Какие бывают двигатели и что они едят

07.05.2020

На сегодняшний день наиболее распространённым двигателем является поршневой двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, или Отто-мотор. Он установлен на большинстве автомобилей в мире. Это легкий, дешевый, тихий и хорошо изученный двигатель. Однако человечество постоянно пытается придумать ему альтернативу как по устройству, так и использованию другого рабочего тела – топлива. И иногда у инженеров получаются весьма занятные экземпляры.

Гибридный двигатель на сжатом воздухе

В 2013 году французский концерн PSA представил систему Hybrid Air, работающую на сжатом воздухе. Однако они были далеко не первыми. Motor Development International на Женевском автосалоне 2009 года представили пневмоколяску MDI AIRpod и ее более серьезный вариант MDI OneFlowAir. В 2011 году японцы провели тест-драйв концепт-кара Toyota Ku Rin, который проехал 3,2 км на одном «заряде» сжатого воздуха. А в 2012 году Tata Motors представила трехместный и трехколесный автомобиль Tata AIRPod.

В отличие от предшественников, разработка PSA оказалась элегантнее и проще. Два баллона со сжатым воздухом, компрессор, нагнетающий воздух, и гидравлический мотор, передающий энергию сжатого воздуха в КПП. Система сама пополняла воздушные запасы (например, Tata Airpod требовалось «накачивать» каждые 200 км). Помимо установки со сжатым воздухом, под капотом Hybrid Air предполагалось устанавливать классический 3-цилиндровый двигатель внутреннего сгорания, который бы играл роль насоса и вспомогательного мотора.

В городе машина с Hybrid Air может до 80% времени ехать только на воздухе, не загрязняя атмосферу. Топливная экономичность варьируется от нулевых значений расхода и выбросов до 2,9 л/100 км и 69 г/км при использовании двигателя внутреннего сгорания соответственно. В компании планировали ставить систему Hybrid Air начиная с 2016 года, но – не сложилось.

Водородные топливные элементы

Существует три типа двигателей, использующих водород: одни работают как обычный двигатель внутреннего сгорания, другие – газотурбинные, третьи – агрегаты, использующие химическую реакцию водорода.

Первый двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде, появился в 1806 году, водород в нем использовался как обычный бензин. Однако использовать такие оригинальные двигатели накладно. В газотурбинных двигателях газ сжимается и нагревается, затем выделяемая энергия преобразуется в механическую. В качестве топлива можно использовать практически любое горючее.

Но самые интересные из водородных силовых установок – «химические». Концерны BMW и Toyota представили кроссовер i Hydrogen NEXT на базе последнего X5. Его силовая установка состоит из электродвигателя и литий-ионной батареи, стеков с водородными топливными элементами, химического преобразователя и двух баков, в которых под давлением 700 бар хранится 6 кг водорода. Стек специальных ячеек, наполненных водородом, конвертирует химическую энергию газа в электричество, которое аккумулируется в батарее, а она в свою очередь питает электромотор. Электрохимический генератор в составе топливного элемента выдает мощность 125 кВт (170 л. с.), а пиковая мощность силовой установки — 275 кВт (374 л.с.). В качестве топлива используется смесь водорода и кислорода из окружающего воздуха, вместо вредных выбросов система вырабатывает водяной пар. В BMW заявляют, что к 2022 году планируют выпустить первую партию водородомобилей.

Дизельный двигатель

Более ста лет назад, 23 февраля 1892 года Рудольф Дизель получил патент на свой двигатель. Принципиальным отличием его двигателя от Отто-мотора было то, что топливо в нем нагревалось быстрым сжатием, а не поджогом. Удивительно, но первые двигатели Дизеля работали на растительных маслах или легких нефтепродуктах. Кроме того, первоначально в качестве идеального топлива он предлагал использовать каменноугольную пыль, так как в Германии не было запасов нефти.

Спектр видов топлива для дизельных двигателей весьма широк. Сюда включаются все фракции нефтеперегонки от керосина до мазута и ряд продуктов природного происхождения: рапсовое масло, фритюрный жир, пальмовое масло и многие другие. Дизельный двигатель может с определенным успехом работать даже на сырой нефти.

Кстати, в 1898 году на Путиловском заводе в Петербурге был построен первый в мире «бескомпрессорный нефтяной двигатель высокого давления» – агрегат, аналогичный мотору Дизеля. Наша конструкция оказалась более совершенной и перспективной. Но под давлением владельцев лицензий Дизеля все работы над отечественным аналогом дизельного двигателя были остановлены.

Роторный двигатель

Самый престарелый из всех тепловых двигателей именно роторный. С древности известны колеса ветряных и водяных мельниц, которые можно отнести к примитивным роторным двигательным механизмам. В 19 веке стали активно использовать роторные паровые двигатели.

В 1957 года Феликс Ванкель и Вальтер Фройде показали общественности полностью работоспособный роторно-поршневой двигатель (РПД) внутреннего сгорания. Через 7 лет этот движок установили на спорткар NSU Spider, который стал первым серийником с роторно-поршневой двигатель. Такой двигатель лишен большого количества движущихся частей, он проще, а особая конструкция мотора позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. Но из-за конструктивных особенностей у роторных двигателей крайне низкий ресурс, высокий расход масла и топлива, хотя и большая отдача с меньшего объема.

Из-за этих особенностей единственной компанией, которая массово, помимо NSU, выпускала автомобили с роторно-поршневым движком была Mazda. И легендарная Mazda RX-8 была скорее имиджевой моделью, нежели коммерческой. В итоге в начале 2000-х работу с роторно-поршневыми двигателями свернули.

По материалам портала «Популярная механика»

Новости по теме

27. 11.2020

DFDS разработает паром на водороде

DFDS и партнеры подали заявку в Евросоюз на финансовую поддержку проекта по разработке парома […]

Энергетическое образование

5. Роторно-поршневые двигатели

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания (РПД, двигатель Ванкеля), конструкция которого разработана в 1957 году инженером компании NSU Вальтером Фройде, ему же принадлежала идея этой конструкции. Двигатель разрабатывался в соавторстве с Феликсом Ванкелем, работавшим над другой конструкцией роторно-поршневого двигателя. Установленный на валу ротор жёстко соединён с зубчатым колесом, которое входит в зацепление с неподвижной шестернёй — статором. Диаметр ротора намного превышает диаметр статора, несмотря на это ротор с зубчатым колесом обкатывается вокруг шестерни. Каждая из вершин трёхгранного ротора совершает движение по эпитрохоидальной поверхности цилиндра и отсекают переменные объёмы камер в цилиндре с помощью трёх клапанов. Такая конструкция позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. Герметизация камер обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаемыми к цилиндру центробежными силами, давлением газа и ленточными пружинами. Отсутствие механизма газораспределения делает двигатель значительно проще четырехтактного поршневого (экономия составляет около тысячи деталей), а отсутствие сопряжения (картерное пространство, коленвал и шатуны) между отдельными рабочими камерами обеспечивают необычайную компактность и высокую удельную мощность. За один оборот ванкель выполняет три полных рабочих цикла, что эквивалентно работе шестицилиндрового поршневого двигателя. Смесеобразование, зажигание, смазка, охлаждение, запуск принципиально такие же, как и у обычного поршневого двигателя внутреннего сгорания. Практическое применение получили двигатели с трёхгранными роторами, с отношением радиусов шестерни и зубчатого колеса: R:r = 2:3, которые устанавливают на автомобилях, лодках и т.п. Особенность двигателя — применение трёхгранного ротора (поршня), имеющего вид треугольника Рело, вращающегося внутри цилиндра специального профиля, поверхность которого выполнена по эпитрохоиде.

Цикл двигателя Ванкеля: впуск (голубой), сжатие (зелёный), рабочий ход (красный), выпуск (жёлтый).

Инженерам фирмы Mazda удалось решить все основные проблемы РПД — токсичность выхлопа и неэкономичность. По сравнению с двигателями-предшественниками «Renesis», удалось сократить потребление масла на 50 %, бензина на 40 % и довести выброс вредных окисей до норм, соответствующих Euro IV. Двухкамерный двигатель «Renesis» объёмом всего 1,3 л выдаёт мощность в 250 л. с. и занимает гораздо меньше места в моторном отсеке. Следующая модель двигателя Renesis 2 16X имеет объём 1.6 литра, и большую мощность, меньше нагревается.

Двигатель Mazda.

Автомобили марки Mazda с буквами RE в наименовании могут использовать в качестве топлива как бензин, так и водород. Это явилось вторым витком роста внимания к РПД со стороны разработчиков. Двигатель успешно может использовать водород, так как менее чувствителен к детонации, чем обычный двигатель, использующий возвратно-поступательное движение поршня. Автомобили с РПД потребляют от 7 до 20 литров топлива на 100 км, в зависимости от режима движения, и масла от 0,4 л до 1 л на 1000 км (для двигателей Mazda 0,4 — 0,6 л.). В настоящее время исследование этого типа двигателя активно ведёт японский автоконцерн Mazda, оснащая доработанными моделями роторных двигателей автомобили серии RX.

Двигатель Mazda.

Категория: Поршневые двигатели внутреннего сгорания — Wikimedia Commons

Взято из Викисклада, бесплатного репозитория медиафайлов

Перейти к навигацииПерейти к поиску

Подкатегории

Эта категория имеет следующие 28 подкатегорий из 28.

• Двигатели по расположению цилиндров‎ (19 C, 1 P)

• Двигатели по количеству цилиндров‎ (22 C)

C

• Карбюраторные модели двигателей с воспламенением от сжатия (17 F)

• Двигатели с воспламенением от сжатия (3C)

F

• Четырехтактные двигатели‎ (7C, 14 F)

• Свободнопоршневые двигатели‎ (8 F)

I

• Двигатели внутреннего сгорания с необычным клапанным механизмом‎ (7 C, 7 F)

• Системы смазки поршневых двигателей внутреннего сгорания‎ (3 C, 8 F)

M

• Моноблочные двигатели‎ (4 C)

• Многотопливные двигатели‎ (2 C)

P

• Бензиновые двигатели‎ (10 C, 31 F)

• Камеры сгорания поршневых двигателей‎ (3 C, 23 F)

S

• Scott-Still-Machine‎ (7 F)

• Двигатели с боковым клапаном‎ (6 C, 17 F)

• Двигатели с искровым зажиганием (2 C, 3 F)

• Схемы системы двигателя внутреннего сгорания‎ (3 C, 11 F)

T

• Распределительные шестерни‎ (1 C, 2 F)

• Двигатели с турбокомпаундом‎ (2 C)

• Двухтактные двигатели‎ (12 C, 40 F)

Медиа в категории «Поршневые двигатели внутреннего сгорания»

Следующие 84 файла находятся в этой категории, всего 84.

• » 01 — ИТАЛИЯ — двигатель Lancia Y 1.2 куб.см.JPG
  4000 × 3000; 2,49 МБ

• 1916 бензиновый двигатель.jpg
  661 × 744; 155 КБ

• 4-Taktmotor mit Kühllamellen.jpg
  282 × 194; 64 КБ

• 4-Taktmotor Schnitt Motorrad 1-Zylinder.jpg
  320 × 427; 38 КБ

• 5.9 Cummins Diesel.jpg
  2448 × 3264; 2,54 МБ

• 6цилиндр new4stroke.jpg
  640 × 728; 45 КБ

• Агротехника 2011-by-RaBoe-64.jpg
  2500 × 1660; 2,4 МБ

• Радиатор воздуха для четырехтактного двигателя.svg
  512 × 512; 11 КБ

• Радиатор воздуха для двухтактного двигателя.svg
  512 × 512; 8 КБ

• Avondale ag Museum gnangarra 09.jpg
  2576 × 1932; 2,02 МБ

• Диаграмма оппозитного двигателя.jpg
  650 × 350; 16 КБ

• Боксер-engine.svg
  650 × 382; 12 КБ

• Brayton Ready Motor Animation. gif
  400 × 379; 1013 КБ

• BraytonEngineLitho.jpg
  597 × 684; 132 КБ

• Будапешт, Музей транспорта 2015, 264.jpg
  2592 × 1944; 1,27 МБ

• Ca 20150601 (18320467536).jpg
  1200 × 898; 397 КБ

• Поперечное сечение поршня, Музей John Deere.jpg
  2592 × 3872; 2,35 МБ

• Роторно-клапанный двигатель Darracq, секции (Autocar Handbook, девятое издание).jpg
  667 × 629; 81 КБ

• Деталь двигателя De Rivaz IC.jpg
  400 × 567; 27 КБ

• Мертвая точка (PSF).png
  2608 × 1815; 78 КБ

• DOHC-Zylinderkopf-Schnitt.jpg
  596 × 447; 93 КБ

• Нижнезаворовы.jpg
  411 × 256; 10 КБ

• Двухтопливный двигатель EF7.jpg
  373 × 419; 52 КБ

• Двухтопливный передний двигатель EF7.jpg
  467 × 559; 99 КБ

• Балансировка двигателя7.gif
  667 × 666; 1,16 МБ

• Блок двигателя в лесу 001. jpg
  1040 × 772; 211 КБ

• Блок двигателя в лесу 002.jpg
  2080 × 1544; 1,23 МБ

• Движущиеся части двигателя es.jpg
  1344 × 1008; 139 КБ

• Движущиеся части двигателя.jpg
  800 × 600; 62 КБ

• Движущиеся части двигателя.PNG
  799 × 589; 319 КБ

• Ericsson Тепловой двигатель.JPG
  1046 × 1600; 275 КБ

• Первый газовый двигатель Томассена.JPG
  658 × 509; 61 КБ

• Свечи накаливания.jpg
  2816 × 2112; 2,97 МБ

• Hemi vs Wedge Complexity.jpg
  874 × 579; 380 КБ

• ИНТЕРЬЕР, РЕГУЛЯТОР — Ede — 202

  — RCE.jpg
  1200 × 1200; 235 КБ

• Двигатель внутреннего сгорания.png
  1336 × 710; 420 КБ

• КейнПеннингтонEngineBedfordMuseum.JPG
  960 × 1280; 298 КБ

• ЛА2-Блиц-0426.jpg
  1819× 2836; 1,31 МБ

• Машинон.JPG
  2048 × 1536; 1022 КБ

• Средняя скорость поршня. png
  1493 × 926; 54 КБ

• Бортовой мотор Mercury Marine.JPG
  4000 × 3000; 2,83 МБ

• Двигатель модели J.JPG
  3648 × 2048; 1,92 МБ

• Мотор Брайтон.jpg
  568 × 424; 29 КБ

• Motor de Automovil 000.jpg
  640 × 480; 47 КБ

• Автомобильный музей Малаги A222.jpg
  3648 × 2736; 4,67 МБ

• Автомобильный музей Малаги A223.jpg
  3648 × 2736; 4,67 МБ

• Автомобильный музей Малаги A224.jpg
  3648 × 2736; 4,74 МБ

• Motor eines Spähwagens Fennek.JPG
  3500 × 2650; 3,35 МБ

• Мотор Opel Astra GL 1600.jpg
  4285 × 2845; 3,16 МБ

• Мотор-gelo4.gif
  800 × 600; 5,35 МБ

• Motorblock 4 Zylinder Wassergekühlt Aluminium.jpg
  645 × 681; 96 КБ

• Motorprincipper.jpg
  984 × 629; 100 КБ

• Новый 4-тактный двигатель.jpg
  262 × 420; 64 КБ

• New4stroke. gif
  200 × 264; 157 КБ

• Обычные и нестандартные двигатели (Autocar Handbook, девятое издание).jpg
  477 × 472; 26 КБ

• PetrolDirectInjectionBMW.JPG
  2048 × 1536; 673 КБ

• PetrolDirectInjectionBMW2.JPG
  2048 × 1536; 813 КБ

• Piston bielle vilebrequin купе и схема cinematique.svg
  226 × 166; 48 КБ

• Поршневой двигатель template.gif
  48×48; 2 КБ

• PSM V18 D500 Американский двигатель внутреннего сгорания otto.jpg
  2143 × 1498; 661 КБ

• Двигатель Риваз.jpg
  683 × 486; 33 КБ

• Упрощенная схема двигателя для взрыва.jpg
  402 × 309; 12 КБ

• Selden moteur.jpg
  621 × 395; 30 КБ

• Двигатель с боковым клапаном v2.png
  1088 × 1230; 14 КБ

• Двигатель с боковым клапаном v3.png
  1088 × 1230; 14 КБ

• Двигатель с боковым клапаном v4.png
  1088 × 1230; 15 КБ

• Двигатель с боковым клапаном v5. png
  1088 × 1230; 15 КБ

• Тотпунктфедер.jpg
  785 × 1306; 104 КБ

• Тяндкулемотор.png
  393 × 550; 39 КБ

• US125166-Рисунок 1–4.png
  3961 × 2844; 296 КБ

• US125166-Рисунок 1.png
  1441 × 1509; 79 КБ

• US125166-Рисунок 1to4-color.png
  3961 × 2844; 439 КБ

• US125166-Рисунок 2.png
  1322 × 1559; 99 КБ

• US125166-Рисунок 3.png
  1168 × 1240; 52 КБ

• US125166-Рисунок 4.png
  1060 × 592; 17 КБ

• US151468-рисунки-рисунок-1.png
  724 × 1321; 39 КБ

• US151468-drawings-figure-2.png
  944 × 1416; 70 КБ

• US151468-drawings-figure-3.png
  494 × 370; 22 КБ

• Us2122676 fig2.png
  612 × 957; 104 КБ

• US4013048 fig1.png
  1278 × 1962; 572 КБ

• USA-San Jose-Almaden Quicksilver Park-Mining Machinery-1. jpg
  3264 × 2448; 2,64 МБ

• USA-San Jose-Almaden Quicksilver Park-Mining Machinery-2.jpg
  3264 × 2448; 2,42 МБ

• Уайт и Миддлтон Двигатель.jpg
  618 × 473; 80 КБ

• Водзиковы2а.jpg
  4376 × 5939; 1,79 МБ

Знакомство с авиационными двигателями внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания (ВС) — это силовая установка, используемая сегодня почти на всех легких самолетах авиации общего назначения. Электрические авиационные двигатели обещают новое и более чистое авиационное будущее, но до них еще далеко, они приводят в действие прототипы, но еще не получили широкого распространения. Поэтому в этой серии статей мы сосредоточимся на двигателе внутреннего сгорания, обсуждая силовые установки легких самолетов.

Возвратно-поступательное движение во вращение

Самолет в прямолинейном горизонтальном полете подвергается действию четырех фундаментальных сил, которые должны быть уравновешены, чтобы самолет оставался в равновесии. Вес самолета уравновешивается подъемной силой, создаваемой крылом и горизонтальным стабилизатором в вертикальном направлении. Когда самолет движется по воздуху, создается сопротивление или сила лобового сопротивления, которой необходимо противодействовать, чтобы поддерживать скорость полета вперед. Этот противовес лобовому сопротивлению называется силой тяги и создается комбинацией двигатель-гребной винт.

Рисунок 1: Основные силы в полете

Двигатель внутреннего сгорания работает по принципу преобразования возвратно-поступательного движения (движение поршней вверх и вниз) во вращательное движение (вращение коленчатого вала), которое используется для привода воздушного винта. Для перемещения поршней требуется энергия: эта сила создается за счет сгорания смеси топлива и воздуха, которая заставляет поршень двигаться и, таким образом, производить полезную работу. Тогда говорят, что химическая энергия (топливо) была преобразована в механическую энергию.

Давайте рассмотрим различные компоненты, из которых состоит типичный двигатель внутреннего сгорания.

Компоненты двигателя внутреннего сгорания

На изображении ниже показана конструкция типичного двигателя внутреннего сгорания. Затем каждый из основных компонентов обсуждается ниже.

Рис. 2. Типичный авиационный двигатель внутреннего сгорания в разрезе

Поршни

Поршень — это компонент двигателя, совершающий возвратно-поступательные движения и отвечающий за передачу усилия от расширяющихся газов в камере сгорания цилиндра на коленчатый вал через шатун. На разрезе выше не показан корпус цилиндра, внутри которого движется каждый поршень.

Рисунок 3: Расположение поршня и головки блока цилиндров

Поршни обычно отливают из алюминиевых сплавов. В двигателях с более высокими характеристиками (как правило, в гоночных двигателях) поршень может быть кованым, а не литым. Поршень не контактирует напрямую с цилиндром, но газовое уплотнение между стенкой цилиндра и поршнем поддерживается за счет использования поршневых колец и масляной смазки. Эти кольца установлены в канавках, вырезанных в поршне, и изготовлены из чугуна. Обычно устанавливается несколько поршневых колец, расположенных чуть ниже днища поршня. На поршень самолета обычно устанавливаются три различных типа колец: компрессионные, маслосъемные и маслосъемные.

Рисунок 4: Поршень с установленными поршневыми кольцами

Компрессионные кольца находятся в верхней части поршня, сразу под головкой. Эти кольца обеспечивают герметичное уплотнение между цилиндром и поршнем во время такта сжатия и сгорания четырехтактного цикла.

Маслосъемные кольца расположены под компрессионными кольцами. Эти кольца предназначены для обеспечения циркуляции масла изнутри поршня к стенкам цилиндра. Эта циркуляция осуществляется через набор небольших отверстий для слива масла.

Маслосъемные кольца расположены в нижней части поршня и имеют такую ​​форму, что они могут соскабливать масло вверх и вниз по цилиндру во время движения поршня. Излишки масла задерживаются во время хода вверх, а затем возвращаются в картер во время хода вниз.

Картер

Картер — это название корпуса, в котором находится коленчатый вал и шатуны, соединяющие поршень с коленчатым валом. Картер авиационного двигателя обычно изготавливается из литого или кованого алюминия. Это обеспечивает достаточную прочность и жесткость, чтобы удерживать коленчатый вал на месте, сохраняя при этом преимущества алюминия по массе над сталью.

Смазочное масло двигателя хранится в нижней части картера двигателя с мокрым картером. Масло циркулирует в двигателе, смазывая коленчатый вал, шатунные подшипники и другие металлические компоненты. Масло попадает на стенки цилиндров, проходя через поршни, прежде чем стекать обратно в картер.

В системе с сухим картером масло хранится не в картере, а в отдельном внешнем резервуаре. Система смазки двигателя более подробно рассмотрена в посте, посвященном смазке и охлаждению двигателя.

Шатун

Шатун (шатун) представляет собой металлический компонент, образующий связь между поршнем и коленчатым валом. Шатуны и коленчатый вал преобразуют возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала, которое затем используется для привода гребного винта и создания тяги.

Шатуны крепятся к коленчатому валу с помощью крышки и стопорных болтов. Подшипник, установленный внутри крышки, позволяет шатуну преобразовывать возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Поршень крепится к шатуну с помощью поршневого пальца (также называемого поршневым пальцем или поршневым пальцем), удерживаемого на месте с помощью набора пружинных зажимов.

Рисунок 5: Обозначенные компоненты шатуна

Коленчатый вал

Коленчатый вал — это вращающийся вал, на котором крепятся шатуны и поршни. Когда поршни движутся вверх и вниз, это возвратно-поступательное движение преобразуется коленчатым валом во вращательное. Коленчатый вал размещен в картере и состоит из шатунных шеек, шатунных шеек и шатунных шеек.

Рисунок 6: Компоненты коленчатого вала

Шатуны крепятся к шатунным шейкам, а коленчатый вал поддерживается блоком двигателя через набор подшипников на шейках коленчатого вала.

К коленчатому валу часто прикрепляют маховик, который накапливает энергию вращения и обеспечивает более постоянную скорость вращения, чем это было бы возможно при возвратно-поступательном движении поршней.

Клапаны

Любой четырехтактный двигатель внутреннего сгорания должен иметь как минимум два клапана на цилиндр: один для впуска топливно-воздушной смеси и один для выпуска газов после сгорания. В авиационных двигателях обычно используется двухклапанная схема. Во многих автомобильных двигателях используется схема с четырьмя клапанами (два впускных и два выпускных), что улучшает поток впускных и выхлопных газов.

Клапаны должны сохранять свою прочность и форму при высоких температурах, поэтому обычно изготавливаются из высокопрочных сталей. Выпускные клапаны обычно меньше впускных, чтобы уменьшить вероятность преждевременного зажигания или детонации. Выпускной клапан обычно является самой горячей частью двигателя, и клапан меньшего размера снижает вероятность того, что высокие температуры могут привести к преждевременному воспламенению топливно-воздушной смеси, добавляемой во время такта впуска.

Как впускной, так и выпускной клапаны известны как тарельчатые клапаны и состоят из длинного штока, горловины и плунжера или головки. Головка состоит из двух поверхностей: поверхности сгорания и поверхности седла. Клапаны перемещаются вверх и вниз через направляющую клапана, открываясь и закрываясь в определенное время в цикле четырехтактного двигателя. Фазы газораспределения определяются вращением распределительного вала, что обсуждается далее.

Рисунок 7: Типовой клапан двигателя

Распределительный вал

Впускной и выпускной клапаны открываются и закрываются с помощью распределительного вала, который приводится в движение двигателем с помощью приводного ремня, соединяющего коленчатый вал с распределительным валом. В четырехтактном цикле каждый клапан должен открываться и закрываться один раз за полный цикл, при котором коленчатый вал совершает два полных оборота. Поэтому распределительный вал должен приводиться в движение на половине скорости вращения двигателя — это достигается за счет механической передачи.

Распределительный вал изготавливается с несколькими кулачками или кулачками, где каждый кулачок расположен над клапаном и приводит в движение этот клапан. Форма кулачка определяет, как клапан открывается и закрывается, а ориентация лепестка определяет последовательность работы клапана. Проще всего визуализировать это движение, обратившись к анимации ниже.

Рисунок 8: Клапаны двигателя, приводимые в действие верхним кулачком

В авиационных двигателях клапаны приводятся в действие не напрямую через контакт с кулачком, а через систему толкателя и коромысла, которая соединяет кулачок с клапаном. Эта система допускает наличие зазора или зазора между коромыслом и наконечником клапана. Этот зазор имеет важное значение, так как температура двигателя изменяется во время работы, что приводит к расширению клапана при более высоких температурах. Без зазора между наконечником клапана и коромыслом повышение температуры приведет к позднему открытию или преждевременному закрытию клапанов, что приведет к плохой работе двигателя и потере мощности. Зазор можно отрегулировать, обычно регулировкой винта на узле коромысла.

Наконец, в каждый клапан встроены две пружины, которые способствуют быстрому закрытию клапана и гашению любого дребезга клапана, который может возникнуть из-за вибраций, присущих работе двигателя внутреннего сгорания.

Рис. 9: Система коромысла клапана двигателя

Свечи зажигания

Свечи зажигания предназначены для воспламенения топливно-воздушной смеси, поступающей во впускное отверстие цилиндра. Затем это сгорание заставляет поршень опускаться во время рабочего такта четырехтактного цикла. Свеча зажигания работает, получая очень высокое напряжение от системы зажигания самолета, которое затем прыгает между центральным электродом и заземленной внешней частью свечи, что приводит к возникновению искры. Это похоже на то, как молния прыгает между облаком и Землей. Для этого напряжение должно быть очень высоким – обычно в районе 5 000 В – 20 000 В. Искра возникает, когда центральный электрод изолирован от заземленной внешней части вилки, поэтому высокое напряжение должно преодолеть воздушный зазор. между ними возникает искра. Изоляция чаще всего достигается с помощью керамической вставки, которая не проводит электричество.

Свечи зажигания делятся на горячие и холодные. Керамическая вставка на горячей свече имеет меньшую площадь контакта с металлической частью свечи, чем на холодной свече. Таким образом, горячие свечи рассеивают тепло медленнее, чем холодные свечи, и лучше подходят для работы в более холодных двигателях с более низкой степенью сжатия. И наоборот, холодные свечи лучше подходят для работы в более горячих двигателях с более высокой степенью сжатия, поскольку они способны более эффективно рассеивать тепло.

Свеча зажигания должна потреблять высокое напряжение, генерируемое системой зажигания самолета. Напряжение поступает в вилку через выемку (клемму), которая удерживается на месте гайкой и закрыта атмосферостойким уплотнением.

Авиационные двигатели всегда имеют две отдельные системы зажигания, чтобы увеличить резервирование и снизить риск отказа двигателя на критическом этапе полета. Поскольку двойные системы зажигания полностью разделены, в каждом цилиндре будут установлены две свечи зажигания — по одной на каждую систему.

Рисунок 10: Горячие и холодные свечи зажигания самолета

Компоновки поршневых двигателей

Двигатели внутреннего сгорания, используемые на легких самолетах, обычно придерживаются одной из стандартных компоновок, которые классифицируются в соответствии с расположением цилиндров относительно коленчатого вала. Сейчас мы представим несколько общих макетов.

Рядный двигатель

Рядные двигатели характеризуются вертикальным расположением цилиндров, расположенных в одну линию вдоль картера. Одним из преимуществ такой компоновки является низкая лобовая площадь, которую двигатель представляет набегающему потоку воздуха. Низкая лобовая площадь означает, что капот двигателя можно сделать меньше, что снижает лобовое сопротивление самолета.

Проблемы с охлаждением задних цилиндров при рядном расположении обычно ограничивают количество цилиндров, которые можно установить на двигатель.

Установка перевернутого рядного двигателя (например, deHavilland Gipsy Major, показанного ниже) на самолет с носовым колесом может быть затруднена из-за расположения цилиндров. Поэтому эти двигатели обычно устанавливаются на самолетах с хвостовым колесом.

Рисунок 11: Пример встроенного двигателя. Источник: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DHGipsyMajorengineDrover.JPG

Горизонтально-оппозитный (плоский) двигатель

Такое расположение цилиндров чаще всего встречается в легких самолетах авиации общего назначения. Здесь цилиндры расположены горизонтально в два ряда с равным количеством цилиндров на каждом ряду. Каждый цилиндр соединен с соответствующим цилиндром на противоположном берегу, чтобы свести вибрацию к минимуму. Коленчатый вал расположен по центру между двумя рядами цилиндров.

Горизонтально-оппозитные двигатели могут быть короче, чем эквивалентные рядные двигатели, поскольку цилиндры расположены в два ряда, а не в один. Однако при таком расположении двигатель шире и должен изготавливаться с двумя отдельными головками блока цилиндров, а не с одной.

Рис. 12: Пример горизонтально оппозитного двигателя. Источник https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b2/Lycoming_AEIO-540-D4A5.jpg

В приведенной ниже таблице перечислены некоторые из наиболее распространенных горизонтально-оппозитных двигателей, используемых сегодня в легких самолетах, а также некоторые примеры самолеты, которыми они питают.

Название двигателя	Примеры самолетов	№ Цилиндры	Рабочий объем	Выходная мощность
Семейство Lycoming O-320	Cessna 172, Cessna 177, Piper PA-28 Cherokee, Piper PA-30 Twin Comanche, Robinson R22	4	320 куб. дюймов (5,24 л)	150–160 л.с.
Семейство Lycoming O-540	Cessna 182, Cessna 206, Piper PA-32 Cherokee Six, Vans RV-10	6	541,5 куб. дюйма (8,87 л)	230–350 л.с.
Семейство Continental IO-360	Cirrus SR20, Mooney M20, Piper PA-34 Seneca	6	360 кубических дюймов (5,9 л)	180–225 л.с.
Серия Rotax 912	Tecnam Echo, Diamond DA-20, CSA Sportcruiser	4	74 куб. дюйма (1,2 л)	80–100 л.с.

Радиальный двигатель

Радиальные двигатели состоят из ряда цилиндров, расположенных радиально вокруг центрального коленчатого вала, подобно спицам колеса. Все цилиндры в данном ряду лежат в одной плоскости радиально от коленчатого вала, так что не все шатуны могут быть прикреплены непосредственно к коленчатому валу. Вместо этого один поршень соединен непосредственно с коленчатым валом, а все остальные соединены с кольцом на главном шатуне через узел основного и шарнирно-сочлененного стержня.

Четырехтактные радиально-поршневые двигатели всегда проектируются с нечетным числом цилиндров, чтобы можно было использовать согласованный порядок работы всех остальных двигателей. Это делается для того, чтобы оставить зазор в один поршень между поршнями на такте сгорания и такте сжатия.

Радиальные двигатели обычно использовались на более крупных самолетах, где можно было установить несколько рядов поршней для создания двигателя с большой выходной мощностью при сохранении максимально возможной компактности двигателя. В самолетах времен Второй мировой войны, таких как Republic P-47 Thunderbolt, Douglas C 47 и Avro Lancaster, использовались радиальные двигатели. Большие радиальные двигатели в значительной степени устарели после Второй мировой войны, поскольку реактивные двигатели и газотурбинные двигатели могли производить большую мощность и более надежно при меньшей общей массе.

Рисунок 13: Радиальный двигатель. Источник https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/80/Watercooled_radialengine. jpg/640px-Watercooled_radialengine.jpg

Двигатель V-типа

Двигатели V-типа характеризуются цилиндрами, расположенными в два ряда в V-образное расположение, если смотреть вдоль оси коленчатого вала. За счет V-образного расположения цилиндров можно уменьшить габаритные размеры двигателя по сравнению с горизонтально-оппозитной конфигурацией. Угол между двумя рядами цилиндров обычно называют V-образным углом. Общие углы равны 90°, 60° и 45°.

Одним из самых известных произведенных двигателей с V-образной конфигурацией был двигатель Rolls Royce V12 Merlin, который приводил в действие ряд самолетов Второй мировой войны, включая Supermarine Spitfire, Hawker Hurricane и de Havilland Mosquito.

Рисунок 14: Двигатель Rolls Royce Merlin. Источник: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7d/Rolls-Royce_Merlin.jpg/640px-Rolls-Royce_Merlin.jpg

Это подводит нас к концу нашего знакомства с авиационными поршневыми двигателями. . В следующем посте мы обсудим четырехтактный рабочий цикл, лежащий в основе работы большинства авиационных двигателей внутреннего сгорания.