Traktorin moottori T-150: merkit, asennus, uudelleen varustelu

Traktorit T-150 ja T-150K kehittivät Kharkovin traktoritehtaan insinöörit. Tämä malli korvasi toisen alkuperäisen KhTZ-kehityksen, T-125:n, joka lopetettiin vuonna 1967.

T-150:tä kehitettiin useita vuosia ja se aloitettiin sarjatuotantoon vuonna 1971. Aluksi se oli malli T-150K - traktori akselivälillä. Vuodesta 1974 lähtien aloitettiin T-150-merkityn toukkatraktorin tuotanto.

KhTZ-insinöörien T-150- ja T-150K-mallien kehittämisessä määrittelemä periaate oli näiden mallien maksimaalinen yhdistäminen. Pyörä- ja tela-alustaiset traktorit ovat rakenteeltaan mahdollisimman samanlaisia, kun otetaan huomioon erilaiset potkurit. Tältä osin suurin osa varaosista ja kokoonpanoista on merkitty T-150:lle, mutta on selvää, että ne sopivat myös T-150K-pyörätraktoriin.

Moottorit asennettu T-150-traktoriin

T-150- ja T-150K-traktoreiden moottorit on asennettu eteen. Kytkin ja vaihdelaatikko on kytketty yksikköön kytkimen kautta. Moottorit asennettiin pyörä- ja tela-alustaisiin traktoreihin T-150:

• SMD-60,
• SMD-62,
• YaMZ-236.

Moottori T-150 SMD-60

Ensimmäisissä T-150-traktoreissa oli SMD-60-dieselmoottori. Moottori oli tuolloin pohjimmiltaan erilainen, ja se oli hyvin erilainen kuin muut erikoislaitteet.

T-150 SMD-60 -moottori on nelitahti, lyhyttahtimoottori. Siinä on kuusi sylinteriä, jotka on järjestetty 2 riviin. Moottori on turboahdettu, nestejäähdytysjärjestelmä ja suoraruiskutus.

Traktorin T-150 SMD-60 moottorin ominaisuus on, että sylinterit eivät sijaitse vastakkain, vaan 3,6 cm:n siirrolla.Tämä tehtiin vastakkaisten sylinterien kiertokankien asentamiseksi yhdelle kampiakselin kampitapille.

T-150 SMD-60 -moottorin kokoonpano poikkesi olennaisesti muiden tuon ajan traktorin moottoreiden rakenteesta. Moottorin sylintereissä oli V-muotoinen asettelu, mikä teki siitä paljon kompaktimman ja kevyemmän. Sylinterien romahtaessa insinöörit asettivat turboahtimen ja pakosarjat. Dieselsyöttöpumppu ND-22/6B4 sijaitsee takana.

T-150:n SMD-60-moottori on varustettu täysvirtaussentrifugilla moottoriöljyn puhdistamista varten. Moottorissa on kaksi polttoainesuodatinta:

1. alustava,
2. hienopuhdistukseen.

SMD-60:n ilmansuodattimen sijasta käytetään syklonityyppistä asennusta. Ilmanpuhdistusjärjestelmä puhdistaa pölylaatikon automaattisesti.

T-150 SMD-60 -moottorin ominaisuudet

SMD-60-moottorilla varustetuissa T-150- ja T-150K-traktoreissa käytettiin lisäksi P-350-bensiinimoottoria. Tämä kaasutintyyppinen, yksisylinterinen, vesijäähdytteinen käynnistysmoottori tuotti 13,5 hv. Kantoraketin ja SMD-60:n vesijäähdytyspiiri on sama. P-350 puolestaan ​​​​käynnisti ST-352D-käynnistimen.

Käynnistyksen helpottamiseksi talvella (alle 5 astetta) SMD-60-moottori varustettiin PZHB-10-esilämmittimellä.

SMD-60-moottorin tekniset ominaisuudet mallissa T-150/T-150K

moottorin tyyppi	diesel polttomoottori
Jaksojen lukumäärä
Sylinterien lukumäärä
Sylinterien toimintajärjestys
seoksen muodostuminen	suora ruiskutus
Turboahdin
Jäähdytysjärjestelmä	nestettä
Moottorin tilavuus
Tehoa
Puristussuhde
Moottorin paino
Keskimääräinen kulutus

Moottori T-150 SMD-62

Yksi ensimmäisistä T-150-traktorin muunnelmista oli SMD-62-moottori. Se kehitettiin SMD-60-moottorin pohjalta, ja sen rakenne oli monessa suhteessa samanlainen. Suurin ero oli kompressorin asennus pneumaattiseen järjestelmään. Myös T-150:n SMD-62-moottorin teho nousi 165 hv:iin. ja kierrosten lukumäärä.

SMD-62-moottorin tekniset ominaisuudet mallissa T-150/T-150K

moottorin tyyppi	diesel polttomoottori
Jaksojen lukumäärä
Sylinterien lukumäärä
Sylinterien toimintajärjestys
seoksen muodostuminen	suora ruiskutus
Turboahdin
Jäähdytysjärjestelmä	nestettä
Moottorin tilavuus
Tehoa
Puristussuhde
Moottorin paino
Keskimääräinen kulutus

Moottori T-150 YaMZ 236

Nykyaikaisempi muunnos on T-150-traktori YaMZ 236 -moottorilla. YaMZ-236M2-59-moottorilla valmistetaan erikoislaitteita tähän päivään asti.

Tehoyksikön vaihdon tarve on kypsynyt jo vuosia - alkuperäisen SMD-60-moottorin ja sen seuraajan SMD-62:n teho ei yksinkertaisesti riittänyt joissain tilanteissa. Valinta osui Jaroslavlin moottoritehtaan valmistamaan tuottavampaan ja taloudellisempaan dieselmoottoriin.

Ensimmäistä kertaa tämä asennus otettiin laajaan tuotantoon vuonna 1961, mutta projekti ja prototyypit ovat olleet olemassa 50-luvulta lähtien ja ovat osoittautuneet melko hyvin. YaMZ 236 -moottori pysyi pitkään yhtenä maailman parhaista dieselmoottoreista. Huolimatta siitä, että suunnittelun kehittämisestä on kulunut lähes 70 vuotta, se on edelleen ajankohtainen ja sitä käytetään muun muassa uusissa nykyaikaisissa traktoreissa.

YaMZ-236-moottorin ominaisuudet T-150:ssä

YaMZ-236-moottorilla varustettua T-150-traktoria valmistettiin massatuotantona useissa muunnelmissa. Kerran asennettiin sekä ilmakehän moottorit että turboahdetut. Määrällisesti katsottuna suosituin versio oli T-150 YaMZ-236 DZ -moottorilla - imumoottori, jonka iskutilavuus oli 11,15 litraa, vääntömomentti 667 Nm ja teho 175 hv, joka käynnistettiin sähkökäynnistimellä .

YaMZ-236D3 moottorin tekniset ominaisuudet mallille T-150/T-150K

moottorin tyyppi	diesel polttomoottori
Jaksojen lukumäärä
Sylinterien lukumäärä
seoksen muodostuminen	suora ruiskutus
Turboahdin
Jäähdytysjärjestelmä	nestettä
Moottorin tilavuus
Tehoa
Moottorin paino
Keskimääräinen kulutus

YaMZ-236 moottori nykyaikaisessa T-150:ssä

YaMZ-236 M2-59 -moottori on asennettu uusiin T-150-pyörä- ja tela-alustaisiin traktoreihin. Tämä moottori on yhdistetty YaMZ-236:een, jota valmistettiin vuoteen 1985, ja YaMZ-236M:ään, jonka tuotanto lopetettiin vuonna 1988.

YaMZ-236M2-59-moottori on ilmakehän dieselmoottori, jossa on suora polttoaineen ruiskutus ja vesijäähdytys. Moottorissa on kuusi sylinteriä, jotka on järjestetty V-muotoon.

YaMZ-236M2-59-moottorin tekniset ominaisuudet mallissa T-150/T-150K

moottorin tyyppi	diesel polttomoottori
Jaksojen lukumäärä
Sylinterien lukumäärä
seoksen muodostuminen	suora ruiskutus
Turboahdin
Jäähdytysjärjestelmä	nestettä
Moottorin tilavuus
Tehoa
Moottorin paino
Keskimääräinen kulutus

T-150-traktoreiden uusiminen: muiden kuin alkuperäisten moottoreiden asennus

Yksi syy siihen, miksi T-150- ja T-150K-traktorit ovat saavuttaneet niin suosion, on niiden hyvä huollettavuus ja helppohoitoisuus. Koneet voidaan helposti muuntaa ja asentaa muihin, ei-orgaanisiin laitteisiin, jotka olisivat tehokkaampia tietyissä tehtävissä.

United Engine Corporation (UEC, osa Rosteciä) on tuonut markkinoille viime vuosina useita uusia tuotteita, kuten lupaavan PD-14-moottorin, Ukrainan laivaston laivojen voimalaitokset ja modernit helikopterimoottorit. Lisäksi yritys harkitsi kotimaisen moottorin luomista SSJ: lle. Varapääjohtaja - Yrityksen pääsuunnittelija Juri Shmotin puhui RIA Novostin kolumnistin Aleksei Panshinin haastattelussa MAKS-2019-lentonäyttelyssä PD-14:n parantamistyöstä, uuden moottoriperheen luomisesta lentokoneille. , sekä lupaava helikopterimoottori ja voimalaitos Su-57:lle.

- Juri Nikolajevitš, mitä pääprojekteja nostaisit esiin?

Rostecin ilmailuklusterin kannalta moottorinrakennuksen avainprojektit ovat luonnollisesti PD-14 ja PD-35. On kuitenkin muita yhtä tärkeitä hankkeita. Tämä on ensinnäkin TV7-117ST-01 Il-114-300-lentokoneelle, tämä on TV7-117ST-moottori yhdistettynä siihen Il-112V:lle. Lisäksi aloitimme näiden moottoreiden kehittäjän - UEC-Klimov -linjan kautta kaksi muuta projektia. Ensimmäinen on VK-650V-moottori Ka-226:lle. Tähän moottoriin sisällytettävien ratkaisujen perusteella voidaan luoda 500-700 hevosvoiman voimalaitosperhe. Toinen projekti on VK-1600V. Tämä on perusmoottori, joka asennetaan Ka-62-helikopteriin. Näillä moottoreilla on nykyään suuri kysyntä Venäjällä.

Työskentelemme paitsi helikopterien, sotilasliikenteen ja siviili-ilmailun moottoreiden parissa. Tietenkin tiedät kaiken työn, jota tänään tehdään AL-41-perheen taisteluilmailumoottoreilla sekä lupaavalla moottorilla. Nämä aiheet ovat keskeisiä ja niitä toteutetaan asetettujen määräaikojen mukaisesti.

Lisäksi UEC sai päätökseen puolustusministeriön tilaaman työn Venäjän laivaston peruskaasuturbiinimoottorien kehittämiseksi 8 000 hevosvoimasta 25 000 hevosvoimaan. Nämä ovat M70-perheen moottoreita sekä Zubr- ja Murena-luokan laivoille ilmatyynyillä että paljon odotettu M90FR-moottori projektien 22350 ja 20386 laivoille. Näillä moottoreilla voidaan muodostaa lähes koko voimayksikkövalikoima Venäjän laivastolle ja puolustusministeriön tarpeisiin. Tänä vuonna työskennellään laivojen moottoreiden korjauslaitoksen luomiseksi. Huoltohuolto ja moottorin korjaus ovat erittäin tärkeä alue, jolla näemme kehitysmahdollisuuksia.

- Mainitsit VK-650V moottorin. Missä kehitysvaiheessa?

Työt on aloitettu, ne ovat Rostecin hallinnassa ja rahoitettuja. Tänä vuonna hyväksytään teknisen suunnittelun luonnos ja aloitamme materiaaliosan tilaamisen. Ensimmäinen moottori kootaan pian. Kaikki aikataulut on määritelty, määräajat on asetettu.

Ei niin kauan sitten Rostecin johtaja Sergei Chemezov sanoi, että Ansat saa kotimaisen moottorin neljän vuoden kuluttua. Eikö se ole se, josta puhut?

Siinä tapauksessa, että 600 tai 700 hevosvoiman moottori riittää helikopteriin, tarjoamme tietysti VK-650V-moottorimme.

- Mikä on lupaavan helikopterimoottorin (PDV) projekti nyt?

Konfiguroimme uudelleen MPE-ohjelman, joka toteutettiin toimenpidekokonaisuudena varmistaaksemme uuden voimalaitoksen luomisen VK-2500-moottoriin perustuvalle suurnopeushelikopterille yli vuosi sitten. Nykyään sen nimi on PDV-4000. Sijoitamme tämän voimalaitoksen uuden sukupolven moottoriksi luokkaan 4000-5000 hevosvoimaa. Aikataulukysymyksistä sovitaan edelleen Russian Helicoptersin kanssa. Itsellemme määritimme selkeästi, että tämän pitäisi olla uuden sukupolven moottori, joka voidaan asentaa sekä helikoptereihin että lentokoneisiin. Tuotteellasi on erittäin vaikeaa saada markkinarako, mutta vielä vaikeampaa on säilyttää läsnäolosi tässä markkinarakossa. PDV-4000:n pitäisi olla vähintään 10 prosenttia parempi kuin edeltäjänsä tässä luokassa. Muihin suuntiin sama filosofia. Esimerkiksi jo nyt PD-14-moottorin tehdessämme luomme pohjaa tämän teholuokan moottorin luomiselle, joka ylittää sen.

Muuten, PD-14:stä. Mikä on tämän perheen lupaavien moottoreiden linja? Asennetaanko SSJ:hen vähemmän tehokas PD-moottori SaM-146:n sijaan?

Tämä voimayksikkö (PD-14 - toim.) kehitettiin osana ohjelmaa, jonka tarkoituksena on luoda moottoreita, joiden työntövoima on 9-18 tonnia. Kaikkien näiden moottoreiden kaasugeneraattori voidaan yhdistää. Jos puhumme pienempien mittojen moottoreista, kuten SaM-146, niin tällaisten moottoreiden sisäisen piirin läpi kulkevan ilmavirran tulisi olla pienempi kuin PD-14-kaasugeneraattorin. Jotta voitaisiin luoda moottori, joka kilpailee SaM-146:n kanssa polttoainetehokkuudessa ja jonka halkaisija on samalla lähellä sitä, tarvitaan pienempi kaasugeneraattori kuin PD-14:ssä. Ymmärrämme, että Sukhoi Superjet -perhe tarvitsee moottorin, joka on suorituskyvyltään parempi kuin SaM-146. Työskentelemme reservin muodostamiseksi uuden sukupolven moottoreiden luomista varten. Jos saamme tilauksen GSS:ltä, olemme valmiita toimittamaan tällaisen moottorin lähitulevaisuudessa.

- Eli tilausta ei vielä ole, ja teet tämän työn oma-aloitteisesti?

Allekirjoitettua sopimusta ei ole. Tarvittaessa moottori luodaan. Mutta toistan vielä kerran, työskentelemme reservin muodostamiseksi tämän ulottuvuuden PD-perheen moottorin luomiseksi.

- Sanoit aiemmin, että luot pohjaa PD-14:n parantamiselle. Mitä se tarkoittaa?

Suunnitelmissa on lisätä PD-14-moottorin tehoa lisäämällä puhaltimen ohitussuhdetta ja kehittämällä sen pohjalta tehokkaampi PD-16-moottori. Tämä muutos vaaditaan MS-21-400:lle. Asetimme itsellemme tehtäväksi ei kehittää suurta määrää erilaisia ​​moottoreita, vaan tehdä yksi yhtenäinen peruskaasugeneraattori ja siihen pohjautuva moottori, josta tulee tulevaisuudessa massatuotantoa ja joka ei vaadi muutoksia vastaaviin lentokoneluokkiin, lukuun ottamatta ohjelmistojen mukauttamista ja modernisointia.

Ei niin kauan sitten Alexander Inozemtsev totesi, että PD-35-ohjelman kustannukset ovat noin 3 miljardia dollaria. Kuinka paljon PD-14:n luominen maksoi?

En haluaisi vastata edes yleisellä tasolla, koska näitä lukuja voidaan tulkita eri tavoin. Pitäisikö summaan sisältyä tekniset uudelleenlaitteet, uusien teknologioiden luominen ja niin edelleen? Myös muut Rostecin tilat tekivät suuren määrän työtä moottorin parissa, heidän panoksensa on myös otettava huomioon. Sinä ja minä tiedämme, että kustannukset riippuvat NTZ:n saatavuudesta, tuotantokannan valmiudesta, sen työntövoimasta ja mitoista. Tämä ei ole salaisuus, mutta toistaiseksi emme anna lukua. Voin vain sanoa, että PD-14-projektin kustannukset ovat huomattavasti alhaisemmat kuin ne moottorit, jotka luotiin tähän teholuokkaan ulkomailla.

- Kuinka monta moottoria on jo toimitettu Irkutille?

Olemme jo toimittaneet kolme moottoria. Jatkotoimitukset tapahtuvat sopimuksessa määritellyn aikataulun mukaan.

Nyt puhutaan PD-35:stä. Paljon on sanottu, että sitä tarjotaan CR929:lle, että se voidaan asentaa Il-96:n kaksimoottoriseen versioon, mutta nämä ovat kaikki suunnitelmia. Mihin lentokoneeseen se on suunniteltu?

PD-35-ohjelma edellyttää suuren työntövoiman moottorin luomista, jonka kehitystyön valmistumisaika on vuonna 2027. Moottoria kehitetään tarjoamaan se laajarunkoisiin pitkän matkan lentokoneisiin CR929. Olemme neuvotteluvaiheessa Kiinan kanssa tämän ohjelman kokoonpanosta. Paljon riippuu lentokoneen työstä. Tietenkin tällä tuotteella väitämme, että astumme uudelle segmentille itsellemme. Vuosina 2020-2021 toivon, että sovimme teknisistä vaatimuksista kaasugeneraattoriin perustuvan moottorin käytölle, jota luodaan osana Venäjän alustan PD-35-ohjelmaa. Kyllä, IL-96 alustana voidaan varustaa tällaisella moottorilla, ja tämän lentokoneen kaksimoottorinen versio voi lisätä sen polttoainetehokkuutta erittäin merkittävästi.

Moottorinrakennuksen kehityksellä eri maissa on omat ominaispiirteensä, jotka johtuvat erilaisesta teollisesta potentiaalista, polttoaineresurssien tilasta, perinteistä ja kysynnästä. Hakujen pääsuunnat pysyvät kuitenkin ennallaan. Tämän päivän asiantuntijoiden ponnistelut kohdistuvat pääasiassa nykyaikaisten kevyiden ja kompaktien, tehokkaiden ja taloudellisten moottoreiden kehittämiseen ja valmistukseen, joiden pakokaasut sisältäisivät mahdollisimman vähän myrkyllisiä aineita. Viime aikoina myös melu- ja tärinätasovaatimukset ovat lisääntyneet merkittävästi. Tämä on ekologian pakollinen käsky.

Ulkomailla on todettu, että vaikka intensiiviset etsinnät ja tutkimukset johtavat uudentyyppisten moottoreiden luomiseen, usein hyvin epätavallisiin, mäntäpolttomoottorit pysyvät pääasiallisina kuljetusmoottoreina sekä 1900-luvulla että 2000-luvun alussa. Huolimatta vankasta polttomoottoreiden historiastaan ​​(bensiinimoottori juhli äskettäin satavuotisjuhliaan), insinööriajattelu löytää jatkuvasti jotain uutta tai jopa palaa unohdettuihin vanhaan.

Kuinka vähentää kitkaa

Mekaanisen tehokkuuden lisäämiskeinojen etsiminen johti ennen kaikkea haluun minimoida hankauspintojen pinta-ala, vähentää tehokustannuksia apumekanismien ohjauksessa ja käyttää voiteluöljyjä, joiden viskositeetti on alennettu ja tiettyjä lisäaineita.

Monet johtavat ajoneuvojen moottoreiden suunnittelu- ja valmistusyritykset tutkivat tapoja parantaa sylinterin reikien laatua ja keventää edestakaisin liikkuvia osia. Jälkimmäinen johtaa hitausvoimien vähenemiseen, mikä mahdollistaa kampiakselin tappien halkaisijan pienentämisen ja vastaavasti liukulaakerien kitkahäviöiden pienentämisen.

Kitkaa yritetään vähentää sylinteri-mäntä-parissa. Esimerkiksi ehdotetaan valmistamaan mäntiä, joissa kitkatyynyt työntyvät 25 um männänohjaimen pinnan yläpuolelle. Kaksi tällaista alustaa on tehty halkaisijan vastakkaisille puolille alemman männänrenkaan alle ja yksi helman alaosaan symmetrisesti kiertokangen kääntötasoon nähden. Männän kokonaiskitka-ala sylinterin seinämiä vasten pienenee siten 40-70 % (riippuen männän helman pituudesta) verrattuna perinteisen mallin mäntiin. Parempien olosuhteiden luomiseksi hydrodynaamiselle voitelulle ja vakaan öljykiilan säilyttämiseksi hankauspintojen välissä näiden tyynyjen reunat viistettiin 1°:n kulmaan.

Penkkitestit ovat osoittaneet, että bensiinimoottoreissa ja dieselmoottoreissa, joissa on tällaisia ​​modifioituja mäntiä, kitkahäviöt pienenevät 7-11 %, polttoainetaloutta saavutetaan täydellä kuormituksella käytettäessä 0,7-1,5 % ja tehollinen teho kasvaa 1,5-2 %. .

On tärkeää paitsi vähentää kitkahäviöitä, myös lisätä hankausparien luotettavuutta. Nykyaikainen tekniikka avaa laajat mahdollisuudet: kulutusta kestävät ja korroosionestopinnoitteet, termomekaaninen pintakäsittely, jauhemaisten kovien metalliseosten plasmaruiskutus ja paljon muuta.

Tulevaisuuden materiaalit

Moottorinrakennuksen tulevaisuus liittyy yhä enemmän kevyiden metalliseosten, komposiitti- ja muovimateriaalien sekä keramiikan käyttöön.

Niinpä viime vuonna länsimaisten yritysten alumiiniseoksista valmistettujen sylinterilohkojen moottoreiden tuotanto saavutti 50 prosenttia kokonaistuotannosta ja kevyistä metalliseoksista valmistettujen sylinterinkansien - 75 prosenttia. Melkein kaikki pieni- ja keskitilavuuksiset nopeat moottorit on varustettu alumiiniseosmännillä.

Japanilaiset autoyritykset käyttävät alumiini-titaaniseoksesta valmistettuja lohkopäitä massatuotetuissa moottoreissa.

USA:ssa on meneillään lohkojen valmistus meistämällä vähähiilisestä teräksestä, jonka paksuus on vain 2,3 mm. Tämä alentaa tuotantokustannuksia ja antaa säästöjä painossa verrattuna valurautalohkoon (meistetyn teräslohkon paino ei ylitä alumiiniseoksesta valetun lohkon painoa). Suuren lämpötilaeron olosuhteissa toimiville moottorin osille tehdään kokeita alumiiniseosten vahvistamisesta boorikuiduilla.

Saksassa on aloitettu työ moottorin osien luomiseksi komposiittimateriaaleista, joissa on kuituvahvistus (pääasiassa kiertokanget ja männän tapit). Alustavien testien aikana kiertokanget kestivät 10 miljoonaa puristus-venytyssykliä rikkoutumatta. Nämä kammet ovat 54 % kevyempiä kuin tavalliset teräskammet. Nyt niitä testataan jo todellisissa moottorin käyttöolosuhteissa.

Kaksi amerikkalaista yritystä kehittivät yhteisen "muovimoottorin" ohjelman puitteissa 4-sylinterisen moottorin, jonka iskutilavuus on 2,3 litraa ja jossa on kaksi nokka-akselia ja kuusitoista venttiilin lohkopää (4 venttiiliä sylinteriä kohti). Lohko ja sylinterinkansi, männät (lämmönkestävällä pinnoitteella), kiertokanget, venttiilin jako-osat ja pohja on valmistettu kuitumuovista. Tämä mahdollisti moottorin ominaispainon pienentämisen 2,25:stä 0,70 kg / kW:iin, ja melutaso laski 30%.

Moottorin tehollinen teho on 240 kW ja massa 76,4 kg (kilpaversiossa). Samanlainen teräksestä ja valuraudasta valmistettu moottori painaa 159 kg. Muoviosien kokonaisosuus on 63 %.

Tässä "muovisessa" moottorissa käytetään tavallista voitelujärjestelmää ja perinteistä vesijäähdytysjärjestelmää. Suurin osa - sylinterilohko - oli valmistettu komposiittimateriaalista (epoksihartsi grafiittikuituisella). Moottorissa käytetään laajalti korkealaatuista kestomuovia "Torlon", joka on kemialliselta koostumukseltaan samanlainen kuin polyamidi. Tämän kestomuovin laajan käytön oletetaan alkavan 10 vuoden kuluttua.

Mitä keramiikka voi tehdä

Nykyaikaiset bensiini- ja dieselmoottorit muuttavat vain kolmanneksen polttoaineen palamisesta saadusta energiasta mekaaniseksi energiaksi. Loput menee lämmönvaihtoon, menetetään pakokaasujen mukana. Moottorin lämpöhyötysuhdetta, sen polttoainetehokkuutta ja myrkyllisten aineiden päästöjä ilmakehään voidaan lisätä nostamalla polttokammion prosessilämpötilaa. Tämä vaatii osia, jotka kestävät ankarampia lämpötilaolosuhteita. Keramiikka osoittautui todella "vallankumoukselliseksi" materiaaliksi moottoreille.

Sen laajan käytön suositeltavuudesta ei kuitenkaan ole yksimielisyyttä. Näiden materiaalien rakenteellisten ominaisuuksien täydellisyyttä ei ole vielä voitu saavuttaa. Keraamisten materiaalien hinnat ovat korkeat. Niiden käsittelytekniikka, mukaan lukien esimerkiksi timanttihionta, on monimutkaista ja kallista. Keraamisia osia on vaikea työstää, koska ne ovat herkkiä sisäisille vioille. Keraamiset osat eivät tuhoudu vähitellen, vaan välittömästi ja kokonaan. Kaikki tämä ei kuitenkaan tarkoita sitä, että keramiikasta pitäisi luopua. Uusi materiaali on erittäin mielenkiintoinen ja lupaava: sen avulla on mahdollista nostaa polttomoottoreiden käyttölämpötila 700 °C:sta 1100 °C:seen ja luoda dieselmoottori, jonka lämpöhyötysuhde on ≈48 % (muista, että se on ≈36 % perinteiselle dieselmoottorille).

Esimerkiksi Yhdysvalloissa suunniteltiin, valmistettiin ja testattiin 6-sylinterinen dieselmoottori ilman perinteistä jäähdytysjärjestelmää, jonka useissa osissa oli lämmönkestävä zirkoniumoksidipinnoite. Tämä moottori, jonka teho oli 170 kW ja iskutilavuus 14 litraa, asennettiin 4,5 tonnin kuorma-autoon. 10 000 km:n ajon aikana hänen keskimääräinen ominaiskulutus oli 30-50 % pienempi kuin tämän luokan perinteisten autojen.

Japanilaiset yritykset, jotka tekevät eniten keraamisten materiaalien tutkimustyötä ja ovat jo käyttäneet noin 60 miljoonaa dollaria 10 vuoden kokeiden aikana, ovat optimistisempia. Dieselmoottoreiden "kiinteät" keraamiset osat oletetaan tulevan sarjatuotantoon tänä vuonna ja koko keraamisten osien valikoima - vuoteen 1990 mennessä. Keraamisten materiaalien osuus moottorin osista on vuoteen 2000 mennessä 5-30 %.

Keramiikka on aina ollut ja tulee olemaan hauras. Kysymys on lisätä sen lujuutta ja kestävyyttä arvoille, jotka varmistavat moottoreiden suorituskyvyn uusimpien teknisten prosessien avulla. Tutkijoiden mukaan tärkeimmät onnistumiset lujan keramiikan käytössä ei saavuteta uusien materiaalien ilmestymisen jälkeen, vaan uusien progressiivisten teknisten menetelmien ja menetelmien kehittäminen ja toteuttaminen materiaalien muodostamiseksi, joilla on ennalta määrätyt ominaisuudet.

Kehitetyt keraamiset pinnoitteet polttokammion osille ja laakereille voivat olla tärkeä askel kohti "monoliittisten" osien luomista, jotka on valmistettu kokonaan keramiikasta. Yksi lupaavimmista suunnista korkean suorituskyvyn keraamisten materiaalien luomisessa on lasereiden käyttö samankokoisten materiaalihiukkasten muodostamiseen (jauheiden muodostaminen erikokoisista hiukkasista heikentää jyrkästi keraamisten osien lujuusominaisuuksia). Kaikkien "keraamisten" ongelmien onnistuneella ratkaisulla on merkittävä vaikutus moottorinrakennuksen talouteen. Polttomoottoreiden kustannuksia voidaan alentaa paitsi raaka-aineiden halpenemisen ja tuotantokustannusten alenemisen vuoksi, myös siksi, että moottorit yksinkertaistuvat suunnittelultaan. Jääkaappien (jääkaappien), vesipumppujen, niiden käyttölaitteiden, sylinterilohkon vesivaipan kieltäytyminen vähentää dramaattisesti moottoreiden painoa ja mittoja.

Lisäksi on mahdollista luopua tavallisista voiteluaineista. On mahdollista, että uudet voiteluaineet ovat kiinteitä tai jopa kaasumaisia, niitä voidaan käyttää korkeissa lämpötiloissa.

Mikä on turboahdin ja miten se tapahtuu

Kaikkien mäntäpolttomoottoreiden (bensiini, diesel, pyörivä mäntä jne.) yleinen kehityssuunta on ahtimen laaja käyttö.

Supercharging tehokkaana keinona lisätä litran tehoa on tunnettu jo pitkään. Se ilmestyi ensin ilmailussa 1920-luvulla, sitten kilpa-autoissa. Nämä olivat mekaanisella käyttövoimalla varustettuja pyöriviä ahtimia (yleisimmin käytetty Ruthe-tyyppinen ahdin kahdella kaksi- tai kolmilapaisella roottorilla). Sitten he siirtyivät kuorma-autojen moottoreihin. Sekä kotimaisessa että ulkomaisessa laivojen koneenrakennuksessa tämän tyyppisiä puhaltimia on käytetty useita vuosikymmeniä. Viime vuosina on alettu käyttää kaasuturbiinikäyttöisiä ahtimia - turbokompressoreita (TC); siksi nyt massatuotetuissa automoottoreissa, joiden iskutilavuus on pieni ja keskikokoinen, käytetään yksinomaan TC:tä ahtoyksikkönä. Sen laajaa jakelua helpotti suhteellisen alhaiset kustannukset, valmistettavuus, kompakti ja korkea moottorin suorituskyky. TC on erityisen kätevä veneiden, traktoreiden ja kiinteiden yksiköiden moottoreille, jotka toimivat pitkään vakionopeudella.

Ahtauksen käyttöönotto ja samanaikainen moottorin työtilavuuden vähentäminen mahdollistavat tarvittavan tehon poistamisen suuremmalla kaasun aukolla, joten moottori toimii suurimman osan ajasta alhaisinta ominaiskulutusta vastaavilla tiloilla. Tehoreservi ylikellotusta ja pakotettuja tiloja varten saadaan superlatauksella.

Mitä tehostus tekee? Panoksen valmistelu palamista varten paranee, koska tuoreella panoksella on lisääntynyt tiheys; massanopeus sylinterin sisääntulossa kasvaa, polttoainelatauksen parametrit ennen sytytystä paranevat. Tästä johtuen massan palamisnopeus kasvaa, paineen ja käyttölämpötilan maksimiarvot nousevat.

Suurin osa maailman moottoreista on valmistettu autoille, jotka liikkuvat usein kiihtyvällä ja hidastavalla tavalla (etenkin kaupungeissa), joten moottori- ja ajoneuvovalmistajat ovat tutkineet uusia (tai unohdettuja vanhoja, mutta uusia materiaaleja käyttäviä) ahtimia. . Tämä selittyy sillä, että säteittäis-aksiaalisella TC:llä, joka koostuu pakokaasuilla toimivasta kaasuturbiinista ja ahtimesta (molemmat pyörät on asennettu ulokkeella samalle akselille), on perustavanlaatuisia haittoja: inertia ja syöttöriippuvuus. pakokaasujen energia (EG). Inertia selittää maksimivääntömomentin ja maksimitehon saavuttamisen viiveen verrattuna moottorin kampiakselin nopeuteen. Ongelma voidaan ratkaista sekä luomalla lisäohjauslaitteita että palaamalla mekaanisella käyttövoimalla varustettuihin ahtimiin.

Esimerkiksi Japanissa TC, jossa on muuttuva suutingeometria, on kehitetty moottorille, jonka iskutilavuus on 2 litraa. Uusi yksikkö parantaa moottorin dynaamista suorituskykyä, lisää vääntömomenttia 12 % ja lyhentää maksimaalisen ahtopaineen saavuttamiseen kuluvaa aikaa. Suuttimen tuloaukon halkaisijaa muutetaan elektronisella vaimentimella tuloilmavirran mukaan. TC:n tuloilmavirta on suoraan verrannollinen pakokaasun ulostulovirtaukseen; jolloin tulon muuttaminen lisää turbiiniyksikön hyötysuhdetta pienillä ja suurilla nopeuksilla.

Mekaanisella käyttövoimalla varustetut ahtimet ovat vähemmän inertiaalisia, ne lisäävät vääntömomenttia synkronisesti moottorin kampiakselin nopeuden kanssa. Ajoahtimien haittoja ovat niiden merkittävä paino ja mitat sekä alhaisempi hyötysuhde verrattuna vastaaviin TC-latureihin ja lisääntynyt melutaso. Mekaanisesti toimivat puhaltimet vaativat suurta valmistustarkkuutta; korkean ahtopaineen saavuttamiseksi ahtimen korkealla hyötysuhteella roottorien sisäinen jäähdytys on välttämätöntä. Niiden kustannukset ovat korkeammat kuin TK:n kustannukset.

Roottorityyppisiä siipipuhaltimia, joissa on kiilahihnakäyttö ja säädettävä imuosa, kehitetään; Mahdollisuutta käyttää keskipakokompressoreita, joissa on mekaaninen käyttö portaaton variaattorin kautta, jotta sen suorituskyky vastaa moottorin ominaisuuksia, tutkitaan.

Yksi uusista ja erittäin lupaavista malleista ovat Kompreks-tyyppiset aaltopainevaihtimet (WHE), joissa käytetään sekä kaasuturbiinikäyttöä että mekaanista. Noin 1,0 % moottorin tehosta kuluu yksikön ajamiseen. Ahtaus VOD:n avulla lisää merkittävästi moottorin tehoa käyttöolosuhteissa. Joten esimerkiksi 4-sylinteriselle polttomoottorille, jonka työtilavuus oli 1,7 litraa, VOD "Comprexin" käyttö lisäsi tehoa arvoon, joka vastaa polttomoottorin tehoa, jonka tilavuus oli 2,5 litraa. Saurer-moottorissa, jonka teho oli 232 kW, tehon lisäys oli 50%, ja vääntömomentissa 30-50%.

Puhaltimien käyttö (mitä tahansa tyyppiä tahansa) vaati ilmanjäähdyttimien, joita kutsutaan myös välijäähdyttimiksi, kehittämistä, koska ilma lämpenee, kun ilmaa puristetaan. Jäähdyttimet lisäävät moottoreiden hyötysuhdetta ja tehoa, kun polttokammioihin tulevan ilman tiheys kasvaa. Poistoilman lämpötila saavuttaa 120°C ja imusarjan tuloaukon ilman lämpötilan tulee olla välillä 38-60°C. Optimaalinen lämpötila dieselmoottoreille on noin 50°C. Jos ahtoilma jäähdytetään alempaan lämpötilaan, panostiheyden kasvusta huolimatta teho pienenee, koska palamisprosessi heikkenee. Väliilman lämpötilan tarkka säätö lisää tehoa 10 %.

Tällä hetkellä työprosessien parantaminen polttomoottoreiden tehokkuuden lisäämiseksi ja pakokaasujen myrkyllisyyden vähentämiseksi on pääosin käytön tiellä. tyhjentynyt polttoaine-ilma-seokset, eli seokset, joissa on alennettu bensiinipitoisuus. Polttomoottoreiden uusimmissa kokeellisissa suunnitelmissa tämä mahdollisti polttoaineenkulutuksen vähentämisen 25-28%.

Kuten tiedät, 1 kg bensiinin polttamiseen tarvitaan 15 kg ilmaa. Näin ollen normaalilla polttoaine-ilmaseoksella on suhde 15:1. Seoksen koostumukselle on yleensä tunnusomaista ylimääräisen ilman kerroin a. joka on suhde ilmamäärän suhde 1 kg polttoainetta tietyssä seoksessa ja teoreettisesti välttämättömään tämän polttoaineen osan täydelliseen palamiseen. Normaalille seokselle α=1,0; α>1 - vastaa laihaa ja laihaa seosta; α
Este vähärasvaisten seosten käytölle sekä kampiakselin nopeuden lisäntymiselle on, että sylinteriin tulevan panoksen palamisaika kasvaa merkittävästi. Tiedetään esimerkiksi, että arvolla α=1,67 palamisaika on 5 kertaa pidempi kuin arvolla α=1,00. Lopuksi, joillakin kriittisillä a:n arvoilla laihan seoksen syttyminen laminaarisen (tilatun, ilman sekoituskerroksia) virtauksen normaaleissa olosuhteissa tulee mahdottomaksi ollenkaan.

Tämän esteen kiertämiseksi oli tarpeen kehittää joitain erityisiä laitteita ja järjestelmiä, jotka tarjoavat aktiivisen seoksen sekoittamisen - turbulenssi, eli sen laminaarivirtauksen muuttaminen turbulentiksi (pyörtemäiseksi) ja ns. kerrostettu varausjakauma.

Polttokammiossa (CC) olevan kerrostetun varausjakauman ydin on, että seoksen tuleva osa jaetaan kerroksiin, joilla on erilaiset α-arvot - rikastettu ja vieläkin tyhjennetty. Varauksen rikastettu osa sytytystulpan syttymishetkellä sijaitsee sen elektrodeilla. Se syttyy helposti ja mahdollistaa muun laihaan seoksen nopean syttymisen.

Tapoja parantaa työnkulkua

Niin kutsutusta "squish-ilmiöstä" on tullut tehokas tapa turbulisoida seoksen virtausta. Varauksen sisääntulohetkellä muodostuu voimakas aksiaalinen pyörre ja sitten säteittäisesti suunnatut virtaukset, jotka sekoittavat seoksen hyvin palamisprosessin lopussa.

Tällaisten laitteiden alkuperäisillä versioilla oli merkittävä haittapuoli - ne vähensivät työseoksen virtausta 20%. Laajan kokeellisen työn tuloksena virtausnopeuden pudotus pystyttiin vähentämään 10 prosenttiin, jota pidetään varsin hyväksyttävänä ja kompensoituu pääprosessin tehokkuuden kasvulla.

Erityinen pyörteitä muodostava laite "Secon" on kehitetty, joka luo kaksi vastakkaiseen suuntaan suunnattua aksiaalipyörteitä moottorin sylinteriin. Haluttu vaikutus saadaan aikaan, kun imuventtiilin istukkaan on tehty melko monimutkainen muoto monipuoliset ulkonemat. Tämän laitteen käyttö Suzuki-moottoripyörän moottorissa, jonka teho on erittäin pieni, vähentää polttoaineenkulutusta 6,5-14,0%.

Nykyaikaisissa polttomoottoreissa käytetään yhä enemmän erilaisia ​​​​vaihtoehtoja sekoitusvirran säteittäisen liikkeen järjestämiseksi (puristustahdin lopussa) sylinterin akselille. Tämä tehdään muodostamalla männän pohjalle ja sylinterinkanteen, eli polttokammion (CC) vyöhykkeelle jonkinlaisia ​​siirtopintoja. Edistyksellisin on May Fairball -järjestelmä, jota käytetään Jaguar-5,3L-moottoreissa, joiden puristussuhde on 11,5. Osakuormituksilla tämä moottori toimii vakaasti arvoilla 1,5 asti, koska seoksen virtaus imuventtiilin kautta kiertyy, puristuu pyörteellä ja puristuksen aikana sen rikkain osa keskittyy sytytystulpan kohdalla.

Laihaiden seosten sytytys vaatii erityisen luotettavia ja tehokkaita sytytysjärjestelmiä. He käyttävät erityisesti kahden kynttilän asentamista sylinteriin, erikoiskynttilöitä, joilla on pidempi ja tehokkaampi purkaus.

Bosch (Saksa) on kehittänyt täysin uudenlaisen sytytystulpan, jossa on sisäänrakennettu pyörrekammio. Sen toimintaperiaate piilee siinä, että itse kynttilässä on pieni onkalo - kammio, jossa sylinteriin saapunut erityisesti valmistettu osa sytytetään. Kynttilän rungossa olevat neljä tangentiaalista kanavaa aikaansaavat tämän latauksen osan intensiivisen turbulenssin ja hylkäävät (keskipakovoimien vaikutuksesta) sen rikastuneen kerroksen kynttilän elektrodeille. Sytytyksen jälkeen samojen tangentiaali- ja keskiaksiaalikanavien kautta leveät liekit työntyvät kynttiläkammiosta sylinteriin peittäen välittömästi suuren määrän pääpanosta.

Edelleen etsittiin uusia tapoja parantaa työprosesseja, jotka johtivat moottoreiden luomiseen kerrostettu varausjakauma(joskus käytetään termiä "ICE, jossa on kerrostettu varaus"). Tällaiset moottorit voivat käyttää matalaoktaanisia bensiinilaatuja, ne ovat taloudellisten indikaattoreiden suhteen verrattavissa dieselmoottoreihin ja niillä on alhainen myrkyllisyys; ne voidaan valmistaa valmistettujen mallien perusteella.

Suurimman edistyksen tähän suuntaan saavuttivat Ford (USA), joka loi PROCO-moottorin (sanoista Programmed Combustion - ohjelmoitu poltto), ja Honda (Japani).

PROKO-moottori, jonka puristussuhde on 11, erottuu siitä, että se käyttää järjestelmää suora ruiskutus bensiiniä polttokammioon suuttimen avulla. Polttoaine syötetään erityisellä pumpulla. Kaasutinta ei ole. Ilma tulee erikseen ja suoraan sylinteriin imusarjan kautta, jonka sisääntulossa on kuristusventtiili ja imuventtiilit. Sekä laadullinen (α:n mukaan) koostumus että sylinterissä muodostuneen seoksen määrä säätyvät automaattisesti (riippuen kuormituksesta ja kaasupolkimen asennosta). Teho- ja sytytysjärjestelmien koko toimintaa (asennettaessa kaksi kynttilää jokaiselle sylinterille) ohjataan elektronisella yksiköllä erityisohjelman mukaisesti.

Männän erityisen muodon, jossa on kammio pohjassa ja tulokanava, joka turbulisoi virtausta, ansiosta varmistetaan hyvä seoksen muodostus, seoksen kerros jakautuminen ja täydellinen palaminen. Suunnittelun haittana on käytettyjen moottorilaitteiden ja erityisesti suuttimien monimutkaisuus, jotka vaativat poikkeuksellista valmistustarkkuutta.

KVKK-järjestelmää (CVCC - Compound Vortex Controlled Combustion - ohjattu vortex-polttoprosessi) käytetään jo Hondan sarjamoottoreissa.

Tämän äärimmäisen mielenkiintoisen Honda KVKK-moottorin, jonka suunnittelua suojaa yli 230 patenttia, tärkein ominaisuus on, että siinä käytetään ns. esikammio-poltin sytytys. Itse asiassa tämä on ainoa sarjassa toimiva bensiinimoottori, joka toimii dieselmoottoreille yhteisellä toimintaperiaatteella.

Polttokammio on jaettu kahteen osaan, pääosaan (89% kokonaistilavuudesta) ja pieneen (11%) - itse esikammioon tai esikammioon, johon sytytystulppa on asennettu. Esikammiossa, jota pakokaasut lämmittävät voimakkaasti, "pilottipanos" kuumennetaan ja sytytetään - erityisesti valmistettu rikastettu osa polttoaine-ilmaseosta. Samaan aikaan jo tuttu ajatus "kerroittamisesta" - seoksen erottaminen rikastettuun ja köyhdytettyyn - sai täysin erilaisen ilmeen KVKK-suunnittelussa. Varauksen rikastettu "sytytys" ei vapaudu moottorin sylinterissä, vaan alusta alkaen valmistettu erikseen. Sekoitus tapahtuu erityisessä kolmikammiokaasuttimessa, jonka yksi pieni kammio syöttää esikammioon rikasta seosta, ja kaksi suurta kammiota tarjoavat sylinterien pää-CS:lle laihaa seosta.

Tällä hetkellä niin sanottu "QVKK"-prosessi on tullut laajalti tunnetuksi. Yli 25 vuoden ajan sen parantamiseksi moottoreille on tehty useita päivityksiä, jotka mahdollistivat puristussuhteen nostamisen 9: stä 11:een bensiinillä, jolla on sama oktaaniluku, ja vähentää ominaiskulutusta 7%. Keskiarvo α=1,3, joka vastaa työseoksen tehokkaan kulumisen rajaa.

Puristussuhteen ja venttiilin ajoituksen säätö

Viime aikoina on löydetty toinen mielenkiintoinen työsuunta polttomoottoreiden suorituskyvyn parantamiseksi.
Teoreettisesti on jo pitkään tiedetty, että vakiopuristussuhde ja venttiilin ajoitus, jotka valitaan jollekin (nimelliselle) käyttötavalle, eivät ole optimaalisia kuormituksen muuttuessa. Nyt on tullut mahdolliseksi säädellä sekä puristussuhdetta moottorin käytön aikana - Volkswagenwerk AG liikkuu tähän suuntaan että kaasun jakeluvaiheita - tämän työn suorittaa Ford Airop.

Muuttuvan puristussuhteen Volkswagen ICE:n odotetaan parantavan lämpöhyötysuhdetta erityisesti osittaisilla kuormituksilla. Sen hyötysuhde osakuormituksilla on 12 % korkeampi kuin perinteisellä moottorilla, koska puristussuhteen merkittävä kasvu mahdollistaa työskentelyn erittäin laihoilla seoksilla.

Polttokammion tilavuutta muutetaan ylimääräisen "mäntä" avulla, jonka sisällä on sytytystulppa. Täydellä kuormituksella apu"mäntä" on korkeimmassa asennossaan ja puristussuhde on 9,5. Alennetuilla kuormilla käytettäessä "mäntä" laskee, palotilan tilavuus pienenee ja puristussuhde kasvaa vastaavasti arvoon 15,0. Polttomoottorin sytytysjärjestelmää ohjataan tietokoneella.

Useimpien tavanomaisten sarjapolttomoottoreiden suunnittelussa käytetään yhtä nokka-akselia sekä imu- että pakoventtiilien käyttämiseen. Samanaikaisesti ei ole mahdollista ohjata erikseen kaasunjakeluvaiheita nopeus- tai kuormitustiloissa, kuten sytytyksen ajoituksen ja polttoaineen syötön kanssa tehdään.

Siksi suunnittelijat ovat tähän asti joutuneet tekemään kompromissipäätöksiä tyydyttävien indikaattoreiden välillä nopeus- tai kuormitusalueiden ylä- ja alarajoissa.

Ford Europe ratkaisi ongelman käyttämällä kahta erillistä nokka-akselia (yksi imu- ja toinen pakoventtiileille), joita voidaan kääntää suhteessa toisiinsa moottorin käydessä. Akseleita ohjaa Ford EKK-IV elektroninen järjestelmä, joka on ohjelmoitu optimaaliseen venttiilien ajoitukseen kaikissa kuormitusolosuhteissa.

Venttiilien päällekkäisyyden säätelymekanismi koostuu keskiakselista, joka ohjataan kampiakselilta väliakselin läpi, ja kahdesta kierrevaihteesta, jotka voivat liikkua uria pitkin nokka-akselien akseleita pitkin. Tämä aksiaalinen liike aiheuttaa muutoksen niiden kulma-asennossa suhteessa toisiinsa ja kampiakseliin. Aksiaalisen liikkeen aikaansaavat hammaspyöräkytkimet ja sähkömoottorilla toimiva hammaspyörä. Täydellinen muutos venttiilin limityksessä 10°:sta 90°:een tapahtuu vain 0,25 sekunnissa.

Yrityksen tekemät kokeet osoittivat, että mahdollisuus muuttaa venttiilien päällekkäisarvoa polttomoottorin käytön aikana säästää polttoainetta keskitehoisissa moottoreissa jopa 5% ja suuritehoisissa moottoreissa jopa 10%. Lisäksi vakaan joutokäynnin kierrosten vähimmäismäärä oli mahdollista laskea 500 rpm:iin, kun taas tavanomaisissa polttomoottoreissa tämä arvo ei ole pienempi kuin 800 rpm. Tämä tarjoaa lisäsäästöjä polttomoottorin käytön aikana.

Venttiilien lukumäärän kasvu

Viime vuodet ovat olleet merkkinä lähinnä Japanin ja Länsi-Euroopan markkinoille sarjamoottoreiden ilmestymisestä kolmi- ja neliventtiilisillä sylinterikannilla (sellaisia ​​päitä on muuten käytetty kilpa-autoissa vuodesta 1912). Ennätyksiä ovat tehneet japanilaiset yritykset: Yamaha valmistaa viisiventtiilistä (kolme imua, kaksi pakokaasua) nelisylinteristä moottoria ja on kehittänyt kuusiventtiilisen moottorin, kun taas Suzuki on valmistanut kahdeksan venttiilin moottorin.

Mikä aiheutti tällaisen venttiilien määrän kasvun verrattuna tavanomaiseen (yksi tulo ja yksi ulostulo)?

Kun käytetään suurimmalla nopeudella - kampiakselin suurimmalla nopeudella - moottori alkaa "tukkeutua" - sylinterillä ei ole aikaa täyttyä kokonaan polttoaine-ilma-seoksella. Reitin rajoittavasta linkistä tulee imuventtiilin virtausalue. Tämän venttiilin halkaisijan ja sen iskun lisäämistä polttokammion pienillä mitoilla haittaavat rakenteelliset vaikeudet. Ainoa toimiva tapa on venttiilien lukumäärän kasvu.

Tämän menetelmän käyttöä ja levittämistä ovat pitkään haitanneet puhtaasti taloudelliset syyt. Koska kaasunjakelumekanismin osien määrä lisääntyi useaan otteeseen, säätötyön työläisyys, moottorin massa ja sen hinta kasvoivat vastaavasti. Modernin tekniikan kehitys, joka mahdollisti yhä monimutkaisempien polttomoottoreiden tuotannon kokonaiskustannusten alentamisen automaatiotyökalujen avulla, mahdollisti hyvin tunnetun menetelmän toteuttamisen. Siitä huolimatta monimutkaisimpien mallien laaja käyttö on epätodennäköistä. Nyt vain kolmiventtiiliset polttomoottorit ovat löytäneet jakelun: 15 mallia tällaisista moottoreista valmistetaan massatuotantona ulkomailla.

Miksi he käyttivät kolmen eikä neljän venttiilin järjestelmää massapolttomoottoreissa? Vastaus on yksinkertainen. Kolmen venttiilin piiriä ohjataan yhdestä nokka-akselista, ja neliventtiilinen piiri vaatii kahden nokka-akselin asennuksen.

Ohittaen huomaamme, että moniventtiilimoottoreissa erilaisia ​​järjestelmiä automaattinen säätö kaasunjakelujärjestelmän parametrit. Erityisesti laitteita käytetään yhä enemmän kompensoimaan automaattisesti venttiilien lämmitettäessä polttomoottorin käytön aikana muuttuvien rakojen kokoa. On olemassa kaasunjakelujärjestelmiä, joissa on hydrauliset nostimet tai säädettävä vapaa iskun säätö venttiilikäytössä, mikä johtaa venttiilin noston käyttökorkeuden muutokseen venttiilin ajoituksen säätämiseksi; tunnetut järjestelmät sylintereiden osan automaattiseen sammuttamiseen pienillä kuormituksilla.

Nykyaikaisia ​​polttomoottoreita suunniteltaessa moniventtiilijärjestelmiä pidetään tärkeänä rakentavana toimenpiteenä palamisprosessin parantamiseksi, nakutuksenestoominaisuuksien parantamiseksi ja pakokaasujen myrkyllisyyden vähentämiseksi.

Laaja yhtenäistäminen, polttomoottoreiden suunnittelun ja valmistuksen automatisointi

Ulkomaiset asiantuntijat uskovat, että ei vain tällä hetkellä, vaan myös tulevaisuudessa vuoteen 2000 asti suurin osa valmistetuista polttomoottoreista tulee olemaan bensiinimoottoreita. pieni työtilavuus. Onnistuneen tällaisten moottoreiden hyötysuhteen parantamistyön yhteydessä kiinnostus henkilöautokannan dieselisointiin on vähentynyt. Bensiinin ominaiskulutuksen keskiarvoa pystyttiin alentamaan 312:sta 245 g/kWh:iin, mikä vastaa tehollisen hyötysuhteen nousua 28:sta 35 prosenttiin.

Uusimman progressiivisen teknologian käyttö lisääntyy kaikkialla maailmassa, mikä tarjoaa paljon aiempaa tarkempaa. Periaate kehittää bensiinipolttomoottoreiden "perheitä" otetaan käyttöön osien korkea yhtenäisyysaste, jota on käytetty dieselteollisuudessa pitkään. Erityinen esimerkki on Volkswagenin luoma sarja polttomoottoreita, joiden tehollinen teho on 29, 40 ja 55 kW ja jossa on 220 yhtenäistä osaa, mukaan lukien esimerkiksi kampikammio erilaisilla sylinterikannen kiinnityselementeillä.

Pääsuunta uusien polttomoottoreiden sukupolvien laajamittaisen tuotannon järjestämisessä on käyttöönotto automatisoidut tuotantolinjat osien valmistus ja moottoreiden kokoonpano.

Esimerkki nykyaikaisesta automatisoituun tuotantoon suunnitellusta ICE:stä on Fire-1000-moottori, jonka Fiat (Italia) ja Peugeot (Ranska) ovat luoneet yhdessä laajalla tietokoneella. Juuri tietokoneiden käyttö mahdollisti merkittävästi moottorin suunnittelun helpottamista, yksinkertaistamista ja parantamista, robotteja käyttävän tekniikan vaatimusten huomioimista maksimaalisesti. Fire-1000:n kehittämisen aikana luotiin ja testattiin 120 prototyyppiä, jotka vaihtelivat suunnittelultaan, sylinterimäärältä ja käytetyiltä työprosesseilta.

Uuden moottorin työtilavuus on 999 cm 3. Teho - 33 kW kampiakselin nopeudella 5000 rpm. Paino - 69,3 kg, mikä vastaa ominaisindikaattoria 2,1 kg / kW. Moottorin massaa pienennettiin sylinterilohkon korkeuden ja seinämän paksuuden laskun 6:sta 4 mm:iin, sylinterien välisten hyppyjohtimien kapenemisen ja päälaakerien väliseinien merkittävän pienenemisen vuoksi. Jäähdytysvaippa peittää vain sylinterien yläosan. Ei ole lohkoriviä, ja sivuseinämät seuraavat sylinterien muotoa vähentäen jäähdytysnesteen määrää. Sylinterilohkon massa on vain 18 kg. Tiedetään, että sen polttokammiota, joka on muodoltaan litteä soikea, ei edes käsitellä, koska käytetään automatisoitua erittäin tarkkaa valuprosessia. Lohkon vuorovedessä sijaitsevaa vesipumppua ja nokka-akselia ohjataan hammashihnalla. Öljypumppu sisäisillä vaihteilla sijaitsee lohkossa ja sitä käyttää kampiakseli. Kosketuksettoman transistorisytytysjärjestelmän jakaja on asennettu nokka-akselin päähän.

Ajettaessa jopa 100 tuhatta km, moottori ei vaadi huoltoa.

Johtopäätös

Johtavien ulkomaisten asiantuntijoiden mukaan lähitulevaisuudessa suunnittelultaan ja toimintaperiaatteeltaan pohjimmiltaan uusien polttomoottoreiden laajaa käyttöä ei odoteta.

Pääsuunnat yleisimpien pieni- ja keskitilavuuksisten bensiinipolttomoottoreiden kehittämiselle tulevaisuudessa ovat mekaanisen hyötysuhteen ja taloudellisten indikaattoreiden edelleen lisääminen sekä pakokaasujen myrkyllisyyden vähentäminen. Uusien materiaalien ja teknologioiden etsintä, paineistusjärjestelmien ja uusien työprosessien kehittäminen jatkuu. Kaikilla näillä alueilla tutkimustyötä tehdään yhä enemmän tietokoneiden ja kokeissa saadun tiedon perusteella laadittujen ohjelmien käytöllä.

Viimeisten 20 vuoden aikana bensiinikäyttöisten polttomoottoreiden kehitys on jo vähentänyt polttoaineen ominaiskulutusta keskimäärin yli 20 % ja samalla tiukentuvia päästöstandardeja. Keinot on löydetty tehokkaamman vähämyrkyllisen palamisprosessin järjestämiseksi suuremmalla puristussuhteella ja laihaa polttoaine-ilmaseosta käyttämällä. Erillisiä kehityssuuntia on otettu käyttöön tavanomaisten polttomoottoreiden suunnittelussa sekä yhä laajemmissa ja paremmin mukautetuissa polttomoottoreissa, joissa on kolmi- ja neliventtiiliset sylinterikannet.

Korkealaatuisen palamisen hallinnan alueen laajentamiseksi ja kaasunvaihtohäviöiden vähentämiseksi on kehitetty erilaisia ​​järjestelmiä yhden sylinterin (tai sylinteriryhmien) sulkemiseksi työtilavuuden vähentämiseksi osakuormitustiloissa. Sama idea toteutetaan massatuotetuissa polttomoottoreissa, joissa on pienempi iskutilavuus ja kompensoitu tehon suorituskyky täydellä kuormituksella ottamalla käyttöön ahto.

Kokeellisten tutkimusten tasolla tarkastellaan mahdollisuuksia ohjata puristussuhdetta ja kaasun jakautumisvaiheita polttomoottorin käytön aikana.

Tekniikan yksinkertaistamiseksi, painon vähentämiseksi, mekaanisten ja lämpökuormien, melu- ja tärinätasojen vähentämiseksi työ jatkuu muovipohjaisten komposiittimateriaalien käytön parissa. Keraamisten materiaalien fysikaalis-kemiallisten ominaisuuksien merkittävä parannus mahdollisti myös niiden käytön todellisissa ICE-malleissa.

Huomautuksia

1. Ahtoaminen suoritetaan polttomoottorin sylintereihin syötettävän ilman paineen ja massatiheyden lisäämiseksi kompressorin - ahtimen avulla.

Polttomoottoreiden (ICE) aikakausi on vielä kaukana auringonlaskusta - melko suuri määrä sekä asiantuntijoita että tavallisia autoilijoita noudattaa tätä mielipidettä. Ja sellaiseen lausuntoon heillä on kaikki syyt. Yleisesti ottaen polttomoottorista on vain kaksi vakavaa valitusta - ahmatti ja haitalliset pakokaasut. Öljyvarat eivät ole rajattomat, ja autot ovat yksi sen tärkeimmistä kuluttajista. Pakokaasut myrkyttävät luontoa ja ihmisiä ja kerääntyessään ilmakehään synnyttävät kasvihuoneilmiön. Kasvihuoneilmiö johtaa ilmastonmuutokseen ja edelleen muihin ympäristöongelmiin. Mutta älkäämme poikkeako. Viime vuosikymmeninä suunnittelijat ja insinöörit ovat oppineet käsittelemään molempia puutteita erittäin tehokkaasti, mikä osoittaa, että polttomoottorilla on vielä käyttämättömiä kehitys- ja parannusvarastoja.

Polttoaineen kulutusta pienennettiin merkittävästi ottamalla käyttöön useita teknisiä innovaatioita suunnittelussa. Ensimmäinen askel oli siirtyminen kaasutinmoottoreista ruiskutukseen. Nykyaikaiset ruiskutusjärjestelmät syöttävät polttoainetta sylintereihin korkealla paineella, mikä johtaa hienoon sumutukseen ja hyvin sekoittumiseen ilman kanssa. Puristustahdin aikana polttoainetta ruiskutetaan polttokammioon tarkasti mitatuissa osissa jopa 5-7 kertaa. Ahtauksen käyttö, venttiilien lukumäärän lisääminen, puristussuhteen lisääminen mahdollistivat myös työseoksen polttamisen täydellisemmin. Polttokammion muodon, mäntien pohjan optimointi, säädettävällä venttiiliajoituksella varustettujen järjestelmien käyttö auttoivat parantamaan kaasutusprosesseja. Tämän seurauksena moottori voi toimia vähärasvaisilla seoksilla, mikä säästää polttoainetta ja vähentää päästöjä.

Käytetään laajasti nykyaikaisissa autoissa start-stop-järjestelmä, mikä takaa huomattavan polttoainetalouden kaupunkiajossa. Tämä järjestelmä sammuttaa moottorin automaattisesti, kun ajoneuvo pysähtyy. Käynnistys tapahtuu painamalla kytkinpoljinta (autoissa, joissa on manuaalivaihteisto) tai vapauttamalla jarrupoljin (autoissa, joissa on automaattivaihteisto).

Jarruenergian talteenottojärjestelmä, joka ilmestyi ensimmäisen kerran hybridiautoihin, siirtyi vähitellen perinteisiin autoihin. Hidastuvan auton kineettinen energia, joka aiemmin tuhlattiin jarrujärjestelmän osien lämmittämiseen, muunnetaan nyt sähköenergiaksi ja sitä käytetään akun lataamiseen. Polttoaineen kulutus pienenee jopa 3 %.

Tärkeä seikka on, että moottoreiden teknisten ominaisuuksien paraneminen tapahtuu tasaisesti vähentämällä niiden äänenvoimakkuutta. Esimerkiksi vuoden 2010 parhaaksi moottoriksi tunnustettu Volkswagen 1.4 TSI -moottori, jonka tilavuus on 1390 cc, kehittää jopa 178 hv:n tehoa. Eli jokaisesta litrasta poistetaan 127 hv! Polttoaineen ominaiskulutus on viimeisten 20-30 vuoden aikana lähes puolittunut. Ja jos polttoaineen kulutus pienenee, haitallisten aineiden päästöt vähenevät vastaavasti ja öljyvarantoja voidaan venyttää pidemmäksi aikaa.

Pakokaasujen käsittely

Kaikki edellä mainitut toimenpiteet vähentävät haitallisia päästöjä niin sanotusti epäsuorasti parantamalla teknisiä ominaisuuksia. Mutta on olemassa useita järjestelmiä, joiden tarkoituksena on suoraan vähentää haitallisten aineiden määrää pakokaasuissa.

Ensinnäkin tietysti katalysaattori ja EGR pakokaasun kierrätysjärjestelmä. Neutralointiaineessa pakokaasujen sisältämät haitalliset aineet reagoivat kemialliseen reaktioon sen kennoille kerrostuneiden aineiden kanssa. Reaktion seurauksena haitalliset aineet hajoavat vaarattomiksi komponenteiksi.

EGR-järjestelmä(Pakokaasun kierrätys) on "kapeampi" fokus. Se on suunniteltu vähentämään typen oksidien pitoisuutta pakokaasuissa lämmityksen aikana ja kovassa kiihdytyksessä moottorin käydessä runsaalla seoksella. Järjestelmän toimintaperiaate on ohjata osa pakokaasuista takaisin sylintereihin. Tämä laskee palamislämpötilaa ja vastaavasti typen oksidien pitoisuutta.

Kun moottori on käynnissä, kaikki pakokaasut eivät pääse pakojärjestelmään. Osa niistä murtautuu kampikammioon. Käytetään estämään vapautuminen ilmakehään kampikammion tuuletusjärjestelmä. Bensiinihöyryt, kuten pakokaasut, sisältävät ihmisille haitallisia aineita. Siksi autot on varustettu bensiinihöyryn absorptiojärjestelmä.

Kaikki edellä mainitut järjestelmät ovat universaaleja, eli niitä käytetään sekä bensiini- että dieselmoottoreissa. Dieselpakokaasuille on kuitenkin ominaista lisääntynyt typen oksidien ja noen pitoisuus. Siksi dieselmoottoreiden pakojärjestelmässä ylimääräinen hiukkassuodatin. Jotkut mallit voivat käyttää SCR-järjestelmä(Selektiivinen katalyyttinen pelkistys) tai vapaana venäjänkielisenä käännöksenä urea-injektio. Toimintaperiaate: urean vesiliuos ruiskutetaan pakojärjestelmään katalyytin eteen. Kemiallisen reaktion seurauksena lähes puolet erittäin myrkyllisistä typen oksideista muuttuu tavalliseksi vaarattomaksi typeksi.

Muuten, edistyminen dieselmoottoreiden parantamisessa on vaikuttava. Esimerkeillä ei mennä kauas. Katso taulukkoa: siinä näkyvät kahden maailman arvostetuimman palkinnon voittajat, World Green Car of the Year (Green Car of the Year) ja Green Car of the Year (Green Car of the Year).

Näetkö? Yhdessä kilpailussa dieselit voittivat neljä kertaa, toisessa - kahdesti.

ICE:n näkymät

Yhteenvetona edellä esitetystä voidaan väittää, että tulevina vuosikymmeninä elämme rinnakkain polttomoottoreiden kanssa. Tähän on hyvät tekniset ja taloudelliset syyt. Vakiintunut tekniikka polttomoottoreiden valmistukseen takaa niiden suhteellisen alhaiset kustannukset. Työnkulun parantaminen mahdollisti korkean suorituskyvyn ja haitallisten päästöjen vähentämisen.

"Vihreiden" autojen myynnin kasvua vauhdittaa suurelta osin valtion tuki. Heti kun valtio supistaa ympäristöystävällisten autojen alennusohjelmaa, niiden kysyntä laskee nopeasti.

Dieselauto kuluttaa jopa 25 % vähemmän polttoainetta ja saastuttaa ympäristöä vähemmän, mutta bensiiniauto on halvempi, sen vakuutukset ja käyttö edullisemmat. Jos vuotuinen ajokilometri kuitenkin ylittää 15 000 kilometriä, on kannattavampaa ostaa diesel.

Sopivan moottorityypin valinta riippuu myös ajoneuvoluokasta. Nykyaikaiset bensiinimoottorit ovat erittäin tehokkaita kompakteissa autoissa, kun taas nykypäivän dieselmoottorit saavuttavat alhaisen polttoaineenkulutuksen ja tarjoavat ajamisen iloa suurissa farmariautoissa. Bensiinimoottorit tarjoavat kadehdittavan kiihtyvyyden ja dynamiikan "kuumiin" urheiluautoihin, ja dieselmoottoreiden suuri vääntömomentti on juuri sopiva suurille maastoautoille.

Kesällä 2017 tiede- ja tekninen yhteisö levitti uutisia, että nuori jekaterinburgilainen tiedemies voitti koko venäläisen kilpailun innovatiivisista energia-alan hankkeista. Kilpailu on nimeltään "Läpimurron energia", johon voivat osallistua enintään 45-vuotiaat tutkijat, ja Venäjän ensimmäisen presidentin B.N.:n mukaan nimetyn Uralin liittovaltion yliopiston apulaisprofessori Leonid Plotnikov. Jeltsin” (UrFU), sai 1 000 000 ruplan palkinnon.

Kerrottiin, että Leonid kehitti neljä alkuperäistä teknistä ratkaisua ja sai seitsemän patenttia polttomoottoreiden imu- ja pakojärjestelmille, sekä turboahdetuille että ilmakehämoottoreille. Erityisesti turbomoottorin imujärjestelmän hienosäätö "Plotnikov-menetelmän mukaan" pystyy poistamaan ylikuumenemisen, vähentämään melua ja haitallisten päästöjen määrää. Ja turboahdetun polttomoottorin pakojärjestelmän modernisointi lisää tehokkuutta 2 % ja vähentää ominaiskulutusta 1,5 %. Tämän seurauksena moottorista tulee ympäristöystävällisempi, vakaampi, tehokkaampi ja luotettavampi.

Onko tämä todella totta? Mikä on tutkijan ehdotusten ydin? Onnistuimme puhumaan kilpailun voittajan kanssa ja selvittämään kaiken. Kaikista Plotnikovin kehittämistä alkuperäisistä teknisistä ratkaisuista päädyimme vain kahteen edellä mainittuun: modifioituihin imu- ja pakojärjestelmiin turboahdettuihin moottoreihin. Esitystyyli voi olla aluksi vaikea ymmärtää, mutta lue huolellisesti, niin lopulta päästään asiaan.

Ongelmia ja tehtäviä

Alla kuvattujen kehityssuuntien kirjoittaja kuuluu Uralin liittovaltion yliopiston tutkijaryhmälle, johon kuuluvat teknisten tieteiden tohtori, professori Yu.M. Brodov, fysiikan ja matemaattisten tieteiden tohtori, professori Zhilkin B.P. ja teknisten tieteiden kandidaatti, apulaisprofessori Plotnikov L.V. Tämän tietyn ryhmän työlle myönnettiin miljoona ruplaa apuraha. Ehdotettujen teknisten ratkaisujen teknisessä tutkimuksessa heitä auttoivat Ural Diesel Engine Plant LLC:n asiantuntijat, nimittäin osaston johtaja, teknisten tieteiden kandidaatti D. S. Shestakov. ja apulaispääsuunnittelija, teknisten tieteiden kandidaatti Grigoriev N.I.

Yksi heidän tutkimuksensa avainparametreista oli kaasuvirrasta tuleva lämmönsiirto tulo- tai poistoputken seiniin. Mitä pienempi lämmönsiirto, sitä pienemmät lämpöjännitykset, sitä suurempi on koko järjestelmän luotettavuus ja suorituskyky. Lämmönsiirron intensiteetin arvioimiseen käytetään parametria, jota kutsutaan paikalliseksi lämmönsiirtokertoimeksi (merkitty αx), ja tutkijoiden tehtävänä oli löytää keinoja tämän kertoimen pienentämiseksi.

Riisi. Kuva 1. Muutokset paikallisessa (lх = 150 mm) lämmönsiirtokertoimessa αх (1) ja ilman virtausnopeudessa wх (2) ajassa τ vapaan turboahtimen kompressorin (jäljempänä TC) takana tasaisella pyöreällä putkilinjalla ja eri roottorinopeudet TC: a) nc = 35 000 min-1; b) ntc = 46 000 min-1

Ongelma nykyaikaiselle moottorirakennukselle on vakava, koska kaasu-ilma-reitit sisältyvät nykyaikaisten polttomoottoreiden lämpökuormitetuimpien elementtien luetteloon ja tehtävä lämmönsiirron vähentäminen imu- ja pakoreiteissä on erityisen akuutti turboahdetut moottorit. Itse asiassa turbomoottoreissa ilmakehään verrattuna paine ja lämpötila kohoavat tuloaukossa, keskimääräinen syklin lämpötila kohoaa ja kaasun pulsaatio on korkeampi, mikä aiheuttaa lämpömekaanisia rasituksia. Lämpökuormitus johtaa osien väsymiseen, vähentää moottorin osien luotettavuutta ja käyttöikää sekä johtaa myös optimaalisten olosuhteiden syntymiseen polttoaineen palamiselle sylintereissä ja tehon laskuun.

Tutkijat uskovat, että turbomoottorin lämpöjännitystä voidaan vähentää, ja tässä, kuten he sanovat, on vivahde. Yleensä sen kahta ominaisuutta pidetään tärkeänä turboahtimelle - ahtopaine ja ilmavirta, ja itse kokoonpano otetaan laskelmissa staattisena elementtinä. Mutta itse asiassa tutkijat huomauttavat, että turboahtimen asennuksen jälkeen kaasuvirran lämpö- ja mekaaniset ominaisuudet muuttuvat merkittävästi. Siksi ennen kuin tutkitaan kuinka αx muuttuu tulo- ja ulostulossa, on tarpeen tutkia itse kaasuvirtaa kompressorin takana. Ensin - ottamatta huomioon moottorin mäntäosaa (kuten sanotaan, vapaan kompressorin takana, katso kuva 1), ja sitten - yhdessä sen kanssa.

Automaattinen järjestelmä kokeellisten tietojen keräämiseen ja käsittelyyn kehitettiin ja luotiin - kaasun virtausnopeuden wx ja paikallisen lämmönsiirtokertoimen αx arvot otettiin ja käsiteltiin anturiparista. Lisäksi koottiin yksisylinterinen moottorimalli, joka perustuu VAZ-11113-moottoriin TKR-6-turboahtimella.

Riisi. Kuva 2. Paikallisen (lx = 150 mm) lämmönsiirtokertoimen αx riippuvuus kampiakselin kiertokulmasta φ ahdettu mäntäpolttomoottorin imuputkessa erilaisilla kampiakselin nopeuksilla ja TC-roottorin eri nopeuksilla: a) n = 1500 min-1; b) n = 3 000 min-1, 1 - n = 35 000 min-1; 2 - ntc = 42 000 min-1; 3 - ntc = 46 000 min-1

Tehdyt tutkimukset ovat osoittaneet, että turboahdin on voimakkain turbulenssin lähde, joka vaikuttaa ilmavirran termisiin ja mekaanisiin ominaisuuksiin (ks. kuva 2). Lisäksi tutkijat havaitsivat, että turboahtimen asentaminen itsessään lisää αx:tä moottorin imuaukossa noin 30 % - osittain johtuen siitä, että kompressorin jälkeinen ilma on yksinkertaisesti paljon kuumempaa kuin vapaasti hengittävän moottorin imuaukossa. Lämmönsiirtoa mitattiin myös moottorin ulostulossa turboahtimella ja kävi ilmi, että mitä suurempi ylipaine, sitä vähemmän voimakasta lämmönsiirtoa tapahtuu.

Riisi. 3. Kaavio ahdettu moottorin imujärjestelmästä, jossa on mahdollisuus tyhjentää osa pakotetusta ilmasta: 1 - imusarja; 2 - liitosputki; 3 - liitoselementit; 4 - TK-kompressori; 5 - elektroninen moottorin ohjausyksikkö; 6 - sähköpneumaattinen venttiili].

Yhteenvetona käy ilmi, että lämpökuormituksen vähentämiseksi on välttämätöntä: imukanavassa on tarpeen vähentää turbulenssia ja ilman pulsaatiota ja ulostulossa luoda lisäpainetta tai harventumista, mikä kiihdyttää virtaus - tämä vähentää lämmönsiirtoa, ja lisäksi se vaikuttaa positiivisesti sylintereiden puhdistamiseen pakokaasuista.

Kaikki nämä ilmeisiltä näyttävät asiat vaativat yksityiskohtaisia ​​mittauksia ja analyyseja, joita kukaan ei ollut aiemmin tehnyt. Juuri saadut luvut mahdollistivat sellaisten toimenpiteiden kehittämisen, jotka voivat tulevaisuudessa, jos ei mullistaa, niin varmasti hengittää sanan varsinaisessa merkityksessä uutta elämää koko moottorinrakennusteollisuudelle.

Riisi. Kuva 4. Paikallisen (lх = 150 mm) lämmönsiirtokertoimen αх riippuvuus kampiakselin kiertokulmasta φ ahdettu mäntäpolttomoottorin imuputkessa (ntc = 35 000 min-1) kampiakselin nopeudella pyörimisnopeus n = 3000 min-1. Ilman poiston osuus: 1 - G1 = 0,04; 2 - G2 = 0,07; 3 - G3 = 0,12].

Ylimääräisen ilman poisto tuloaukosta

Ensin tutkijat ehdottivat mallia imuilmavirran vakauttamiseksi (katso kuva 3). Imukanavaan turbiinin jälkeen upotettu sähköpneumaattinen venttiili ja tietyin hetkinä osan turboahtimen puristamasta ilmasta poistuminen stabiloi virtausta - vähentää nopeuden ja paineen pulsaatiota. Tämän seurauksena tämän pitäisi johtaa aerodynaamisen melun ja lämpöjännityksen vähenemiseen imukanavassa.

Ja kuinka paljon pitää pudottaa, jotta järjestelmä toimisi tehokkaasti heikentämättä merkittävästi turboahtimen vaikutusta? Kuvissa 4 ja 5 nähdään mittaustulokset: kuten tutkimukset osoittavat, poistoilman G optimaalinen osuus on välillä 7-12 % - tällaiset arvot vähentävät lämmönsiirtoa (ja siten lämpökuormaa) moottorin imukanava 30 prosenttiin, eli nosta se ilmakehämoottoreille tyypillisiin arvoihin. Nollausosuutta on turha kasvattaa - tämä ei enää vaikuta.

Riisi. Kuva 5. Paikallisen (lх = 150 mm, d = 30 mm) lämmönsiirtokertoimen αх riippuvuuksien vertailu kampiakselin kiertokulmasta φ mäntäpolttomoottorin imuputkessa paineistettuna ilman kevennystä ( 1) ja osittaisella ilmanpoistolla (2) ntc = 35 000 min-1 ja n = 3 000 min-1, ylimääräisen ilman osuus on 12 % kokonaisvirtauksesta].

Pakokaasun poisto

Entä pakojärjestelmä? Kuten edellä totesimme, se toimii myös turboahdetussa moottorissa korkeissa lämpötiloissa, ja lisäksi haluat aina tehdä vapautumisesta mahdollisimman suotuisaa sylinterien maksimaalista puhdistusta pakokaasuista. Perinteiset menetelmät näiden ongelmien ratkaisemiseksi ovat jo käytetty loppuun, onko muita parannusvaraa? Osoittautuu, että on.

Brodov, Zhilkin ja Plotnikov väittävät, että on mahdollista parantaa pakojärjestelmän kaasun puhdistusta ja luotettavuutta luomalla siihen ylimääräinen harvinainen eli poisto. Kehittäjien mukaan poistovirtaus sekä imuventtiili vähentävät virtauksen pulsaatiota ja lisäävät tilavuusilmavirtaa, mikä edistää sylintereiden parempaa puhdistusta ja moottorin tehon kasvua.

Riisi. 6. Kaavio pakojärjestelmästä ejektorilla: 1 - sylinterinkansi kanavalla; 2 - pakoputki; 3 - pakoputki; 4 - poistoputki; 5 – sähköpneumaattinen venttiili; 6 - elektroninen ohjausyksikkö].

Ejektiolla on positiivinen vaikutus lämmönsiirtoon pakokaasuista poistokanavan yksityiskohtiin (katso kuva 7): tällaisella järjestelmällä paikallisen lämmönsiirtokertoimen αх maksimiarvot ovat 20 % pienemmät kuin ko. perinteinen pakokaasu - lukuun ottamatta imuventtiilin sulkemisjaksoa, lämmönsiirron intensiteetti on päinvastoin hieman korkeampi. Mutta yleensä lämmönsiirto on edelleen pienempi, ja tutkijat olettivat, että turbomoottorin ulostulossa oleva ejektori lisää sen luotettavuutta, koska se vähentää lämmön siirtymistä kaasuista putkilinjan seiniin, ja itse kaasut ovat jäähdytetään poistoilmalla.

Riisi. 7. Paikallisen (lx = 140 mm) lämmönsiirtokertoimen αx riippuvuudet kampiakselin kiertokulmasta φ pakokaasujärjestelmässä ylipaineella pb = 0,2 MPa ja kampiakselin nopeudella n = 1 500 min-1. Pakokaasujärjestelmän kokoonpano: 1 - ilman poistoa; 2 - poiston kanssa.]

Mitä jos yhdistäisit?

Saatuaan tällaiset johtopäätökset kokeellisesta asennuksesta, tutkijat menivät pidemmälle ja sovelsivat saatuaan tietoa todellisesta moottorista - Ural Diesel Engine Plant LLC:n valmistama 8DM-21LM dieselmoottori valittiin yhdeksi "kokeellisista" moottoreista. käytetään kiinteinä voimalaitoksina. Lisäksi työssä käytettiin myös 8-sylinterisen dieselmoottorin "nuorempaa veljeä", 6DM-21LM, myös V-muotoista, mutta kuusisylinteristä.

Riisi. 8. Solenoidiventtiilin asentaminen vapauttamaan osan ilmasta 8DM-21LM-dieselmoottoriin: 1 - magneettiventtiili; 2 - tuloputki; 3 - pakosarjan kotelo; 4 - turboahdin.

"Nuoremmassa" moottorissa toteutettiin pakokaasujen poistojärjestelmä, joka on yhdistetty loogisesti ja erittäin nerokkaasti imupaineenalennusjärjestelmään, jota tarkastelimme hieman aiemmin - loppujen lopuksi, kuten kuvassa 3 näkyy, poistoilmaa voidaan käyttää moottorin tarpeisiin. Kuten näet (kuva 9), pakosarjan yläpuolelle on asetettu putket, joihin syötetään tuloaukosta otettu ilma - tämä on sama ylipaine, joka aiheuttaa turbulenssia kompressorin jälkeen. Putkista tuleva ilma "jaetaan" solenoidiventtiilijärjestelmän kautta, joka sijaitsee välittömästi kunkin kuuden sylinterin pakoaukon takana.

Riisi. Kuva 9. Yleiskuva 6DM-21LM-moottorin päivitetystä pakojärjestelmästä: 1 – pakoputki; 2 - turboahdin; 3 - kaasun poistoputki; 4 - poistojärjestelmä.

Tällainen poistolaite luo ylimääräisen alipaineen pakosarjaan, mikä johtaa kaasuvirran linjaamiseen ja transienttien heikkenemiseen ns. siirtymäkerroksessa. Tutkimuksen tekijät mittasivat ilman virtausnopeuden wx riippuen kampiakselin kiertokulmasta φ pakokaasun poiston kanssa ja ilman.

Kuvasta 10 näkyy, että ulostyönnön aikana maksimivirtausnopeus on suurempi ja pakoventtiilin sulkemisen jälkeen se putoaa hitaammin kuin jakoputkessa ilman tällaista järjestelmää - saadaan eräänlainen "puhdistusvaikutus". Kirjoittajat sanovat, että tulokset osoittavat virtauksen stabiloitumista ja moottorin sylinterien parempaa puhdistusta pakokaasuista.

Riisi. Kuva 10. Paikallisen (lx = 140 mm, d = 30 mm) kaasun virtausnopeuden wx poistoputkessa (1) ja perinteisessä putkilinjassa (2) riippuvuus kampiakselin pyörimiskulmasta φ kampiakselin nopeus n = 3000 min-1 ja alkuylipaine pb = 2,0 bar.

Mikä on lopputulos

Eli mennään järjestyksessä. Ensinnäkin, jos pieni osa kompressorin puristamasta ilmasta puretaan turbomoottorin imusarjasta, on mahdollista vähentää lämmön siirtymistä ilmasta keruuputkiin jopa 30 % ja samalla pitää massa. moottoriin tulevan ilman virtausnopeus normaalilla tasolla. Toiseksi, jos käytämme pakokaasun poistoa, niin lämmönsiirtoa pakosarjassa voidaan myös vähentää merkittävästi - tehdyt mittaukset antavat arvoksi noin 15% - ja myös parantaa sylintereiden kaasun puhdistusta.

Yhdistämällä näytetyt tieteelliset havainnot imu- ja poistokanavista yhdeksi järjestelmäksi saadaan monimutkainen vaikutus: ottamalla osa ilmasta imuaukosta, siirtämällä se pakoputkeen ja synkronoimalla nämä pulssit tarkasti ajoissa, järjestelmä tasaantuu. ja "hiljentää" ilman ja pakokaasujen virtausprosesseja. Tuloksena meidän pitäisi saada vähemmän lämpökuormitettu, luotettavampi ja tehokkaampi moottori verrattuna perinteiseen turbomoottoriin.

Joten tulokset saatiin laboratorio-olosuhteissa, jotka vahvistettiin matemaattisilla mallinnuksilla ja analyyttisilla laskelmilla, minkä jälkeen luotiin prototyyppi, jolle tehtiin testejä ja vahvistettiin positiiviset vaikutukset. Toistaiseksi kaikki tämä on toteutettu UrFU:n seinien sisällä suurella paikallaan olevalla turbodieselillä (tämän tyyppisiä moottoreita käytetään myös dieselvetureissa ja laivoissa), mutta suunnittelussa esitetyt periaatteet voisivat juurtua pienempiin moottoreihin - kuvittele esimerkiksi, että GAZ Gazelle, UAZ Patriot tai LADA Vesta saavat uuden turbomoottorin, lisäksi ominaisuuksiltaan paremmat kuin ulkomaisilla analogeilla... Onko mahdollista, että Venäjällä alkaa uusi suuntaus moottorinrakennuksessa?

Uralin liittovaltion yliopiston tutkijoilla on myös ratkaisuja ilmakehän moottoreiden lämpökuormituksen vähentämiseen, ja yksi niistä on kanavaprofilointi: poikittaissuuntainen (ottamalla käyttöön neliömäinen tai kolmiomainen poikkileikkaus) ja pituussuuntainen. Periaatteessa kaikkien näiden ratkaisujen mukaan on nyt mahdollista rakentaa toimivia näytteitä, suorittaa testejä ja jos ne ovat positiivisia, aloittaa massatuotanto - tietyt suunnittelu- ja kehitysalueet eivät tutkijoiden mukaan vaadi merkittäviä taloudellisia ja aikakustannuksia . Nyt pitäisi löytyä kiinnostuneita valmistajia.

Leonid Plotnikov sanoo pitävänsä itseään ensisijaisesti tiedemiehenä eikä pyri kaupallistamaan uutta.

Tavoitteiksi mainitsen mieluummin jatkotutkimuksen, uusien tieteellisten tulosten saamisen ja alkuperäisten kaasu-ilmajärjestelmien suunnittelun mäntäpolttomoottoreille. Jos tuloksistani on hyötyä teollisuudelle, olen iloinen. Tiedän kokemuksesta, että tulosten toteuttaminen on erittäin monimutkainen ja aikaa vievä prosessi, ja jos siihen uppoutuu, niin tieteelle ja opetukselle ei jää aikaa. Ja olen enemmän taipuvainen koulutuksen ja tieteen alalle, en teollisuuteen ja liike-elämään

Uralin liittovaltion yliopiston apulaisprofessori, joka on nimetty Venäjän ensimmäisen presidentin B.N. Jeltsin (UrFU)

Hän kuitenkin lisää, että PJSC Uralmashzavodin voimakoneita koskevan tutkimuksen tulosten käyttöönottoprosessi on jo alkanut. Toteutusvauhti on edelleen alhainen, kaikki työ on alkuvaiheessa, ja yksityiskohtia on hyvin vähän, mutta yritys on kiinnostunut. On toivottavaa, että näemme tämän toteutuksen tulokset. Ja myös, että tutkijoiden työ löytää käyttöä kotimaisessa autoteollisuudessa.

Miten arvioit tutkimuksen tuloksia?