В этом двигателе нет коленвала — журнал За рулем
ЗАБЫТОЕ ГЕНИАЛЬНОЕВ начале изобретательской карьеры, 30 лет назад, Виталий Фролов еще не замахивался на то, чтобы изменить ДВС — ограничился малым: установил на коленвал особые накладки. Когда они изнашивались, менял их вместе с вкладышами, и вал продолжал работать. Просто? Тем не менее, до этого раньше никто не додумался. Виталий получил первое авторское свидетельство, его наградили серебряной медалью Выставки достижений народного хозяйства СССР — в те времена считалось очень почетным стать лауреатом этой награды.
Так часто бывает: гениальные изобретения забываются. Чудесный коленвал так и не был внедрен…
Похоже, обида на неразумное человечество вылилась у Виталия в нелюбовь к коленчатым валам, и позже он беспощадно «уничтожал» деталь во всех своих последующих разработках. И сформулировал один из принципов: коленчатый вал — деталь несовершенная.
СТРАННЫЙ ОППОЗИТОднажды он получил заказ от специалистов воздушно-десантных войск: разработать двигатель — помощник суперсолдат.
Мотор, сказали ему люди в мундирах, должен быть легким, экономичным, безотказным в воздухе, на земле и воде. И вскоре такой появился — 2-тактный оппозит, в основе которого лежал мотор «Иж-Юпитер 5».
Оппозит Фролова необычный — без уплотнительной перегородки между кривошипными камерами, так усложняющей конструкцию ординарных 2-цилиндровых двухтактников. Коленчатый вал (до поры до времени Фролов оставил его в покое) — с двумя опорными подшипниками (вместо трех), что снизило его вес и длину. В конструкции Фролов использовал два своих изобретения: «Демпфер крутильных колебаний коленчатого вала ДВС» и «Узел двигателя внутреннего сгорания».
Мотор получился компактным и «бодрым» — в 1,5 раза возросли мощность и крутящий момент. Он предназначался для сверхлегкой авиации, водномоторного спорта. В 1988 г. пришел заказ на изготовление 300 моторов для дельтапланов. Опытный мотор УМБ-760 устанавливался и на автомобиль ЛуАЗ, планировалось начать его серийный выпуск.
В 2001 году появился мотоцикл, который сразу привлек внимание байкеров.
Еще бы: во время демонстрации работоспособности аппарата на второй передаче заднее колесо срывало в букс. Производство движка планировали развернуть на одном из харьковских заводов — для переоборудования обычных «Ижей». Но нагрянули известные события с распадом СССР, и проект так и остался невоплощенным.
Вконец разочаровавшись в коленчатых валах, Виталий Фролов увлекся бесшатунными двигателями Баландина. У этих моторов нет не только шатуна, но и коленчатого вала: преобразование возвратно-поступательного движения поршня в них происходит посредством особого эксцентрического механизма.
Недостаток баландинского «бесшатунника» — излишне высокие требования к точности изготовления эксцентрика. Модернизировав узел преобразования, Виталий изготовил два опытных мотора: один смонтировал в картере «Минска», использовав штатные цилиндр, головку, сцепление и КП. Второй по этой же схеме был от начала до конца самоделкой.
Иногда он давал мотогонщикам свои моторы — и те выигрывали.
Техкомиссия их не засекала, потому что о необычных «внутренностях» никто и не догадывался: габариты двигателя оставались прежними. Настолько не догадывались, что однажды в гонках по спидвею победившего спортсмена дисквалифицировали с формулировкой… «опасно ехал». Но никто не продолжил мысль: ведь это происходило в силу избытка мощности мотора. Никому в голову не пришло заглянуть вовнутрь.
И все равно, даже усовершенствованный «баландин» не устраивал изобретателя: механизм преобразования своей громоздкостью напоминал ненавистный коленчатый вал.
Понравилась заметка? Подпишись и будешь всегда в курсе!
За рулем в ДзенДвигатель внутреннего сгорания без коленвала на основе устройства для преобразования возвратно-вращательного движения во вращательное в одном направлении
Полезная модель относится к машиностроению, в частности к двигателестроению и может быть использована на транспорте. Двигатель внутреннего сгорания без коленвала, включает, по меньшей мере, один торообразный корпус, содержащий два и более дуговых цилиндра, внутри которых установлены поршни.
Сущность полезной модели заключается в том, что двигатель снабжен установленным на валу двигателя и жестко взаимосвязанным с корпусом двигателя устройством для преобразования возвратно вращательного движения во вращательное в одном направлении, передающим на выходной вал двигателя вращение в одном направлении, которое содержит входной вал, расположенный на одной оси с выходным валом устройства, промежуточную ось, установленную перпендикулярно указанной оси, элементы сцепления в виде обгонной или храповой муфты, жестко установленные на выходном валу устройства, взаимосвязанные с коническими элементами передачи вращения, выполненные с возможностью взаимно-обратного вращательного действия для передачи выходному валу двигателя вращения в одном направлении, при этом выходной вал устройства является одновременно выходным валом двигателя, а входной вал устройства жестко смонтирован на одном из элементов сцепления, и жестко связан с каждым поршнем двигателя. Технический результат заключается в повышении диапазона дискретно отбираемых мощностей и упрощении конструкции двигателя.
Полезная модель относится к машиностроению, в частности к двигателестроению и может быть использована на транспорте.
Существует большое количество поршневых двигателей внутреннего сгорания повсеместно используемых по 2-х и 4-х тактной схеме. Преобразователем возвратно-поступательного движения поршней во вращательное является кривошипно-шатунный механизм, основным недостатком которого является наличие мертвых точек. Когда происходит взрыв горючей смеси в районе мертвых точек первоначальная максимальная сила давления горячих газов направлена на излом оси коленчатого вала (коленвала), а не на полезное вращение. Во время поворота коленчатого вала за счет кинетической энергии запасенной в маховике установленного на коленчатом валу увеличивается рычаг приложения силы давления газов, но увеличение рычага влечет за собой увеличение объема камеры сгорания, т.е. уменьшение давления газов. Первоначальное давление газов из-за наличия мертвых точек тратится на нагрев корпуса двигателя, а не на полезную работу вращения коленчатого вала.
Это ведет к недостаточно эффективной работе и низкой экономичности двигателя.
Известен двигатель внутреннего сгорания без коленвала, в котором поршни соединены попарно зубчатыми рейками передающие возвратно-поступательные движения на зубчатое колесо входного вала устройства преобразования возвратно-вращательного движения во вращательное в одном направлении (патент на изобретение RU 2390675, оп. 27.05.2010 «Устройство для преобразования возвратно-вращательного движения во вращательное в одном направлении» стр.7 фиг.2).
Зубчатая рейка жестко установлена между противоположными поршнями для передачи возвратно-поступательного хода этих поршней. Рейка посредством зубчатой связи с входным зубчатым колесом вызывает на нем возвратно вращательное движение. Внутри устройства преобразования возвратно-вращательного движения во вращательное в одном направлении с помощью конического ресивера и элементов передачи вращения происходит преобразование возвратно-вращательного движения зубчатого колеса во вращательное выходного вала в одном направлении.
К недостаткам двигателя относится наличие зубчатой передачи с присущими этой передаче потерями КПД. Кроме того, отмечается недостаточная компактность конструкции.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является свободнопоршневой (без коленвала) кольцевой двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий торообразную рабочую камеру с поршнями (SU 1733649, оп. 1972 г.)
Необходимость наличия поддерживающих роликов и клинящих элементов для передачи вращения в одном направлении, которые размещены в дуговых рабочих цилиндрах двигателя и занимают полезный объем, который мог бы быть использован для получения большей удельной мощности двигателя, усложняет его конструкцию, снижает надежность двигателя.
Выходной вал не имеет сквозного выхода через торообразный корпус, так как с противоположной стороны расположены синхронизирующие зубчатые колеса, что ведет к невозможности секционирования взаимонезависимых двигателей на едином валу двигателя, а следовательно уменьшается диапазон дискретно отбираемых мощностей.
Кроме того, данный двигатель невозможно использовать в 4-х тактном варианте, что ограничивает функциональные возможности двигателя.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение диапазона дискретно отбираемых мощностей, упрощение конструкции двигателя.
Для решения поставленной задачи двигатель внутреннего сгорания без коленвала, включающий, по меньшей мере, один торообразный корпус, содержащий два и более дуговых цилиндра, внутри которых установлены поршни, согласно полезной модели, снабжен установленным на валу двигателя и жестко взаимосвязанным с корпусом двигателя устройством для преобразования возвратно вращательного движения во вращательное в одном направлении, передающим на выходной вал двигателя вращение в одном направлении, которое содержит входной вал, расположенный на одной оси с выходным валом устройства, промежуточную ось, установленную перпендикулярно указанной оси, элементы сцепления в виде обгонной или храповой муфты, жестко установленные на выходном валу устройства, взаимосвязанные с коническими элементами передачи вращения, выполненные с возможностью взаимно-обратного вращательного движения для передачи выходному валу двигателя вращения в одном направлении, при этом выходной вал устройства является одновременно выходным валом двигателя, а входной вал устройства жестко смонтирован на одном из элементов сцепления, и жестко связан с каждым поршнем двигателя
Поршень выполнен в виде единой монолитной детали.
Поршень может быть выполнен в виде двух полупоршней, жестко соединенных между собой штоковым элементом поршня, жестко взаимосвязанным с входным валом устройства для преобразования возвратно вращательного движения во вращательное в одном направлении.
На фиг.1 представлен двупоршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий два дуговых цилиндра (4-х тактный двупоршневой и 2-хтактный двупоршневой), общий вид
На фиг.2. то же, вид сбоку
На фиг.3 представлен четырехпоршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий четыре рабочих дуговых цилиндров (4-х тактный четырехпоршневой и 2-х тактный четырехпоршневой), общий вид
На фиг.4 — то же, вид сбоку
На фиг.5 — разрез А-А на фиг.3
На фиг.6 — представлена компоновка двигателя с соосным расположением входного вала устройства и выходного вала двигателя
На фиг.7 — представлена компоновка двигателя с взаимно-перпендикулярным расположением входного вала устройства и выходного вала двигателя.
Заявляемый двигатель внутреннего сгорания может работать как 4-х тактный двухпоршневой (фиг.
1, 2), 2-х тактный двухпоршневой (фиг.1, 2), 2-х тактный четырехпоршневой (фиг.3, 4), и 4-х тактный четырехпоршневой двигатель (фиг.3, 4).
Двигатель внутреннего сгорания (далее двигатель), представленный на фиг.1 — четырехтактный двупоршневой — содержит торообразный корпус 1, разделенный на два герметичных дуговых цилиндра 2 и 3, внутри каждого из которых установлены поршни соответственно 4 и 5, жестко соединенные с входным валом 6 устройства 7 для преобразования возвратно-вращательного движения во вращательное в одном направлении.
Устройство 7 размещено на валу двигателя, при этом корпус устройства 7 преобразования движения жестко взаимосвязан с корпусом 1 двигателя, например, выполнен заодно с корпусом двигателя (фиг.5). Возможны варианты, когда корпус устройства 7 жестко взаимосвязан с корпусом 1 двигателя посредством резьбового соединения или сварки.
После преобразования возвратно-вращательного движения от поршней 4 и 5 устройство 7 передает вращение в одном направлении на выходной вал 8 двигателя одновременно являющийся выходным валом устройства 7.
Внутри дуговых цилиндров 2 и 3 поршни 4 и 5 образуют рабочие камеры сгорания — 9, 10, 11, 12, которые снабжены впускным и выпускным каналами (на чертеже не указаны).
Устройство 7 содержит входной вал 6 и выходной вал 8, расположенные на одной общей оси 13, промежуточную ось 14, установленную перпендикулярно указанной общей оси 13, два элемента сцепления 15, 16 в виде обгонной или храповой муфты, жестко установленные на выходном валу 8 устройства с возможностью взаимно-обратного вращательного движения. Элементы сцепления 15, 16 жестко взаимосвязаны с коническими элементами передачи вращения 17, 18, 19, выполненными с возможностью взаимно-обратного вращательного движения для передачи выходному валу двигателя вращения в одном направлении. Элемент передачи вращения 19 выполнен на валу 6.
Входной вал 6 устройства жестко смонтирован на элемент сцепления 16, и жестко связан с каждым поршнем 4 и 5 двигателя.
Выходной вал 8 устройства преобразования 7, одновременно являющийся выходным валом двигателя не имеет жесткой связи со входным валом 6 устройства.
Поршни 4, 5 могут быть выполнены в виде единой монолитной детали (фиг.1).
Возможно выполнение каждого поршня в виде двух полупоршней 4а, 4б и 5а, 5б, жестко соединенных между собой штоковым элементом 20 поршня, который жестко взаимосвязан с входным валом 6 устройства для преобразования возвратно вращательного движения во вращательное в одном направлении (фиг.3).
Компановка двигателя, при которой входной вал 6 устройства 7 и выходной вал 8 двигателя расположены соосно (фиг.6) является наиболее предпочтительной. Но не исключен вариант, когда валы 6 и 8 расположены взаимно-перпендикулярно друг к другу (фиг.7).
Работа 4-х тактного двухпоршневого двигателя осуществляется следующим образом (фиг.1).
1 такт
Жестко скрепленные между собой поршень 4 входной вал 6 и поршень 5 начинают вращение по часовой стрелке, что приводит к разрежению в камере сгорания 10, в которую происходит впрыск горючей смеси. В камере цилиндра 9 происходит такт сжатия ранее впрыснутой в него горючей смеси.
В камере цилиндра 11 происходит рабочий ход, т.е. движение поршня 5 под действием горячих газов вспыхнувшей горючей смеси. В камере цилиндра 12 происходит такт выпуска отработанных (сгоревших) газов.
2 такт
После того, как поршень 4 в своем предыдущем такте сжал горючую смесь в рабочей камере 9 в ней происходит возгорание и давление горячих газов заставляет поворачиваться поршень 4 против часовой стрелки увлекая за собой входной вал 6 и поршень 5, который производит всасывание горючей смеси в рабочую камеру 12 и выпуск отработанных газов в рабочей камере 11, а также сжатие поршнем 4 горючей смеси в рабочей камере 10.
3 такт
В рабочей камере 10 происходит возгорание и давление горючих газов начинает давить на поршень 4, поворачивая его по часовой стрелке и выпускать им отработанные газы из рабочей камеры 9. В рабочей камере 11 поршнем 5 происходит всасывание горючей смеси, а в рабочей камере 12 происходит сжатие горючей смеси этим же поршнем.
4 такт
В рабочей камере 12 происходит возгорание горючей смеси и давление газов толкает поршень 5 против часовой стрелки сжимая горючую смесь в рабочей камере 11, Под действием поршня 4 в рабочей камере 9 происходит всасывание горючей смеси, а в рабочей камере 10 происходит выпуск отработанных газов.
Далее все четыре такта повторяются в той же очередности, вызывая возвратно-вращательные движения входного вала 6 устройства 7, где преобразуются на выходной вал двигателя 8 во вращение в одном направлении.
Преобразование в устройстве 7 происходит следующим образом.
Входной вал 6 устройства 7 совершает возвратно-вращательные движения, передавая через конусные поверхности сцепления элемента 19, вращение на конические элементы передачи вращения 18, а они в свою очередь на конический элемент 17. Вращение входного вала 6 устройства и элемента 17 передача вращения происходит в разные стороны, но они жестко установлены на однонаправленных элементах передачи вращения — элементах сцепления 15, 16 (храповые или обгонные муфты), которые внутренней поверхностью установлены на выходной вал 8, передавая на него вращение только в одном направлении.
При предложенной компоновке (фиг.1) заявляемый двигатель можно использовать и как двухтактный двухпоршневой.
В этом случае работа двигателя происходит следующим образом.
Жестко скрепленные между собой поршень 4, входной вал 6 и поршень 5 начинают вращение по часовой стрелке, что приводит к разрежению в рабочей камере 10 и впрыск в нее горючей смеси. В камере сгорания 11 происходит возгорание ранее впрыснутой в нее горючей смеси и под действием давления горячих газов поршень 5 сжимает ранее впрыснутую горючую смесь в рабочей камере 12. Поршень 5 в конце своего рабочего хода открывает продувочные каналы. Продувочные каналы — это канал выпуска отработанных газов, соединенный с выхлопной системой и канал впуска горючей смеси, соединенный с рабочей камерой 12, где до этого произошло сжатие.
Таким образом, горючая смесь через канал впуска попадает в рабочую камеру сгорания 11. В это же время происходит процесс сжатия поршнем 4 в камере сгорания 9 горючей смеси предварительно поступившей по каналу впуска из камеры 10. Когда поршень 4 достигнет конечной точки сжатия в камере сгорания 9 происходит зажигание и поршень 4 совершает рабочее движение против часовой стрелки выпуская в своей конечной точке отработанные газы из рабочей камеры сгорания 9 через выпускной канал и впускает в нее через впускной канал из камеры 10 предварительно сжатую этим же поршнем 4 горючую смесь.
Далее цикл повторяется.
На фиг.3 представлен вариант компоновки двигателя в котором поршень выполнен из двух полупоршней 4а, 4б и 5а, 5б попарно жестко связанных между собой штоковым элементом поршня 20, который в свою очередь также жестко связан со входным валом 6 устройства преобразования 7. Данный двигатель возможно использовать и в двухтактном и четырехтактном режимах работы.
Для двухтактного варианта торообразный корпус двигателя разделен на шесть герметичных дуговых цилиндров 2а, 2б, 2в, 3а, 4б, 5в, для создания герметичного подпоршневого пространства под всеми четырьмя полупоршнями 4а, 4б, 5а, 5б.
Работа двигателя в 2-х тактном 4-х поршневом варианте (фиг.3) происходит следующим образом:
По сути это два 2-х тактных 2-поршневых двигателя заключенных в одном тороидальном корпусе 1 и выполняющих зеркально-симметричные одинаковые функции: поршень 4а=5б, а поршень 4б=5а. На этом основании представляем работу только одной половины двигателя.
1 такт.
Жестко соединенные между собой полупоршень 4а, штоковый элемент 20, полупоршень 4б и входной вал 6 начинают движение по часовой стрелке.
В рабочей камере сгорания 2а происходит сжатие ранее впрыснутой горючей смеси, а в подпоршневом пространстве 2а’ происходит разрежение с одновременным всасыванием воздуха и горючих паров. В рабочей камере 2в давление горячих газов толкает полупоршень 4б с одновременным выпуском их через выпускной канал и со впуском через впускной канал свежей горючей смеси сдавленной в подпоршневом пространстве 2в’
2 такт
В рабочей камере 2а происходит вспышка горючей смеси и образовавшиеся газы начинают толкать полупоршень 4а в направлении против часовой стрелки с одновременны выпуском их через выпускной канал и со впуском через впускной канал свежей горючей смеси сдавленной в подпоршневом пространстве 2а’. Полупоршень 4а через штоковый элемент 20 передает полупоршню 4б вращение и полупоршень 4б сдавливает в рабочей камере 2в горючую смесь, а в подпоршневом пространстве 2в’ происходит разрежение со входом очередной порции горючей смеси. Далее процесс повторяется.
Работа двигателя внутреннего сгорания (Фиг.
3) в 4-х тактном варианте аналогична работе двигателя на фиг.1 с той лишь разницей, что на фиг.1 каждый поршень 4, 5 выполнен в виде единой монолитной детали, а на фиг.3 каждый поршень 4 и 5 выполнен в виде двух полупоршней соответственно 4а, 4б и 5а, 5б, жестко соединенных штоковым элементом 20, который жестко взаимосвязан с входным валом 6 устройства 7. В этом случае отсутствует необходимость в герметичных перегородках корпуса между дуговыми цилиндрами 2а и 2б, 2б и 2в, 3а и 3б, 3б и 3в.
Возвратно-вращательные движения (фиг.1, фиг.2, фиг.3) передаются на входной вал 6 устройства 7, где преобразуются на выходной вал двигателя 8 во вращение в одном направлении.
Преимущества заявляемой полезной модели заключаются в следующем.
1. За счет выполнения выходного вала проходящим сквозь двигатель, появляется возможность установки на этот вал несколько независимо работающих двигателей, тем самым суммируются мощности от двигателей на единый выходной вал, достигается повышение диапазона дискретно отбираемых мощностей.
Выходной вал 8 устройства преобразования 7, одновременно являющийся выходным валом двигателя не имеет жесткой связи со входным валом 6 устройства и это позволяет использовать необходимое количество независимых двигателей, что делает возможным подходить гибко к необходимой получаемой мощности путем оперативного включения нужного количества заявляемых двигателей.
При работе работающих двигателей неработающие в этот момент двигатели не оказывают влияния на единый выходной вал двигателя за счет отсутствия жесткой связи входного и выходного вала устройства (не мешают работе двигателя). Двигатели на единой оси могут работать выборочно или вместе.
2. Достигается упрощение конструкции за счет того, что в заявляемом двигателе отсутствует необходимость в поддерживающих роликах, которые вместе с клинящими элементами для передачи вращения в одном направлении в прототипе размещены в дуговых рабочих цилиндрах и занимают полезный объем, который мог бы быть использован для получения большей удельной мощности двигателя.
В заявляемом двигателе клинящие элементы для передачи вращения в одном направлении, находящиеся в обгонных муфтах размещены в устройстве преобразования 7.
3. В отличие от прототипа, в котором представлен 2-тактный дизельный двигатель, заявляемый двигатель внутреннего сгорания может быть и 2-х тактным и 4-х тактным, как бензиновым, так или дизельным или мультитопливным.
1. Двигатель внутреннего сгорания без коленвала, включающий, по меньшей мере, один торообразный корпус, содержащий два и более дуговых цилиндра, внутри которых установлены поршни, отличающийся тем, что он снабжен установленным на валу двигателя и жестко взаимосвязанным с корпусом двигателя устройством для преобразования возвратно вращательного движения во вращательное в одном направлении, передающим на выходной вал двигателя вращение в одном направлении, которое содержит входной вал, расположенный на одной оси с выходным валом устройства, промежуточную ось, установленную перпендикулярно указанной оси, элементы сцепления в виде обгонной или храповой муфты, жестко установленные на выходном валу устройства, взаимосвязанные с коническими элементами передачи вращения, выполненные с возможностью взаимно-обратного вращательного движения для передачи выходному валу двигателя вращения в одном направлении, при этом выходной вал устройства является одновременно выходным валом двигателя, а входной вал устройства жестко смонтирован на одном из элементов сцепления и жестко связан с каждым поршнем двигателя.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что поршень выполнен в виде единой монолитной детали.
3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что поршень выполнен в виде двух полупоршней, соединенных между собой штоковым элементом поршня, который жестко взаимосвязан с входным валом устройства для преобразования возвратно-вращательного движения во вращательное в одном направлении.
Что такое коленчатый вал: все, что вам нужно знать
Наиболее важной частью автомобиля является его поршневой двигатель. Это сердце автомобиля, потому что автомобиль не работает без двигателя. Однако коленчатый вал является одним из наиболее важных компонентов поршневого двигателя.
Итак, что такое коленчатый вал? Каковы различные типы, компоненты и приложения? Мы также обсудим, как слесари изготавливают этот компонент коленчатого вала двигателя и как он работает в автомобиле. Читайте дальше!
Что такое коленчатый вал?
Коленчатый вал представляет собой вращающийся вал, приводимый в движение кривошипно-шатунным механизмом.
Это механический узел, который способствует преобразованию линейного движения поршня во вращательное движение.
Коленчатый вал является важной частью системы передачи мощности двигателя. Расположенный внутри блока коленчатого вала двигателя, он работает за счет использования шатуна для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное. Это вращательное движение, создаваемое коленчатым валом, приводит в движение маховик, который, следовательно, приводит в движение колеса автомобиля.
Как работает коленчатый вал?
Коленчатый вал состоит из нескольких частей, которые работают в тандеме, чтобы заставить автомобиль двигаться. У него есть кривошипы и кривошипы, соединенные с шатунами, и гасители вибрации, которые помогают смягчить тягу кривошипа. Ниже приведено подробное описание того, как работает коленчатый вал в 4-тактном двигателе.
Движение поршня вниз
На первом этапе поршень двигателя движется от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке, совершая движение вниз.
При этом движении поршень, соединенный с коленчатым валом через шатун, передает ему свое движение.
Преобразование движения
Следующий шаг включает преобразование линейного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Кроме того, коленчатый вал передает это вращательное движение распределительному валу после этого преобразования.
Сжатие
Распределительный вал, получающий вращательное движение от коленчатого вала, облегчает открытие впускного клапана. В результате это обеспечивает поступление воздушно-топливной смеси в камеру сгорания двигателя. При полной камере сгорания поршень перемещается от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке с восходящим движением, сжимая воздушно-топливную смесь.
Также по мере движения поршня вверх распределительный вал закрывает выпускное и впускное значения, завершая процесс сжатия. Он также совершает первый оборот коленчатого вала.
Зажигание
Фаза зажигания является следующей фазой после завершения сжатия.
Тепло, выделяющееся в начале фазы воспламенения, заставляет поршень двигаться вниз, также известном как рабочий ход. По мере этого движения вниз поршень также передает свое прямолинейное движение шатуну, прикрепленному к коленчатому валу.
Движение маховика
Кривошип имеет два конца, один из которых соединен с маховиком. Следовательно, когда кривошип получает прямолинейное движение поршня, он преобразует его во вращательное движение. Впоследствии кривошип передает это вращательное движение маховику, который сохраняет движение, чтобы облегчить движение колеса автомобиля.
Такт выпуска
Эта стадия заканчивается выбросом выхлопных газов из камеры сгорания за счет движения поршня вниз. Здесь распределительный вал получает движение поршня вниз, в результате чего открывается выпускной клапан.
Типы коленчатых валов
Существуют различные типы коленчатых валов в зависимости от способа формирования. Различные типы коленчатых валов включают в себя полностью собранный вал, заготовку, литой, кованый, монолитный, сварной и полусборный вал.
Рассмотрим эти типы коленчатых валов более подробно.
Полностью собранный вал
Этот тип коленчатого вала поставляется в виде отдельных частей. Другими словами, шатунная шейка, коренные шейки и шейка кривошипа разделены. Для этого типа отдельные детали коленчатого вала требуют сборки в полностью собранный вал. Сборка включает в себя механическую обработку и растачивание шеек и шатунной шейки в полотно кривошипа.
После изготовления термоусадочная посадка компонентов гарантирует, что коленчатый вал останется вместе. Этот тип коленчатого вала часто имеет немного меньший диаметр.
Сварной вал
Это коленчатые валы, изготовленные путем сборки коренных шеек с обеих сторон шатунной шейки и щеки. После сборки следующим шагом будет использование процесса дуговой сварки под флюсом для сварки этих компонентов вместе. Кривошипные шейки, используемые в этом типе коленчатого вала, часто тоньше, а шейки обычно не имеют напряжений.
Кованый коленчатый вал
Часто используемые в некоторых 16-клапанных двигателях и двигателях с высокими нагрузками, кованые коленчатые валы являются одними из самых прочных валов.
Этот тип коленчатого вала, изготовленный с использованием набора штампов, форма и размер которых примерно соответствуют кривошипу, отличается долговечностью. Кроме того, он имеет лучшую размерную стабильность благодаря способности реагировать на термическую обработку.
Цельный цельный коленчатый вал
Цельные цельные валы, изготовленные методом ковки или литья, используются как в высокоскоростных, так и в низкоскоростных двигателях. Конструкция коленчатого вала позволяет ему выдерживать нагрузки, возникающие при циклическом растяжении и срабатывании.
Однако важно отметить, что этот тип коленчатого вала подвергается нагрузкам из-за крутильных и осевых колебаний коренных подшипников и несоосности.
Коленчатый вал из заготовки
Коленчатые валы из заготовки, которые обычно изготавливаются из стали, являются одними из лучших. Помимо стали, этот коленчатый вал также содержит другие элементы, такие как молибден, алюминий, хром и никель. Заготовочные коленчатые валы имеют самое короткое время обработки и требуют минимальной балансировки.
Литой коленчатый вал
Коленчатый вал этого типа, изготовленный из чугуна методом литья, используется в различных бензиновых и дизельных двигателях.
Литые коленчатые валы весьма популярны среди машинистов и производителей, поскольку они удобны в использовании и легко поддаются механической обработке. Кроме того, их случайная и однородная структура металлического зерна позволяет им выдерживать нагрузки со всех направлений.
Полусоставной вал
Первым этапом изготовления этого коленчатого вала является ковка и термоусадочная посадка шатунных шеек на общие подшипники. Следующим шагом является придание шатунным шейкам гладкой поверхности в процессе механической обработки.
Полусобранные коленчатые валы легче по весу по сравнению с полностью собранными коленчатыми валами. Они могут выдерживать изгибающие и высокие напряжения сдвига, что позволяет применять их в двигателях некоторых высокоскоростных транспортных средств.
Общие компоненты коленчатого вала
Коленчатый вал состоит из нескольких частей, которые работают одновременно, чтобы заставить его работать.
Без этих деталей коленчатый вал становится просто куском металла. К частям коленчатого вала относятся коренные шейки, противовесы, фланец крепления маховика, упорные шайбы, шатунные шейки, шатунные шейки, масляные каналы и уплотнения. Ниже подробно описаны детали и функции коленчатого вала.
1. Основные шейки
Шейки коленчатого вала обеспечивают точку крепления к блоку цилиндров. Они оснащены подшипниками, которые помогают удерживать коленчатый вал на месте, позволяя блоку двигателя вращаться вокруг него. В коренных шейках установлены два типа подшипников. Это подшипники скольжения и подшипники скольжения.
Существуют различные типы коренных подшипников, и они различаются в зависимости от двигателя. Тип подшипника в двигателе зависит от его крутящего момента.
2. Противовесы
Это грузы, установленные на шейке кривошипа, основная роль которых заключается в приложении противоположной силы. Другими словами, противовесы обеспечивают столь необходимую стабильность и балансировку коленчатого вала.
Также при вращении коленчатого вала реакция может снизить скорость двигателя. Однако противовесы помогают устранить эти реакции, помогая коленчатому валу достигать высоких оборотов.
3. Фланец крепления маховика
Фланец крепления маховика является точкой соединения коленчатого вала и маховика. Часть фланца маховика коленчатого вала часто больше, чем другой конец, что обеспечивает поверхность для установки маховика.
4. Шатун
Эта часть коленчатого вала обеспечивает прочное соединение между шатуном и коленчатым валом. Другими названиями этого компонента являются шейка шатуна и шейка шатунного подшипника. Шатунные шейки всегда имеют цилиндрическую поверхность. Эта поверхность обеспечивает движение штифта с вращающей силой, создаваемой большим концом штока поршня.
5. Перемычка кривошипа
Перемычка кривошипа помогает соединить шейки коренных подшипников с коленчатым валом. Этот компонент коленчатого вала имеет первостепенное значение.
6. Упорные шайбы
Без упорных шайб коленчатый вал будет перемещаться вертикально в дополнение к его вращательному движению. Таким образом, чтобы предотвратить это, в стратегически важных местах по длине коленчатого вала установлены две или более упорных шайб. Между поверхностью шейки и седлом коленчатого вала также имеются шайбы для поддержания определенного зазора между шейкой кривошипа и валом.
В двигателях старых типов используются отдельные упорные шайбы, а в новых двигателях шайбы являются компонентами коренного подшипника скольжения.
7. Сальники
Поскольку коленчатый вал выступает за пределы картера с обеих сторон, на этих концах имеются отверстия. Одним из способов предотвращения просачивания масла из коленчатого вала является использование сальников. В коленчатом валу два основных сальника, один спереди, другой сзади. Передние сальники находятся за шкивом и распределительным механизмом. Этот сальник доступен, что упрощает его замену.
С другой стороны, задний сальник находится между задними коренными шейками и маховиком. Это масляное уплотнение, изготовленное из резины, обычно имеет формованную кромку, плотно удерживаемую внутри коленчатого вала стягивающей пружиной.
Несмотря на то, что этот сальник стоит недорого, доступ к нему трудоемок, так как механикам приходится разбирать сцепление, коробку передач и маховик.
Факторы, влияющие на стоимость замены коленчатого вала
Замена коленчатого вала — непростая работа. На стоимость замены будут влиять несколько факторов: модель автомобиля, стоимость рабочей силы и состояние цилиндров. Рассмотрим эти факторы более подробно.
Затраты на оплату труда
Затраты на оплату труда являются одним из основных факторов, влияющих на стоимость замены коленчатого вала. В первую очередь это связано с необходимой работой по извлечению вала. Для замены коленчатого вала необходимо полностью снять двигатель с автомобиля и подвесить его вертикально.
Однако замена коленчатого вала требует больших затрат времени и труда, так как после замены коленчатого вала механику придется возвращать разобранные детали в исходное положение. Также обратите внимание, что время, необходимое для замены коленчатого вала или проведения ремонта коленчатого вала, варьируется от нескольких часов до нескольких дней, и с затраченным временем стоимость рабочей силы увеличивается.
Состояние двигателя
Состояние двигателя также определяет, сколько вы потратите на замену коленчатого вала. В большинстве случаев, когда коленчатый вал неисправен, некоторые другие части двигателя требуют замены. Например, вы можете заменить все подшипники, опорные стержни, уплотнения, соединяющие распределительный вал и коробку передач. Также некоторые механики могут предложить заменить цилиндры или провести проверку коленчатого вала.
Замена всех этих деталей двигателя стоит денег, что увеличивает общую стоимость замены коленчатого вала.
Стоимость коленчатого вала
На рынке почти нет запасных частей коленчатого вала, поэтому запасные части в основном являются оригинальными.
Качественные OEM-запчасти обычно дороги, что увеличивает стоимость замены коленчатого вала. Это особенно верно для автомобилей, которые не очень популярны, роскошных или спортивных автомобилей. С другой стороны, для очень популярных автомобилей запасные части существуют по очень низкой цене.
Таким образом, стоимость коленчатого вала зависит от нескольких факторов, включая марку и модель автомобиля, а также тип необходимого коленчатого вала; новые, бывшие в употреблении или восстановленные.
Как изготавливаются коленчатые валы?
Существует два основных метода изготовления коленчатых валов; литье и ковка. Эти методы включают использование различных типов металла в производстве автозапчастей. Процесс литья включает в себя изготовление коленчатых валов из металла, такого как чугун. Это литье требует нагревания металла до расплавления, а затем заливки его в форму.
С другой стороны, процесс ковки включает в себя изготовление коленчатого вала из кованой стали.
Процесс включает в себя нагрев стального блока до тех пор, пока он не раскалится докрасна, а затем формование его под чрезвычайно высоким давлением.
Эти процессы необходимы для изготовления коленчатых валов, способных выдерживать нагрузку при вращении внутри двигателя. Его детали, такие как шейка коленчатого вала, также подвергаются поверхностной обработке, такой как поверхностное упрочнение, для достижения оптимальной производительности.
Выберите Wayken для ваших индивидуальных автомобильных запчастей
Производство коленчатых валов — это процесс, требующий большого количества навыков и технических ноу-хау для обеспечения оптимального качества. Не каждый механик или компания, занимающаяся обработкой, может удовлетворительно справиться с этим процессом, поэтому вам следует выбрать Wayken для изготовления нестандартных автомобильных деталей.
Кто такой УэйКен? Мы являемся профессиональной компанией по производству автозапчастей с более чем 20-летним опытом работы в автомобильной промышленности.
Мы можем взять на себя все производственные процессы, начиная от прототипа и заканчивая производством деталей, и поставлять продукцию отличного качества, соответствующую отраслевым стандартам.
Выберите Wayken сегодня, чтобы получить оптимальное качество, опыт и короткие сроки!
Заключение
Коленчатый вал является важной частью двигателя внутреннего сгорания. Без этого компонента двигатели не работали бы. Он имеет различные компоненты, начиная от сальников и заканчивая коренными шейками. Эти компоненты работают одновременно, обеспечивая оптимальную работу коленчатого вала. В этой статье мы также обсудили различные типы коленчатых валов и факторы, влияющие на стоимость замены коленчатого вала.
Часто задаваемые вопросы
В каком механизме работает коленчатый вал?
Коленчатый вал работает на кривошипно-шатунном механизме. Этот механизм включает в себя ряд шатунов и кривошипов, соединенных с двигателем через шатуны.
Может ли автомобиль работать без коленчатого вала?
Электромобили могут работать без коленчатого вала, так как они используют другой механизм движения.
Однако автомобили с двигателем внутреннего сгорания не могут функционировать без коленчатого вала.
Какой тип двигателя работает без коленчатого вала?
К двигателям, работающим без коленчатого вала, относятся турбинные, роторные и свободнопоршневые двигатели
Как продлить срок службы коленчатого вала?
Одним из первых способов продлить срок службы коленчатого вала является своевременная замена масла. Также убедитесь в отсутствии утечек моторного масла из-под сальников. Проверьте прокладку головки блока цилиндров, чтобы убедиться, что охлаждающая жидкость и топливо не смешиваются с маслом. Наконец, не перегревайте двигатель.
ТЕХНОЛОГИЯ
Двигатели внутреннего сгорания
Гидрогенераторы
Пневматические двигатели
Насосы и компрессоры
Массивный постоянный крутящий момент
Коленчатый механизм уже более 130 лет играет жизненно важную роль в разработке двигателей внутреннего сгорания.
Однако, несмотря на постоянную доработку и постепенные улучшения с течением времени, срок службы коленчатого вала подходит к концу.
Геометрия коленчатого вала имеет присущие конструкции ограничения в передаче линейной силы во вращательную мощность. Двигатель с коленчатым валом достигает максимального крутящего момента только в течение одного короткого момента, близкого к середине хода.
Конструкция CVE достигает максимального крутящего момента, начиная с 8%* хода после ВМТ, и поддерживает максимальный крутящий момент на протяжении более 90%* хода после ВМТ.
Параллельные статические испытания коленчатого вала равного рабочего объема по сравнению с конструкциями, основанными на технологии CVE, показывают, что конструкция CVE обеспечивает увеличение крутящего момента на 58%* по сравнению с двигателями с коленчатым валом современной конструкции.
Запатентованный двигатель/технология CV (CVE) полностью заменяет коленчатый вал узлом приводного вала и тяги, что коренным образом изменяет геометрическое соотношение движения хода поршня относительно движения вращающегося вала.
Он непрерывно преобразует линейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение и наоборот максимально эффективным образом.
Посмотреть кривую крутящего момента
Посмотреть результаты испытаний прототипа
Топливная экономичность
При сравнении конструкций двигателей с одинаковой мощностью:
Топливо, необходимое двигателю с коленчатым валом , намного больше, потому что :
- Сумма топлива, впрыскиваемого в цилиндр, должно быть достаточно, чтобы его хватило до середины хода, когда происходит мгновенная максимальная передача линейного движения во вращательную мощность
- Из-за асинхронного движения противоположных поршней требуется повышенное количество энергии для приведения в движение этих поршней по их циклу, чтобы вращать коленчатый вал и приводить в движение другие поршни, не задействованные в рабочем такте
- Геометрия соединения коленчатого вала с шатуном и поршнем создает сопротивление и трение из-за боковой нагрузки поршня на стенки цилиндра
- Поршни не движутся с постоянной скоростью и работают с постоянно меняющимися скоростями на протяжении всего хода, что создает пульсацию внутри картера
- Для конструкции CVE требуется лишь небольшое количество топлива в верхней части такта, чтобы продвинуть поршень вниз по цилиндру, чтобы обеспечить непрерывную максимальную передачу линейного движение во вращательную силу происходит
- Узел поршня и рейки представляет собой единый интегрированный компонент, идеально выровненный по прямой линии, что позволяет поршням двигаться синхронно, требуя минимальной энергии для выполнения полного цикла
- Сопротивление и трение из-за боковой нагрузки поршня на стенки цилиндра отсутствуют в конструкции двигателя CVE из-за идеального линейного выравнивания узла поршня и рейки, а также линейных подшипников, поддерживающих перемещение узла рейки
- Поршни в CVE движутся с постоянной скоростью и работают с постоянными скоростями на протяжении более 80 %* хода, практически исключая пульсацию внутри CVE Powercase
Снижение выбросов и воздействие на окружающую среду
При сравнении конструкций двигателей одинаковой мощности:
Конструкция двигателя с коленчатым валом
- В четырехтактном двигателе с коленчатым валом топливо, необходимое для достижения оптимальной производительности должно быть достаточно, чтобы поддерживать сгорание до тех пор, пока поршень не достигнет середины хода, и объем топливного заряда должен одновременно увеличиваться по мере того, как объем внутри цилиндра увеличивается по мере того, как поршень перемещается к середине хода.
- Из-за требуемой продолжительности сгорания и необходимого хода поршня внутри цилиндра для устранения заряда топлива остается только половина хода, поэтому весь требуемый объем топлива не может быть сожжен к моменту завершения рабочего такта
- Таким образом, несгоревшее топливо тратится впустую и создает дополнительные вредные выбросы в выхлопных газах, которые должны улавливаться и обрабатываться каталитическим нейтрализатором. Использование устройств очистки выхлопных газов двигателей, таких как сажевые фильтры и каталитические нейтрализаторы, для которых требуются дорогие драгоценные металлы, такие как платина, палладий и родий.
- Из-за геометрии коленчатого вала на поршень действует боковая нагрузка. Эта боковая нагрузка не только создает трение и сопротивление и отрицательно влияет на крутящий момент, ненагруженная сторона поршня создает зазор между поршнем и стенкой цилиндра, позволяя выхлопным газам выходить в картер, загрязняя моторное масло, требуя частых и экологически вредных замена масла и фильтров.
- По данным Университета Лафайет, почти 30% всех выбросов США в связи с глобальным потеплением приходится на транспортный сектор Америки. 60% транспортных выбросов в США приходится на автомобили и легкие грузовики, что свидетельствует о значительной роли выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания в легковых автомобилях для нашей окружающей среды и здоровья населения.
Прочитать исследование…
Конструкция двигателя CV Motion Technology
- В четырехтактной конструкции CVE оптимальная производительность достигается в верхней части такта, когда объем цилиндра относительно невелик, что требует значительно меньшего количества топлива для обеспечения максимальной передачи мощности
- Максимальная передача мощности происходит близко к верхней части хода в конструкции двигателя CV. Эта короткая фаза сгорания позволяет использовать почти весь такт для завершения полного сгорания меньшего необходимого заряда топлива к моменту начала такта выпуска
- Благодаря отсутствию большей части несгоревшего топлива и вредных выбросов полностью отпадает необходимость в каталитическом нейтрализаторе в бензиновых двигателях.
- В конструкции CVE узел поршня и рейки для штоков функционирует как один интегрированный компонент, который имеет идеальное линейное выравнивание и, следовательно, не позволяет поршню соприкасаться со стенкой цилиндра. Это устраняет боковую нагрузку на поршень. Это сводит к минимуму сопротивление и трение и устраняет тепло, выделяемое при контакте поршня со стенкой цилиндра.
- CVE работает с полностью герметичным блоком питания, очень похожим на герметичный корпус трансмиссии. Отсутствие нагрузки со стороны поршня в сочетании с герметичным картером двигателя предотвращает попадание побочных продуктов сгорания в корпус двигателя, предотвращая загрязнение моторного масла, практически исключая вредные для окружающей среды замены масла и фильтров.
- Прогнозируемое 70-процентное сокращение выбросов отработавших газов в результате использования двигателя CV на всех видах транспорта, работающих на топливе, приведет к сокращению выбросов CO2 с 8 887 граммов на галлон сжигаемого бензина до 2 667 граммов CO2 и сокращению выбросов CO2 с 10 180 граммов. CO2 на галлон дизельного топлива сгорает до 3054 граммов CO2. Потенциальное влияние двигателя CV на сокращение выбросов двуокиси углерода, вызывающих глобальное потепление, огромно.
Прочитать исследование…
Меньше
Чтобы проиллюстрировать значительное уменьшение физических размеров, которое может быть достигнуто за счет конструкции CVE, следует прямое сравнение с сопоставимым двигателем на базе коленчатого вала.
При сравнении конструкций двигателей одинаковой мощности:
| Технические характеристики | Конструкция двигателя с коленчатым валом Subaru FB25 (4-цилиндровый, 4-тактный) | Конструкция двигателя CV Motion Technology Версия A02 (4 цилиндра, 4 такта) |
|---|---|---|
| Мощность | 170 | 193 |
| Рабочий объем | 152,4 куб. см или 2498 куб.см | 27 у.е. или 443 куб.см |
| об/мин | 5800 (непрямой) | 2450 (прямой, без редуктора) |
| Высота | 23,63 дюйма | 10 дюймов |
| Ширина | 32,67″ | 14,5″ |
| Длина | 16,93″ | 11,8 дюйма |
Легче
В конструкции двигателя CV отсутствует коленчатый вал, второй по тяжести компонент двигателя внутреннего сгорания после блока цилиндров.
Двигатель CV производит ту же мощность при гораздо меньшем рабочем объеме и, следовательно, в целом легче. Двигатель CV также требует меньшего количества деталей в своей конструкции, и эти детали, как правило, меньше и легче.
Высокие давления сжатия, необходимые в конструкции на основе коленчатого вала, влияют на многие аспекты конструкции двигателя в целом, поскольку многие компоненты должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать очень высокие давления, что приводит к значительному увеличению веса двигателя.
Комбинированный эффект от исключения коленчатого вала, физически меньших компонентов, составляющих двигатель, и возможности сборки двигателя с компонентами в целом более легкой конструкции приводит к значительной экономии веса, порядка сотен фунтов даже в двигатель скромного размера.
При сравнении конструкций двигателей одинаковой мощности:
| Технические характеристики | Конструкция двигателя с коленчатым валом Subaru FB25 (4-цилиндровый, 4-тактный) | Конструкция двигателя CV Motion Technology Версия A02 (4-цилиндровый, 4-тактный) |
|---|---|---|
| Мощность | 170 | 193 |
| Рабочий объем | 152,4 куб.см или 2498 куб.см | 27 у. |