D снова показан поршень в ВМТ, и впускной клапан 317 открылся.Это начало такта впуска.

РИС. 12A-12D показывают четыре состояния цикла LS. На фиг. 12 Поршень 319 показан движущимся к закрытому концу цилиндра. Поршень находится примерно на 2/3 пути между НМТ, представленным линией 321, и ВМТ, представленным линией 327. Выпускной клапан 323 показан закрытым. Это точка прямого хода поршня двигателя LS, в которой закрывается выпускной клапан и начинается сжатие. Эта точка эквивалентна фиг. 11А для цикла Отто.

РИС. 12В показан поршень в ВМТ, конце такта сжатия. Это эквивалентно фиг. 11B для двигателя цикла Отто. Вблизи этой точки топливо, которое было впрыснуто до ВМТ, воспламеняется с внезапным повышением температуры и давления, подобно воспламенению в двигателе, работающем от свечи зажигания. Дополнительный впрыск топлива после ВМТ вызывает кратковременное сгорание при постоянном давлении для цикла LS. Конец ожога представлен на фиг. 12C. Поршень отодвигается от головки цилиндра и переместился на небольшое расстояние.В состоянии, представленном на фиг. 12C, горение завершено и началось изэнтропическое расширение.

РИС. 12D представляет состояние в конце такта расширения (мощности) при НМТ. В случае двигателя LS ход расширения значительно длиннее хода сжатия. Ход сжатия составляет около трети длины от НМТ до ВМТ, а ход расширения составляет почти всю длину от ВМТ до НМТ. Момент закрытия выпускного клапана контролируется бортовым компьютером.Время закрытия выпускного клапана обычно устанавливается так, чтобы давление начала сжатия (фиг. 12A) было равным давлению в конце расширения (фиг. 12D). В крейсерском режиме это обычно делает длину хода расширения в 3,8 раза больше длины хода сжатия. Это различие важно при сравнении циклов для типичного цикла Отто и цикла LS.

РИС. 13А представляет собой фотоэлектрическую диаграмму, которая представляет собой хорошо известное в термодинамике устройство, показывающее работу, выполняемую над системой и системой, а также работу сети.Идеализированный цикл Отто и идеализированный цикл LS были наложены друг на друга. Сжигание топлива для цикла LS показано как полностью сгорание при постоянном объеме для идеализированного случая. Точки состояния в цикле Отто представлены прописными буквами, соответствующими фиг. С 11А по 11D. Точки состояния в цикле LS представлены строчными буквами, соответствующими фиг. С 12А по 12D. Точка «А, а» представляет начало сжатия для обоих циклов.

Сжатие происходит с увеличением давления и уменьшением объема по наложенным кривым A-B для цикла Отто и a-b для цикла LS.Сжигание топлива составляет B-B 'для цикла Отто и b-c для цикла LS. Существенная разница заключается в такте расширения. Для цикла Отто расширение - это B'-C, обратно к объему в начале сжатия. C-A - это необратимое внезапное расширение при открытии выпускного клапана. A-D представляет такт выпуска, выталкивая оставшиеся продукты сгорания из цилиндра. D-A - это воздухозаборник, втягивающий новый заряд воздуха для цикла Отто.

Ход расширения для цикла LS составляет от «c» до «d», обратно к давлению в начале сжатия.В точке «d» открывается клапан крышки, и в цилиндр поступает свежий воздух. От «d» до «a» выпускной клапан открыт, и продукты сгорания плюс часть входящего воздушного заряда выталкиваются в выпускную линию, по существу, при постоянном давлении. В «а» выпускной клапан закрывается, и цикл начинается заново. Область C-d-a-C представляет чистую работу для цикла LS, недоступную в цикле Отто; и является существенной разницей между двумя циклами.

РИС. 13B - диаграмма T-S (температура-энтропия) для двух циклов, представленных на фиг.13А. Цикл Отто протекает следующим образом: изэнтропическое сжатие A-B; сжигание топлива B-B '; изэнтропическое расширение B'-C; и выпускной и впускной C-A. Для цикла LS сжатие составляет a-b; расход топлива - b-c; расширение c-d; а выпуск и впуск - d-a. Существенная разница опять же в величине хода расширения. Расширение для цикла LS завершается при более низкой температуре, чем расширение для цикла Отто (d по сравнению с C). Область a-C-d-a представляет тепло, отклоняемое системой в цикле Отто, но не отклоняемое циклом LS.

РИС. 14 - подробная диаграмма P-V в масштабе для двигателя LS, данные взяты из компьютерной модели, состояния соответствуют состояниям в тексте для фиг. 10 в крейсерских условиях. Точка «а» является началом сжатия при закрытии выпускного клапана и соответствует условиям состояния в плоскости 295 на фиг. 10, объемом около 1100 кубических сантиметров. Точка «b» является концом такта сжатия и соответствует состоянию в плоскости 297 на фиг. 10. Точка «b» находится в конце зажигания, соответствующем плоскости 299 на фиг.10. Точка «с» находится в конце короткого горения при постоянном давлении, соответствующего плоскости 301 на фиг. 10. Точка «d» является концом хода расширения (мощности) и соответствует плоскости 303 на фиг. 10. Цикл LS имеет два отличия от цикла Отто. Один из них - это короткое горение при постоянном давлении b'-c, а другой - удлиненный ход расширения цикла LS. На фиг. 14 прямоугольник 329 представляет собой область, представляющую 6,06 л.с. в крейсерском режиме.

РИС. 15 - подробная диаграмма T-S в масштабе для двигателя LS, данные из той же компьютерной модели, что и для фиг.14, при тех же условиях. Цикл a-b-b'-c-d-a, представляющий те же условия состояния, что и на фиг. 14. Пунктирная линия 331 представляет возврат цикла Отто при тех же условиях, что и цикл LS. Для сравнения, возврат цикла Отто с турбонаддувом показан как переход от «c» к точке 333, к точке 335, затем возврат по линии 337. Площадь прямоугольника 339 представляет собой уровень энергии в условиях крейсерского полета, равный 1,24 БТЕ в секунду, или 1,75 Hp.

РИС. 16 - расширенная часть передней части диаграммы T-S для системы LST, чтобы показать эффект промежуточного охлаждения.Изэнтропическое сжатие вдоль линии 341 является эффектом компрессорной части турбокомпрессора 23. Линия 343 представляет эффект теплопередачи в охладителе 24. Линия 345 представляет сжатие за счет нагнетания с задней стороны поршня. Линия 347 представляет эффект теплопередачи в более холодном объеме 171. Область 349 - это дополнительная площадь, ограниченная циклом T-S благодаря промежуточному охлаждению в крейсерских условиях и в условиях «без льда». Прямоугольник 351 представляет 1,75 л.с. в крейсерских условиях для графика на фиг.16.

РИС. 17 представляет собой график зависимости эффективности E идеального теоретического цикла LS от степени сжатия «r» вместе с эффективностью цикла Отто при тех же условиях. Кривая 353 соответствует циклу LS, а кривая 355 - циклу Отто. Графики основаны на расчетах с использованием математики, разработанной в Приложении 1. Кривая 353 представляет собой график уравнения 28 Приложения 1, а кривая 355 для цикла Отто является графиком уравнения 14 Приложения 1. Два уравнения получены из уравнений состояние идеального газа и графики TS для двух циклов.ИНЖИР. 17 показывает, что эффективность для цикла LS выше, чем для цикла Отто в этих условиях при всех степенях сжатия, и намного выше для степеней сжатия в диапазоне от 1 до 15.

Приложение 2 представляет собой список технических характеристик двигателя на полной мощности для крейсерского режима для двигателя LS и для системы LST.

Специалистам в данной области техники будет очевидно, что изменения могут быть сделаны во многих отношениях, не выходя за рамки сущности и объема изобретения.Материалы, размеры, термодинамические состояния, рабочие условия и многое другое могут быть значительно изменены, но подробности изобретения не изменяются такими манипуляциями.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ДЕЛО 1892

Это приложение представляет собой математический анализ эффективности для цикла LS и цикла Отто. В термодинамическом цикле эффективность определяется как общее количество подводимого тепла за вычетом общего тепловыделения, деленное на общее тепловложение, и эти значения выражаются в виде площадей под кривыми на диаграмме T-S.Чтобы прийти к математическому выражению, используются хорошо известные уравнения состояния идеального газа с определением и циклическим поведением конкретного цикла. Воздух рассматривается как идеальный газ, что является близким приближением, и значения различных констант для воздуха, которые меняются по величине с изменениями состояния, используются как средние по диапазону изменения состояния. Это снова близкое приближение.

Q = Тепло, БТЕ

W = Масса, масса фунтов

CV = Постоянная объемная удельная теплоемкость воздуха, 0.22

CP = удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении

(T2-T1) = разница температур в градусах Ренкина

P = Давление, фунтов на квадратный дюйм

V = Объем, куб. Дюймы

R = газовая постоянная для воздуха, 53,28

T = Температура, градусы Ренкина

k = отношение удельных теплоемкостей C P / C V, 1,35 в темп. диапазон

Для идеального газа:

(1) Q = WC V (T2-T1) Для процесса постоянного объема

(2) Q = WC.sub.P (T2-T1) Для процесса с постоянным давлением

(3) PV = WRT

(4) PV.sup.k = Константа для изоэнтропического процесса

Цикл Отто

Из графика T-S для цикла Отто, фиг. 13B спецификации LST, и с использованием уравнений (1) и (2) эффективность (E) для цикла Отто составляет:

E = (WCV (TB'-TB) -WCV (TC-TA)) / WCV (TB'-TB) (5)

Упрощение:

E = 1- (TC-TA) / (TB'-TB) (6)

Поскольку ход сжатия изоэнтропический, из уравнения 4:

PA.multidot.VA.sup.k = PB.multidot.VB.sup.k (7)

Перестановка:

(ВА / ВБ) .sup.k = ПБ / ПА (8)

Из уравнения 3:

PAVA / TA = PBVB / TB (9)

Перестановка:

(ВА / ВБ) (ТВ / ТА) = ПБ / ПА (10)

Приравнивание уравнений 8 и 10:

(VA / VB) .sup.k = (VA / VB) (TB / TA) (11)

Упрощение и замена r = VA / VB (степень сжатия):

TA.multidot.r.sup. (K-1) = TB (12)

Так как ход расширения - это тот же процесс, что и ход сжатия, и объемы такие же:

ТК.multidot.r.sup. (k-1) = TB '(13)

Подставляя уравнение 12 для TB в уравнение 6 и уравнение 13 для TC в уравнение 6 и упрощая:

E = 1-1 / r.sup. (K-1) (14)

Это основное уравнение эффективности цикла Отто.

LS цикл

КПД цикла LS начинается так же, как в уравнении 5, за исключением того, что последний член в числителе взят из уравнения 2:

E = (WC V (Tc-Tb) -WC P (Td-Ta)) / WC V (Tc-Tb) (15)

Упрощение и замена K 'на C.sub.P /Cv: (k 'имеет более низкое значение, чем k, потому что CV является горячим, а CP холодным, k' = 1,11)

E = 1-k '(Td-Ta) / (Tc-Tb) (16)

Подставляя уравнение 3 для всех температур:

E = 1-k '(Pa.multidot.Vd-Pa.multidot.Va) / (Pc.multidot.Vb-Pb.multidot.Vb) (17)

Факторинг:

E = 1 к'Па · многоточечный Va ((Vd / Va) -1) /Vb · многоточечный Pb ((Pc / Pb) -1) (18)

Из уравнения 4:

Па / Pb = (Vb.sup.k) /Va.sup.k (19)

Подставив уравнение 19 для Pa / Pb и используя степень сжатия:

E = 1-k '((Vd / Va) -1) / (r.sup. (k-1)) ((Pc / Pb) -1) (20)

Решение для Vd / Va с использованием уравнения 4:

PC.multidot.Va.sup.k = Pa.multidot.Vd.sup.k (21)

Из уравнения 4 и того факта, что сжатие и расширение являются изоэнтропическими Pc / Pb = PC / Pa, поэтому:

(Pc / Pb). (1 / k) = Vd / Va (22)

подставив уравнение 22 для Vd / Va в уравнение 20 и установив N = Pc / Pb:

E = 1-k '((N.sup. (1-k)) - 1) / (r.sup. (K-1)) (N-1) (23)

N зависит от количества сожженного топлива. Решение относительно N с помощью:

H = теплотворная способность топлива, БТЕ / фунт.масса (18,700)

f = соотношение топливо / воздух фунт-масса / фунт. масса (15)

Начиная с уравнения 1:

HW = fWC V (Tc-Tb) (24)

Объем не изменяется между состояниями b и c, используя уравнение 3:

ПК / Pb = Tc / Tb (25)

Используя уравнение 25 в уравнении 24 и заменив Pc / Pb на N:

H / fC V = Tb (N-1) (26)

Использование уравнения 12 для определения Tb через Ta:

1 + H / fC V Ta многоточечный r (k-1) = N (27)

Подстановка уравнения 27 для N в уравнение 23 дает окончательное уравнение эффективности для цикла LS:

E = 1- (k'Ta.многоточечный fC V ((1 + H / TafC V rsup. (k-1)). sup. (1 / k)) - 1) / H (28)

Уравнение 28 показывает, что цикл LS более эффективен, чем цикл Отто, на более высоких уровнях мощности, когда значение f низкое. На низких уровнях мощности, когда f велико, уравнение 28 сводится к уравнению 14. То есть на низких уровнях мощности КПД цикла Отто и цикла LS по существу одинаковы.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 СИСТЕМА LST Характеристики полной мощности ДВИГАТЕЛЬ LS Прототип

Двигатель LS представляет собой двухтактный двухцилиндровый двигатель внутреннего сгорания с компрессионным зажиганием.

5,13 Диаметр отверстия, дюйм

12 Ход поршня, дюйм

253 Рабочий объем спереди, куб. Дюйм

225 Объем обратного вытеснения, куб. Дюйм

5,3 Передняя сторона полностью сжатого объема, куб. Дюйм / цил.

2400 об / мин, диапазон от 500 до 2500

Эффективность наполнения задней стороны 95%

66,7 Объем закрытия выхлопа, куб.