Типи двигунів внутрішнього згоряння та їх дизайн

Одними з основних вимог до поршневих двигунів внутрішнього згоряння є рівномірність обертання та зрівноваженість. При нерівномірному обертанню колінчастого вала двигуна, всі деталі, що передають крутний момент працюють з ударним навантаженням, яке прискорює їх зношення та поломку. Незрівноваженість двигуна пояснюється наявністю сил і моментів, що виникають при поступальному та обертовому рухах мас кривошипно-шатунного механізму, які діють на опори двигуна.

У зрівноваженому двигуні під час роботи на опори діє постійне навантаження. Незрівноважений двигун, передаючи під час роботи сили та моменти на опори, створює вібрацію, яка визиває додаткове навантаження на підшипники, послаблює кріплення деталей та приводить до їх поломки. Ускладнюється експлуатація двигуна.

Особливо велика нерівномірність обертання колінчастого вала та незрівноваженість у одноциліндрових двигунів. Застосування великіх маховиків в двигунах автомобілів збільшує габарити та масу і погіршує можливість швидко збільшувати або зменшувати оберти.

Для усунення перечислених вище недоліків в автомобілях використовують багатоциліндрові двигуни. При цьому від числа циліндрів залежить зрівноваженість двигуна та рівномірність обертання колінчастого вала з меншим маховиком. Застосування багатоциліндрових двигунів дозволяє дещо зменшити обертові маси кривошипно-шатунного механізму та збільшити оберти і потужність двигуна у порівнянні з одноциліндровим.

На рівномірність обертання та зрівноваженість колінчастого вала впливає порядок роботи циліндрів. Послідовність чергування тактів у циліндрах називають порядком роботи двигуна і позначають, як послідовність номерів циліндрів. Так порядок роботи чотирициліндрового двигуна 1-3-4-2, або 1-2-4-3, шестициліндрового 1-4-2-5-3-6,або 1-5-3-6-2-4 восьмициліндрового 1-5-4-2-6-3-7-8. Нумерація циліндрів рядного двигуна починається від переднього кінця колінчастого вала, при V-образному розташуванні – у такій же послідовності починаючи з лівого ряду.

Робочі ходи та інші такти відбуваються у чотирициліндровому двигуну через 180⁰ (720⁰/4), шестициліндровому через 120⁰ (720⁰/6), восьмициліндровому -90⁰ (720⁰/8), дванадцятициліндровому 60⁰ (720⁰/12).

На зрівноваженість роботи двигуна впливає також розташування циліндрів, яке може бути рядним, V-образним, діапозитним, зіркообразним. З поршневих двигунів найбільш розповсюджені однорядні вертикальні або з похилом циліндрів, дворядні V-образні та діапозитні (з протилежним розташуванням циліндрів).

За тактністю і економічністю найбільше розповсюдження отримали чотиритактні двигуни. Серед дизельних і карбюраторних більш економічні дизельні двигуни у яких витрати палива на одиницю потужності на 30% менші. Останнім часом конструкція двигунів суттєво змінилась, широке застосування отримали інжекторні двигуни з впорскуванням бензину, наддув та охолодження масових зарядів, електронне керування роботою двигунів тощо, що дозволило підвищити економічність застосування двигунів.

Рис. 1. Джерела та перетворювачі енергії гібридного автомобіля

Рядний чотирициліндровий двигун внутрішнього згоряння Хонда Сivic зі стартер-генератором, літієвою акумуляторною батареєю та електродвигунами у трансмісії. Наявність стартер-генератора та електродвигунів у трансмісії дозволяє поряд з енергією двигуна внутрішнього згоряння використовувати енергію акумулятора та послідовну, паралельну та комбіновану схему передачі крутного моменту. Під час гальмування кінетична енергія автомобіля перетворюється в електричну та заряджає акумуляторну батарею.

Рис. 2. Шестициліндровий чотиритактний рядний дизель з турбонаддувом повітря

Застосування турбонаддуву повітря дозволяє покращити масове наповнення циліндрів повітрям та підвищити потужність. Коліна колінчастого вала шестициліндрового двигуна розташовані під кутом 120⁰ один до одного і поршні двох циліндрів одночасно приходять до верхніх та нижніх мертвих точок. Робочий хід у шестициліндровому двигуну здійснюється через 120⁰. Перекривання робочого хода одного циліндра робочим ходом в другому циліндрі забезпечує більш рівномірне обертання та зрівноваженість колінчастого вала.

Рис. 3. Шестициліндровий дизель ОМ457LA Mercedes Benz Axor з наддувом та охолоджувачем повітря наддуву

Двигун потужністю 315 кВт з рядним розташуванням циліндрів має двадцять чотири клапани у газорозподільному механізмі та електронний блок керування. Робота насос-форсунок керується електромагнітами.

Рис. 4. Шестициліндровий рядний двигун Т6 автомобіля Вольво з турбонаддувом

Рис. 5. П’ятициліндровий 10-ти клапанний двигун VR5

автомобіля VW з V образним розташуванням циліндрів

Рис. 6. Чотирициліндровий 16-ти клапанний бензиновий

двигун автомобіля VW Lupo

Рис. 7. Рядний чотирициліндровий 16-ти клапанний двигун

з турбонаддувом, безпосереднім впорскуванням бензину

під тиском 1100 бар та двома врівноважуючими валами

Рис. 8. Двигун 1ZR-FE зі змінними кутом відкриття та висотою підйому клапанів

Рис. 9. Восьми циліндровий 32-х клапанний V-образний двигун

V8TDI CR Audi з турбонаддувом, інтеркулером та

системою рециркуляції відпрацьованих газів

Рис. 10. Дванадцятициліндровий W- образний двигун Ауді А8

Рис. 11. Вісімнадцятициліндровий трирядний дизель BUGATTI

Рис. 12. Діапозитний шестициліндровий двигун автомобіля Subaru з наддувом

Зменшені габарити по висоті та покращена рівномірність обертання і зрівноваженість колінчастого вала.

Рис. 13. Багатопаливний двигун МСЕ-5 автомобіля Peugeut-407

зі змінним ступенем стискання

Рис. 14. Роторно-поршневий двигун Renesis автомобіля Mazda RX8

Рис. 15. Газотурбінний двигун

Рис. 16. Кульовий двигун внутрішнього згоряння

зі змінним ступенем стискання

Рис. 17. Зовнішній вигляд кульового двигуна внутрішнього згоряння

Рис. 18. Двотактний двигун внутрішнього згоряння без

кривошипно-шатунного механізму

Рис. 2.19. Пневмодвигун-компресор автомобіля MDI

Дата добавления: 2014-01-05