Конфигурация двигателя описывает основные принципы работы , с помощью которого двигатели внутреннего сгорания относятся к категории.
Поршневые двигатели часто классифицируются по расположению цилиндров, клапанам и распределительным валам. Двигатели Ванкеля часто классифицируются по количеству присутствующих роторов. Газотурбинные двигатели часто делятся на турбореактивные, турбовентиляторные, турбовинтовые и турбовальные.
типы макетов цилиндров
Одноцилиндровые двигатели
Прямые / рядные двигатели
Прямые двигатели, также известные как рядные двигатели, имеют все цилиндры, выровненные в один ряд вдоль коленчатого вала без смещения. Когда прямой двигатель установлен под углом, его иногда называют «наклонным двигателем». Типы прямых двигателей включают:
V-образные двигатели
V-образные двигатели, также известные как Vee-двигатели, имеют цилиндры, выровненные в двух отдельных плоскостях или «рядах», так что они выглядят как «V», если смотреть вдоль оси коленчатого вала. Типы двигателей V включают:
Плоские двигатели
Плоские двигатели, также известные как "горизонтально-оппозитные" или "оппозитные" двигатели, имеют цилиндры, расположенные в двух рядах по обе стороны от одного коленчатого вала. Типы плоских двигателей включают:
- плоский-два , обычно называемый "плоский-близнец"
- квартира четыре
- квартира шесть
- восьмерка
- квартира-двенадцать
Двигатели с оппозитными поршнями
Двигатель с оппозитными поршнями похож на двигатель Flat / Boxer в том, что пары поршней коаксиальны, а не используют общий коленчатый вал, а используют одну камеру сгорания на пару поршней. Конфигурация коленчатого вала варьируется в зависимости от конструкции оппозитного двигателя. Одна компоновка имеет плоский двигатель / оппозитный двигатель в центре и добавляет дополнительный оппозитный поршень на каждом конце, так что на каждом цилиндре есть два поршня с каждой стороны.
Двигатели W
У двигателей W цилиндры имеют конфигурацию, в которой ряды цилиндров напоминают букву W, так же как цилиндры V-образного двигателя напоминают букву V. Типы двигателей W включают:
X двигатели
X-двигатель - это, по сути, два V-образных двигателя, соединенных общим коленчатым валом. Большинство из них были существующими двигателями V-12, преобразованными в конфигурацию X-24.
U двигатели
Двигатели типа U состоят из двух отдельных прямых двигателей (в комплекте с отдельными коленчатыми валами), соединенных шестернями или цепями. Большинство U-образных двигателей имеют четыре цилиндра (т. Е. Два двухрядных двигателя вместе), такие как четырехцилиндровые двигатели и сдвоенные сдвоенные двигатели.
Двигатели H
Подобно двигателям U, двигатели H состоят из двух отдельных плоских двигателей, соединенных шестернями или цепями. Двигатели H производятся с числом цилиндров от 4 до 24.
Горизонтальный двигатель типа К
Горизонтальная конфигурация двигателя K-Type предложена и проанализирована Рушираджем Кадге . Этот двигатель имеет следующие преимущества:
Лучше сбалансирован. Это означает, что больше мощности можно извлечь из горизонтальной конфигурации K. Предлагаемая конфигурация имеет наименьшие потери на трение. Высота ЦТ предлагаемой конфигурации меньше, что означает более высокую устойчивость. Масса предлагаемой конфигурации меньше при одинаковом количестве возвратно-поступательных и вращающихся масс. Это связано с уменьшенной длиной коленчатого вала. Если мощность предполагается постоянной, то удельная мощность предложенной конфигурации больше. [1]
Радиальные двигатели
Радиальный двигатель имеет единственный коленчатый вал с цилиндрами, расположенными в форме плоской звезды вокруг одной и той же точки на коленчатом валу. Эта конфигурация обычно использовалась в самолетах с 5 цилиндрами с воздушным охлаждением.
Дельта-двигатели
Двигатель Delta Engine имеет три (или несколько) цилиндров с противоположными поршнями, выровненными в трех отдельных плоскостях или «рядах», так что при взгляде вдоль оси главного вала они кажутся находящимися в Δ. Ярким примером такого типа планировки является Napier Deltic .
Другие макеты
Менее распространенные конфигурации включают двигатель с наклонной шайбой с двигателем K-Cycle, в котором пары поршней находятся в противоположной конфигурации, разделяя цилиндр и камеру сгорания.
Клапаны
Большинство четырехтактных двигателей имеют тарельчатые клапаны , хотя некоторые авиационные двигатели имеют золотниковые клапаны . Клапаны могут быть расположены в блоке цилиндров ( боковые клапаны ) или в головке цилиндров ( верхние клапаны ). Современные двигатели неизменно относятся к последней конструкции. На цилиндр может быть два, три, четыре или пять клапанов, при этом количество впускных клапанов превышает количество выпускных клапанов в случае нечетного числа. Интерференционные двигатели - это такие двигатели, в которых клапан может столкнуться с поршнем, если фазы газораспределения были неправильными.
Распредвалы
Тарельчатые клапаны открываются с помощью распределительного вала, который вращается со скоростью, равной половине скорости коленчатого вала. Это может быть цепь, шестерня или зубчатый ремень, приводимый от коленчатого вала, и он может располагаться в картере (где он может обслуживать один или несколько блоков цилиндров) или в головке блока цилиндров.
Если распределительный вал расположен в картере, для управления верхними клапанами потребуется ряд клапанов, состоящий из толкателей и коромысел . Механически более простыми являются боковые клапаны , в которых штоки клапанов опираются непосредственно на распределительный вал. Однако это приводит к плохому потоку газа внутри головки блока цилиндров, а также к проблемам с нагревом и не подходит для использования в автомобилях, см. Двигатель с плоской головкой .
В большинстве современных автомобильных двигателей распределительный вал размещается на головке блока цилиндров в виде верхнего распределительного вала (OHC). В головке блока цилиндров может быть один или два распредвала; конструкция с одним распредвалом называется одинарным верхним распредвалом (SOHC). Конструкция с двумя распределительными валами на головку блока цилиндров называется двойным верхним распределительным валом (DOHC). Обратите внимание, что распределительные валы подсчитываются на головку блока цилиндров, поэтому V-образный двигатель с одним распределительным валом в каждой из двух головок цилиндров по-прежнему является конструкцией SOHC, а V-образный двигатель с двумя распределительными валами на головку блока цилиндров - DOHC, или неформально «четырехкулачковый " двигатель. [2] [3]
При использовании верхних распределительных валов клапанный механизм будет короче и легче, поскольку толкатели не требуются. Некоторые конструкции верхнего распредвала все еще имеют коромысла ; это облегчает регулировку механических зазоров.
Конструкция с четырьмя клапанами на цилиндр обычно имеет два клапана для впуска и два для выпуска, что требует двух распределительных валов на ряд цилиндров. Если в головке блока цилиндров имеется два распределительных вала, кулачки иногда могут опираться непосредственно на толкатели кулачков на штоках клапанов (толкатели). Кулачковые толкатели способствуют снижению шума, гашению вибрации, амортизации и переносу осевой нагрузки. [4] [5] Это последнее устройство является наиболее безынерционным, обеспечивает наиболее беспрепятственный поток газа в двигателе и является обычным устройством для высокоэффективных автомобильных двигателей. Это также позволяет расположить свечу зажигания в центре головки блока цилиндров, что способствует лучшим характеристикам сгорания. При превышении определенного числа клапанов эффективная площадь покрытия уменьшается , поэтому четыре - это наиболее частое число. Нечетное количество клапанов обязательно означает, что на стороне впуска или выпуска должно быть на один клапан больше. На практике это неизменно впускные клапаны - даже в конструкциях с четными головками впускные клапаны часто больше по размеру, чем выпускные.
Очень большие двигатели (например, судовые двигатели ) могут иметь дополнительные распредвалы или дополнительные кулачки на распредвале, чтобы двигатель мог работать в любом направлении. Кроме того, можно использовать другие манипуляции с клапанами, например, для торможения двигателем, например, в тормозе Jake .
Недостатком верхних кулачков является то, что для привода кулачков требуется гораздо более длинная цепь (или ремень), чем с распредвалом, расположенным в блоке цилиндров, обычно также требуется натяжитель. Обрыв ремня может вывести из строя двигатель, если поршни коснутся открытых клапанов в верхней мертвой точке .
Ванкеля (роторные) двигатели
Двигатели Ванкеля (иногда называемые «роторными двигателями») можно классифицировать по количеству присутствующих роторов. Большинство серийных двигателей Ванкеля имеют два ротора, однако производятся также двигатели с одним, тремя и четырьмя роторами. [6] [7] Двигатели Ванкеля также можно классифицировать в зависимости от того, являются ли они безнаддувными или с турбонаддувом .
Большинство двигателей Ванкеля работают на бензине, однако были исследованы прототипы двигателей, работающих на дизельном топливе и водороде.
Газотурбинные двигатели
Газотурбинные двигатели, в основном используемые для самолетов, обычно делятся на следующие категории:
- Турбореактивный , газы проходят через сопло движителя
- Турбореактивный двигатель , газы проходят через вытяжной вентилятор
- Турбовинтовой , газы проходят через несинхронизированный винт, обычно с переменным шагом.
- Турбовал , газовая турбина, оптимизированная для создания механического крутящего момента вместо тяги.
Рекомендации
- ^ Kadge, R. и Thirumalini, S., "Исследование конструкции новой горизонтальной конфигурации K-типа для двигателя внутреннего сгорания", SAE Int. J. Двигатели 14 (1): 29-45, 2021, https://doi.org/10.4271/03-14-01-0003 .
- ^ «Основы распределительного вала» . www.oregoncamshaft.com . Проверено 5 февраля 2016 .
- ^ «Двигатель OHV, OHC, SOHC и DOHC (с двумя распредвалами) - автомобильный иллюстрированный глоссарий» . Samarins.com . Проверено 5 февраля 2016 .
- ^ «Как работают автомобильные двигатели» . HowStuffWorks . Проверено 5 февраля 2016 .
- ^ "Подшипники толкателя кулачка на подшипнике Emerson" . products.emersonbearing.com . Проверено 5 февраля 2016 .
- ^ «Технически интересно: четырехроторный Mercedes SL доктора Ванкеля» . www.bringatrailer.com . 21 марта 2018 . Проверено 31 августа 2019 года .
- ^ "Как работает четырехроторный двигатель Ванкеля" . www.roadandtrack.com . 23 ноября 2016 . Проверено 31 августа 2019 года .