Двигатель двойного действия что это

Цилиндры одностороннего и двустороннего действия — Single- and double-acting cylinders

Цилиндры поршневых двигателей часто классифицируются по типу одностороннего или двустороннего действия, в зависимости от того, как рабочая жидкость действует на поршень.

Содержание

Одностороннего действия

Одностороннего действия цилиндра в поршневом двигателе является цилиндром , в котором рабочая жидкость действует на одной стороне поршня только. Цилиндр одностороннего действия полагается на нагрузку, пружины, другие цилиндры или импульс маховика , чтобы толкать поршень назад в другом направлении. Цилиндры одностороннего действия используются в большинстве поршневых двигателей. Они почти универсальны в двигателях внутреннего сгорания (например, бензиновых и дизельных двигателях ), а также используются во многих двигателях внешнего сгорания, таких как двигатели Стирлинга и некоторые паровые двигатели . Они также встречаются в насосах и гидроцилиндрах .

Двойного действия

Цилиндра двойного действия представляет собой цилиндр , в котором рабочая жидкость действует попеременно на обеих сторонах поршня. Для соединения поршня в цилиндре двустороннего действия с внешним механизмом, таким как коленчатый вал , на одном конце цилиндра должно быть предусмотрено отверстие для поршневого штока, и оно оснащено сальником или « сальником». «для предотвращения утечки рабочей жидкости. Цилиндры двустороннего действия распространены в паровых двигателях, но необычны для двигателей других типов. Многие гидравлические и пневматические цилиндры используют их там, где необходимо создать усилие в обоих направлениях. Гидравлический цилиндр двойного действия имеет отверстия на каждом конце, через которые подается гидравлическая жидкость как для втягивания, так и для выдвижения поршня. Цилиндр двустороннего действия используется там, где внешняя сила недоступна для втягивания поршня, или его можно использовать, когда требуется большая сила в обоих направлениях движения.

Паровые двигатели

В паровых двигателях обычно используются цилиндры двустороннего действия. Однако первые паровые двигатели, такие как атмосферные двигатели и некоторые пучковые двигатели, были одностороннего действия. Они часто передавали свою силу через балку с помощью цепей и «дуги», так как требовалось только натяжение в одном направлении.

Там, где они использовались для перекачки шахтных стволов и должны были воздействовать только на нагрузку в одном направлении, конструкции одностороннего действия использовались в течение многих лет. Главный толчок к созданию цилиндров двойного действия пришел, когда Джеймс Ватт пытался разработать двигатель с вращающейся балкой , который можно было бы использовать для привода механизмов через выходной вал. У одноцилиндрового двигателя цилиндр двустороннего действия давал более плавную выходную мощность. Двигатель высокого давления, разработанный Ричардом Тревитиком , использовал поршни двустороннего действия и впоследствии стал образцом для большинства паровых двигателей.

Некоторые из более поздних паровых машин, высокоскоростных паровых машин , использовали поршни одностороннего действия новой конструкции. Крейцкопфа не стала частью поршня, и не было больше никакого поршневой шток. Это произошло по тем же причинам, что и для двигателя внутреннего сгорания, поскольку отказ от поршневого штока и его уплотнений позволил создать более эффективную систему смазки картера .

В небольших моделях и игрушках часто используются цилиндры одностороннего действия по вышеуказанной причине, а также для снижения производственных затрат.

Викискладе есть медиафайлы по теме паровых двигателей одностороннего действия .

Двигатель внутреннего сгорания

В отличие от паровых двигателей, почти во всех двигателях внутреннего сгорания используются цилиндры одностороннего действия.

Их поршни обычно представляют собой стволовые поршни , где соединение поршневого пальца шатуна находится внутри самого поршня. Это позволяет избежать крейцкопфа, штока поршня и его уплотнительного сальника, но также делает поршень одностороннего действия практически необходимым. Это, в свою очередь, имеет то преимущество, что обеспечивает легкий доступ к нижней части поршня для смазочного масла, которое также выполняет важную функцию охлаждения. Это позволяет избежать местного перегрева поршня и колец.

Двухтактные двигатели с компрессией картера

Небольшие бензиновые двухтактные двигатели , например, для мотоциклов, используют компрессию картера, а не отдельный нагнетатель или продувочный вентилятор . При этом обе стороны поршня используются в качестве рабочих поверхностей, причем нижняя сторона поршня действует как поршневой компрессор для сжатия входящего заряда, готового к следующему ходу. Поршень по-прежнему считается односторонним, поскольку только одна из этих поверхностей производит мощность.

Двигатели внутреннего сгорания двойного действия

Некоторые ранние газовые двигатели , такие как оригинальные двигатели Ленуара примерно 1860 года, были двойного действия и следовали по конструкции паровым двигателям .

Двигатели внутреннего сгорания вскоре перешли на цилиндры одностороннего действия. Это произошло по двум причинам: что касается высокоскоростной паровой машины, то высокое усилие на каждый поршень и его шатун было настолько большим, что предъявляло большие требования к подшипникам. Поршень одностороннего действия, в котором направление сил было постоянно сжимающим вдоль шатуна, позволяло уменьшить зазоры в подшипниках. Во-вторых, необходимость в больших площадях клапанов для обеспечения хорошего потока газа, в то же время требуя небольшого объема для камеры сгорания, чтобы обеспечить хорошее сжатие , монополизировала пространство, доступное в головке цилиндров . Цилиндр, производный от парового двигателя Ленуара, не подходил для бензинового двигателя, поэтому вместо него появилась новая конструкция, основанная на тарельчатых клапанах и ствольном поршне одностороннего действия .

Чрезвычайно большие газовые двигатели были также построены как двигатели для дутья для доменных печей , с одним или двумя чрезвычайно большими цилиндрами и работающими на сжигании топочного газа . В них, в частности, в Körting , использовались цилиндры двустороннего действия. Газовые двигатели не требуют или почти не требуют сжатия своего заряда по сравнению с бензиновыми двигателями или двигателями с воспламенением от сжатия , и поэтому конструкции цилиндров двойного действия все еще были адекватными, несмотря на их узкие извилистые каналы.

Цилиндры двойного действия редко использовались для двигателей внутреннего сгорания с тех пор, хотя Burmeister & Wain производила двухтактные дизели двойного действия (2-SCDA) для морских силовых установок до 1930 года. Первый, мощностью 7000 л.с., был установлен в Великобритании. MV Amerika (United Baltic Co.) в 1929 году. Два двигателя B&W SCDA, установленные на замке MV Stirling в 1937 году, производили 24 000 л.с. каждый.

USS Pompano

В 1935 году заказали американскую подводную лодку USS Pompano в составе лодок класса Perch. Были построены шесть лодок с дизельными двигателями трех различных конструкций от разных производителей. Pompano был оснащен 8-цилиндровыми двигателями двустороннего действия HOR ( Hooven-Owens-Rentschler ), которые были лицензионной версией вспомогательных двигателей MAN для крейсера Leipzig . Из-за ограниченного пространства на подводных лодках предпочитались двигатели с оппозитными поршнями или, в данном случае, двухсторонние двигатели, поскольку они были более компактными. Помпано ‘ двигатели s были полным провалом , и были разрушены во время испытаний , прежде чем даже не покидая Mare Island Navy Yard . Pompano простаивал восемь месяцев до 1938 года, пока не были заменены двигатели. Даже тогда двигатели считались неудовлетворительными и в 1942 году были заменены на двигатели Фэрбенкса-Морса . Пока Pompano все еще строился, заказывались подводные лодки класса Salmon . Три из них были построены компанией Electric Boat с 9-цилиндровым двигателем HOR. Хотя не столь большой провал как POMPANO ‘ двигатели s, эта версия была еще хлопотное и лодки были позже повторно двигателями с теми же одинарного действия General Motors 16-248 V16 двигателей , как их сестра лодки. Другие подводные лодки класса Sargo и Seadragon, построенные на базе Electric Boat, также были построены с этими 9-цилиндровыми двигателями HOR, но позже были модернизированы.

Гидроцилиндры

См. Статью о главном гидроцилиндре .

Читайте также:  Почему не развивает обороты двигатель зил 130

Гидравлический цилиндр представляет собой механический привод , который питается от жидкости под давлением, как правило , масло. Он имеет множество применений, особенно в строительном оборудовании ( инженерные машины ), производственном оборудовании и гражданском строительстве.

Источник

Альтернативная энергия Альтернативная энергетика, возобновляемые источники энергии, энергетические ресурсы планеты.

Двигатель внутреннего сгорания двойного действия с улучшеными показателями эффективности и экологичности

Во время работы двигателя компрессор 23 приводится в движение через шестерённую передачу 24 от коленчатого вала 4 двигателя. Через воздушную впускную трубу и воздушный фильтр чистый атмосферный воздух поступает в рабочую полость компрессора. Потом под высоким давлением воздух из компрессора поступает в воздушный впускной коллектор 20А и следует в переднюю 21 и заднюю 22 рабочие полости двигателя. В течение сгорания топливной смеси в задней рабочей полости двигателя и такта рабочего хода (смотреть рис. 2) впускной клапан 15А и выпускной клапан 15В закрыты. Под действием давления горячих газов подвижный цилиндр 8 начинает движение вниз от неподвижного поршня 11. В это время стенки задней рабочей полости 22 нагреваются горячими газами. В конце такта рабочего хода (смотреть рис. 3), выпускной клапан 15В открывается с опережением до прохождения цилиндром НМТ (нижней мертвой точки). Большая часть выхлопных газов быстро покидает заднюю рабочую полость 22 через открытый выпускной клапан 15В. Давление газа в задней рабочей полости 22 падает и сравнивается с давлением в выпускном коллекторе 20В. В начале следующего такта выпуска (смотреть рис. 4), когда подвижный цилиндр начинает движение в противоположном направлении (вверх от НМТ) впускной клапан 15А открывается. Из впускного коллектора 20А поток воздуха от компрессора 23 под высоким давлением начинает поступать в заднюю рабочую полость 22. В это время оба клапана 15А и 15В открыты. Поток воздуха продувает и охлаждает стенки задней рабочей полости 22 и выходит в выпускной коллектор 20В двигателя, охлаждая его стенки тоже. Оба клапана впускной 15А и выпускной 15В остаются открытыми, и продувка потоком воздуха высокого давления задней рабочей полости 22 и выпускного коллектора 20В двигателя продолжается, пока подвижный цилиндр 8 находится в верхней позиции. В начале следующего такта впуска (смотреть рис.5), когда подвижный цилиндр 8 проходит ВМТ (верхнюю мертвую точку) и начинает движение в нижнем направлении выпускной клапан 15В закрывается с опозданием. Продувка стенок задней рабочей полости 22 и выпускного коллектора 20В двигателя потоком воздуха высокого давления прекратилась. Чистый воздух под давлением заполняет заднюю рабочую полость 22 через впускной коллектор 20А и открытый впускной клапан 15А. В это время происходит агрегатный (компрессорный) наддув задней рабочей полости двигателя. В начале следующего такта (смотреть рис. 7), когда подвижный цилиндр 8 прошел НМТ и начинает движение в верхнем направлении, впускной клапан закрывается с опозданием. Сейчас оба клапана, и впускной 15А и выпускной 15В закрыты. Подвижный цилиндр 8 продолжает своё движение в верхнем направлении, осуществляя такт сжатия. В конце такта сжатия топливная смесь впрыскивается в заднюю рабочую полость 22 через топливную трубку 17 и инжектор 16 и сразу же топливная смесь зажигается электрической искрой от свечи зажигания 18. Температура и давление в задней рабочей полости резко повышается. Подвижный цилиндр 8 движется в нижнем направлении и осуществляется такт рабочего хода. Весь процесс повторяется снова. Пока двигатель работает все указанные процессы, происходящие в задней рабочей полости, происходят также и в передней рабочей полости 21 двигателя.
Таким образом, когда двигатель внутреннего сгорания работает, во время такта рабочего хода, стенки рабочей полости нагреваются горячими газами, а во время такта выпуска и до начала такта впуска стенки рабочей полости и выпускного коллектора охлаждаются (продуванием воздухом высокого давления от компрессора). Так как компрессор соединён с коленчатым валом двигателя через шестерённую передачу, продувка и охлаждение стенок рабочей полости двигателя и выпускного коллектора воздухом под давлением увеличивается с увеличением оборотов двигателя.
В представленном двигателе внутреннего сгорания в течение полного оборота коленчатого вала происходит четыре такта работы двигателя (два в переднем и два в заднем рабочем цилиндре).







КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РИСУНКОВ.
Рис. 1 Вид в разрезе представленного двигателя внутреннего сгорания сделанное в содержании с представленным изобретением..
Рис. 2 Вид в разрезе представленного двигателя внутреннего сгорания показывающий задний подвижный цилиндр, неподвижный поршень с клапанами и коллекторами во время действия в начале такта рабочего хода.
Рис. 3 Вид рис. 2 в конце такта рабочего хода.
Рис. 4 Вид рис. 2 в начале такта выпуска.
Рис. 5 Вид рис. 2 в начале такта впуска.
Рис. 6 Вид рис. 2 в конце такта впуска.
Рис. 7 Вид рис. 2 в начале такта сжатия.

Представленный двигатель внутреннего сгорания содержит (смотреть рис. 1, 3) корпус 1. Корпус двигателя представленной конструкции состоит из трёх частей – задней 1А, средней 1В и передней 1С. Между частями корпуса имеются прокладки (не показаны).
Части корпуса скреплены гайками и болтами (не показаны). Между задней частью 1А и средней частью 1В на обеих сторонах корпуса имеются места 2 для подшипников коленчатого вала. Между средней частью 1В и передней частью 1С на обeих сторонах корпуса имеется углубление с отверстием 3.
Коленчатый вал 4 прикреплён к местом 2 корпуса через подшипники (не показаны). Коленчатый вал соединён через коленный шарнир 5, шатун 6 и осевой шарнир 7 с подвижным цилиндрическим телом 8.
Цилиндрическое тело 8 с оппозитными цилиндрами (8А, 8В) входящими в него выполнено из сплавов лёгких металлов. Указанные оппозитные цилиндры жестко скреплены между собой в средней части. Поперечные закрывающие части указанных цилиндров расположены на их наружных концах. На их обеих сторонах в центральной части имеются овальные отверстия 9. На внутренней стороне в задней и передней частях имеются каналы – углубления, которые служат для фиксации двух типов колец 10 (компрессионных и маслосъёмных колец). Внутри цилиндрического тела 8, расположены два неподвижных оппозитных поршня 11, которые скреплены друг с другом в области их юбок и оттуда штоки 12, проходят через отверстия 9 в стенке цилиндрического тела, жестко прикреплены к указанному корпусу 1 гайками и болтами 13 в области углубления с отверстием 3 корпуса двигателя. Головки указанных поршней направлены в противоположные стороны друг от друга. Боковая поверхность поршней является рабочей скользящей поверхностью 14 и выполнена из высокопрочной стали. Головки указанных поршней выполнены с впускными клапанами 15А и выпускными клапанами 15В, которые приводятся в движение кулачками распределительного вала, газораспределительной системы. Инжекторы 16 размещены на указанных головках оппозитных поршней с топливными трубками 17, проложенными внутри оппозитных поршней, выходят наружу из двигателя через углубления с отверстием 3 корпуса 1 двигателя. Свечи зажигания 18 размещены на указанных головках оппозитных поршней с высоковольтными проводами 19, проложенными внутри оппозитных поршней, выходят наружу из двигателя через углубления с отверстием 3 корпуса 1 двигателя. Внутри поршней воздушные впускные коллекторы 20А, проложены от впускных клапанов 15А и выходят наружу двигателя через углубление с отверстием 3 корпуса 1 и соединяется с рабочей полостью компрессора. Внутри поршней выпускные коллекторы 20В проложены от выпускных клапанов 15В и выходят наружу через углубление с отверстием 3 корпуса 1 двигателя и соединяются с выхлопной трубой. Полости между соответствующими оппозитными поршнями 11 и внутренними поверхностями оппозитных цилиндров 8А, 8В цилиндрического тела 8 представляют не сообщающиеся рабочие полости. В представленной конструкции имеются две рабочие полости – передняя 21 и задняя 22. Компрессор 23 жестко скреплён с корпусом 1 двигателя и через шестерённую передачу 24 получает вращательные движения от указанного коленчатого вала 4 двигателя. Указанный компрессор имеет воздушную впускную трубу с фильтром (не показаны), предназначенные для поступления атмосферного воздуха в рабочую полость компрессора. Рабочая полость компрессора через указанные воздушные впускные коллекторы 20А и отверстия с впускными клапанами 15А соединена с передней 21 и задней 22 рабочими полостями двигателя.

Читайте также:  Чип тюнинг двигателя gdi

1. Двигатель внутреннего сгорания содержит:
• корпус;
• коленчатый вал, предназначенный для вращательных движений и для выхода вращательных движений наружу двигателя;
• два подвижных оппозитных цилиндра, жестко скреплённых между собой соответствующими стенками и один из указанных цилиндров соединён с движущимся коленчатым валом;
• два неподвижных поршня, расположенных внутри цилиндров и имеющих соответственно головки, юбки и штоки, указанные поршни расположены оппозитно друг к другу и соединены между собой в области их юбок, а их штоки проходят через отверстия, сделанные в стенках цилиндров вне пределах рабочих полостей, жестко скреплены с указанным корпусом, указанные цилиндры и соответствующие поршни образуют две рабочие полости двигателя;
• головки указанных поршней направлены противоположно каждый к другому и выполнены с впускным клапаном и выпускным клапаном;
• два воздушных впускных коллектора двигателя расположенных внутри указанных поршней предназначены для входа свежего воздуха в рабочую полость двигателя;
• два выпускных коллектора двигателя расположенных внутри указанных поршней предназначены для удаления выхлопных газов из рабочих полостей двигателя;
• два инжектора расположенные на соответствующих головках поршней и предназначенных для впрыска смеси топлива в соответствующие полости двигателя;
• две свечи зажигания расположенные на соответствующих головках поршней с высоковольтными проводами и предназначены для зажигания топливной смеси в рабочих полостях двигателя;
• компрессор предназначенный для подачи свежего воздуха под давлением через указанный воздушный впускной коллектор в рабочую полость;
• система газораспределения, имеющая распределительный вал с кулачками и предназначена для газораспределения, агрегатного (компрессорного) наддува во время работы двигателя и для охлаждения стенок указанных рабочих полостей и выпускных коллекторов продуванием воздухом под давлением от компрессора.
2. Двигатель внутреннего сгорания по пункту 1, в котором коленчатый вал приводится в движение от указанных оппозитных цилиндров через коленный шарнир, шатун и осевой шарнир.
3. Двигатель внутреннего сгорания по пункту 1, в котором указанный коленчатый вал совмещен через шестерёнчатую передачу с указанным компрессором.
4. Двигатель внутреннего сгорания по пункту 1, в котором поперечные закрывающие части цилиндров размещены на их наружных концах.
5. Двигатель внутреннего сгорания по пункту 1, в котором указанные цилиндры способны перемещаться одновременно и возвратно-поступательно в одном и том же направлении.
6. Двигатель внутреннего сгорания по пункту 1, в котором каждый указанный впускной коллектор сообщается с рабочей полостью двигателя через одно отверстие с указанным впускным клапаном.
7. Двигатель внутреннего сгорания по пункту 1, в котором каждый указанный выпускной коллектор сообщается с рабочей полостью двигателя через другое отверстие с указанным выпускным клапаном.
8. Двигатель внутреннего сгорания по пункту 1, в котором указанный компрессор получает вращательные движения от указанного коленчатого вала двигателя.
9. Двигатель внутреннего сгорания по пункту 1, в котором указанный компрессор имеет воздушную впускную трубку с воздушным фильтром, предназначенные для поступления чистого атмосферного воздуха в компрессор.
10. Двигатель внутреннего сгорания по пункту 1, в котором во время такта сжатия и такта рабочего хода двигателя указанные впускной и выпускной клапаны закрыты,
11. Двигатель внутреннего сгорания по пункту 1, в котором во время такта выпуска двигателя указанные впускной и выпускной клапаны открыты давая возможность продувать стенки рабочих полостей и выпускного коллектора двигателя чистым воздухом под высоким давлением от компрессора.
12. Двигатель внутреннего сгорания по пункту 1, в котором происходит агрегатный (компрессорный) наддув во время между закрытием выпускного клапана в начале такта впуска и закрытия впускного клапана в начале такта сжатия.

Предлагаемый Двигатель внутреннего сгорания может быть как бензиновым, так и дизельным. Основным отличием предлагаемой конструкции двигателя от современных массовых ДВС является то, что у него возвратно-поступательные движения осуществляет подвижное цилиндрическое тело относительно неподвижных оппозитных поршней, находящихся внутри указанного цилиндрического тела. Благодаря этому происходит четырехтактный цикл двух цилиндрических камер двигателя одновременно. Предлагаемый двигатель,- это двигатель двойного действия. Охлаждение предлагаемого двигателя тоже отличается от охлаждения современных, массовых ДВС. Для охлаждения используется компрессор, который продувает воздух через мотор и имеет место изменения фаз газораспределения. Фаза открытия выпускного клапана точно такая же, как и у обычных массовых двигателей. Выпускной клапан открывается с опережением до прохождения подвижным цилиндром НМТ в конце такта рабочего хода. Закрывается выпускной клапан с опозданием, после прохождения цилиндром ВМТ в начале такта впуска. Фаза открытия впускного клапана продолжительней и составляет два такта работы двигателя, такт выпуска и такт впуска. Впускной клапан открывается с опережением при прохождении подвижным цилиндром НМТ в начале такта выпуска. Впускной клапан закрывается так же, как и в массовых двигателях, с опозданием после прохождения цилиндром НМТ в начале такта сжатия. Фаза перекрытия клапанов, когда оба клапаны открыты одновременно, в предлагаемом двигателе продолжается значительно дольше времени, чем в современных, массовых двигателях. Фаза перекрытия клапанов начинается в момент прохождения цилиндром НМТ, когда открывается впускной клапан и заканчивается, когда закрывается выпускной клапан в начале такта впуска. Во время этой фазы осуществляется продувка и охлаждение двигателя потоком воздуха от компрессора. Таким образом, три такта работы двигателя (такты впуска, сжатия и рабочего хода) точно такие же, как и в обычных, массовых двигателях. Лишь только один такт (такт выпуска) существенно отличается. Во время этого такта происходит не только выпуск выхлопных газов, но и осуществляется продувка и охлаждение рабочего цилиндра двигателя. Охлаждение происходит путем теплоотдачи с горячих внутренних стенок рабочего цилиндра продувочному воздушному потоку от компрессора. Воздушный поток от компрессора используется как для продувки и охлаждения двигателя, так и для поступления свежего заряда воздуха в рабочий цилиндр для работы и наддува двигателя. Двигатель может использовать как механический нагнетатель (компрессор), имеющий привод непосредственно от коленчатого вала двигателя, так и газотурбинный компрессор, приводимый в движение потоками отработавших газов. Газотурбинный компрессор является более эффективным, чем механический компрессор, так как он не забирает часть мощности двигателя на привод компрессора. Вследствие вышесказанного, в предлагаемом двигателе предпочтительней использовать газотурбинный компрессор.
В современных ДВС с наддувом имеет место продувка рабочего цилиндра двигателя, когда оба клапаны открыты, и учитываются в расходе воздуха коэффициентом продувки. Продувка происходит в короткое время (конец такта выпуска и начало такта впуска) и предназначена для удаления из рабочего цилиндра остаточных продуктов горения.
Эффективность охлаждения зависит от количества (объема) воздуха, проходящего через рабочий цилиндр во время его продувки производимым компрессором.
Количество (объем) необходимого для охлаждения предлагаемого двигателя продувочного воздуха можно примерно определить, по значениям расхода жидкости водяного насоса при работе двигателя с водяным охлаждением, коэффициентов теплоотдачи воды и воздуха.
Согласно таблице Расхода жидкости водяного насоса – стандарт — двигателей ВАЗ, объемом 1600 куб. см. при 3500 оборотах коленчатого вала в минуту расход жидкости составляет 3755 литров в час или 1,04 литра в секунду. Коэффициент теплоотдачи: Текущая вода – металлическая стенка – 350 и более а Вт/(м3К), а коэффициент теплоотдачи Воздух – гладкая поверхность – 5,6 и более а Вт/(м3К) или 6-35 Вт/(м2град.). При турбулентном движении газов (воздуха) коэффициент теплоотдачи лежит в пределах 12-115 Вт/(м2град.). То есть у текущей воды коэффициент теплоотдачи больше, чем у воздуха, примерно, в 62,5 раза, и больше, чем у турбулентного движения воздуха, примерно, в 31,25 раз. Коэффициент теплоотдачи и воды и воздуха увеличивается со скоростью их движения. Тепло передается конвенцией от жидкостей и газов к твердым телам и наоборот. Значение коэффициента теплоотдачи конвенцией определяется для различных случаев ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ путем.
В предлагаемом двигателе будет происходить турбулентное движение воздуха при продувке рабочего цилиндра. Таким образом, коэффициент теплоотдачи здесь будет в пределах 12-115 Вт/(м2град.), а это в 31,25 раз меньше коэффициента теплоотдачи воды в двигателях с водяным охлаждением.
В предлагаемом двигателе в конце такта рабочего хода, открывается выпускной клапан, происходит быстрый свободный выпуск 50-65% горячих газов за счет большой разности давлений газов в цилиндре 0,4-0,6 МПа и выпускном коллекторе 0,105-0,12 МПа. Давление газов в цилиндре сильно уменьшается и уравнивается с давлением в выпускном коллекторе. В начале такта выпуска открывается впускной клапан. Воздушный поток от компрессора под большим давлением поступает в цилиндр, смешивается с оставшимися там горячими газами, охлаждает их, и удаляется из цилиндра через открытый выпускной клапан. Охлаждение цилиндра продолжается и далее при принудительном выпуске газов ходом подвижного цилиндра вверх во время такта выпуска. Учитывая вышесказанное можно определить количество продувочного воздуха, необходимого для эффективного охлаждения предлагаемого двигателя – 1,04 л./сек. х 31,25 = 32,5 л./сек. Где 1,04 л./сек. – расход водяного насоса двигателя с водяным охлаждением, 31,25 — коэффициент, означающий во сколько раз теплоотдача текущей воды больше теплоотдачи турбулентного движения воздуха. Таким образом, при работе предлагаемого двигателя в 3500 об./мин. для его охлаждения достаточно 32,5 л./cек. продувочного воздуха, если температура воздуха такая же (75 град,С), как и у двигателей с водяным охлаждением.
По общепринятой классификации величины давления наддува – до 0,5 бар – малое давление, до 0,8 бар – среднее давление, свыше 0,8 бар – высокое давление наддува. Расход воздуха массового двигателя без наддува равен -1600х3500х0,5х0,75:1000000=2,1куб.м./мин. Где 1600 куб. см.- объем двигателя, 3500-обороты в минуту, 0,5-коэффициент, означающий, что наполнение цилиндров происходит один раз за два оборота коленвала (четырехтактный двигатель), 0,75-коэффициент наполнения цилиндров, 1000000 — коэффициент для перевода куб. см. в куб. м. Расход воздуха двигателя с малым давлением наддува — 0,5 бара будет равен 1,5х2,1=3,15 куб.м./мин. Где 1,5 абсолютное давление, равное атмосферному давлению (1 бар) плюс давление наддува (0,5 бара). 2,1- расход воздуха через двигатель без наддува. В предлагаемом двигателе, если использовать малое давление наддува (0,5 бара) расход воздуха через двигатель будет равен 1,5х2,1х2=6,3 куб.м./мин. иди 105 литров/сек. Где 1,5 абсолютная величина давления, 2,1- расход воздуха через двигатель без наддува. 2-коеффициент, указывающий, что расход воздуха через предлагаемый двигатель осуществляется в течение 2-х тактов (выпуска и впуска). Таким образом, во время тактов выпуска на охлаждение двигателя расходуется 3,15 куб. м./мин. или 52,5 литров/сек. воздуха. Столько же воздуха расходуется на наполнение и компрессорный наддув цилиндров во время тактов впуска. Количество воздуха, предназначенного для охлаждения (52,5 литров/сек.), при малом давлении наддува значительно превышает то количество воздуха (32,5 литров/сек.), которое необходимо для охлаждения двигателя. В современных двигателях во время их работы нагревание стенок цилиндров происходит в течение двух тактов – рабочего хода и выпуска (6% от всей теплоты сгорания топлива во время сгорании топлива, 7%- в такте рабочего хода, 15%- в такте выпуска). В предлагаемом двигателе в такте выпуска происходит охлаждение стенок цилиндров в отличие от современных двигателей, в которых в такте выпуска происходит их нагревание. Также, если использовать промежуточный охладитель подаваемого в мотор воздуха (интеркулер), то температура потока воздуха уменьшиться, теплоотдача в моторе возрастет и для эффективного охлаждения двигателя будет достаточно еще меньший объем воздуха. Возможно, для эффективного охлаждения двигателя будет достаточно использовать компрессор с еще меньшим 0,25 бара давлением наддува. Объем подаваемого в мотор воздуха можно регулировать впускными и выпускными клапанами.
В отличие от массовых двигателей, где одна рабочая камера меняет свой объем с помощью одного поршня, осевого шарнира, шатуна, колена коленчатого вала, в предлагаемом двигателе цилиндрическое тело при движении меняет объем двух рабочих камер одновременно. Цилиндрическое тело с оппозитными цилиндрами так же, как и поршни в обычных массовых двигателях выполнены из сплавов легких металлов (алюминия). Шарниры, шатун, коленчатый вал изготавливаются из сплавов тяжелых металлов (железа, стали), которые по удельному весу в семь раз тяжелее сплавов легких металлов (алюминия). Таким образом, инерционные потери в предлагаемом двигателе будут меньшими.
Также в предлагаемо двигателе будут меньшими потери на трение в цилиндропоршневой группе, которые в массовых двигателях составляют 40-70% от всех потерь на трение:
— Нет трения между юбкой поршня и цилиндром, так как в подвижном цилиндре нет юбок.
– Боковые усилия цилиндрических колец на скользящую поверхность неподвижных поршней будут меньшими, так как эти усилия происходят на противоположной стороне скользящей поверхности.
– Смазывание скользящей поверхности маслом будет происходить легко и свободно, так как при увеличение объема цилиндрических камер скользящая поверхность будет находиться снаружи цилиндрических камер.
Так как в предлагаемом двигателе в два раза меньшее количество осевых и коленных шарниров, то будет меньше потерь на трение в шарнирах коленчатого вала, которые в массовых двигателях составляют 10-15% всех потерь на трение.
В предлагаемом двигателе подвижные оппозитные цилиндры, жестко скрепленные между собой в средней части и неподвижные оппозитные поршни, жестко скрепленные между собой в области их юбок, должны свободно отсоединяться друг от друга и свободно скрепляться друг с другом во время ремонта.
Предлагаемый двигатель является более экологически чистым двигателем. Это объясняется тем, что во время тактов выпуска и впуска воздух под высоким давлением продувает рабочие цилиндры и выпускные коллекторы двигателя. Происходит охлаждение самых горячих частей двигателя (свечей зажигания, выпускных клапанов, головок поршней). В результате в выхлопных газах будет уменьшено количество оксидов азота. Недогоревшие, недоокисленные частички углеводородов топлива, оставшиеся после такта рабочего хода, соединяются с кислородом воздуха во время тактов выпуска и впуска, когда происходит продувка рабочих цилиндров двигателя. Происходит их отсроченное догорание, окисление. Как результат этого, выхлопные газы двигателя будут содержать значительно меньшее количество оксидов углерода и других вредных веществ, загрязняющих окружающую среду.
Предлагаемый двигатель можно характеризовать как двигатель внутреннего сгорания двойного действия, так как в нём силовой такт, вращающий коленчатый вал, осуществляется в двух направлениях (прямом и обратном).
Предлагаемый двигатель обладает рядом преимуществ по сравнению с современными двигателями, в которых поршень перемещается внутри цилиндра:
— большая мощность и экономичность, так как колено коленчатого вала получает силовые вращательные движения и в прямом и в обратном направлении от двух рабочих полостей двигателя, через один шатун;
— меньшая масса деталей (коленных и осевых шарниров, упрощен коленчатый вал), выполненных из сплавов тяжелых металлов), совершающих вращательные и возвратно-поступательные движения при таком же количестве цилиндров в двигателе;
— меньше движений и трений в коленных и осевых шарнирах при таком же количестве цилиндров в двигателе;
— большее соотношение мощности двигателя к его весу;
— меньшая себестоимость двигателя при той же мощности, так как у двигателя будет меньшее количество обработанных деталей (шарниров, шатунов, упрощен коленчатый вал);
— охлаждение осуществляется продувкой мотора потоком воздуха от компрессора и, поэтому, нет необходимости использовать детали системы охлаждения массовых двигателей (радиатор, вентилятор, трубки, водяной насос, рубашки цилиндров и головки блока цилиндров, термостат, водяной бочок);
— во время силового такта рабочая, скользящая поверхность будет выходить за пределы рабочей полости двигателя, и в результате у нее будет улучшен температурный режим, смазывание, износоустойчивость;
— в больших (корабельных) двигателях предлагаемой конструкции ползуном (крейцкопфом) могут быть наружная стенка подвижного цилиндрического тела, а в современных корабельных двигателях – это деталь кривошипно — ползущего механизма, скользящая в прямолинейных направляющих, шарнирно связанная с шатуном.

Читайте также:  Какое масло заливать в двигатель бмв е39 м57

Автор: Сергей Латышев
Us pat. no: 7703422 B2.

Источник

Adblock
detector