ДВЗ конспекти лекций нова прог

відбудеться витік антифризу, то треба заповнити необхідну кількість антифризу відповідної марки.

Температурний коефіцієнт об'ємного розширення у етіленгліколевих антифризів більше, ніж у води, тому систему охолодження заправляють не підігрітим антифризом (на 6-8% менше, ніж водою).

Неприпустимо попадання в антифриз нафтопродуктів, так як це викликає різке закипання і пінення рідини, що з одного боку погіршує відведення теплоти, а з іншого може призвести до викиду антифризу з радіатора.

Для забезпечення примусової циркуляції охолоджуючої рідини в системі охолодження на вході в сорочку охолодження двигуна встановлений насос. Напір, що створюється водяним насосом, повинен забезпечити подолання гідравлічного опору рідинної системи охолодження.

Забезпечити рівномірне охолоджування двигуна без значних перепадів температури в циркуляційному контурі при обмеженому обсязі охолоджуючої рідини можна шляхом створення інтенсивної циркуляції, при якій рідина повинна прокачуватися через систему охолодження. Для забезпечення такої циркуляції в системі охолодження застосовують водяні одноступінчаті насоси відцентрового типу.

Відцентрові насоси мають просту конструкцію, компактні; вони здатні вільно пропускати охолоджуючу рідину при непрацюючому двигуні, що створює термосифону циркуляцію рідини після зупинки прогрітого двигуна і виключає небезпеку місцевих перегрівів.

При роботі насоса рідина, що підводиться в центральну зону робочого колеса, заповнює між лопаткові канали і переміщається під дією виникаючих відцентрових сил. Рідина, переміщаючись до периферійної частини колеса, надходить до равлика, де швидкість її зменшується, а натиск зростає, тобто відбувається перетворення кінетичної енергії, повідомленої рідини робочим колесом, в потенційну. Робочі колеса, що відшиваються з алюмінієвих сплавів або чавуну, мають від чотирьох до восьми лопаток; лопатки виконані за одне ціле з диском колеса. В даний час для виготовлення робочих коліс широко застосовуються синтетичні матеріали.

Привід водяного насоса автомобільних двигунів забезпечують за допомогою шківів і клинових ременів.

Типова конструкція одноступінчатого відцентрового водяного насоса показана на мал. 2. Робоче колесо водяного насоса і вентилятор встановлені на загальному валику. Для ущільнення насоса використовують само-підтискний гумовий манжет.

Для зниження небезпеки виникнення кавітації водяний насос розташовують у тій частині рідинної системи охолодження, де температура рідини має мінімальне значення. Зазвичай в водяний насос надходить рідина, попередньо охолоджена в радіаторі.

Мал. 2. Водяний насос двигуна 3ІЛ-131:

1- робоче колесо; 2 - вал робочого колеса; 3 - ущільнювач.

Радіатор призначений для розсіювання (відводу) теплоти, що відводиться від двигуна охолоджувальною рідиною, і являє собою теплообмінний апарат з перехресним струмом теплоносіїв. Головними елементами радіатора є колектори для охолоджуючої рідини і розташована між ними охолоджуюча решітка.

Радіатори системи охолодження повинні мати високу теплопровідність і при мінімально можливих розмірах і масі забезпечувати нормальний тепловий стан двигунів. Крім того, радіатори повинні мати достатню механічну міцність і надійно працювати протягом всього терміну служби.

У системах охолодження двигунів переважне поширення одержали радіатори з трубчастопластинчастими і трубчасто-стрічковими охолоджуючими серцевинами, схеми яких показані на мал. 3.

Для виготовлення серцевини трубки служить стрічка товщиною 0,15 мм з латуні Л62 або JI69 (ГОСТ 17711-80). Зовні трубки окислюються і припоєм припаюються до опорних пластин бачків.

Пластину серцевини виготовляють з латуні Л62 або міді МЗ (ГОСТ 859-78) товщиною 0,1 мм, а стрічки для трубчасто-стрічкових радіаторів штампують з мідної (МЗ) стрічки товщиною 0,08 мм.

Трубки радіатора можуть бути розташовані в кілька рядів по глибині. Ефективність теплопередачі в останніх по ходу повітря рядах трубок знижується через те, що вони обдуваються підігрітим в радіаторі повітрям. При збільшенні числа рядів зростає опір радіатора і, як наслідок, потрібна потужність вентилятора. Тому в радіаторах автотракторних двигунів число рядів зазвичай не перевищує 3-4.

В даний час перспективні конструкції радіаторів з алюмінієвих сплавів, що мають високу тепловіддачу, малу масу, та не вимагають застосування дефіцитних кольорових металів. Алюмінієві деталі виконуються зварюванням або паянням твердими припоями.

Повітряні тракти рідинної системи охолодження двигунів забезпечують необхідну тепловіддачу від радіатора і розсіювання отриманої теплоти в навколишньому середовищі. До основних елементів повітряної системи відносяться повітроводи, що підводять повітря до радіатора і відводять нагріте повітря в атмосферу, а також повітряні канали в радіаторі, різні пристрої для регулювання кількості повітря, що проходить по системі, і вентилятор, що створює безперервний повітряний потік.

Мал. 3. Охолоджуючі серцевини радіаторів:

а- трубчасто-пластинчастого; б - трубчасто-стрічкового.

Усилових агрегатах деякі автомобілів з елементів повітряної системи охолодження, наприклад спеціальні підводять і відводять повітроводи, можуть бути відсутні. У гоночних автомобільних двигунах у зв'язку з великим динамічним напором повітря може бути відсутнім вентилятор.

Основна вимога до повітряної системи охолодження полягає в забезпеченні мінімально можливого аеродинамічного опору окремих елементів і всієї системи в цілому. Для виконання цієї вимоги слід зменшити довжину і не допускати звужень, захаращення і різких поворотів повітряних каналів і проходів.

Урідинних системах охолодження двигунів застосовуються виключно осьові вентилятори з 4…6 лопатями. Вентилятори такого типу мають невеликі розміри в осьовому напрямку і легко розміщуються між радіатором і двигуном. Лопаті крильчатки переважно штампують з листової

сталі, профілюють і зміцнюють заклепками на хрестовині під деяким кутом до площини обертання. Із збільшенням цього кута зростає напір повітря і потужність, що витрачається на привід вентилятора.

Більш високий ККД досягається в вентиляторах з литими лопатами з алюмінієвих сплавів або синтетичних матеріалів.

Для більшості автомобільних двигунів тиск, який створюється осьовими вентиляторами, становить 500 - 1200 Па.

При класичному компонуванні вентилятори звичайно встановлюють на осі рідинного насоса; вентилятори наводяться у обертання клиноремінною передачею.

Ефективність роботи вентилятора залежить від способу підведення повітря до вентилятора і відведення підігрітого повітря в атмосферу. При установці на вході у вентилятор направляє кожуха (мал. 4) відбувається вирівнювання поля швидкостей перед фронтом радіатора і виключається можливість перетікання нагрітого повітря на вхід вентилятора, в результаті витрата повітря через радіатор зростає.

Втрати на привід вентилятора оцінюються відношенням потужності Рвен., що витрачається на привід вентилятора, до номінальної потужності двигуна Ре.

Мал. 4. Схема повітряного тракту з направляючим кожухом: 1- вентилятор; 2 - радіатор; 3 - кожух.

2.2. Повітряна система охолодження.

Повітряна система охолодження двигунів включає оребрену поверхню циліндрів, дефлектори, повітропроводи, повітроводи і вентилятор.

При розгляді повітряної системи охолодження двигуна необхідно враховувати, що теплоємність повітря в 4 рази менше, ніж теплоємність води, теплопровідність повітря менше теплопровідності води в 24 рази, а густина повітря в 800 разів менше щільності води. Тому тепловіддача від стінок до повітря в 10-20 разів менше, ніж до охолоджувальної рідини. Відвід від двигуна розрахункової кількості теплоти обумовлює розвиток поверхонь охолодження. Найбільш розвинену поверхню оребрення мають головки циліндрів, від яких відводиться 50-70% загальної кількості розсіюванню теплоти. Ребра поверхні в 15-20 разів збільшує зовнішню поверхню охолоджуваних деталей і дозволяє забезпечити підтримання нормального теплового стану двигуна.

Ребра на поверхні циліндра і головки утворюються при їх литві або можуть бути отримані шляхом механічної обробки. Форма, кількість і розташування ребер визначаються розподілом та інтенсивністю теплових потоків деталі і роблять значний вплив на їх тепловий стан.

Для найбільш ефективного використання охолоджуючого повітря, напрям руху його через двигун має бути суворо погоджено з розташуванням тепло-передаючих поверхонь. Це досягається установкою на двигун системи направляючих щитків і кожухів - дефлекторів (мал. 5). Дефлектори перешкоджають вільному виходу повітря з міжреберних каналів і дозволяють знизити кількість повітря, необхідного для охолодження. У результаті знижуються витрати потужності на привід вентилятора. Застосування дефлекторів покращує також рівномірність охолодження циліндрів, особливо їх тильній частині, де при прямолінійному русі повітряного потоку виникають відривні («мертві») зони.

Для забезпечення надійного охолодження необхідно, щоб швидкість руху повітря в міжреберному каналі становила 25-40 м / с. З цією метою звичайно застосовують середньо напірні

осьові вентилятори з великим числом лопатей і високою частотою обертання. Повний тиск, який створюється такими вентиляторами, може досягати 2500 Па.

Осьові вентилятори, володіючи простотою конструкції і більш високим ККД, забезпечують велику подачу повітря при рівних розмірах.

Мал. 5. Схема циркуляції повітря в двигуні з повітряним охолодженням: 1 - вентилятор; 2 - циліндр; 3 - оребрення; 4 - дефлектор.

Регулювання температурного режиму системи охолодження.

Система охолодження, як правило, розраховується на максимальну тепловіддачу при повному навантаженні і найбільшою температурі навколишнього середовища.

При експлуатації машин переважаючими режимами роботи двигунів автомобілів є часткові навантаження при середніх або навіть знижених температурах атмосферного повітря. Для того щоб у цих умовах не відбувалося переохолодження двигуна, необхідно застосовувати автоматичне або ручне регулювання температурного режиму системи охолодження.

У рідинних системах охолодження сучасних ДВЗ таке регулювання здійснюють шляхом зміни циркуляційної витрати рідини та витрати повітря, що проходить через радіатор. У системах повітряного охолодження, регулюють витрату охолоджуючого повітря.

Циркуляційний витрата рідини через радіатор змінюється за допомогою термостатів, що представляють собою клапани, автоматично регулюють прохідний перетин трубопроводів залежно від температури охолоджуючої рідини. Термостати можуть бути одно-і двох-клапанними. Термостати, як правило, встановлюються на виході з сорочки охолодження двигуна.

Типова конструкція двох-клапанного термостата показана на мал. 6.

Термочутливим елементом термостата слугує встановлений в корпусі 4 тонкостінний латунний гофрований циліндр - сильфон 5, заповнений етиловим ефіром або, сумішшю етилового спирту і води в співвідношенні 2:1. Вільний кінець сильфона з'єднаний зі штоком, на якому встановлені клапани. При низькій температурі відбувається по малому контуру.

Коли температура рідини досягає 340-350 К, рідина, що заповнює сильфон, закипає, і тиск всередині сильфона зростає. Під дією цього тиску сильфон подовжується, переміщаючи вгору шток з клапанами. При цьому клапан 3 закривається, циркуляція в малому контурі припиняється, клапан 2 відкривається, забезпечуючи надходження рідини з великого контуру в радіатор через патрубок 1

Мал. 6. Двох-клапанний термостат:

1 - патрубок; 2 та 3 - клапани; 4 - корпус; 5 - сильфон.

В даний час застосовують термостати з твердим наповнювачем, в якості якого використовується церезин - тверда кристалічна суміш високомолекулярних насичених вуглеводнів з температурою плавлення 330-350 К. При нагріванні церезин плавиться і, збільшуючись в обсязі, виштовхує з корпусу шток, який відкриває клапан.

Значною перевагою термостатів з твердим наповнювачем є малі розміри і меншу гідравлічний опір. Для виготовлення таких термостатів потрібно менше кольорових металів.

Регулювання витрати охолоджуючого повітря через радіатор можна здійснити кількома способами, в тому числі і установкою в повітряному тракті регульованих заслінок, відключенням вентилятора, зміною кута установки лопатей вентилятора і т. п.

Установка поворотних пластин (заслінок) з ручним керуванням представляє собою найбільш просте конструктивне рішення. Однак прикриття заслінок приводить до збільшення аеродинамічного опору повітряного тракту і зростанням витрат потужності на привід вентилятора.

Поворот пластин з метою зміни кількості повітря, що проходить через серцевину радіатора в автомобілях КамАЗ, «Москвич», отже, регулювання температури охолоджуючої рідини здійснюється рукояткою. При всунутій рукоятці жалюзі відкриті, і повітря безперешкодно проходить через серцевину радіатора. При витягуванні рукоятки жалюзі прикриваються. Це необхідно для прискорення прогрівання двигуна після пуску і для підтримки нормального режиму під час руху при низьких температурах навколишнього середовища. На двигунах ВАЗ замість жалюзі встановлений знімний утеплювач радіатора.

Найбільш раціонально регулювати тепловий стан двигуна шляхом зміни подачі вентилятора залежно від температури охолоджуючої рідини. Періодичне відключення вентилятора, здійснюване автоматично, дозволяє включати його тільки у разі необхідності. Відключення вентилятора значно зменшує час прогріву двигуна.

На автомобілях КамАЗ відключення вентилятора здійснюється автоматично гідравлічної муфтою приводу вентилятора. Вентилятор може працювати в одному з трьох режимів: «Автоматичний», «Вентилятор відключений», «Вентилятор включений постійно». В автоматичному режимі вентилятор включають при підвищенні температури охолоджуючої рідини на вході в двигун до 358363 К.

Витрата повітря через радіатор регулюють шляхом зміни кута установки лопатей вентилятора. У цьому випадку лопаті встановлюють на поворотних осях, пов'язаних з термочутливим елементом, яким може бути термостат з твердим наповнювачем.

2.СИСТЕМА МАЩЕННЯ

2.1.Вимоги до систем мащення, вимоги до вузлів.

2.2.Конструктивні особливості будови системи мащення

2.1. Вимоги до систем мащення, вимоги до вузлів.

До мастильної системі висувають такі вимоги:

-надійна безперебійна подача мастила до тертьових деталей в кількості, достатній для відведення теплоти, що виділяється в результаті тертя;

-постійне очищення масла від продуктів зносу, механічних домішок і продуктів розкладання

масла;

-підтримка в заданих межах температури масла, що надходить у двигун;

-можливість швидкого прогрівання масла після пуску холодного двигуна;

-простота і зручність експлуатації при мінімальних витратах на обслуговування.

Крім того, масло сприяє ущільненню камери згоряння і захисту деталей від корозії. В автомобільних двигунах застосовуються примусові комбіновані системи мащення. В них масло під тиском подається до підшипників колінчастого і розподільного валів, до інших деталей масло подається розбризгуванням і самоплином. На автомобільних двигунах одержала поширення система мащення з мокрим картером. В такій системі, масло після контактування з усіма підшипниками і парами тертя стікає і збирається в масляному піддоні. Тут відбувається його охолодження, гаситься піна, осаджуються забруднюючі домішки.

2.2. Конструктивні особливості будови систем мащення

Основними елементами системи є маслозабірник 5 (рис.2), масляний насос 3, масляний фільтр 3, масляний радіатор. Маслозабірник може бути нерухомий або рухомий (плаваючий).

Рис. 2. Схема системи мащення:

1 - редукційний клапан; 2 - масляний фільтр; 3 - масляний насос; 4 - масляний канал від корінногодо шатунного підшипника; 5 - маслозабірник; 6 - головна масляна магістраль; 7 - зливний канал; 8 - магістраль до підшипників колінчастого вала

Одним з основних елементів системи є масляний насос (зазвичай шестеренний) із зовнішнім зачепленням шестерень або з внутрішнім зачепленням (рис. 3). Насоси із внутрішнім зачепленням мають менші розміри і масу. Особливістю їх конструкції є розміщення осі внутрішньої шестерні ексцентрично відносно осі зовнішньої шестерні на половину висоти зуба. Масляні насоси зі зовнішнім зачепленням можуть розміщуватись як всередині двигуна, так і зовні. Вал насоса приводиться в рух від колінчастого або розподільного вала. В окремих випадках можуть приводитися від спеціального проміжного вала. Масляні насоси можуть бути односекційними або двосекційними. В двосекційних одна секція призначена для подачі масла в масляний радіатор. В насосі має бути редукційний клапан, який обмежує тиск масла на номінальній частоті обертання до 0,3...0,5 МПа в бензинових двигунах і до 0,5...0,7 МПа в дизелів.

Рис. 3. Шестеренні масляні насоси з зовнішнім (а) і внутрішнім (б) зачепленням шестерень: 1 - корпус; 2 - ведуча шестерня; 3 - шпонка; 4 - вал; 5 - ведена шестерня; 6 - вісь; 7 - кулька; 8 - пружина

редукційного клапана; 9 - пробка; 10 - кришка; 11розвантажувальна канавка; 12 - кільце; 13 - ротор; 14 - нагнітальний канал; 15 - всмоктувальний канал; 16 - серповидний виступ; 17сальник

Подача масляного насоса визначається в залежності від необхідної кількості масла, що циркулює в двигуні.Загальна кількість масла, що надходить з масляного насоса в мастильну систему двигуна за одиницю часу (циркуляційний витрата),

для карбюраторних двигунів:	Vц = (9…13) 10ˉ³ Ре;
для дизелів (у разі охолоджуваних поршнів)	Vц = (26…34) 10ˉ³ Рв.

Дійсна подача масляного насоса приймається більшою, ніж циркуляційний витрата Vц. Зазвичай для карбюраторних двигунів Vд=(2…4) Vц, а для дизелів Vд = (l, 0…l, 6) Підвищення

подачі насоса необхідно для забезпечення нормального тиску масла в системі з урахуванням можливого збільшення зазору в підшипниках. Так як з картера відкачується спінене масло, подача відкачуючих секцій насоса перевищує подачу нагнітають секцій Vотк = (1,5…2,5) Vнагн.

Потужність, необхідна для приводу масляного насоса,

Pн = Vроз (Рвих - Рвх )/ηм.н

де Vроз - розрахункова подача масляного насоса, Vрас = - Vд / ηн;

Рвих - Рвх - перепад тисків масла в мастильній системі; ηм.н - ККД масляного насоса, ηм.н =

0,85…0, 90.

Масляні фільтри служать для вловлювання з моторного масла твердих частинок продуктів згоряння, металевих частинок зношування, пилу. Розрізняють фільтри грубої та тонкої очистки масла. Фільтри грубої очистки масла включають послідовно перед головною масляною магістраллю і весь потік масла, яке надходить до підшипників, фільтрується. Фільтри тонкої очистки мають значно більший опір фільтруючого елемента і меншу пропускну здатність, їх встановлюють паралельно головній масляній магістралі. Фільтри грубої очистки вловлюють частинки до ЗО мкм, а фільтри тонкої очистки до 1 мкм. Найбільш якісне очищення масла досягається при проходженні всього масла крізь фільтр тонкої очистки (повнопоточне очищення). Тому повнопоточні фільтри (рис.4) набули останнім часом великого поширення, особливо на двигунах легкових автомобілів. В якості масляних фільтрів можуть використовуватись центрифуги. Вони забезпечують високу якість очищення. Розмір частинок, які вони пропускають не перевищує 0,5... 1 мкм.

Рис. 4. Повнопоточний масляний фільтр:

1 - корпус; 2 - перепускний клапан; 3 - пружина перепускного клапана; 4 - центральна порожнина; 5 - зовнішня порожнина; 6 - різьбовий отвір; 7 - протидренажний клапан; 8 - впускні отвори; 9 - прокладка; 10 - паперовий фільтруючий елемент

У підшипниках колінчастого вала повинно забезпечуватись рідинне тертя, коли тертьові поверхні розділені шаром масла. Таке тертя виникає внаслідок ефекту утворення гідродинамічного клину при відносному переміщенні циліндричних поверхонь з достатньо високою швидкістю. Масло в підшипник надходить під надлишковим тиском і затягується валом, що обертається. Максимальний тиск створюється в зоні найменшого зазору. Тому вал із збільшенням частоти обертання намагається зайняти таке положення, коли його вісь наближається до центра підшипника.

При роботі двигуна в його картер через нещільності деталей поршневої групи попадають продукти згоряння і паливна пара. Взаємодіючи з розпиленим нагрітим маслом ці речовини сприяють утворенню піни та різних відкладень. Крім того, проникаючи в картер, вони створюють в ньому підвищений тиск, і масло може витікати з двигуна через ущільнення.

Для видалення картерних газів в двигунах застосовується примусова система вентиляції картера закритого типу. Вона забезпечує відсмоктування картерних газів у порожнину повітряного фільтра або у впускний колектор.

ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ ДВИГУНІВ НЕТРАДИЦІЙНИХ СХЕМ ( самостійне вивчення)

1. Адіабатні дизелі

Як зазначалось вище, широке використання дизелів на автомобілях пояснюється їх високими економічними та екологічними показниками. Не менш інтенсивно ведуться пошуки і дослідження щодо їх вдосконалення. Один із основних напрямків таких досліджень - розробка адіабатного дизеля, або, як його часто називають, дизеля з обмеженим відведенням теплоти. Ідея створення такого двигуна полягає в зменшенні кількості теплоти, що непродуктивно відводиться в охолоджуюче середовище, тобто в наближенні процесів, що протікають в камері згоряння, до адіабатних. Це дає можливість збільшити роботу газів у циліндрі дизеля і використовувати гази, що виходять при високій температурі, для отримання енергії поза циліндром. Крім того, якщо вилучити систему охолодження і агрегати, що забезпечують її роботу (вентилятор, водяний насос), то з'являється додатковий приріст енергетичних та економічних показників, знижуються маса та габаритні розміри двигуна. Таким чином, адіабатний дизель може мати економічні показники значно вищі, ніж у існуючих дизелів. Однак розробка такого дизеля, який би мав високу надійність і достатню довговічність, є дуже складною проблемою. Для її вирішення необхідні деталі циліндро-поршневої групи із покриттям теплоізолюючими матеріалами, що довговічні в умовах високих тисків і температур. Використовують керамічні матеріали, двоокис цирконію і компонент, що складається із окису алюмінію і окису титану. Не менш важливим питанням є забезпечення змащування деталей тертя. Найбільш перспективним вважається тверде мастило.

Висока температура відпрацьованих газів дає можливість використовувати їх енергію як гарячого джерела теплоти в циклах парового двигуна або двигуна Стірлінга, для приводу газової турбіни, з'єднаної з валом дизеля. У результаті підвищується ефективність використання енергії палива, що згоряє. Токсичність адіабатного дизеля по оксидах азоту вища, але її можна знизити до рівня звичайних дизелів шляхом зменшення кута випередження впорскування. Викиди сажі в адіабатному дизелі нижчі, ніж у звичайному.

2. Двигун зовнішнього згоряння

Ці двигуни названі іменем Роберта Стірлінга, який в 1816 р. одержав патент на "машину, яка виробляє рушійну силу за допомогою нагрітого повітря".

Двигуни Стірлінга є двигунами зовнішнього згоряння, у яких робоче тіло не змінюється, а підведення теплоти може здійснюватись від будьякого джерела енергії, у тому числі сонячної і ядерної. Однак навіть у випадку використання палив нафтового походження викид токсичних речовин у таких двигунах значно нижчий порівняно з поршневими двигунами внутрішнього згоряння у результаті кращого сумішоутворення і безперервного горіння палива при достатній кількості кисню. Цим і пояснюється підвищений інтерес до цих двигунів.

Принцип роботи двигуна зовнішнього згоряння такий же, як і двигуна внутрішнього згоряння. Для одержання корисної роботи необхідно виконувати процес стиснення робочого тіла при низькій температурі (тобто і при меншому тискові), а процес розширення - при високій температурі (високому тискові).

Мал 1. Схема двигуна Стірлінга

Для здійснення цих процесів у двигуні Стірлінга (рис. 1) є дві порожнини - гаряча 5 і холодна 1 . Для переміщення робочого тіла із однієї порожнини в іншу використовується спеціальний

витискувач 6. При переміщенні робочого тіла із холодної порожнини в гарячу до нього в нагрівнику 4 підводиться теплота, при зворотному переміщенні в холодильнику 2 від нього відводиться теплота. Регенератор 3 застосовується для кращого використання теплоти і працює таким чином: при переміщенні робочого тіла з гарячої порожнини в холодну частина теплоти віддається в регенераторі, при зворотному переміщенні - від регенератора теплота повертається робочому тілу. Для стиску робочого тіла і сприйняття зусиль при його розширенні використовується робочий поршень 7.

Розглянемо робочий цикл двигуна Стірлінга (рис. 1).

У положенні «а» робоче тіло повністю витиснене з гарячої порожнини в холодну. В положенні «б» закінчується стиснення робочого тіла в холодній порожнині робочим поршнем. Далі витискувач 6 переміщує робоче тіло з холодної порожнини в гарячу, при цьому температура і тиск тіла підвищуються у результаті підведення до нього теплоти в регенераторі і нагрівачі (положення в). Робоче тіло переміщує витискувач і поршень вниз, виконуючи роботу за значенням більшу, ніж робота стиску (положення г). Потім витискувач переміщує робоче тіло з гарячої порожнини в холодну з відведенням теплоти в регенераторі і холодильнику і процес повторюється. На рис. 1, д показана схема двигуна Стірлінга з найбільш розповсюдженим ромбічним приводним механізмом, який забезпечує необхідні закони переміщення витискувача і робочого поршня. Крім того, такий механізм виключає виникнення бокових сил і дозволяє уникнути прориву газів під високим тиском в картер шляхом створення під робочим поршнем буферної порожнини із підвищеним тиском. Як робоче тіло в двигунах Стірлінга найбільш широко використовують водень і гелій, хоча останнім часом перевіряється можливість використання повітря і вуглекислого газу. Регулювання потужності двигунів здійснюється зміненням маси робочого тіла.

В наш час перспективними вважаються багатоциліндрові двигуни Стірлінга подвійної дії, у яких з'єднані гарячі і холодні порожнини різних циліндрів.

Переваги двигуна Стірлінга при використанні на автомобілях: високі ККД і питома потужність; високий (до 80% номінального) від'ємний крутний момент при гальмуванні; сприятливе протікання крутного моменту, що дозволяє спростити трансмісію; низька токсичність відпрацьованих газів; незначні вібрації і рівень шуму; можливість роботи на різних оливах і т.д.

Як вади двигунів Стірлінга, що стримують його широке розповсюдження, можуть бути названі висока вартість виготовлення, складність конструкції, невисока надійність ущільнень, недовговічність деяких вузлів. Ці недоліки поступово усуваються в процесі досліджень і розробки нових конструкцій.

3. Роторно-поршневі двигуни

Ідея створення роторно-поршневого двигуна, в якому ротор, що виконує функції поршня, здійснює обертальний або обертально-поступальний рух відносно корпуса, відома давно.

Детально робота роторно-поршневого двигуна описана в багатьох книгах, тому докладно розглянемо лише перспективи використання цих двигунів на транспорті. Роторно-поршневі двигуни порівняно з поршневими двигунами традиційних схем мають ряд переваг: менша металомісткість; менша на 35...40% кількість деталей; краща зрівноваженість, що дає можливість розвивати більш високу частоту обертання; більш низький рівень шуму. Однак цим двигунам властиві і недоліки, що роблять сумнівною перспективу широкого використання їх на автомобільному транспорті. Основним із них є більша експлуатаційна витрата палива. Поряд з цим у зв'язку з більшим відношенням поверхні камери згоряння до об'єму в роторно-поршневих двигунах має місце підвищений викид вуглеводів, у тому числі і канцерогенних. Тому спеціалісти вважають роторно-поршневі двигуни перспективними для мотоциклів, катерів, мотонарт.

4. Газотурбінні двигуни

Ідея створення газової турбіни виникла значно раніше ідеї створення поршневих двигунів внутрішнього згоряння.Роботи по створенню газотурбінних двигунів (ГТД) інтенсивно почали проводитись у 50-х роках нинішнього століття, коли за порівняно малий проміжок часу ГТД замінили поршневі ДВЗ практично в усіх областях авіації.

Створення досконалих авіаційних ГТД сприяло розгортанню робіт по створенню ГТД для автомобільного, залізничного та морського видів транспорту.

Підвищений інтерес до ГТД пояснюється рядом переваг порівняно з поршневими ДВЗ. До таких переваг належать: менші питома маса, габаритні розміри, краща залежність крутного моменту від частоти обертання, більш легкий запуск у холодну пору, менші вимоги до використовуваних палив, можливість отримання в одному агрегаті великих потужностей у результаті роботи на високих частотах обертання.

Недоліками ГТД, що перешкоджають широкому їх використанню на автомобілях, є недостатня паливна економічність, особливо на часткових навантажувальних режимах, висока вартість виготовлення. Основна

причина погіршення економічності ГТД порівняно з поршневими двигунами - нижча температура згоряння. Підвищити температуру неможливо через недостатню термостійкість деталей камери згоряння, направляючого апарату та турбінного колеса ГТД. Для підвищення паливної економічності ГТД при використанні на наземних машинах застосовується регенерація теплоти, тобто використання теплоти відпрацьованих газів, що виходять із колеса турбіни для підігріву стисненого в компресорі повітря, що поступає в камеру згоряння. У цьому випадку паливна економічність ГТД гірша, ніж у дизелях, і близька до економічності бензинових двигунів.

Одним із основних напрямків поліпшення економічності сучасних ГТД є використання кераміки для покриття або виготовлення деталей камери згоряння, направляючого апарату та колеса турбіни.

Використання кераміки дає можливість підвищити температуру газів на вході в турбіну вище 1400 К і значно поліпшити паливну економічність ГТД.

Аналіз, проведений щодо різних моделей автомобільних ГТД, показує, що по масових викидах шкідливих речовин, приведених до СО і віднесених до одиниці транспортної роботи, ГТД без регенерації теплоти в 3,0...3,8 разів менш токсичний, ніж дизель, і в 5,0...5,7 разів, ніж бензиновий двигун. Для ГТД із регенерацією ці значення відповідно менші в 4,1—5,4 разів і в 7...8 разів. У відпрацьованих газах ГТД практично нема альдегідів.

5. Парові двигуни

На початку нинішнього століття парові двигуни широко використовувалися на перших автомобілях. Однак цим двигунам були властиві такі недоліки: великі маса і габаритні розміри, ускладнений запуск, велика витрата води, складність регулювання. Ці та інші недоліки привели до того, що парові двигуни були повністю замінені на автомобілях швидко прогресуючими поршневими ДВЗ.

Останнім часом знову з'являється інтерес до парових двигунів, і вони часто розглядаються як один із можливих конкурентів поршневих ДВЗ при застосуванні на автомобілях. Пояснюється це декількома причинами. По-перше, за роки, що минули, техніка котлобудування зробила великий крок уперед. Розроблені однотрубні і плоскі котли з малою кількістю робочої рідини, що забезпечує зменшення маси і габаритних розмірів парових двигунів, легкий і надійний запуск, а також зменшення небезпеки вибуху котла. Якщо для запуску перших парових двигунів необхідно було більше 30 хв, то для сучасних двигунів цей процес скорочено до 15 с. Сучасні парові двигуни потребують дозаправки водою лише через 500 км пробігу. По-друге, за своїми масовими показниками та паливною економічністю ці двигуни наблизились до поршневих ДВЗ. Питома маса сучасного парового двигуна навіть дещо нижча, ніж дизеля, хоча значно перевищує масу бензинового ДВЗ. Однак необхідно врахувати, що більш сприятливе протікання кривої крутного моменту парового двигуна при зміні частоти обертання дозволяє використовувати на автомобілях такі двигуни з потужністю на 30...50% нижчою, ніж бензинові ДВЗ. Паливна економічність парових двигунів дещо гірша поршневих бензинових ДВЗ і знаходиться на рівні роторних ДВЗ. Токсичність на порядок нижча порівняно з поршневими ДВЗ.

6. Електричні двигуни

Відомо, що електродвигуни на транспорті використовуються давно. Ще в першій половині XIX століття були побудовані екіпажі, що рухались за допомогою електричної тяги. У подальшому з появою поршневих ДВЗ електродвигуни перестали використовуватися на