Что относиться к двигателям внутреннего сгорания

СИСТЕМА ПУСКА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С НАКОПИТЕЛЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Предложение относится к системам пуска двигателей внутреннего сгорания с молекулярными накопителями электрической энергии конденсаторного типа и электрогенераторами с мускульным приводом.

Техническая задача направлена на обеспечение работоспособности системы пуска после остановки двигателя и нахождении его в неработающем состоянии неопределенный период времени при различных окружающих температурах, включая диапазон низких температур.

Система пуска двигателя внутреннего сгорания содержит электростартер и электрогенератор, механически соединенные через приводы с двигателем внутреннего сгорания, положительную и отрицательную шины электрического питания, конденсаторный накопитель энергии, один вывод которого соединен с положительной шиной, а другой через первый выключатель соединен с отрицательной шиной, один вывод электростартера соединен с отрицательной шиной, а другой через второй выключатель с положительной шиной, один вывод электрогенератора соединен с отрицательной шиной, а другой с положительной шиной. Система дополнительно содержит индикатор величины напряжения, ограничитель напряжения. Ограничитель напряжения выполнен в виде электромагнитного реле, один вывод обмотки реле и первый коммутируемый контакт реле соединены с положительной шиной, второй вывод обмотки реле соединен с отрицательной шиной, а второй коммутируемый контакт реле подключен к полупроводниковому диоду.

1. Система пуска двигателя внутреннего сгорания, содержащая электростартер и электрогенератор, механически соединенные через приводы с двигателем внутреннего сгорания, положительную и отрицательную шины электрического питания, конденсаторный накопитель энергии, один вывод которого соединен с положительной шиной, а другой через первый выключатель соединен с отрицательной шиной, один вывод электростартера соединен с отрицательной шиной, а другой через второй выключатель — с положительной шиной, один вывод электрогенератора соединен с отрицательной шиной, а другой — с положительной шиной, отличающаяся тем, что система дополнительно содержит индикатор величины напряжения, один вывод которого соединен с положительной шиной, а другой — с отрицательной шиной, ограничитель напряжения, первый вывод ограничителя соединен с положительной шиной, второй вывод ограничителя соединен с отрицательной шиной, а третий вывод ограничителя через полупроводниковый диод и электрогенератор с приводом от мускульной силы соединен с отрицательной шиной. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что ограничитель напряжения выполнен в виде электромагнитного реле, один вывод обмотки реле и первый коммутируемый контакт реле соединены с положительной шиной, второй вывод обмотки реле соединен с отрицательной шиной, а второй коммутируемый контакт реле подключен к полупроводниковому диоду.

Предложение относится к системам пуска двигателей внутреннего сгорания, использующим молекулярные накопители электрической энергии конденсаторного типа и электрогенераторы с мускульным приводом.

Известна система пуска двигателя внутреннего сгорания, содержащая свинцово-кислотный аккумулятор электрической энергии, положительную и отрицательную шины электрического питания, выключатель электростартера, электростартер и электрогенератор, механически соединенные через приводы с двигателем внутреннего сгорания. (См. Акимов С.В., Чижков Ю.П. Электрооборудование автомобилей. — М.: ООО «Книжное издательство «За рулем», 2005, с.32, 82, 118). Заряд аккумулятора в такой системе обеспечивается электрогенератором во время работы двигателя. При остановке двигателя энергия для последующего пуска двигателя сохраняется в аккумуляторе.

Недостатками системы является неспособность осуществления пуска после продолжительной остановки двигателя, а также затруднения в осуществлении пуска в условиях низкой температуры окружающего воздуха. Указанные недостатки объясняются явлением саморазряда свинцово-кислотного аккумулятора, который происходит со временем при отсутствии заряда аккумулятора от электрогенератора при неработающем двигателе, а также увеличением внутреннего сопротивления аккумулятора при уменьшении его температуры.

Известна система пуска двигателя внутреннего сгорания содержащая свинцово-кислотный аккумулятор, молекулярный накопитель электрической энергии конденсаторного типа, выключатель накопителя, положительную и отрицательную шины электрического питания, электростартер и электрогенератор, механически соединенные через приводы с двигателем внутреннего сгорания. (См. Лебедев С.А., Антипенко B.C. Альтернативные источники тока для систем электростартерного пуска. Известия МГТУ «МАМИ» №1 (7) 2009, с.82-90). Во время работы двигателя электрогенератор обеспечивает заряд только аккумулятора, в накопителе же сохраняется заряд, оставшийся после проведения последнего пуска. При остановке двигателя основная часть энергии, необходимая для следующего пуска, сохраняется в аккумуляторе. Перед проведением следующего пуска двигателя конденсаторный накопитель предварительно подключается к аккумулятору на период времени, необходимый для заряда накопителя.

В данной системе допускается больший, чем в вышеописанной системе, разряд аккумулятора, при котором возможен пуск двигателя, так как при промежуточном буферном использовании конденсаторного накопителя возможно более полное использование электростартером энергии имеющейся в аккумуляторе. Данное обстоятельство объясняется небольшим, по сравнению с аккумулятором, внутренним сопротивлением конденсаторного накопителя.

Однако и в данной системе пуска недостатком является уменьшение заряженности аккумулятора при длительных остановках двигателя до значения, при котором не обеспечивается его устойчивый пуск. Также при низких температурах эффективность работы данной системы пуска ухудшается вследствие увеличения потерь при передаче энергии аккумулятора в накопитель из-за увеличения внутреннего сопротивления аккумулятора. При этом сохранение энергии для последующего пуска в накопителе нерационально, так как временной процесс саморазряда энергии в накопителе интенсивнее, чем в аккумуляторе.

Технической задачей предложения является обеспечение работоспособности системы пуска после остановки двигателя и нахождении его в неработающем состоянии неопределенной период времени при различных окружающих температурах, включая диапазон низких температур.

Указанная задача достигается тем, что в системе пуска двигателя используется накопитель электрической энергии конденсаторного типа с возможным восполнением в нем недостатка энергии для пуска от электрогенератора с мускульным приводом.

Также поставленная задача решается тем, что превышение напряжения в накопителе с последующей перегрузкой узлов системы пуска при действии электрогенератора с мускульным приводом устраняется применением ограничителя напряжения накопителя.

На фиг. показана схема системы пуска двигателя внутреннего сгорания с накопителем электрической энергии.

Система пуска двигателя внутреннего сгорания содержит: двигатель внутреннего сгорания 1, механически соединенный через привод 4 с электростартером 2 и через привод 5 с электрогенератором 3, положительную шину 6 и отрицательную шину 7 электрического питания, накопитель электрической энергии 8, при этом один вывод накопителя 8 соединен с положительной шиной 6, а другой через первый выключатель 9 соединен с отрицательной шиной 7, первый вывод электростартера 2, соединенный с отрицательной шиной 7, и второй вывод, подключенный к положительной шине 6 через второй выключатель 10, один вывод электрогенератора 3, который соединен с отрицательной шиной 7 и другой вывод, который соединен с положительной шиной 6, индикатор величины напряжения 11, один вывод которого соединен с положительной шиной 6, а другой с отрицательной шиной 7, ограничитель напряжения 12, в состав которого входит обмотка электромагнитного реле 13 и коммутируемые контакты 14 и 15, при этом один вывод обмотки реле 13 и коммутируемый контакт 14 соединены с положительной шиной 6, а второй вывод обмотки реле 13 соединен с отрицательной шиной 7, кроме того, второй коммутируемый контакт 15 через полупроводниковый диод 16 и электрогенератор 17, который имеет привод от мускульной силы, соединен с отрицательной шиной 7.

В качестве двигателя внутреннего сгорания 1 могут использоваться карбюраторные и дизельные двигатели. Приводы 4 и 5 к электростартеру 2 и электрогенератору 3 от двигателя внутреннего сгорания 1 предпочтительно выполняются в виде зубчатой и ременной передач.

Положительная шина 6 выполняется преимущественно в виде электрически соединенной сети проводов, а в качестве отрицательной шины 7, как правило, используются металлические части двигателя и его установочные крепления.

Электростартер 2 выполняется, как правило, в виде электрического двигателя постоянного тока с электромагнитным возбуждением, а электрогенератор 3 выполняется преимущественно в виде электрического генератора переменного тока также с электромагнитным возбуждением и имеющего встроенный регулятор уровня выходного напряжения.

Конденсаторный накопитель электрической энергии 8 выполняется в виде корпуса с молекулярным наполнением, в котором используется явление формирования барьерного электрического поля на межфазной поверхности электронного и ионного проводников. За счет развитых поверхностей в зоне перехода удается обеспечить высокие значения удельной энергоемкости (см. Иванов А.М. и Герасимов А.Ф., «Молекулярные накопители электрической энергии на основе двойного электрического слоя», «Электричество», 1991, 8, с.16-19). Конструктивно накопитель состоит из последовательно соединенных конденсаторных элементов с двойным электрическим слоем, которые размещаются в корпусе с выводными клеммами.

В качестве индикатора величины напряжения 11 могут использоваться стрелочные или цифровые вольтметры, а также пороговые устройства, срабатывающие при определенных уровнях напряжений и отмечающие срабатывание световым или звуковым сигналом.

Реле 13 представляет собой электромагнитное устройство, работающее на постоянном токе и размыкающее при срабатывании нормальнозамкнутые контакты 14 и 15.

Электрогенератор 17 с мускульным приводом может выполняться в виде электрического генератора переменного тока с обмоткой расположенной на валу генератора и постоянными магнитами, установленными по периметру статора для формирования возбуждающего магнитного поля. Привод электрогенератора 17 может быть выполнен в виде шестеренчатого редуктора, соединенного на одном конце с валом генератора, а на другом с Г-образной рукоятью ручного привода.

Система пуска двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.

Перед пуском двигателя 1 производится подключение накопителя электрической энергии 8 к отрицательной шине 7 системы с помощью выключателя 9. Далее оператором производится оценка величины запаса энергии в накопителе 8. Проведение такой оценки возможно по показаниям индикатора величины напряжения 11 на накопителе 8, так как величина напряжения U_С на конденсаторе связана с величиной энергии W_С, запасенной в нем, следующей зависимостью: W_С=C·U_С 2 /2, где С — значение емкости накопителя.

Если величина энергии, запасенная в накопителе 8, оценивается как достаточная для осуществления пуска, то производится включение электростартера 2 с помощью выключателя 10 и двигатель внутреннего сгорания 1 начинает работать. При работе двигателя через привод 5 осуществляется работа электрогенератора 3, от которого производится заряд накопителя 8.

Если показания индикатора величины напряжения 11 свидетельствуют о том, что количество энергии, имеющееся в накопителе 8 недостаточно для пуска двигателя внутреннего сгорания 1, то обслуживающим персоналом осуществляется заряд накопителя 8 с помощью электрогенератора 17 с мускульным (ручным, ножным или др.) приводом. Ток, вырабатываемый электрогенератором 17, через диод 16 и ограничитель 12 поступает на положительную шину 6 и заряжает накопитель 8.

Диод 16 обеспечивает прохождение на положительную шину 6 только положительной составляющей тока электрогенератора 17, а также предотвращает разряд накопителя 8 через электрогенератор 17 в случае его останова или недостаточно интенсивной работы.

При заряде накопителя 8 от электрогенератора 17 осуществляется автоматическое ограничение величины напряжения между шиной 6 и шиной 7, то есть на выводах накопителя 8. Ограничение необходимо потому, что превышение номинального напряжения на выводах накопителя 8 соответствует превышению энергии, необходимой для пуска, что приводит к перегрузке элементов системы при последующем пуске двигателя.

Одним из возможных вариантов реализации ограничителя 12 напряжения является использование электромагнитного реле с обмоткой 13 и двумя коммутируемыми нормальнозамкнутыми контактами 14 и 15. Обмотка выполнена таким образом, что реле срабатывает при напряжении близким к номинальному заряду накопителя 8. При срабатывании реле контакты 14 и 15 размыкаются, и заряд накопителя 8 от электрогенератора 17 прекращается. Таким образом, после срабатывания ограничителя 12 накопитель 8 заряжен до номинальной величины и система готова для проведения пуска двигателя внутреннего сгорания 1.

При остановке двигателя внутреннего сгорания 1 на продолжительный период выключатель 9 переводится в положении «выключено» (разомкнуто), что предотвращает разряд накопителя 8 через индикатор величины напряжения 11 и через обмотку электромагнитного реле 13. При разомкнутом выключателе 9 уменьшение энергии в накопителе 8 происходит только от внутреннего саморазряда.

Таким образом, в заявленной системе источником энергии, осуществляющей пуск двигателя внутреннего сгорания, является молекулярный накопитель электрической энергии конденсаторного типа, обладающий небольшим по сравнению со свинцово-кислотным аккумулятором внутренним сопротивлением. Также следует отметить, что величина внутреннего сопротивления такого накопителя незначительно зависит от окружающей температуры.

Коэффициенты полезного действия (КПД) заряда и разряда накопителя конденсаторного типа имеют высокие значения, что объясняется как малой величиной внутреннего сопротивления накопителя, так и отсутствием внутренних промежуточных преобразований энергии при заряде и разряде. К таким преобразованиям в свинцово-кислотных аккумуляторах относятся электрохимические процессы, сопровождающие заряд и разряд аккумулятора.

Высокое значение КПД заряда конденсаторных накопителей, а также слабая зависимость их характеристик от температур позволяют эффективно использовать указанные накопители в системах пуска с зарядными устройствами, имеющими ручные приводы, которые обеспечивают работу систем после длительных перерывов в работе двигателя внутреннего сгорания в широком диапазоне температур при относительно небольших затратах мускульных усилий обслуживающего персонала.

Санкт-Петербургский государственный морской технический университет СПбГМТУ

13.03.03.01 Двигатели внутреннего сгорания

Форма обучения: Очная форма, Очно-заочная форма

Минимальный балл в 2021 году

20

20

Преимущества

• Военная кафедра
• Государственная аккредитация
• Общежитие
• Буклет

Паспорт программы

Описание программы

О профессии

Выпускники

Контактное лицо

Скоморовский Станислав Альбинович

Руководитель программы

Календарный план

Учебные корпуса

Выпускающие кафедры

• Кафедра судовых двигателей внутреннего сгорания и дизельных установок

Файлы

• Буклет

• # Двигатели внутреннего сгорания
• # ДВС
• # энергетическое машиностроение
• # поршневые двигатели
• # дизели
• # дизельгенераторы
• # судовые энергетические установки
• # силовые агрегаты
• # автомобильные двигатели
• # корабельные двигатели
• # пропульсивные установки
• # стационарные двигатели
• # малооборотные двигатели
• # среднеоборотные двигатели
• # высокооборотные двигатели
• # двигатели Стирлинга

Описание программы

Для успешного освоения образовательной программы абитуриент должен иметь интерес к технике, доброжелательное отношение к процессу обучения, навыки выполнения работ самостоятельно с периодичностью общения с наставником до одной недели, трудолюбие, склонности к достижению конечного результата, уживчивый характер.

Обучение на Кафедре судовых двигателей внутреннего сгорания и дизельных установок традиционно сочетается с большим объемом практических работ. Студенты уже к концу первого курса выбирают тему будущей выпускной квалификационной работы (диплома). Традиционно популярностью пользуются следующие направления:

• Судовые дизели и дизельные энергетические установки;
• Автомобильные и тракторные двигатели;
• Двигатели, предназначенные для работы в особых условиях (высокогорье, Арктика и Антарктика, большое противодавление выпуску);
• Стационарные двигатели и дизельгенераторы;
• Двигатели средств малой механизации и легких транспортных средств;
• Двигатели с внешним подводом теплоты (двигатели Стирлинга).

Предусмотренная учебным планом обязательная самостоятельная работа студентов по дисциплинам выпускающей кафедры практически полностью перекрывается предусмотренными лабораторными работами и курсовыми проектами и работами.

Уникальной основой для подготовки двигателистов высокой квалификации и гордостью Кафедры судовых двигателей внутреннего сгорания и дизельных установок является ее участок в факультетской лаборатории. На участке установлены и поддерживаются в рабочем состоянии полноразмерные дизели, дизель-генераторы и дизель-компрессоры:

• Стенд испытательный с дизелем «1НК – 65» (1Д6,5/(9+12)).
• Стенд испытательный с дизелем «3NVD24» (3Ч17,5/24).
• Стенд испытательный с дизелем «1Р2-6» (2Ч 8,5/11).
• Стенд испытательный с дизелем Д42 (6ЧН 30/38).
• Стенд испытательный с дизелем 40ДМ (12ДРН 23/30).
• Топливный стенд для обеспечения технического обслуживания дизельных двигателей лаборатории и уникальное лабораторное оборудование для исследования процесса топливоподачи.
• Двигатель Стирлинга 2Р12,5/6 (применяется в холодном состоянии, как база для выпускных квалификационных работ).

Причем дизель Д42 относится к типу самых распространенных двигателей отечественных подводных лодок, а дизель 40ДМ является морской модификацией тепловозного двигателя.

Кроме лабораторных стендов имеется класс с учебными «сухими» стендами, для выполнения работ по разборке/сборке двигателей (работы с дизелями типа 10Д6 и 6Ч 9,5/11, и с бензиновым мотором ГАЗ-24).

Курсовые проекты и работы являются сквозными, то есть все они ориентированы на изучение конкретного двигателя, и последовательно уточняют и расширяют у студента сведения об объекте проектирования. Курсовые проекты и работы предусмотрены по дисциплинам «Физические процессы в машинах», «Механика поршневых машин», «Теория рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания», «Динамика двигателей», «Механика жидкости и газа», «Конструирование двигателей внутреннего сгорания», «Агрегаты наддува двигателей», «История техники», «Системы двигателей», «Колебания и амортизация двигателей внутреннего сгорания», «Топливная аппаратура», «Технология двигателестроения», «Учебно-исследовательская работа студента». В результате выполнения курсовых проектов к окончанию учебных курсов у студентов появляется возможность защитить выпускную квалификационную работу на базе хорошо проработанного материала, сделать выпускную квалификационную работу объемной и всесторонне обоснованной.

Инициативные студенты имеют возможность приобщаться к научным исследованиям. выполняемым преподавателями кафедры в рамках договоров, аспирантских исследований или инициативно. По результатам этих работ студенты кафедры ежегодно делают доклады и публикуются в научных изданиях.

Актуальность и значимость программы

Цель программы

Достижения

• НИР «Расчет коленчатого вала дизеля М-473 по методике Российского морского регистра судоходства», руководитель заведующий кафедрой С.П. Столяров, 2016 г.
• НИОКР «Определение технико-экономических характеристик газотурбинных и дизельных двигателей с комплектующим оборудованием для судовых и дизельных двигателей с комплектующим оборудованием для судов и морских нефтегазовых объектов», руководитель заведующий кафедрой С.П. Столяров, 2015-2016 г.
• ОКР «Разработка и создание двигателя с внешним подводом теплоты по циклу Стирлинга для многотопливного автономного источника тепловой и электрической энергии», ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы», руководитель заведующий кафедрой С.П. Столяров, 2009-2011 гг.
• НИР «Исследования и разработка критических технологий применительно к двигателю Стирлинга в составе автономного когенерационного источника энергии на твердой растительной биомассе», ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы», руководитель заведующий кафедрой С.П. Столяров, 2013.
• НИОКР «Доводка и наладка универсальных испытательных стендов судовых дизелей», руководитель заведующий кафедрой С.П. Столяров, 2018 г.
• НИР «Разработка технических предложений по обеспечению работоспособности газонефтяного двигатель-генератора 12НДГ при работе на нефти третьего класса по ГОСТ З 51858-2002», руководитель заведующий кафедрой С.П. Столяров, 2018-2019 гг.
• Защита кандидатской диссертации В.А. Савченко на тему «Повышение эффективности двигателя Стирлинга путем совершенствования элементов конструкции внутреннего контура», научный руководитель заведующий кафедрой С.П. Столяров, 2016 г.
• Защита кандидатской диссертации Лин Тхат Чжо Аунг (Республика Союз Мьянма) на тему «Методика расчета процессов газообмена четырехтактного судового дизеля на базе диффузионной гипотезы смешения остаточных газов и свежего заряда», научный руководитель заведующий кафедрой С.П. Столяров, 2016 г.

Дисциплины

• Агрегаты наддува двигателей
• Конструирование двигателей внутреннего сгорания
• Механика жидкости и газа
• Системы двигателей
• Теория рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания
• Тепломассообмен
• Термодинамика

Преподаватели

• Медведев Валерий Викторович
  Доктор технических наук Профессор

Ведущий специалист в области надежности машин, более 120 научных публикаций, научные интересы: теоретические исследования и моделирование гидроаэродинамики и теплообмена в проточных частях энергетического оборудования, разработка методов обеспечения надежности и безопасности судовых энергетических установок.

Минасян Минас Арменакович
Доктор технических наук Профессор

Ведущий специалист в области виброизоляции, более 150 научных публикаций, научные интересы: теоретические и экспериментальные исследования средств шумо- и виброгашения, разработка и внедрение амортизаторов.

Румб Виктор Карлович
Кандидат технических наук Профессор

Ведущий специалист в области прочности двигателей, более 150 научных публикаций, научные интересы: широкий спектр теоретических исследований в области двигателей внутреннего сгорания, теоретические и прикладные работы по обеспечению прочности и долговечности судовых двигателей, их деталей и узлов, и судовых валопроводов.

Столяров Сергей Павлович
Кандидат технических наук Доцент

Заведующий кафедрой судовых двигателей внутреннего сгорания и дизельных установок. Ведущий специалист в области двигателей Стирлинга, более 170 научных публикаций, научные интересы: теоретические исследования и моделирование процессов в поршневых двигателях внутреннего сгорания и двигателях с внешним подводом теплоты по циклу Стирлинга, опыт руководства НИОКР в области двигателей Стирлинга, выполнявшихся в рамках ФЦП, и договоров с промышленными предприятиями.

Темы выпускных квалификационных работ

• Автомобильные и тракторные двигатели
• Автономные когенерационные дизельные агрегаты
• Двигатели, предназначенные для работы в особых условиях (высокогорье, Арктика и Антарктика, автономные объекты)
• Двигатели с внешним подводом теплоты (двигатели Стирлинга) для когенерационных, судовых и космических энергетических установок
• Двигатели средств малой механизации и легких транспортных средств
• Двигатель мощностью 900 кВт для скоростного катера
• Дизельные и комбинированные энергетические установки
• Многофункциональный дизель малой мощности
• Модернизация двигателя для работы в условиях Крайнего Севера
• Модернизация судового дизеля с целью улучшения его технико-экономических показателей
• Стационарные двигатели и дизельгенераторы
• Судовые дизели по концепции «экологическая перспектива»
• Форсирование судовых дизелей
• Эскизный проект дизеля и оценка долговечности его подшипников

Набор компетенций

• способность демонстрировать знание теоретических основ рабочих процессов в энергетических машинах, аппаратах и установках.
• способность применять и обосновывать конкретные технические решения при создании объектов энергетического машиностроения.
• готовность разрабатывать и применять энергоэффективные машины, установки, двигатели и аппараты по производству, преобразованию и потреблению различных форм энергии

Трудоустройство и востребованность профессии

Практика и стажировки для студентов

• АО «Равенство» — производственная практика.
• ПАО «ЗВЕЗДА» — производственная практика на безвозмездной основе, стажировка преподавателей.
• ООО «МПС» — производственная практика, работа студентов параллельно с учебой.
• ОАО «СПМБМ «Малахит» — обучение студентов на базовой кафедре, производственная практика.
• АО «Адмиралтейские верфи» — производственная практика, стажировка преподавателей.
• ООО «Балтийский завод — Судостроение» — производственная практика, стажировка преподавателей.
• ОАО «ЦНИТА» — стажировка преподавателей.
• ООО «ЦНИДИ» — стажировка преподавателей.
• ЗАО «Проектно-конструкторское бюро « втоматика» — производственная практика, стажировка преподавателей.
• ООО «Дальневосточный завод «Звезда» — производственная практика.
• ООО фирма «ЧК Плюс» — ООО фирма «ЧК Плюс».
• ФГУП «Крыловский государственный научный центр» — производственная практика, стажировка преподавателей.
• АО КБ «Вымпел» в СПб — производственная практика, работа студентов параллельно с учебой.
• АО КБ «Лазурит» в СПб — производственная практика, работа студентов параллельно с учебой.

Партнеры

• OАO «Адмиралтейские верфи»
• ЗАО «Проектно-конструкторское бюро «Автоматика»
• ОАО «СПМБМ «Малахит»
• ООО «МПС»
• ПАО «ЗВЕЗДА»

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ДВС)

Один из самых распространенных двигателей — двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Его устанавливают на автомобили, корабли, тракторы, моторные лодки и т. д., во всем мире насчитываются сотни миллионов таких двигателей. Существует два типа двигателей внутреннего сгорания — бензиновые и дизели. Бензиновые двигатели внутреннего сгорания работают на жидком горючем (бензине, керосине и т. п.) или на горючем газе (сохраняемом в сжатом виде в стальных баллонах или добываемом сухой перегонкой из дерева). Проектируют двигатели, где горючим будет водород. Основная часть ДВС — один или несколько цилиндров, внутри которых происходит сжигание топлива. Отсюда и название двигателя. 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 промежутки между поршнем и стенками цилиндра. Поршень снабжен металлическим стержнем — пальцем, он соединяет поршень с шатуном. Шатун передает движения поршня коленчатому валу (см. рис.). Верхняя часть цилиндра сообщается с двумя каналами, закрытыми клапанами. Через один из каналов — впускной подается горючая смесь, через другой — выпускной удаляются продукты сгорания. В верхней части цилиндра помещается свеча — приспособление для зажигания горючей смеси посредством электрической искры. Наибольшее распространение в технике получил четырехтактный двигатель. Рассмотрим его работу. 1-й такт — впуск (всасывание). Открывается впускной клапан. Поршень, двигаясь вниз, засасывает в цилиндр горючую смесь. 2-й такт — сжатие. Впускной клапан закрывается. Поршень, двигаясь вверх, сжимает горючую смесь, при сжатии она нагревается. 3-й такт — рабочий ход. Поршень достигает верхнего положения. Смесь поджигается электрической искрой свечи. Сила давления газов — раскаленных продуктов горения — толкает поршень вниз. Движение поршня передается коленчатому валу, вал поворачивается, и тем самым производится полезная работа. Производя работу и расширяясь, продукты сгорания охлаждаются, давление в цилиндре падает почти до атмосферного. 4-й такт — выпуск (выхлоп). Открывается выпускной клапан, отработанные продукты сгорания выбрасываются через глушитель в атмосферу. Из 4 тактов двигателя только один, третий, — рабочий. Поэтому двигатель снабжают маховиком, инерционным двигателем, запасающим энергию, за счет которой коленчатый вал (см. Валы и оси машин) вращается в течение остальных тактов. Отметим, что одноцилиндровые двигатели устанавливают главным образом на мотоциклах. На автомобилях, тракторах для более равномерной работы ставят 4, 6, 8 и более цилиндров на общем валу. Двигатели с цилиндрами, установленными в виде звезды вокруг одного вала, получили название звездообразных. Мощность звездообразных двигателей достигает 4 МВт. Используют их главным образом в авиации. Дизель — другой тип двигателя внутреннего сгорания. Воспламенение в его цилиндрах происходит при впрыскивании топлива в воздух, предварительно сжатый поршнем и, следовательно, нагретый до высокой температуры. Этим он отличается от бензинового двигателя внутреннего сгорания, в котором используется особое устройство для воспламенения топлива. Первый дизельный двигатель был построен в 1897 г. немецким инженером Р. Дизелем и получил название от его имени. Конструктивно дизель мало чем отличается от бензинового двигателя внутреннего сгорания. На рисунке видно, что у него есть цилиндр, поршень, клапаны. И принцип действия дизеля тот же. Но есть и отличия: в головке цилиндра находится топливный клапан — форсунка. Назначение ее — в определенные фазы вращения коленчатого вала впрыскивать топливо в цилиндр. Клапаны, топливный насос, питающий форсунку, получают движение от распределительного вала, который, в свою очередь, приводится в движение от коленчатого вала двигателя. Пусть начальным положением поршня будет верхняя мертвая точка. При движении поршня вниз (1-й такт) открывается впускной клапан, через который засасывается воздух. Впускной клапан при обратном ходе поршня закрывается и в продолжение всего 2-го такта остается закрытым. В цилиндре дизеля происходит сжатие воздуха (в бензиновом двигателе внутреннего сгорания на этой фазе сжимается горючая смесь). Степень сжатия в дизелях в 2—2,5 раза больше, вследствие чего температура воздуха в конце сжатия поднимается до температуры, достаточной для воспламенения топлива. В момент подхода поршня в верхнюю мертвую точку начинается подача топлива в цилиндр из форсунки. Попадая в горячий воздух, мелкораспыленное топливо самовозгорается. Сгорание топлива (в 3-м такте) происходит не сразу, как в бензиновых двигателях внутреннего сгорания, а постепенно, в продолжение некоторой части хода поршня вниз, объем пространства в цилиндре, где топливо сгорает, увеличивается. Поэтому давление газов во время работы форсунки остается постоянным. Когда поршень возвращается в нижнюю мертвую точку, открывается выпускной клапан, и давление газов сразу падает, после чего заканчивается 4-й такт, поршень возвращается в верхнюю мертвую точку. Далее цикл повторяется. Дизель относится к наиболее экономичным тепловым двигателям (КПД достигает 44%), он работает на дешевых видах топлива. Сконструированы и построены двигатели мощностью до 30 ООО кВт. Дизели используются главным образом на судах, тепловозах, тракторах, грузовиках, передвижных электростанциях.

Что относиться к двигателям внутреннего сгорания

Один из самых распространенных двигателей — двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Его устанавливают на автомобили, корабли, тракторы, моторные лодки и т. д., во всем мире насчитываются сотни миллионов таких двигателей. Существует два типа двигателей внутреннего сгорания — бензиновые и дизели.

Бензиновые двигатели внутреннего сгорания работают на жидком горючем (бензине, керосине и т. п.) или на горючем газе (сохраняемом в сжатом виде в стальных баллонах или добываемом сухой перегонкой из дерева). Проектируют двигатели, где горючим будет водород.

Основная часть ДВС — один или несколько цилиндров, внутри которых происходит сжигание топлива. Отсюда и название двигателя.

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 промежутки между поршнем и стенками цилиндра. Поршень снабжен металлическим стержнем — пальцем, он соединяет поршень с шатуном. Шатун передает движения поршня коленчатому валу (см. рис.).

Верхняя часть цилиндра сообщается с двумя каналами, закрытыми клапанами. Через один из каналов — впускной подается горючая смесь, через другой — выпускной удаляются продукты сгорания. В верхней части цилиндра помещается свеча — приспособление для зажигания горючей смеси посредством электрической искры.

Наибольшее распространение в технике получил четырехтактный двигатель. Рассмотрим его работу. 1-й такт — впуск (всасывание). Открывается впускной клапан. Поршень, двигаясь вниз, засасывает в цилиндр горючую смесь. 2-й такт — сжатие. Впускной клапан закрывается. Поршень, двигаясь вверх, сжимает горючую смесь, при сжатии она нагревается. 3-й такт — рабочий ход. Поршень достигает верхнего положения. Смесь поджигается электрической искрой свечи. Сила давления газов — раскаленных продуктов горения — толкает поршень вниз. Движение поршня передается коленчатому валу, вал поворачивается, и тем самым производится полезная работа. Производя работу и расширяясь, продукты сгорания охлаждаются, давление в цилиндре падает почти до атмосферного. 4-й такт — выпуск (выхлоп). Открывается выпускной клапан, отработанные продукты сгорания выбрасываются через глушитель в атмосферу.

Из 4 тактов двигателя только один, третий, — рабочий. Поэтому двигатель снабжают маховиком, инерционным двигателем, запасающим энергию, за счет которой коленчатый вал (см. Валы и оси машин) вращается в течение остальных тактов. Отметим, что одноцилиндровые двигатели устанавливают главным образом на мотоциклах. На автомобилях, тракторах для более равномерной работы ставят 4, 6, 8 и более цилиндров на общем валу. Двигатели с цилиндрами, установленными в виде звезды вокруг одного вала, получили название звездообразных.

Мощность звездообразных двигателей достигает 4 МВт. Используют их главным образом в авиации.

Дизель — другой тип двигателя внутреннего сгорания. Воспламенение в его цилиндрах происходит при впрыскивании топлива в воздух, предварительно сжатый поршнем и, следовательно, нагретый до высокой температуры. Этим он отличается от бензинового двигателя внутреннего сгорания, в котором используется особое устройство для воспламенения топлива.

Первый дизельный двигатель был построен в 1897 г. немецким инженером Р. Дизелем и получил название от его имени.

Конструктивно дизель мало чем отличается от бензинового двигателя внутреннего сгорания. На рисунке видно, что у него есть цилиндр, поршень, клапаны. И принцип действия дизеля тот же. Но есть и отличия: в головке цилиндра находится топливный клапан — форсунка. Назначение ее — в определенные фазы вращения коленчатого вала впрыскивать топливо в цилиндр. Клапаны, топливный насос, питающий форсунку, получают движение от распределительного вала, который, в свою очередь, приводится в движение от коленчатого вала двигателя.

Пусть начальным положением поршня будет верхняя мертвая точка. При движении поршня вниз (1-й такт) открывается впускной клапан, через который засасывается воздух. Впускной клапан при обратном ходе поршня закрывается и в продолжение всего 2-го такта остается закрытым.

В цилиндре дизеля происходит сжатие воздуха (в бензиновом двигателе внутреннего сгорания на этой фазе сжимается горючая смесь). Степень сжатия в дизелях в 2—2,5 раза больше, вследствие чего температура воздуха в конце сжатия поднимается до температуры, достаточной для воспламенения топлива. В момент подхода поршня в верхнюю мертвую точку начинается подача топлива в цилиндр из форсунки. Попадая в горячий воздух, мелкораспыленное топливо самовозгорается. Сгорание топлива (в 3-м такте) происходит не сразу, как в бензиновых двигателях внутреннего сгорания, а постепенно, в продолжение некоторой части хода поршня вниз, объем пространства в цилиндре, где топливо сгорает, увеличивается. Поэтому давление газов во время работы форсунки остается постоянным.

Когда поршень возвращается в нижнюю мертвую точку, открывается выпускной клапан, и давление газов сразу падает, после чего заканчивается 4-й такт, поршень возвращается в верхнюю мертвую точку.

Далее цикл повторяется. Дизель относится к наиболее экономичным тепловым двигателям (КПД достигает 44%), он работает на дешевых видах топлива. Сконструированы и построены двигатели мощностью до 30 ООО кВт. Дизели используются главным образом на судах, тепловозах, тракторах, грузовиках, передвижных электростанциях.