Гениальное – просто: в России придумали, как улучшить ДВС. Ротационные детонационные двигатели – экономичная перспектива Увеличение числа клапанов

Харьковский завод «Серп и Молот» приступил к производству дизельных двигателей в середине прошлого века. Продукция предназначалась для установки на транспортных средствах, работающих в сельском хозяйстве – комбайнах, тракторах. Дизельный двигатель СМД зарекомендовал себя среди пользователей, как надежный механизм, работающий в течение длительного эксплуатационного срока без капитального ремонта. На данный период завод прекратил свое существование, производство современных моторов этой категории налажено в Белгороде. Теперь из выпускает Белгородский моторный завод.

Описание двигателей СМД

Модификации дизельных двигателей внутреннего сгорания, выпускаемые под брендом СМД, обладают общими достоинствами:

1. Экономичность, низкий расход дизтоплива.
2. Компактность конструкции.
3. Сравнительно небольшая масса.
4. Доступность переналадки (чаще всего требуется изменить мощность агрегата).
5. Большое количество запасных частей по доступным ценам в торговой сети.
6. Невысокая стоимость агрегата, в сравнении с импортными аналогами.

Благодаря большому количеству преимуществ данных моторов, они широко используются при производстве сельхозтехники. В состав моторов СМД входят гидравлические насосы высокого давления для обслуживания гидросистемы. Одновременно с насосами, на с/х машины дополнительно устанавливаются специальные искрогасители. В конструкцию моторов включены топливные фильтры тонкой очистки. Их устройство позволяет производить очистку и промывку без демонтажа и разборки.

В зависимости от области использования и конструкции модификаций, силовые агрегаты бренда СМД разделяются на следующие категории:

• четырехцилиндровые, расположение цилиндров – рядное;
• шестицилиндровые, рядные;
• 6-цилиндровые, У-образные.

Дизельный двигатель СМД 18 Н

В конструкцию мотора входят четыре цилиндра. Топливо в цилиндры подается при помощи фирменного насоса ТНВД «Моторпал» PP4M10P1F-4214 производства Чехии.

1. Впрыск топлива – непосредственный.
2. Двигатель оборудован турбонаддувом.
3. Система охлаждения – жидкостная.

Технические характеристики двигателя СМД 18Н:

• мощность – 100 л. с.;
• число оборотов коленвала на холостом ходу 600 – 1950 об/мин;
• удельный расход дизтоплива 165 – 170 г/с. с. ч;
• вес двигателя от 735 до 880 кг.

Двигатель СМД 60

Силовой агрегат СМД 60 предназначен для гусеничных тракторов Т-150, производства завода ХТЗ. Двигатель СМД 62 – для колесной модификации Т-150К соответственно.

Описание устройства СМД-60/62:

1. Количество цилиндров – 6 шт.
2. Число тактов – 4.
3. Мощность – 150 л. с.
4. Тип охлаждения – жидкостное (в летнее время в систему заливается вода, при отрицательных температурах окружающей среды – антифриз).
5. Впрыск дизтоплива – непосредственный.
6. Турбонаддув – имеется.
7. Расположение цилиндров – у-образное со смещением.
8. Ход поршня меньше диаметра цилиндра – короткоходовой вариант исполнения.

В состав двигателя входят:

• топливный насос ТНВД;
• фильтры грубой, тонкой очистки топлива;
• моторное масло очищается при помощи специальной центрифуги;
• циклонный воздухоочиститель (пыль из него удаляется автоматически);
• пусковой мотор П-350;
• предпусковое нагревательное устройство;
• генератор переменного тока,
• турбокомпрессор двигателя размещен в развале цилиндров.

Основное отличие СМД 62 от базовой модели состоит в обеспечении перехода на повышенную мощность в 165 л.с. Пневматическая система трактора Т-150К оборудована специальным нагнетающим компрессором.

Техническое обслуживание двигателей СМД 60/62

В качестве смазочных жидкостей для тракторных двигателей данных моделей рекомендуется использовать специальные марки. В летнее время – это моторное масло М10Г, соответственно для зимы – М8Г. Если не удалось приобрести рекомендованные жидкости, можно временно воспользоваться заменителями:

• летняя моторная смазка – М 10В;
• зимнее дизельное масло – ДС-8.

Внимание: При использовании аналогов нужно перейти на топливо с уменьшенным содержанием серы (не более 0,5%).

Двигатель СМД 14

Четырехцилиндровый дизельный мотор СМД 14А входит в комплектацию Харьковского трактора Т-74, а СМД-14Б предназначен для серийного трактора – ДТ-54В, выпускаемого на Волгоградском тракторном заводе.

Технические характеристики двигателя СМД 14

1. Номинальная мощность мотора – 75 лошадиных сил.
2. Количество цилиндров – 6 штук, диаметр – 130 мм.
3. Характер расположения цилиндров – У-образное, с углом развала в 90°.
4. Число оборотов коленвала 800 – 2180 об/мин.
5. Длина хода поршня – 115 мм.
6. Тип системы охлаждения – водяной.
7. Вентиляция системы охлаждения – принудительного типа.
8. В состав СМД-14 входит система пуска с мотором П-350.

Двигатели СМД-31

Шестицилиндровые, четырехтактные дизельные моторы оборудованы турбонаддувом.

Мощность СМД-31А равна 235 лошадиных сил. Основное применение – комбайн ДОН-1500.

СМД 31.16 создан для комбайна «Славутич» производства Херсон, его мощность равна 265 л. с.

СМД 31.20 – «Обрий», зерноуборочный комбайн производится на заводе «имени Малышева» в Харькове. Мощность мотора – 230 л. с.

Технические характеристики двигателя СМД 31:

• частота вращения коленвала – 800 – 2130 об/мин.;
• расход горючего от 165 до 172 г/л.с.ч;
• пусковая система оборудована электростартером 3212.3708, а также электрическим подогревателем факельным ЭФП 8101500;
• вес мотора в сборе – 1050 – 1100 кг.

Двигатель СМД 22

Данный силовой агрегат устанавливается на различных зерноуборочных машинах отечественного производства: СКД-6 М, «Нива», «Енисей».

Технические характеристики СМД-22:

• Количество цилиндров – 4 штуки.
• Номинальная мощность – 140 лошадиных сил.
• Количество оборотов – 650 – 2130 об/мин.
• Расход топлива – 171 г/л.с. ч.
• Модель пускового двигателя – П-10 УД.
• Вес агрегата равен 735 – 880 кг.

Технические характеристики двигателя СМД 21:

• полное название модификации — СМД-21.07.02;
• оборудование – турбонаддув;
• жидкостное охлаждение;
• ТНВД «Моторпал»;
• число цилиндров – 4 шт.
• количество оборотов – 2400 об/мин;
• момент кручения 610 Н.м;
• система пусковая – электростартер, 24 вольта;
• эксплуатационный срок до капитального ремонта – 10 лет.

Краткий обзор моделей СМД

Двигатели СМД 15Н и 14Н не оборудованы турбинами, относятся к категории безнаддувных моторов. Благодаря повышенным мощностным показателям (68 л. с.), нашли применение в таких областях, как:

• тракторы «ЮМЗ»;
• дорожная техника (погрузчики, укладчики асфальта, катки);
• строительное оборудование.

Четырехцилиндровые турбонаддувные дизельные моторы СМД-17Н, 18Н мощностью не менее 100 лошадиных сил, устанавливаются:

• на сельскохозяйственных тракторах Вг ТЗ, ДТ-75;
• лесных модификациях ЛХТ-55 «ОТЗ», ТДТ-55;
• экскаваторах «АТЭК».

СМД-19 обладает мощностью от 120 до 145 л. с., СМД-20 – 125 л. с. Обе модели относятся к 4-х цилиндровым турбодизелям. Область использования – фронтальные погрузчики, трактора, зерноуборочные комбайны и пр.

Возможен ли тюнинг двигателей СМД

По мнению специалистов, силовые агрегаты, предназначенные для сельскохозяйственной техники, не подвергаются усовершенствованиям с целью улучшить мощностные характеристики. Это объясняется тем, что их конструкция и методы изготовления рассчитаны на выполнение конкретных работ в определенных условиях. Любое вмешательство в регулировки, настройки и конструкцию СМД приведет к нарушению сбалансированной работы двигателя и транспортного средства в целом.

Создана широкая линейка моделей СМД, отличающихся мощностными характеристиками. Различные машины спецтехники комплектуются наиболее подходящим мотором из имеющегося широкого диапазона.

При желании преобразить внешний вид транспортного средства допускается применять светодиодный тюнинг.

смд 62 тнвд ямз 236

СМД-62 Мочалов

1. Краткая техническая характеристика двигателя СМД-62………………….. ……4

Тепловой расчет двигателя………………………………………………………………………….…..6

2.1.Параметры рабочего тела………………………………………………………………..…..……7

2.2.Параметры окружающей среды и остаточных газов…………………….………7

2.3.Процесс впуска……………………………………………………………………………………………..8

2.4.Процесс сжатия…………………………………………………………………………………………….8

2.5.Процесс сгорания………………………………………………………………………………..……….9

2.6.Процесс расширения……………………………………………………………………………..…….10

2.7.Индикаторные параметры рабочего цикла двигателя……………….………11

2.8.Эффективные показатели двигателя…………………………………………………….11

2.9.Основные размеры цилиндра и удельные параметры двигателя……..12

3.Построение индикаторной диаграммы…………………………………………………………..14

4.Кинематический расчет кривошипно-шатунного механизма…………….. …….17

5.Динамический расчет двигателя…………………………………………………………….….…

5.1.Расчет динамических масс…………………………………………………………………..……21

5.2.Пример расчета для угла поворота коленчатого вала …….21

Литература……………………………………………………………………………………………………………25

Приложения……………………………………………………………………………………………………………..26

1.Краткая техническая характеристика двигателя СМД-62

Тип двигателя — дизельный с турбонаддувом, четырехтактный, V-образный.

1.Количества цилиндров: i=6.

2.Порядок работы: 1-4-2-5-3-6.

3.Диаметр цилиндров: D=130 мм

4.Ход поршня: S=115 мм

5.Рабочий объем двигателя: (Vh i)=9,15 дм3.

6.Степень сжатия: =18.

7.Номинальная мощность двигателя: Nн=121,36 кВт

8.Номинальная частота вращения: nн=2100 мин-1

9.Наибольший крутящий момент: Мк=890 Н м при nдв=1300 мин-1

10.Удельный коэффициент расхода топлива: ge=250

Исходное топливо – дизельное топливо «Л»(ГОСТ305-82) Для него:

1.Низшая удельная теплота сгорания топлива:

2.Средний элементный состав: С=0,857; Н=0,133; О=0,01

3.Молекулярная масса:

Количество свежего заряда (горючей смеси):

Давление остаточных газов принимаем: Температуру остаточных газов принимаем:

2.3.Процесс впуска:

Принимаем температуру подогрева свежего заряда на нормальном скоростном режиме.

Плотность заряда на впуске:

где — удельная газовая постоянная для воздуха, .

В соответствии со скоростным режимом двигателя и качеством обработки внутренней поверхности впускной системы принимаем

Потери давления на впуске в двигатель:

Давление в конце впуска:

Коэффициент остаточных газов:

Температура в конце впуска:

Коэффициент наполнения:

2.4.Процесс сжатия:

С учетом характерных значений показатель политропы сжатия для заданных параметров двигателя равен

Тогда давление в конце сжатия:

Температура в конце сжатия:

Средняя молярная теплоемкость для свежего заряда в конце сжатия (без учета влияния остаточных газов):

Число молей остаточных газов:

Число молей газов в конце сжатия до сгорания:

2.5.Процесс сгорания:

Средняя молярная теплоемкость при постоянном объеме для продуктов сгорания жидкого топлива в дизеле:

Число молей газов после сгорания:

Расчетный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:

Принимаем коэффициент использования теплоты.

Температуру в конце сгорания определяем из уравнения сгорания для дизельного двигателя:

Максимальное давление в конце сгорания:

Степень предварительного расширения:

2.6.Процесс расширения:

Степень последующего расширения:

С учетом характерных значений показателя политропы расширения для заданных параметров двигателя принимаем n2=1,26. Тогда:

Проверим правильность ранее принятой температуры остаточных газов (Tr=800 K):

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Ивановская Государственная Сельскохозяйственная

академия имени академика Д.К.Беляева

Кафедра: ”Тракторы и сельскохозяйственные машины”

Курсовая работа

Тема: ”Тепловой, кинематический и динамический расчет двигателя СМД-62”

Выполнил:

студент 4 курса 5 группы ф-та механизации с/х

Мочалов С.В. Проверил: Чернов Ю.И.

ТКР 11 Н.1 И СМД 62

Двигатели СМД: технические характеристики, устройство, отзывы

Тракторы Т-150 и Т-150К разрабатывались инженерами Харьковского тракторного завода. Эта модель сменила другую оригинальную разработку ХТЗ - Т-125, выпуск которой прекратили в 1967 году.

Т-150 был в разработке несколько лет и поступил в серийное производство в 1971 году. Изначально это была модель Т-150К - трактор на колесной базе. С 1974 года начался выпуск гусеничного трактора с маркировкой Т-150.

Принцип, заложенный инженерами ХТЗ при разработке Т-150 и Т-150 К, заключался в максимальной унификации этих моделей. Колесный и гусеничный тракторы имеют настолько схожую конструкцию, насколько это возможно с учетом разных движителей. В этой связи большинство запчастей и узлов маркируются для Т-150, но подразумевается, что они подходят и колесному трактору Т-150К.

Двигатели, устанавливаемые на трактор Т-150

Моторы на тракторах Т-150 и Т-150К имеют переднее расположение. К агрегату через муфту подключается сцепление и коробка передач. На колесные и гусеничные тракторы Т-150 устанавливались двигатели:

Двигатель Т-150 СМД-60

На первых тракторах Т-150 был дизельный двигатель СМД-60. Мотор имел принципиально отличную конструкцию для того времени и сильно отличался от других агрегатов для спецтехники.

Двигатель Т-150 СМД-60 является четырехтактным, короткоходовым. У него шесть цилиндров, расположенных в 2 ряда. Мотор турбированный, имеет системы жидкостного охлаждения и непосредственного впрыска топлива.

Особенностью двигателя трактора Т-150 СМД-60 является то, что цилиндры располагаются не друг напротив друга, а со смещением на 3,6 см. Это было сделано для того, чтобы установить на одну шатунную шейку коленвала шатуны противоположных цилиндров.

Конфигурация двигателя Т-150 СМД-60 кардинально отличалась от строения других тракторных моторов того времени. Цилиндры движка имели V-образную компоновку, что сделало его намного компактнее и легче. В развале цилиндров инженеры расположили турбонагнетатель и выпускные коллекторы. Подающий дизель насос марки НД-22/6Б4 размещен сзади.

Двигатель СМД-60 на Т-150 оснащен полнопоточной центрифугой для очистки моторного масла. Топливных фильтров у мотора два:

1. предварительный,
2. для тонкой очистки.

Вместо воздушного фильтра на СМД-60 используется установка циклонного типа. Система очистки воздуха автоматически очищает пылесборник.

Особенности двигателя Т-150 СМД-60

На тракторах Т-150 и Т-150К с двигателем СМД-60 использовался дополнительный бензомотор П-350. Этот пусковой двигатель карбюраторного типа, одноцилиндровый, с системой водяного охлаждения генерировал 13,5 л.с. Контур водяного охлаждения у пусковой установки и СМД-60 единый. П-350 в свою очередь запускался стартером СТ-352Д.

Для облегчения запуска в зимнее время (ниже 5 градусов) двигатель СМД-60 оборудовали предпусковым прогревателем ПЖБ-10.

Технические характеристики двигателя СМД-60 на Т-150/Т-150К

Двигатель Т-150 СМД-62

Одной из первых модификаций трактора Т-150 стал двигатель СМД-62. Он был разработан на основе движка СМД-60 и во многом имел схожую с ним конструкцию. Главным отличием стала установка компрессора на пневмосистему. Также у двигателя СМД-62 на Т-150 увеличилась мощность до 165 л.с. и число оборотов.

Технические характеристики двигателя СМД-62 на Т-150/Т-150К

Двигатель Т-150 ЯМЗ 236

Более современной модификацией является трактор Т-150 с двигателем ЯМЗ 236. С мотором ЯМЗ-236М2-59 спецтехника производится по сей день.

Необходимость замены силового агрегата назревала годами - мощности первоначального двигателя СМД-60 и его преемника СМД-62 в некоторых ситуациях просто не хватало. Выбор пал на более производительный и экономичный дизельный мотор производства Ярославского моторного завода.

Впервые эту установку в широкое производство запустили в 1961 году, но проект и прототипы существовали с 50-х годов и весьма неплохо себя зарекомендовали. Долгое время двигатель ЯМЗ 236 оставался одним из лучших дизелей в мире. Несмотря на то, что с момента разработки конструкции прошло почти 70 лет, она остается актуальной до сих пор и используется в том числе в новых современных тракторах.

Особенности двигателя ЯМЗ-236 на Т-150

Трактор Т-150 с двигателем ЯМЗ-236 серийно выпускался в разных модификациях. В свое время устанавливались и атмосферные моторы, и турбированные. В количественном отношении наиболее популярной стала версия Т-150 с двигателем ЯМЗ-236 ДЗ - атмосферником с рабочим объемом 11,15 л, крутящим моментом 667 Нм и мощностью 175 л.с., который запускался электростартером.

Технические характеристики двигателя ЯМЗ-236Д3 на Т-150/Т-150К

Двигатель ЯМЗ-236 на современных Т-150

На новые колесные и гусеничные тракторы Т-150 устанавливается двигатель ЯМЗ-236 М2-59. Этот мотор с унифицирован с ЯМЗ-236, который выпускался до 1985 года, и ЯМЗ-236М, выпуск которого прекратился в 1988 г.

Двигатель ЯМЗ-236М2-59 - это дизельный атмосферный движок, непосредственным впрыском топлива и водяным охлаждением. Мотор имеет шесть цилиндров, расположенных V-образно.

Технические характеристики двигателя ЯМЗ-236М2-59 на Т-150/Т-150К

Переоборудование тракторов Т-150: установка неродных двигателей

Одной из причин, по которой тракторы Т-150 и Т-150К получили такую популярность, является их высокая ремонтопригодность и простота обслуживания. Машины можно легко переоборудовать и установить другое, неродное оборудование, которое было бы эффективнее для выполнения конкретных задач.

Одним из направлений переоборудования трактора Т-150 является замена мотора. Двигатели СМД-60 и СМД-62 имеют идентичную геометрию и способы подключения, поэтому установить вместо одного движка другой не составляет труда.

Переоборудование трактора Т-150 с двигателем ЯМЗ-236 или ЯМЗ-238 (последний мотор часто монтируется на машины самостоятельно) представляет собой более сложную задачу. Самый простой способ модернизации трактора - с помощью специального комплекта для переоборудования. Он стоит в пределах 50 тыс. р и является набором переходников для быстрой установки нового двигателя. Конечно, речь идет о модернизации трактора Т-150 с двигателем СМД-60 или СМД-62. Заменить движки ЯМЗ одной версии на другую можно в большинстве случаев без особых сложностей.

Также востребованной является модернизация по установке мазовского двигателя на Т-150. Конструктивно это самая сложная задача, поскольку придется адаптировать все крепления, детали рамы и трансмиссии.

Вам будет интересно:

Колесный погрузчик ZW80 Hitachi: обновления и 10 % экономии топлива

JCB установила рекорд скорости для тракторов

Пикап из Теслы 3 своими руками

Бульдозер гусеничный: как выбрать надежную технику

Какие бывают трактора: фото, классификация и виды

Военно-морские силы США планируют в будущем провести модернизацию силовых газотурбинных установок, которые в настоящее время установлены на их самолетах и кораблях, поменяв обычные двигатели с циклом Брайтона на детонационные ротационные двигатели. За счет этого предполагается экономия топлива на сумму около 400 миллионов долларов ежегодно. Однако серийное использование новых технологий возможно, по оценкам экспертов, не ранее, чем через десятилетие.

Разработки ротационных, или спиновых ротационных двигателей в Америке проводятся Научно-исследовательской лабораторией флота США. Согласно первоначальным подсчетам, новые двигатели будут обладать большей мощностью, а также примерно на четверть экономичнее обычных двигателей. При этом, основные принципы работы силовой установки останутся прежними – газы от сгоревшего топлива будут поступать в газовую турбину, вращая ее лопасти. Согласно данным лаборатории ВМС США, даже в относительно далеком будущем, когда весь американский флот будет приводиться в действие при помощи электричества, за выработку энергии по-прежнему будут отвечать газовые турбины, в определенной степени видоизмененные.

Напомним, что изобретение пульсирующего воздушно-реактивного двигателя приходится на конец девятнадцатого века. Автором изобретения был шведский инженер Мартин Виберг. Широкое распространение новые силовые установки получили в годы Второй мировой войны, хотя они значительно уступали по своим техническим характеристикам авиадвигателям, которые существовали в то время.

Надо заметить, что на данный момент времени американский флот насчитывает 129 кораблей, на которых используется 430 газотурбинных двигателя. Каждый год расходы на обеспечение их топливом составляют порядка 2 миллиардов долларов. В будущем, когда современные двигатели будут заменены новыми, изменятся и объемы затрат на топливную составляющую.

Двигатели внутреннего сгорания, используемые в настоящее время, работают по циклу Брайтона. Если определить суть данного понятия в нескольких словах, то все сводится к последовательному смешиванию окислителя и топлива, дальнейшем сжатии полученной смеси, затем – поджоге и горении с расширением продуктов горения. Это расширение как раз и используется для приведения в движение, перемещения поршней, вращения турбины, то есть выполнения механических действий, обеспечивая постоянное давление. Процесс горения топливной смеси двигается с дозвуковой скоростью – этот процесс носит название дафлаграция.

Что касается новых двигателей, то ученые намерены использовать в них взрывное горение, то есть детонацию, при которой горение происходит со сверхзвуковой скоростью. И хотя в настоящее время явление детонации еще изучено не в полной мере, однако известно, что при таком виде горения возникает ударная волна, которая распространяясь по смеси топлива и воздуха вызывает химическую реакцию, следствием которой является выделение довольно большого количества тепловой энергии. Когда ударная волна проходит через смесь, происходит ее нагрев, что и приводит к детонации.

В разработке нового двигателя планируется использовать определенные наработки, которые были получены в процессе разработки детонационного пульсирующего двигателя. Его принцип работы состоит в том, что предварительно сжатая топливная смесь подается в камеру сгорания, где осуществляется ее поджог и детонация. Продукты горения расширяются в сопле, выполняя механические действия. Затем весь цикл повторяется сначала. Но недостатком пульсирующих двигателей является то, что частота повторения циклов слишком мала. Помимо этого, конструкция самих этих двигателей в случае увеличения числа пульсаций становится более сложной. Это объясняется необходимостью синхронизации работы клапанов, которые отвечают за подачу топливной смеси, а также непосредственно самими циклами детонирования. Пульсирующие двигатели ко всему прочему еще и очень шумные, для их работы необходимо большое количество топлива, а работа возможна только при постоянном дозированном вспрыскивании топлива.

Если сравнивать детонационные ротационные двигатели с пульсирующими, то принцип их работы немного отличается. Так, в частности, в новых двигателях предусмотрена постоянная незатухающая детонация топлива в камере сгорания. Подобное явление получило название спиновая, или вращающаяся детонация. Впервые она была описана в 1956 году советским ученым Богданом Войцеховским. А открыто это явление было гораздо раньше, еще в 1926 году. Первопроходцами стали британцы, которые заметили, что в определенных системах возникала яркая светящаяся «голова», которая двигалась по спирали, вместо детонационной волны, имеющей плоскую форму.

Войцеховский же, использовав фоторегистратор, который сам же и сконструировал, сфотографировал фронт волны, которая двигалась в кольцевой камере сгорания в топливной смеси. Спиновая детонация отличается от плоской тем, что в ней возникает единственная ударная поперечная волна, затем следует нагретый газ, который не прореагировал, а уже за этим слоем находится зона химической реакции. И именно такая волна предотвращает сгорание самой камеры, которую Марлен Топчиян обозвал «сплющенным бубликом».

Необходимо отметить, что в прошлом детонационные двигатели уже применялись. В частности речь идет и пульсирующем воздушно-реактивном двигателе, который использовался немцами в конце Второй мировой войны на крылатых ракетах «Фау-1». Производство его было достаточно простое, использование достаточно легкое, однако при этом этот двигатель был не очень надежным для решения важных задач.

Далее, в 2008 году, в воздух поднялся Rutang Long-EZ - экспериментальный самолет, оснащенный детонационным пульсирующим двигателем. Полет длился всего десять секунд на высоте тридцати метров. За это время силовая установка развила тягу порядка 890 ньютонов.

Экспериментальный образец двигателя, представленный американской лабораторией ВМС США, - это кольцевая конусообразная камера сгорания, имеющая диаметр 14 сантиметров со стороны подачи топлива и 16 сантиметров со стороны сопла. Между стенками камеры расстояние составляет 1 сантиметр, при этом «трубка» имеет длину 17,7 сантиметров.

Смесь воздуха и водорода используется в качестве топливной смеси, которая подается под давлением 10 атмосфер в камеру сгорания. Температура смеси составляет 27,9 градусов. Отметим, данная смесь признана самой удобной для изучения явления спиновой детонации. Но, как утверждают ученые, в новых двигателях вполне можно будет использовать топливную смесь, состоящую не только из водорода но и из других горючих компонентов и воздуха.

Экспериментальные исследования ротационного двигателя показали его большую эффективность и мощность по сравнению с двигателями внутреннего сгорания. Еще одно достоинство – значительная экономия топлива. В то же время, в ходе проведения эксперимента было выявлено, что сгорание топливной смеси в ротационном «пробном» двигателе происходит неоднородно, поэтому необходимо оптимизировать конструкцию двигателя.

Продукты горения, которые расширяются в сопле, можно собрать в одну газовую струю с помощью конуса (это так называемый эффект Коанда), а затем эту струю отправлять в турбину. Под действием этих газов турбина будет вращаться. Таким образом, частично работу турбины можно будет использовать для приведения в движение кораблей, а частично – для выработки энергии, которая необходима для корабельного оборудования и различных систем.

Сами двигатели можно производить без подвижных частей, что значительно упростит их конструкцию, что, в свою очередь, снизит стоимость силовой установки в целом. Но это только в перспективе. Перед тем, как запускать новые двигатели в серийное производство, необходимо решить немало непростых задач, одной из которых является подбор прочных термостойких материалов.

Отметим, что в данный момент ротационные детонационные двигатели считаются одними из наиболее перспективных двигателей. Разработками их также занимаются ученые из Техасского университета в Арлингтоне. Силовая установка, которая были ими создана, была названа «двигателем непрерывной детонации». В том же университете проводятся исследования по подбору различных диаметров кольцевых камер и различных топливных смесей, в состав которых входят водород и воздух или кислород в различных пропорциях.

В России также ведутся разработки в данном направлении. Так, в 2011 году, по словам управляющего директора научно-производственного объединения «Сатурн» И.Федорова, силами ученых Научно-технического центра имени Люльки, ведутся разработки пульсирующего воздушного реактивного двигателя. Работа ведется параллельно с разработками перспективного двигателя, получившего название «Изделие 129» для Т-50. Помимо этого, Федоров также сказал, что объединение ведет исследования по созданию перспективных самолетов следующего этапа, которые, как предполагается, будут беспилотными.

При этом руководитель не уточнил, о каком именно виде пульсирующего двигателя идет речь. В данный момент известны три типа таких двигателей – бесклапанный, клапанный и детонационный. Общепринятым, между тем, признан факт, что пульсирующие двигатели являются наиболее простыми и дешевыми в производстве.

На сегодняшний день некоторые крупные оборонные фирмы занимаются проведением исследований в сфере создания пульсирующих высокоэффективных реактивных двигателей. Среди этих фирм – американские Pratt & Whitney и General Electric и французская SNECMA.

Таким образом, можно сделать определенные выводы: создание нового перспективного двигателя имеет определенные трудности. Главная проблема в данный момент заключается в теории: что именно происходит при движении ударной детонационной волны по кругу, известно лишь в общих чертах, а это в значительной степени усложняет процесс оптимизации разработок. Поэтому новая технология, хотя и имеет очень большую привлекательность, но в масштабах промышленного производства она малореализуема.

Однако если исследователям удастся разобраться с теоретическими вопросами, можно будет говорить о настоящем прорыве. Ведь турбины используются не только на транспорте, но и в энергетической сфере, в которой повышение КПД может иметь еще более сильный эффект.

Использованы материалы:
http://science.compulenta.ru/719064/
http://lenta.ru/articles/2012/11/08/detonation/

Эра двигателей внутреннего сгорания (ДВС) еще далека от заката - такого мнения придерживается достаточно большое количество и специалистов, и простых автолюбителей. И для такого утверждения у них есть все основания. По большому счету, существует только две серьезных претензии к ДВС - прожорливость и вредный выхлоп. Запасы нефти не безграничны, а автомобили являются одними из основных ее потребителей. Выхлопные газы отравляют природу и людей и, накапливаясь в атмосфере, создают парниковый эффект. Парниковый эффект приводит к изменению климата и далее к другим экологическим бедам. Но не будем отвлекаться.С обоими недостатками конструкторы и инженеры за последние десятилетия научились весьма эффективно бороться, доказав, что у ДВС есть еще неиспользованные резервы для развития и совершенствования.

Существенное снижения расхода топлива было достигнуто благодаря внедрению в конструкцию ряда технических новшеств. Первым шагом стал переход от карбюраторных двигателей к впрысковым . Современные системы впрыска обеспечивают подачу топлива в цилиндры под высоким давлением, в результате чего происходит его тонкое распыление и хорошее смешивание с воздухом. В ходе такта сжатия топливо впрыскивается в камеру сгорания точно дозированными порциями до 5-7 раз. Использование наддува, увеличение числа клапанов, повышение степени сжатия также позволили более полно сжигать рабочую смесь. Оптимизация формы камеры сгорания, днища поршней, применение систем с регулируемыми фазами газораспределения способствовали улучшению процессов смесеобразования. В результате двигатель может работать на более бедных смесях, экономя топливо и снижая выброс вредных веществ.

Широко применяется в современных автомобилях система старт-стоп , дающая заметную экономию топлива в городском режиме движения. Эта система автоматически выключает двигатель при остановке автомобиля. Запуск производится при нажатии на педаль сцепления (в автомобилях с механической коробкой передач) или при отпускании педали тормоза (в автомобилях с автоматической коробкой).

Система рекуперации энергии торможения , впервые появившаяся на гибридных автомобилях, постепенно перекочевала и на обычные. Кинетическая энергия замедляющегося автомобиля, которая раньше растрачивалась на нагрев деталей тормозной системы, сейчас преобразуется в электрическую и используется для подзарядки аккумулятора. Расход топлива снижается до 3%.

Важным обстоятельством является то, что улучшение технических характеристик двигателей происходит при неуклонном снижении их объема . Например, фольксвагеновский мотор 1,4 TSI, признанный лучшим двигателем 2010 года, при объеме 1390 куб.см развивает мощность до 178 л.с. То есть, с каждого литра снимается 127 л.с.! Удельный расход топлива за прошедшие 20-30 лет был снижен почти в два раза. А раз снижается потребление топлива, соответственно снижается и выброс вредных веществ, да и запасы нефти можно растянуть на больший срок.

Очистка выхлопных газов

Все вышеперечисленные меры снижают вредные выбросы, так сказать косвенно, за счет улучшения технических характеристик. Но есть ряд систем, назначение которых – непосредственно уменьшать количество вредных веществ в выхлопных газах.

Прежде всего это, конечно же, каталитический нейтрализатор и система рециркуляции выхлопных газов EGR. В нейтрализаторе вредные вещества, содержащиеся в выхлопных газах, вступают в химическую реакцию с веществами, нанесенными на его соты. В результате реакции вредные вещества разлагаются на безвредные составляющие.

Система EGR (Exhaust Gas Recirculation) имеет более «узкую» направленность. Она предназначена для снижения содержания оксидов азота в выхлопных газах на режимах прогрева и резкого ускорения, когда двигатель работает на обогащенной смеси. Принцип работы системы состоит в перенаправлении части выхлопных газов обратно в цилиндры. Это вызывает снижение температуры горения и, соответственно, концентрации оксидов азота.

При работе двигателя не все выхлопные газы попадают в выпускную систему. Часть их прорывается в картер. Для предотвращения попадания в атмосферу используется система вентиляции картера . Пары бензина так же, как и выхлопные газы, содержат вредные для человека вещества. Поэтому на автомобилях устанавливается система поглощения паров бензина .

Все вышеперечисленные системы универсальны, то есть используются как на бензиновых моторах, так и на дизельных. Однако выхлопные газы дизеля отличаются повышенной концентрацией оксидов азота и сажи. Поэтому в выпускной системе дизелей дополнительно устанавливается сажевый фильтр . В некоторых конструкциях может использоваться система SCR (Selective catalytic reduction) или, в вольном русском переводе, впрыск мочевины. Принцип работы: водный раствор мочевины впрыскивается в выхлопную систему перед катализатором. В результате химической реакции почти половина высокотоксичных оксидов азота превращается в обычный безвредный азот.

К слову говоря, успехи в совершенствовании дизельных моторов впечатляют. Не будем далеко ходить за примерами. Взгляните на таблицу: в ней представлены победители двух самых престижных мировых наград World Green Car of the Year (Зеленый автомобиль года в мире) и Green Car of the Year (Зеленый автомобиль года).

Видите? В одном конкурсе четыре раза побеждали дизели, в другом – дважды.

Перспективы ДВС

Суммируя сказанное можно утверждать, что в ближайшие десятилетия мы будем сосуществовать с двигателями внутреннего сгорания. Для этого есть весомые технические и экономические причины. Отлаженность технологии производства ДВС обеспечивает их сравнительно низкую стоимость. Совершенствование рабочего процесса позволило получить высокие характеристики и снизить вредные выбросы.

Рост продаж «зеленых» автомобилей во многом стимулирован правительственной поддержкой. Как только государство свертывает программу скидок на экологичные автомобили, спрос на них стремительно падает.

Дизельный автомобиль потребляет до 25% меньше топлива и меньше загрязняет окружающую среду, зато бензиновый имеет меньшую стоимость, его страхование и эксплуатация обходятся дешевле. Однако если годовой пробег превышает 15000 километров, покупать дизель выгоднее.

Выбор подходящего типа двигателя зависит также от класса автомобиля. Современные бензиновые силовые агрегаты весьма эффективны в компактных автомобилях, а нынешние дизеля позволяют достигать низкого расхода топлива и дают удовольствие от вождения в больших универсалах. Бензиновые моторы обеспечивают завидную приемистость и динамику «горячим» спортивным автомобилям, а высокий крутящий момент дизелей как нельзя кстати подходит большим внедорожникам.

Двигатель СМД – дизельный мотор, хорошо знакомый работникам машинно-тракторных станций (МТС), широко распространенных во времена существования СССР. Выпуск этих моторов был освоен в 1958 году на харьковском заводе «Серп и Молот» (1881). Серийное производство семейства двигателей СМД, предназначенных для агрегатирования различных видов сельскохозяйственной техники (трактора, комбайны и пр.) было прекращено в связи с прекращением деятельности предприятия (2003).

В линейку этих силовых агрегатов входят:

• 4-х цилиндровые моторы с рядным расположением цилиндров;
• рядные 6-ти цилиндровые;
• V-образные 6-ти цилиндровые агрегаты.

При этом любой мотор СМД обладает очень высокой надежностью. Она заложена в оригинальных конструкторских решениях, которые даже по современным меркам обеспечивают достаточный запас эксплуатационной прочности этих моторов.

В настоящее время силовые агрегаты типа СМД выпускаются на Белгородском моторном заводе (БМЗ).

Технические характеристики

Силовой агрегат устанавливался на тракторы Т-150, Т-153, Т-157.

Описание

Дизельные 6-ти цилиндровые V-образные двигатели СМД представлены рядом моделей СМД-60…СМД-65 и более мощными СМД-72 и СМД-73. У всех этих моторов ход поршня меньше, чем диаметр цилиндра (коротходовый вариант).

При этом в моторах:

• СМД-60…65 используется турбонаддув;
• СМД-72…73 наддувочный воздух дополнительно охлаждается.

Перегородки между смежными цилиндрами вместе с торцевыми стенками блок-картера придают конструкции необходимую жесткость. В каждом блоке цилиндров имеются специальные расточки цилиндрической формы, в которые устанавливаются гильзы цилиндров, изготовленные из титано-медистого чугуна.

Компоновка всех узлов мотора учитывает все преимущества, которые дает V-образное расположение цилиндров. Размещение цилиндров под углом 90° позволило разместить в развале между ними турбокомпрессор и выпускные коллекторы. Кроме того, за счет смещения рядов цилиндров на 36 мм относительно друг друга позволило установить по два шатуна противоположных цилиндров на одной шатунной шейке коленчатого вала.

Компоновка деталей газораспределительного механизма отличается от общепринятой. Его распределительный вал является общим для двух рядов цилиндров и расположен по центру блок-картера. Со стороны маховика на его конце установлен блок шестерен, который включает в себя шестерни привода газораспределительного механизма и топливного насоса.

В процессе работы мотор обеспечивает грубую и тонкую очистку дизельного топлива. Моторное масло очищается полнопоточной центрифугой.

Охлаждается силовой агрегат водой. В зимнее время допускается использование антифриза. Циркуляция жидкости в замкнутой системе охлаждения осуществляется благодаря центробежному водяному насосу. Участвуют в процессе охлаждения также шестирядный трубчато-пластинчатый радиатор и шестилопастный электровентилятор.

Система охлаждения двигателя СМД 60 обеспечивает и термосифонную циркуляцию охладителя внутри водяной рубашки пускового двигателя. Однако она способна обеспечить охлаждение последнего только в течение непродолжительного времени. Во избежание перегрева время работы пускового двигателя на холостых оборотах не должно превышать 3 минут.

Техническое обслуживание

Техобслуживание двигателя СМД 60 сводится к постоянному наблюдению за процессом его работы и регулярному проведению регламентных работ, оговоренных в инструкции по его эксплуатации. Только при выполнении этих условий изготовителем гарантируется:

• длительная и безотказная работа силового агрегата;
• сохранение мощностных характеристик в течение всего срока эксплуатации;
• высокая экономичность.

Виды техобслуживания (ТО) определяются сроками их проведения в зависимости от количества отработанных моточасов:

1. Ежедневное ТО – через каждые 8…10 моточасов.
2. ТО-1 – после 60-ти мч.
3. ТО-2 – каждые 240 мч.
4. ТО-3 – 960 мч.
5. Сезонное ТО – перед переходом к весенне-летнему и осенне-зимнему периодам эксплуатации.

Перечень работ, которые должны проводиться по каждому виду техобслуживания, приведены в инструкции по эксплуатации двигателя. При этом работы, требующие разборки силового агрегата, необходимо проводить только в закрытых помещениях.

Неисправности

Поломки двигателей СМД 60 встречаются нечасто и возникают, как правило, из-за нарушения правил их технической эксплуатации.

Тюнинг

Моторы, которыми агрегатируются сельскохозяйственные машины и механизмы, тюнингу не подвергают. Разработанные под конкретные условия эксплуатации они, как правило, отлично сбалансированы и вмешательство в их конструкцию к положительным результатам не приводит.

Семейства таких двигателей представлены изготовителями в виде широких линеек, имеющих разную мощность. При этом устанавливаются они на определенные виды спецтехники, из числа которых потребители и выбирают те, что наиболее полно соответствуют их требованиям.

Мощность, которую может развить двигатель внутреннего сгорания, зависит от количества воздуха и смешанного с ним топлива, которое может быть подано в двигатель. Если нужно увеличить мощность двигателя, нужно увеличить как количество подаваемого воздуха, так и топлива. Подача большего количества топлива не даст эффекта до тех пор, пока не появится достаточное для его сгорания количество воздуха, иначе образуется избыток несгоревшего топлива, что приводит к перегреву двигателя, который к тому же при этом сильно дымит.

Увеличение мощности двигателя может быть достигнуто путем увеличения либо его рабочего объема, либо оборотов. Увеличение рабочего объема сразу же увеличивает вес, размеры двигателя и, в конечном итоге, его стоимость. Увеличение оборотов проблематично из-за возникающих при этом технических проблем, особенно в случае двигателя со значительным рабочим объемом.

Системы наддува, сжимающие воздух, подаваемый в камеру сгорания двигателя, и увеличивающие массу этого воздуха, позволяют повысить мощность двигателя при данных рабочем объеме и частоте вращения коленчатого вала.

Для двигателей внутреннего сгорания применяются компрессоры двух типов: с механическим приводом и турбокомпрессоры, использующие энергию отработавших газов. Кроме того, существуют также комбинированные системы, например, турбокомпаундная. В случае компрессора с механическим приводом необходимое давление воздуха получают благодаря механической связи между коленвалом двигателя и компрессором (муфта). В турбокомпрессоре давление воздуха получают благодаря вращению турбины потоком отработавших газов.

Турбокомпрессор был впервые сконструирован швейцарским инженером Бюши еще в 1905 году, но только много лет спустя он был доработан и использован на серийных двигателях с большим рабочим объемом.

В принципе, любой турбокомпрессор состоит из центробежного воздушного насоса и турбины, связанных при помощи жесткой оси между собой. Оба эти элемента вращаются в одном направлении и с одинаковой скоростью. Энергия потока отработавших газов, которая в обычных двигателях не используется, преобразуется здесь в крутящий момент, приводящий в действие компрессор. Выходящие из цилиндров двигателя отработавшие газы имеют высокую температуру и давление. Они разгоняются до большой скорости и вступают в контакт с лопатками турбины, которая и преобразует их кинетическую энергию в механическую энергию вращения (крутящий момент).

Это преобразование энергии сопровождается снижением температуры газов и их давления. Компрессор засасывает воздух через воздушный фильтр, сжимает его и подает в цилиндры двигателя. Количество топлива, которое можно смешать с воздухом, при этом можно увеличить, что позволяет двигателю развивать большую мощность. Кроме того, улучшается процесс сгорания, что позволяет увеличить характеристики двигателя в широком диапазоне чисел оборотов.

Между двигателем и турбокомпрессором существует связь только через поток отработавших газов. Частота вращения ротора турбокомпрессора не зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя, но она в значительной степени определяется балансом энергии, получаемой турбиной и отдаваемой компрессору.

Для двигателей, работающих в широком диапазоне оборотов (в легковом автомобиле), высокое давление наддува желательно даже на низких оборотах.

Именно поэтому будущее принадлежит турбокомпрессорам с регулируемым давлением. Небольшой диаметр современных турбин и специальные сечения газовых каналов способствуют уменьшению инерционности, т.е. турбина очень быстро разгоняется, и давление воздуха очень быстро достигает требуемого значения. Регулировочный клапан следит за тем, чтобы давление наддува не возрастало выше определенного значения, при превышении которого двигатель может быть поврежден.

Двигатель, оснащенный турбокомпрессором, обладает техническими и экономическими преимуществами по сравнению с атмосферным (безнаддувным) двигателем.

Основные преимущества турбокомпрессорного двигателя:

соотношение “масса/мощность” у двигателя с турбокомпрессором выше, чем у атмосферного двигателя;

двигатель с турбокомпрессором менее громоздок, чем атмосферный двигатель той же мощности;

кривая крутящего момента двигателя с турбокомпрессором может быть лучше адаптирована к специфическим условиям эксплуатации.

Кроме того, можно на базе атмосферных двигателей создавать версии, оснащенные турбокомпрессором и различающиеся по мощности.

Еще более ощутимы преимущества двигателя с турбокомпрессором на высоте. Атмосферный двигатель теряет мощность из-за разряжения воздуха, а турбокомпрессор, обеспечивая повышенную подачу воздуха, компенсирует снижение атмосферного давления, почти не ухудшая характеристики двигателя. Количество нагнетаемого воздуха станет лишь ненамного меньше, чем на более низкой высоте, то есть двигатель практически сохраняет свою мощность.

Кроме того:

двигатель с турбокомпрессором обеспечивает лучшее сгорание топлива, что приводит к меньшему расходу топлива;

поскольку турбокомпрессор улучшает сгорание, он также способствует уменьшению токсичности отработавших газов;

двигатель, оснащенный турбокомпрессором, работает более стабильно, чем его;

атмосферный аналог той же мощности, а будучи меньшим по размеру, он производит меньше шума. Кроме того, турбокомпрессор играет также роль своеобразного глушителя в системе выпуска.

Расширение производства материалов, обладающих высокими температурными характеристиками, улучшение качества моторных масел, применение жидкостного охлаждения корпуса турбокомпрессора, электронное управление регулирующими клапанами - все это способствовало тому, что турбокомпрессоры стали использоваться на мелкосерийных бензиновых двигателях.

В случае установки турбокомпрессора на бензиновый двигатель возникают специфические требования:

обеспечение герметичности масло-газовых каналов турбокомпрессора;

повышение качества материалов турбины;

усовершенствование регулировочного клапана;

охлаждение корпуса оси.

На нормально работающем двигателе, который своевременно и качественно обслуживается, турбокомпрессор может безотказно работать в течение долгих лет.

Появление неисправностей может быть следствием:

недостаточного количества масла;

попадания в турбокомпрессор посторонних предметов;

загрязненного масла.

Главная » Генератор » Гениальное – просто: в России придумали, как улучшить ДВС. Ротационные детонационные двигатели – экономичная перспектива Увеличение числа клапанов