ДВС двигатель

Двигатель внутреннего сгорания: устройство и принципы работы 04.04.2017

Двигателем внутреннего сгорания называется разновидность тепловой машины, которая преобразует энергию, содержащуюся в топливе, в механическую работу. В большинстве случае используется газообразное или жидкое топливо, полученное путем переработки углеводородов. Извлечение энергии происходит в результате его сгорания.

Двигатели внутреннего сгорания имеют ряд недостатков. К ним относятся следующие:

  • сравнительно большие массогабаритные показатели затрудняют их перемещение и сужают сферу использования;
  • высокий уровень шума и токсичные выбросы приводят к тому, что устройства, работающие от двигателей внутреннего сгорания, могут лишь со значительными ограничениями использоваться в закрытых, плохо вентилируемых помещениях;
  • сравнительно небольшой эксплуатационный ресурс вынуждает довольно часто ремонтировать двигатели внутреннего сгорания, что связано с дополнительными затратами;
  • выделение в процессе работы значительного количества тепловой энергии обуславливает необходимость создания эффективной системы охлаждения;
  • из-за многокомпонентной конструкции двигатели внутреннего сгорания сложны в производстве и недостаточно надежны;
  • данный вид тепловой машины отличается высоким потреблением горючего.

Несмотря на все перечисленные недостатки двигатели внутреннего сгорания пользуются огромной популярностью, в первую очередь – благодаря своей автономности (она достигается за счет того, что топливо содержит в себе значительно большее количество энергии по сравнению с любой аккумуляторной батареей). Одной из основных областей их применения является личный и общественный транспорт.

Типы двигателей внутреннего сгорания

Поршневой двигатель внутреннего сгорания

Роторный двигатель внутреннего сгорания

Газотурбинный двигатель внутреннего сгорания

Когда речь идет о двигателях внутреннего сгорания, следует иметь в виду, что на сегодняшний день существует несколько их разновидностей, которые отличаются друг от друга конструктивными особенностями.

1. Поршневые двигатели внутреннего сгорания характеризуются тем, что сгорание топлива происходит в цилиндре. Именно он отвечает за преобразование той химической энергии, которая содержится в горючем, в полезную механическую работу. Чтобы добиться этого, поршневые двигатели внутреннего сгорания оснащаются кривошипно-ползунным механизмом, с помощью которого и происходит преобразование.

Поршневые двигатели внутреннего сгорания принято делить на несколько разновидностей (основанием для классификации служит используемое ими топливо).

В бензиновых карбюраторных двигателях образование топливовоздушной смеси происходит в карбюраторе (первый этап). Далее в дело вступают распыляющие форсунки (электрические или механические), местом расположения которых служит впускной коллектор. Готовая смесь бензина и воздуха поступает в цилиндр.

Там происходит ее сжатие и поджиг с помощью искры, которая возникает при прохождении электричества между электродами специальной свечи. В случае с карбюраторными двигателями топливовоздушной смеси присуща гомогенность (однородность).

Бензиновые инжекторные двигатели используют в своей работе иной принцип смесеобразования. Он основан на непосредственном впрыске горючего, которое напрямую поступает в цилиндр (для этого используются распыляющие форсунки, называемые также инжектором). Таким образом, образование топливовоздушной смеси, как и ее сгорание, осуществляется непосредственно в самом цилиндре.

Дизельные двигатели отличаются тем, что используют для своей работы особую разновидность топлива, называемую «дизельное» или просто «дизель». Для его подачи в цилиндр используется высокое давление. По мере того, как в камеру сгорания подаются все новые порции горючего, прямо в ней происходит процесс образования топливовоздушной смеси и ее моментальной сгорание. Поджиг топливовоздушной смеси происходит не с помощью искры, а под действием нагретого воздуха, который подвергается в цилиндре сильному сжатию.

Топливом для газовых двигателей служат различные углеводороды, которые при нормальных условиях пребывают в газообразном состоянии. Из этого следует, что для их хранения и использования требуется соблюдать особые условия:

  • Сжиженные газы поставляются в баллонах различного объема, внутри которых с помощью насыщенных паров создается достаточное давление, но не превышающее 16 атмосфер. Благодаря этому горючее находится в жидком состоянии. Для его перехода в пригодную для сжигания жидкую фазу используется специальное устройство, называемое испарителем. Понижение давления до уровня, который примерно соответствует нормальному атмосферному давлению, осуществляется в соответствии со ступенчатым принципом. В его основе лежит использование так называемого газового редуктора. После этого топливовоздушная смесь поступает во впускной коллектор (перед этим она должна пройти через специальный смеситель). В конце этого достаточно сложного цикла горючее подается в цилиндр для последующего поджига, осуществляемого с помощью искры, которая возникает при прохождении электричества между электродами специальной свечи.
  • Хранение сжатого природного газа осуществляется при гораздо более высоком давлении, которое находится в диапазоне от 150 до 200 атмосфер. Единственное конструктивное отличие данной системы от той, что описана выше, заключается в отсутствии испарителя. В целом принцип остается тем же.

Генераторный газ получают путем переработки твердого топлива (угля, горючих сланцев, торфа и т.п.). По своим основным техническим характеристикам он практически ничем не отличается от других видов газообразного топлива.

Газодизельные двигатели

Данная разновидность двигателей внутреннего сгорания отличается тем, что приготовление основной порции топливовоздушной смеси осуществляется аналогично газовым двигателям. Однако для ее поджига используется не искра, получаемая при помощи электрической свечи, а запальная порция топлива (ее впрыск в цилиндр осуществляется тем же способом, как и в случае с дизельными двигателями).

Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания

К данному классу относится комбинированная разновидность данных устройств. Ее гибридный характер находит свое отражение в том, что конструкция двигателя включает в себя сразу два важных конструктивных элемента: роторно-поршневую машину и одновременно — лопаточную машину (она может быть представлена компрессором, турбиной и т.д.). Обе упомянутых машины на равных принимают участие в рабочем процессе. В качестве характерного примера таких комбинированных устройств можно привести поршневой двигатель, оснащенный системой турбонаддува.

Особую категорию составляют двигатели внутреннего сгорания, для обозначения которых используется английская аббревиатура RCV. От других разновидностей они отличаются тем, что газораспределение в данном случае основывается на вращении цилиндра. При совершении вращательного движения топливо по очереди проходит выпускной и впускной патрубок. Поршень отвечает за движение в возвратно-поступательном направлении.

Поршневые двигатели внутреннего сгорания: циклы работы

Для классификации поршневых двигателей внутреннего сгорания также используется принцип их работы. По данному показателю двигатели внутреннего сгорания делятся на две большие группы: двух- и четырехтактные.

Двухтактный двигатель

Четырехтактный двигатель

Четырехтактные двигатели внутреннего сгорания используют в своей работе так называемый цикл Отто, который включает в себя следующие фазы: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Следует добавить, что рабочий ход состоит не из одного, как остальные фазы, а сразу из двух процессов: сгорание и расширение.

Наиболее широко применяемая схема, по которой осуществляется рабочий цикл в двигателях внутреннего сгорания, состоит из следующих этапов:

1. Пока происходит впуск топливовоздушной смеси, поршень перемещается между верхней мертвой точкой (ВМТ) и нижней мертвой точкой (НМТ). В результате этого внутри цилиндра освобождается значительное пространство, в которое и поступает топливовоздушная смесь, заполняя его.

Всасывание топливовоздушной смеси осуществляется за счет разности давления, существующего внутри цилиндра и во впускном коллекторе. Толчком к поступлению топливовоздушной смеси в камеру сгорания служит открытие впускного клапана. Этот момент принято обозначать термином «угол открытия впускного клапана» (φа).

При этом следует иметь в виду, что в цилиндре на этот момент уже содержаться продукты, оставшиеся после сгорания предыдущей порции горючего (для их обозначения используется понятие остаточных газов). В результате их смешения с топливовоздушной смесью, называемой на профессиональном языке свежим зарядом, образуется рабочая смесь. Чем успешнее протекает процесс ее приготовления, тем более полно сгорает топливо, выделяя при этом максимум энергии.

В результате растет кпд двигателя. В связи с этим еще на этапе конструирования двигателя особое внимание уделяется правильному смесеобразованию. Ведущую роль играют различные параметры свежего заряда, включая его абсолютную величину, а также удельную долю в общем объеме рабочей смеси.

2. При переходе к фазе сжатия оба клапана закрываются, а поршень совершает движение в обратном направлении (от НМТ к ВМТ). В результате надпоршневая полость заметно уменьшается в объеме. Это приводит к тому, что содержащаяся в ней рабочая смесь (рабочее тело) сжимается. За счет этого удается добиться того, что процесс сгорания топливовоздушной смеси протекает более интенсивно. От сжатия также зависит такой важнейший показатель, как полнота использования тепловой энергии, которая выделяется при сжигании горючего, а следовательно – и эффективность работы самого двигателя внутреннего сгорания.

Для увеличения этого важнейшего показателя конструкторы стараются проектировать устройства, обладающие максимально возможной степенью сжатия рабочей смеси. Если мы имеем дело с ее принудительным зажиганием, то степень сжатия не превышает 12. Если же двигатель внутреннего сгорания работает на принципе самовоспламенения, то упомянутый выше параметр обычно находится в диапазоне от 14 до 22.

3. Воспламенение рабочей смеси дает старт реакции окисления, которая происходит благодаря кислороду воздуха, входящему в ее состав. Этот процесс сопровождается резким ростом давления по всему объему надпоршневой полости. Поджиг рабочей смеси осуществляется при помощи электрической искры, которая имеет высокое напряжение (до 15 кВ).

Ее источник располагается в непосредственной близости от ВМТ. В этой роли выступает электрическая свеча зажигания, которую вворачивают в головку цилиндра. Однако в том случае, если поджиг топливовоздушной смеси осуществляется посредством горячего воздуха, предварительно подвергнутого сжатию, наличие данного конструктивного элемента является излишним.

Вместо него двигатель внутреннего сгорания оснащается особой форсункой. Она отвечает за поступление топливовоздушной смеси, которая в определенный момент подается под высоким давлением (оно может превышать 30 Мн/м²).

4. При сгорании топлива образуются газы, которые имеют очень высокую температуру, а потому неуклонно стремятся к расширению. В результате поршень вновь перемещается от ВМТ к НМТ. Это движение называется рабочим ходом поршня. Именно на этом этапе происходит передача давления на коленчатый вал (если быть точнее, то на его шатунную шейку), который в результате проворачивается. Этот процесс происходит при участии шатуна.

5. Суть завершающей фазы, которая называется впуском, сводится к тому, что поршень совершает обратное движение (от НМТ к ВМТ). К этому моменту открывается второй клапан, благодаря чему отработавшие газы покидают внутреннее пространство цилиндра. Как уже говорилось выше, части продуктов сгорания это не касается. Они остаются в той части цилиндра, откуда поршень их не может вытеснить. За счет того, что описанный цикл последовательно повторяется, достигается непрерывный характер работы двигателя.

Если мы имеем дело с одноцилиндровым двигателем, то все фазы (от подготовки рабочей смеси до вытеснения из цилиндра продуктов сгорания) осуществляется за счет поршня. При этом используется энергия маховика, накапливаемая им в течение рабочего хода. Во всех остальных случаях (имеются в виду двигатели внутреннего сгорания с двумя и более цилиндрами) соседние цилиндры дополняют друг друга, помогая выполнять вспомогательные ходы. В связи с этим из их конструкции без малейшего ущерба может быть исключен маховик.

Чтобы было удобнее изучать различные двигатели внутреннего сгорания, в их рабочем цикле вычленяют различные процессы. Однако существует и противоположный подход, когда сходные процессы объединяют в группы. Основой для подобной классификации служит положение поршня, которое он занимает в отношении обеих мертвых точек. Таким образом, перемещения поршня образуют тот отправной пункт, отталкиваясь от которого, удобно рассматривать работу двигателя в целом.

Важнейшим понятием является «такт». Им обозначают ту часть рабочего цикла, которая укладывается во временной промежуток, когда поршень перемещается от одной смежной мертвой точки к другой. Такт (а вслед за ним и весь соответствующий ему ход поршня) называется процессом. Он играет роль основного при перемещении поршня, которое происходит между двумя его положениями.

Если переходить к тем конкретным процессам, о которых мы говорили выше (впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск), то каждый из них четко приурочен к определенному такту. В связи с этим в двигателях внутреннего сгорания принято различать одноименные такты, а вместе с ними – и ходы поршня.

Выше мы уже говорили о том, что наряду с четырехтактными существуют и двухтактные двигатели. Однако независимо от количества тактов рабочий цикл любого поршневого двигателя состоит из пяти упомянутых выше процессов, а в его основе лежит одна и та же схема. Конструктивные особенности в данном случае не играют принципиальной роли.

Дополнительные агрегаты для двигателей внутреннего сгорания

Важный недостаток двигателя внутреннего сгорания заключается в достаточно узком диапазоне оборотов, в котором он способен развивать значительную мощность. Чтобы компенсировать этот недостаток, двигатель внутреннего сгорания нуждается в дополнительных агрегатах. Самые важные из них – стартер и трансмиссия.

Наличие последнего устройства не является обязательным условием лишь в редких случаях (когда, к примеру, речь идет о самолетах). В последнее время все привлекательнее становится перспектива создать гибридный автомобиль, чей двигатель мог бы постоянно сохранять оптимальный режим работы.

К дополнительным агрегатам, обслуживающим двигатель внутреннего сгорания, относится топливная система, которая осуществляет подачу горючего, а также выхлопная система, необходимая для того, чтобы отводить отработавшие газы.

Рядный четырехцилиндровый двигатель Ford со снятой головкой блока цилиндров Разрезом Рено-Ниссан M9R 2,0 л прямо-4 DOHC общий дизельный двигатель рельса

Четырёхцилиндровый двигатель или прямые четыре двигатель четыре цилиндра двигатель внутреннего сгорания , в котором цилиндры установлены по прямой линии или плоскости вдоль картера . Один блок цилиндров может быть ориентирован либо в вертикальной, либо в наклонной плоскости, при этом все поршни приводят в движение общий коленчатый вал . Там, где он наклонен, его иногда называют косой четверкой . В таблице спецификаций или при использовании аббревиатуры двигатель inline-four указывается как I4 или L4 (для продольного , чтобы избежать путаницы между цифрой 1 и буквой I).

Четырехрядная компоновка идеально сбалансирована и придает механическую простоту, что делает ее популярной для автомобилей эконом-класса . Однако он страдает вторичным дисбалансом, который вызывает незначительные вибрации в двигателях меньшего размера и более сильные вибрации по мере увеличения объема и мощности двигателя. Таким образом, более мощные двигатели, используемые в более крупных автомобилях, как правило, представляют собой более сложные конструкции с более чем четырьмя цилиндрами.

Сегодня почти все производители четырехцилиндровых автомобильных двигателей производят рядный четырехцилиндровый двигатель , за исключением четырехцилиндровых двигателей Subaru и Porsche 718 , так что четырехцилиндровый обычно является синонимом и более широко используемым термином, чем рядный четырехцилиндровый двигатель . Рядный четырехцилиндровый двигатель является наиболее распространенной конфигурацией двигателя в современных автомобилях, а двигатель V6 — вторым по популярности. В конце 2000-х (десятилетие) из-за строгих правительственных постановлений, требующих сокращения выбросов от транспортных средств и повышения топливной экономичности , доля новых автомобилей, проданных в США с четырехцилиндровыми двигателями (в основном рядного четырехцилиндрового типа), выросла с 30 процентов до 47 процентов в период с 2005 по 2008 год, особенно в автомобилях среднего размера, где все меньше покупателей выбирают вариант с двигателем V6.

Смещение

Эта конфигурация чаще всего используется для бензиновых двигателей объемом до 3,0 л. Porsche , например, использовал 3,0-литровую четверку в своих 944 S2 и 968 спортивных автомобилях. Серийные автомобили с рядными четырехцилиндровыми двигателями объемом более 3,0 л включали Ford Model A 1927 года (3,3 л (201 куб. Дюйм)), International Harvester Scout 1965-1980 гг. (3,2 л (195 куб. Дюймов)), Pontiac Tempest 1961-1963 гг. (3,2 л (195 куб. Дюймов) двигатель Pontiac Trophy 4 ) и, в меньших количествах, Bentley 1927-1931 4½ литра . Несколько очень ранних автомобилей имели рядные четыре двигателя с гораздо большим рабочим объемом, в том числе Blitzen Benz 1910 года (21,5 л (1312 куб. Дюймов)) и 1911 Fiat S76 Record (28,4 л (1733 куб. Дюймов)).

Рядные четырехцилиндровые дизельные двигатели, которые имеют меньшее число оборотов, чем бензиновые, часто превышают 3,0 л. Mitsubishi по- прежнему использует рядный четырехцилиндровый турбодизель объемом 3,2 л в своем Pajero (называемом Shogun или Montero на некоторых рынках), а также у нескольких производителей легких коммерческих автомобилей. а большие полноприводные автомобили, такие как Fiat Powertrain Technologies , Isuzu , Nissan , Tata Motors и Toyota, используют рядный четырехцилиндровый дизель объемом 3,0 л.

Более крупные рядные четырехцилиндровые двигатели используются в промышленных приложениях, например, в небольших грузовиках и тракторах , часто встречаются с рабочим объемом до 5 л. Дизельные двигатели для стационарных, морских и локомотивных целей (которые работают на низких скоростях) производятся в большом количестве. большие размеры.

Как правило, европейские и азиатские производители грузовиков с полной массой от 7,5 до 18 тонн используют рядные четырехцилиндровые дизельные двигатели с рабочим объемом около 5 л. Двигатель MAN D0834 представляет собой рядный четырехцилиндровый двигатель объемом 4,6 л и мощностью 220 л.с. (164 кВт). и 627 фунт-футов (850 Нм), который доступен для легких грузовиков MAN TGL и автодомов VARIOmobil. Isuzu Форвард является средней грузоподъемности грузовик , который доступен с 5,2 L рядный четыре двигатель , который обеспечивает 210 л.с. (157 кВт) и 470 (640 lb⋅ft Нм). Hino Ranger является средней грузоподъемности грузовик , который доступен с 5,1 л четырёхцилиндровый двигатель , который обеспечивает 175 л.с. (130 кВт) и 465 lb⋅ft (630 Нм). Более ранний Hino Ranger имел даже рядный четырехцилиндровый двигатель объемом 5,3 л.

Kubota M135X является трактор с 6,1 л рядный четыре. Этот турбодизельный двигатель имеет диаметр цилиндра 118 мм (4,6 дюйма) и относительно длинный ход поршня 140 мм (5,5 дюйма).

Одним из самых сильных двигателей Powerboat-4 с цилиндрами является турбодизель Volvo Penta D4-300. Это 3,7-литровый рядный 4-цилиндровый двигатель мощностью 300 л.с. (224 кВт) и 516 фунт-футов (700 Нм).

Brunswick Marine построила 4-цилиндровый бензиновый двигатель мощностью 127 кВт (170 л.с.) 3,7 л (обозначенный как «470») для линейки двигателей Mercruiser Inboard / Outboard . Блок был сформирован из половины двигателя Ford V8 объемом 460 кубических дюймов. Этот двигатель производился в 1970-1980-х годах.

Одним из крупнейших рядных четырехцилиндровых двигателей является судовой двигатель MAN B&W 4K90. Этот двухтактный турбодизель имеет гигантский рабочий объем 6 489 л. Это результат массивного диаметра цилиндра 0,9 метра и хода 2,5 метра. Двигатель 4K90 развивает 18 280 кВт (24 854 л.с., 24 514 л.с.) при 94 об / мин и весит 787 тонн.

Самый большой дорожный рядный 4-цилиндровый турбодизельный двигатель — это Detroit Diesel Series 50 с рабочим объемом 8,5 л. Он широко используется в различных областях, таких как автобусы , грузовики и т. Д. Номинальная мощность варьировалась от 250 до 350 л.с. Он производился с 1994 по 2005 год. Серия 50 также продавалась как серия 50G для версий на КПГ и СПГ .

Объем двигателя также может быть очень маленьким, как в кей-карах, продаваемых в Японии , таких как серия Subaru EN ; двигатели, которые начинали с 550 куб.см, а в настоящее время — 660 куб.см, с регулируемыми фазами газораспределения , DOHC и нагнетателями, что приводит к двигателям, которые часто требуют разрешенного максимума в 64 л.с. (47 кВт; 63 л.с.). Двигатель Toyota 8NR-FTS объемом 1,2 л с турбонаддувом и прямым впрыском развивает максимальную выходную мощность 114 л.с. (85 кВт) и максимальный крутящий момент 190 Нм (140 фунт-фут) на низких оборотах (1500 об / мин).

Баланс и плавность

Сгенерированное компьютером изображение, показывающее основные внутренние движущиеся части рядного четырехцилиндрового двигателя с двумя верхними распределительными валами с ременным приводом и 4 клапанами на цилиндр.

Рядный четырехцилиндровый двигатель намного более плавный, чем одно- или двухцилиндровые двигатели, и это привело к тому, что он стал предпочтительным двигателем для большинства экономичных автомобилей в течение многих лет. Его заметным преимуществом является отсутствие качающейся вибрации, а отсутствие необходимости в тяжелых противовесах упрощает спортивный стиль (быстрое увеличение и уменьшение оборотов). Однако он имеет тенденцию проявлять вторичный дисбаланс на высоких оборотах, потому что два поршня всегда движутся вместе, что делает дисбаланс вдвое сильнее, чем в других конфигурациях без них.

Скорость поршня

Равномерно работающий рядный четырехцилиндровый двигатель находится в первичном балансе, потому что поршни движутся парами, и одна пара поршней всегда движется вверх, а другая пара движется вниз. Однако ускорение и замедление поршня больше в верхней половине вращения коленчатого вала, чем в нижней половине, потому что шатуны не бесконечно длинные, что приводит к несинусоидальному движению . В результате два поршня всегда ускоряются быстрее в одном направлении, в то время как два других ускоряются медленнее в другом направлении, что приводит к вторичному динамическому дисбалансу, вызывающему вертикальную вибрацию при удвоенной частоте вращения коленчатого вала. Этот дисбаланс характерен для всех поршневых двигателей, но особенно сильно он проявляется у рядных четырехцилиндровых двигателей, поскольку два поршня всегда движутся вместе.

Причина более высокой скорости поршня во время поворота на 180 ° от среднего хода через верхнюю мертвую точку и обратно к середине хода заключается в том, что здесь незначительный вклад в движение поршня вверх / вниз из-за изменения угла шатуна. имеет то же направление, что и основной вклад в движение поршня вверх / вниз за счет движения вверх / вниз шатунной шейки. Напротив, во время поворота на 180 ° от середины хода через нижнюю мертвую точку и обратно к середине хода незначительный вклад в движение поршня вверх / вниз от изменения угла шатуна имеет направление, противоположное главному вкладу. движению поршня вверх / вниз от движения пальца кривошипа вверх / вниз.

Сила этого дисбаланса определяется 1. возвратно-поступательной массой, 2. отношением длины шатуна к ходу и 3. ускорением движения поршня. Таким образом, двигатели малого объема с легкими поршнями малоэффективны, а в гоночных двигателях используются длинные шатуны. Однако этот эффект экспоненциально растет с увеличением частоты вращения коленчатого вала. См. Статью о кросспланах, чтобы узнать о необычных конфигурациях с рядными четырьмя линиями.

Использование балансирного вала

Большинство инлайн-четыре двигателя ниже 2,0 л в смещениях опирается на демпфирующий эффекте их крепление двигателя для уменьшения вибрации до приемлемых уровней. При объемах более 2,0 л в большинстве теперь используются балансирные валы для устранения вторичных колебаний . В системе, изобретенной доктором Фредериком В. Ланчестером в 1911 году, рядный четырехцилиндровый двигатель использует два уравновешивающих вала, вращающихся в противоположных направлениях с удвоенной скоростью коленчатого вала, чтобы компенсировать разницу в скорости поршня. В 1970-х годах компания Mitsubishi Motors запатентовала размещение балансирных валов на разной высоте, чтобы противодействовать паре качения второго порядка (то есть вокруг оси коленчатого вала) из-за крутящего момента, создаваемого инерцией четырех поршней, движущихся и останавливающихся вместе. Porsche , Fiat , Saab и Chrysler были среди компаний, которые лицензировали эту технологию у Mitsubishi.

Было множество примеров более крупных рядных четырехцилиндровых двигателей без балансирных валов, таких как двигатель Citroën DS 23 объемом 2347 куб. См, производный от двигателя Traction Avant, двигатель Austin 1948 года объемом 2660 куб. См, использовавшийся в Austin-Healey 100 и Austin Atlantic , 3,3-литровый двигатель с плоской головкой, используемый в Ford Model A (1927) , и 2,5-литровый двигатель GM Iron Duke, используемый в ряде американских легковых и грузовых автомобилей. Советские / российские автомобили ГАЗ Волга и внедорожники, фургоны и легкие грузовики УАЗ использовали алюминиевые рядные четырехцилиндровые двигатели с большим диаметром цилиндра (2,5 или более поздние версии 2,9 л) без балансира с 1950-х по 1990-е годы. Эти двигатели, как правило, были результатом длительного процесса постепенного развития, и их мощность оставалась низкой по сравнению с их мощностью. Однако силы увеличиваются пропорционально квадрату частоты вращения двигателя — то есть удвоение скорости делает вибрацию в четыре раза более сильной — поэтому некоторые современные высокоскоростные рядные четверки, как правило, с рабочим объемом более 2,0 литров, нуждаются в большей степени. использовать балансирные валы для компенсации вибрации.

Не перекрывающиеся силовые удары

Анимация движка Inline-Four

У четырехцилиндровых двигателей также есть проблема плавности хода, заключающаяся в том, что рабочие ходы поршней не перекрываются. С четырьмя цилиндрами и четырьмя тактами для завершения в четырехтактном цикле каждый поршень завершает свой рабочий ход до того, как следующий поршень начинает новый рабочий ход, в результате чего возникает пауза между каждым рабочим ходом и пульсирующей подачей мощности. В двигателях с большим количеством цилиндров рабочие ходы перекрываются, что дает им более плавную передачу мощности и меньшую крутильную вибрацию, чем у четырехцилиндрового двигателя . В результате пяти-, шести-, восьми-, десяти- и двенадцатицилиндровые двигатели обычно используются в более роскошных и дорогих автомобилях.

Преимущества

Четырехцилиндровые двигатели, которые часто называют «четырехцилиндровыми», действительно предлагают некоторые преимущества: рядный четырехцилиндровый блок из сплава обычно небольшой, компактный и легкий, что снижает общую массу автомобиля, что обычно приводит к повышению топливной экономичности в городских условиях. цикл. Небольшой вес рядного четырехцилиндрового двигателя также позволяет легко снимать и устанавливать при необходимости технического обслуживания или капитального ремонта.

По сравнению с V6 или V8, рядная четверка, как правило, будет иметь несколько более низкие потери на трение при сопоставимых оборотах двигателя из-за меньшего количества поршней, шатунов и подшипников, хотя более низкие потери на трение компенсируются необходимостью поворота рядной четверки. быстрее, чем двигатель большего размера, чтобы производить эквивалентную мощность. В дизельном двигателе это не проблема, поэтому рядные 4-цилиндровые двигатели могут быть увеличены до 5 литров в коммерческих автомобилях.

Рядный 4-цилиндровый двигатель, использующий 4-тактный цикл «Отто», всегда будет иметь один цилиндр на рабочем такте, что является большим преимуществом по сравнению с 1-, 2- или 3-цилиндровым двигателем, когда в определенные моменты времени рабочий ход не происходит. Рядный 4-цилиндровый двигатель имеет только одну головку блока цилиндров, что является большим преимуществом перед техобслуживанием и техническим обслуживанием по сравнению с угловым двигателем Vee с 2-мя головками цилиндров, и, следовательно, рядный 4-цилиндровый двигатель имеет меньшую вероятность проблем с надежностью, поскольку меньше потерь на трение, которые могут вызвать такие проблемы, как как перегрев и проблемы с прокладкой головки (см. выше). Двигатель V6 имеет плохой первичный и вторичный баланс и требует широкого использования балансирных валов и подавления гармоник, которые снижают предельную мощность двигателя.

Небольшой 2-литровый 4-цилиндровый двигатель с турбонаддувом, работающий при давлении 2,0 бара, имеет фактически такую ​​же выходную мощность, что и 4-литровый V8 без наддува, хотя и с огромным преимуществом крутящего момента в среднем диапазоне (потому что автомобиль с турбонаддувом меньше зависит от воздуха в среднем диапазоне мощность в отличие от атмосферного двигателя) и явное преимущество в мощности на большой высоте. По этой причине Lotus и Ford-Cosworth с большим успехом в автоспорте разработали двухлитровые высокооборотные агрегаты с турбонаддувом и небольшой мощностью. Lotus выиграл чемпионат IMSA Bridgestone Supercar в 1992 году на своем Esprit X180R (Type 106) мощностью 350+ л.с., управляемом Доком Банди, победив своих конкурентов Corvette, Porsche, Mazda и Nissan благодаря сочетанию легкого легкого шасси и крутящего момента 4-цилиндрового двигателя с принудительным впуском. Ford-Cosworth разработал Sierra RS Cosworth для соревнований с его мощным, но легким 2-литровым рядным двигателем 4 с турбокомпрессорами и промежуточными охладителями, он выиграл чемпионаты по кузовным гонкам в Великобритании, Австралии, Германии, Японии и Новой Зеландии. Рядный 4 YB от Cosworth производил около 500 л.с. при 10 000–11 000 об / мин и одержал победы в гонках Spa 24 Hours, Bathurst и RAC Tourist Trophy среди других, победив своих конкурентов с V6, V8 и рядным 6-цилиндровым двигателем, главным образом из-за своего небольшого 2-литрового двигателя. Блок может быть установлен дальше за линией передней оси в шасси Sierra, что дает ему эффективную конфигурацию двигателя со средним расположением двигателя с результирующим лучшим центром тяжести и соответствующим центром давления (аэробаланс), что дает более равный баланс прижимной силы между передний и задний мосты.

Примечательным рядным четырехцилиндровым двигателем является 1,5-литровый двигатель Формулы-1 BMW Megatron M12, выигравший в 1983 году чемпионат мира среди водителей, установленный на шасси Brabham BT52, управляемом Нельсоном Пике. Во второй половине сезона Формулы-1 1983 года BMW был способен развивать мощность более 800 л.с. в квалификации, а в гоночной комплектации мощность обычно составляла от 640 до 700 л.с., в зависимости от того, какой импульс использовали гонщики.

Использование в автомобиле

Известные серийные рядные четырехцилиндровые двигатели

Двигатель Ford Model T 1970 Alfa Romeo 1750 GTV двигатель

Самый маленький рядный четырехцилиндровый двигатель производился на Mazda P360 Carol kei 1962–1970 годов . Mazda DA с рабочим объемом всего 358 куб. См была обычным, но крошечным двигателем с толкателем . С 1963 по 1967 год Honda производила рядный четырехцилиндровый двигатель объемом 356 куб. См (21,7 куб. Дюймов) для грузовика T360 . Рядные четырехцилиндровые мотоциклетные двигатели имеют объем до 250 куб. См, например, в Honda CBR250 .

Однако большинство рядных четырехцилиндровых двигателей имели рабочий объем более 700 куб. См (43 куб. Дюйма). Практический верхний предел может быть установлен в диапазоне 2,5 л для современных серийных автомобилей. Более крупные двигатели (до 6,1 л) были замечены в тракторах (Kubota M135X) и грузовиках средней грузоподъемности (Isuzu Forward, Hino Ranger), особенно на дизельном топливе (одним из самых мощных является двигатель MAN D0834 мощностью 220 л.с. (164 кВт). ) и 627 фунт-фут (850 Нм)). Использование уравновешивающих валов позволило Порше использовать 3,0 л (2990 куб.см) встроенный четыре двигатель на дорожных машинах сначала в 944 S2 , но самый большой современный не-дизель был 3186 куб.см (194,4 у.е. в) Понтиаке инлайн-4 произведены от половины 6 373 куб. см (388,9 куб. дюймов) V8 Division для дебютной модели Tempest 1961 года .

Самый большой серийно производимый рядный четырехцилиндровый двигатель в автомобиле в настоящее время имеет Mitsubishi Pajero 3.2 DI-D с рядным четырехцилиндровым двигателем объемом 3200 куб.см, мощностью 165 л.с. (123 кВт) при 3500 об / мин (в Европе — 200 л.с.) и 381 Нм. Мкм (281 фунт-фут) при 2000 об / мин. Двигатель имеет диаметр цилиндра 98,5 мм (3,9 дюйма) и ход поршня 105 мм (4,1 дюйма).

В настоящее время одним из крупнейших в производстве рядных четырехцилиндровых двигателей является двигатель Vortec 2900 компании General Motors, который устанавливается на небольшие пикапы GMC Canyon и Chevrolet Colorado. Он имеет тот же диаметр цилиндра 95,5 мм (3,8 дюйма) и ход 102 мм (4,0 дюйма), что и более крупный рядный двигатель Vortec 3700. Последняя версия Vortec 2900, LLV, имеет объем 2,9 л (2921 см3, 178 дюймов3) и производит 185 л.с. (138 кВт) при 5600 оборотах в минуту и ​​195 фунт-фут (264 Нм) при 2800 оборотах в минуту. Красная линия двигателя — 6300 об / мин. Другой примером большого рядные четыре двигателя является русским 2,89 л УМЗА серии 421 УМЗ двигатель.

В начале 20 века двигатели большей мощности существовали как в дорожных, так и в спортивных автомобилях. Из-за отсутствия правил ограничения рабочего объема производители позволили увеличить объем двигателя. Чтобы добиться мощности более 100 л.с. (75 кВт), большинство производителей двигателей просто увеличивали рабочий объем двигателя, который иногда мог достигать более 10,0 л. Самым большим рядным четырехцилиндровым двигателем, когда-либо созданным, был 28,3-литровый двигатель, использовавшийся в гоночном автомобиле Fiat S76 1911 года. Эти двигатели работали на очень низких оборотах, часто менее 1500 об / мин максимальной, и имели удельную мощность около 10 л.с. / л. Тракторная промышленность США, как сельскохозяйственная, так и промышленная, полагалась на большие четырехцилиндровые силовые агрегаты до начала 1960-х годов, когда конструкция с шестью цилиндрами стала популярной. International Harvester построила большой 5,7-литровый (350 CID) четырехцилиндровый двигатель для своих тракторов серии WD-9.

Другие технологически или исторически известные двигатели, использующие эту конфигурацию, включают:

  • Двигатель Alfa Romeo Twin Cam — один из первых серийных двигателей с двумя распредвалами, выпускаемых с 1954 года. Также первый серийный двигатель с регулируемыми фазами газораспределения .
  • Двигатель BMC A-Series — первый двигатель, который будет использоваться в поперечной трансмиссии, приводящей в движение передние колеса серийного автомобиля ( Mini ).
  • Chevrolet Cosworth Twin-Cam Vega — 2,0 л, полностью алюминиевый (блок и головка), DOHC, 16 клапанов, электронный впрыск топлива, коллектор из нержавеющей стали.
  • Dodge A853 — турбодвигатель с промежуточным охлаждением от SRT-4 , установил рекорд наземной скорости для серийных 4-цилиндровых автомобилей на соляных равнинах Бонневилля .
  • Двигатель Fiat Twin Cam — один из первых серийных двигателей с двойным кулачком, выпускаемый с 1959 года.
  • Двигатель Ford Model T — один из самых массовых двигателей в мире.
  • Двигатель GM Quad-4 — двигатель Oldsmobile с двумя распредвалами, предлагаемый в небольших спортивных автомобилях GM.
  • Двигатель Honda ED — первое использование технологии Honda CVCC .
  • Двигатель Honda F20C — его мощность 250 л.с. (180 кВт; 250 л.с.) объемом 2,0 л была наивысшей удельной мощностью для своего времени, особенно примечательной тем, что он достиг этого без принудительной индукции .
  • Двигатель Mitsubishi Sirius — включает 4G63, который имеет самую высокую удельную мощность среди серийных двигателей с турбонаддувом в мире с Lancer Evolution FQ-400, доступным в Великобритании (202,9 л.с. / л).
  • Двигатель Triumph Slant-4 — первый серийный многоклапанный двигатель для Triumph и первый турбомотор для Saab .
  • Двигатель Willys L-134 — прозванный двигателем Go Devil. Работают на время Второй мировой войны Jeep и послевоенные модели. В частности, под квадратным сечением, с диаметром отверстия 3,125 дюйма (79,4 мм) и ходом поршня 4,375 дюйма (111,1 мм).

В конце 2000-х (десятилетие), когда автопроизводители прилагали усилия для повышения топливной эффективности и сокращения выбросов из-за высокой цены на масло и экономического спада, доля новых автомобилей с рядными четырехцилиндровыми двигателями значительно увеличилась за счет Двигатели V6 и V8. Это особенно очевидно в автомобилях среднего размера, где все меньше покупателей выбирают варианты исполнения V6.

Гоночное использование

Двигатель BMW Formula One M12 / 13 , рядный 4- цилиндровый двигатель объемом 1500 куб. См с турбонаддувом

В 1913 году Peugeot, управляемый Жюлем Гу, выиграл гонку Indianapolis 500 . Этот автомобиль был оснащен рядным четырехцилиндровым двигателем, разработанным Эрнестом Генри . Эта конструкция очень повлияла на гоночные двигатели, так как впервые в ней были установлены двойные верхние распредвалы ( DOHC ) и четыре клапана на цилиндр, компоновка, которая до сегодняшнего дня стала стандартом для гоночных четырехрядных двигателей.

Этот Peugeot был продан американскому водителю «Дикому Бобу» Берману, у которого сломался двигатель в 1915 году. Поскольку Peugeot не мог поставить новый двигатель во время Первой мировой войны, Берман попросил Гарри Арминиуса Миллера построить новый двигатель. Вместе с Джоном Эдвардом и Фредом Оффенхаузером Миллер создал рядный четырехцилиндровый двигатель в стиле Peugeot. Это была первая версия двигателя, которая доминировала в Indianapolis 500 до 1976 года под маркой Miller, а затем и Offenhauser . Offenhausers одержали пять побед подряд в Индианаполисе с 1971 по 1976 год, и только в 1981 году они были вытеснены из конкурентов такими двигателями, как двигатель Cosworth V8 .

Многие автомобили, выпущенные для предвоенных гонок категории Voiturette Grand Prix, использовали рядные четырехцилиндровые двигатели. Двигатели с наддувом объемом 1,5 л нашли свое применение в таких автомобилях, как Maserati 4CL и различные модели английских гоночных автомобилей (ERA). Они были возрождены после войны и легли в основу того, что позже стало Формулой-1 , хотя в первые годы Формулы-1 доминировали рядные восьмицилиндровые Alfett с наддувом.

Другой двигатель, сыгравший важную роль в истории гонок, — это рядный четырехцилиндровый двигатель Ferrari, разработанный Аурелио Лампреди . Этот двигатель был первоначально разработан как 2-литровый двигатель Формулы 2 для Ferrari 500, но затем был увеличен до 2,5 литров для участия в гонках Формулы-1 на Ferrari 625. Для гонок на спортивных автомобилях объем был увеличен до 3,4 литра для Ferrari 860 Monza.

Еще одним очень успешным двигателем был рядный четырехцилиндровый двигатель Coventry Climax, первоначально разработанный Уолтером Хассаном как 1,5-литровый двигатель Формулы 2. Увеличенный до 2,0 л для Формулы-1 в 1958 году, он превратился в большой 2495 куб.см FPF, который выигрывал чемпионат Формулы-1 на шасси Cooper в 1959 и 1960 годах.

В Формуле-1 в 80-е годы преобладали автомобили с турбонаддувом объемом 1500 куб. Модель BMW M12 / 13 с турбонаддувом примечательна своей эпохой высоким давлением наддува и производительностью. Чугунный блочный 4-цилиндровый двигатель Формулы-1 с турбонаддувом, основанный на стандартном двигателе BMW M10, представленном в 1961 году, приводил в движение автомобили Формулы-1 Brabham, Arrows и Benetton и выигрывал чемпионат мира в 1983 году. В 1986 и 1987 годах эта версия. M12 / 13/1 был наклонен в сторону на 72 ° для использования в чрезвычайно низком Brabham BT55 . К сожалению, конструкция не удалась, вероятно, из-за проблем с охлаждением в тесном отсеке. В квалификации двигатель 1986 года выдавал около 1300 л.с. (969 кВт).

С 2010 по 2012 год в серии GP3 использовался рядный четырехцилиндровый двигатель объемом 2,0 л (122 куб.дюйма) с турбонаддувом, разработанный Renault Sport с максимальной мощностью 280 л.с.

Инлайн-четыре двигателя также используются в MotoGP по Suzuki (с 2015 года ) и Yamaha (с 2002 года ) команд. В 2010 году , когда был представлен четырехтактный класс Moto2, двигатели для этого класса представляли собой рядный четырехцилиндровый двигатель объемом 600 куб. См (36,6 куб. Дюймов), произведенный компанией Honda на базе CBR600RR с максимальной выходной мощностью 110 кВт (150 л.с.). . Начиная с 2019 года , двигатели были заменены трехместным двигателем Triumph объемом 765 куб. См (46,7 куб. Дюймов) .

В 2019 году Deutsche Tourenwagen Masters (DTM) перешли на использование рядных четырехцилиндровых двигателей объемом 2,0 л (122 куб. Дюйма) с турбонаддувом.

Использование мотоцикла

Смотрите также: Двигатель мотоцикла Двигатель Honda CB750

Бельгийский производитель оружия FN Herstal , производивший мотоциклы с 1901 года, начал производить первые мотоциклы с рядными четырехцилиндровыми двигателями в 1905 году. Двигатель FN Four был установлен вертикально, а коленвал — продольно . Другие производители, которые использовали эту схему, включали Pierce , Henderson , Ace , Cleveland и Indian в США, Nimbus в Дании, Windhoff в Германии и Wilkinson в Великобритании.

Первым поперечно-рамным 4-цилиндровым мотоциклом стал гоночный Gilera 500 Rondine 1939 года , он также имел двойные распределительные валы, нагнетатель и жидкостное охлаждение . Современные рядные четыре мотоциклетных двигатели первые стали популярными с Honda «s SOHC CB750 введены в 1969 году, и другие последовал в 1970 — х годах. С тех пор рядная четверка стала одной из самых распространенных конфигураций двигателя в уличных байках. Вне категории круизеров , рядная четверка является наиболее распространенной конфигурацией из-за ее относительно высокого соотношения производительности и стоимости. Все основные японские производители мотоциклов предлагают мотоциклы с рядными четырехцилиндровыми двигателями, как и MV Agusta и BMW . Ранние четырехцилиндровые мотоциклы BMW устанавливались горизонтально вдоль рамы, но все современные четырехцилиндровые мотоциклы BMW имеют поперечные двигатели . Современная компания Triumph предложила мотоциклы с рядными четырехцилиндровыми двигателями, однако их выпуск прекратили в пользу трехместных .

Yamaha R1 2009 имеет рядный четырехцилиндровый двигатель, который не срабатывает даже с интервалом 180 °. Вместо этого он использует перекрестный коленчатый вал, который предотвращает одновременное достижение поршнями верхней мертвой точки. Это приводит к лучшему вторичному балансу , что особенно полезно в диапазоне высоких оборотов, а теория » большого взрыва » гласит, что неравномерная передача крутящего момента на заднюю шину облегчает управление скольжением в поворотах на гоночных скоростях.

Один из пределов закона термодинамики говорит о том, что тепловые двигатели — паровые или ДВС — должны быть менее эффективны, чем тепловые машины, работающие в цикле Карно, идеальном круговом процессе. Однако машины Карно не практичны — их мощность равна нулю. Второе препятствие на пути к созданию такого двигателя — огромные флуктуации выходной мощности при ее снижении. Другими словами, пишет Ars Technica, даже если бы мы смогли построить такой двигатель, он бы работал беспорядочно и ненадежно.

Виктор Холубец и Артем Рябов продемонстрировали, что эти ограничения можно обойти, если аппарат будет работать не постоянно, а циклически, при квазистатических условиях. Это позволит создать действующий идеальный тепловой двигатель Карно.

Циклические тепловые двигатели способны отдавать ненулевой объем энергии в конечный период времени. Более того, их мощность может быть довольно большой, если колебания уменьшатся. А если удастся их нивелировать, то двигатель будет работать с эффективностью машины Карно.

Отдаваемая мощность зависит от снижения колебаний, но исследователи показали, что колебания не становятся сильнее, когда общая выходная мощность падает. Это происходит потому, что колебания вызывают хаотичные движения частиц в системе, а в циклических двигателях есть периоды, когда в системе вообще нет частиц.

В итоге получается не тепловой двигатель с нулевой средней мощностью и большими неупорядоченными флуктуациями, а тепловой двигатель с большими упорядоченными флуктуациями, разделенными известными периодами нулевой мощности.

О практическом применении исследования еще придется подумать отдельно. Например, такие двигатели мощно использовать в различных микромашинах и энзимах, производящих все — от пищи до топлива.

Американские ученые получили средства на создания ракетного двигателя, который — теоретически — может обойтись без топлива. В основе их работы лежит спорная гипотеза излучения Унру, на основании которой они надеются через несколько лет создать такой «невозможный двигатель».

Изобретение относится к энергомашиностроению и может найти применение на транспорте, в том числе в летательных аппаратах и в космической технике.

Известно изобретение /патент ФРГ DE 3414422 C2/, в котором предлагается расположить параллельно два проводника, или две катушки с проводниками, на расстоянии примерно четверти длины волны /0,27 λ / и пропускать по ним переменный электрический ток с частотой f, с длиной волны λ и со смещением фаз на четверть периода / φ= 0,25 Т/. При этих условиях на оба проводника /катушки/ будут действовать магнитные силы в одном направлении, создавая движущую силу.

Недостатком этого изобретения является его практически неосуществимость, так как для получения сколько-нибудь значимых сил проводники должны находиться как можно ближе друг к другу /не далее 10…20 см/, а для этого требуется пропускать по ним ток с частотами СВЧ, что практически невозможно. Кроме этого, не предусмотрена синхронизация колебательного процесса в витках катушек.

Задачей данного изобретения является создание устройства, способного генерировать значительную магнитную движущую силу и имеющего высокий КПД. Поставленная задача решается за счет выполнения проводников в виде электрических вибраторов, изготовленных /или имеющих покрытие/ из сверхпроводниковых материалов, способных работать при пропуске по ним токов сверхвысокой частоты.

Вибраторы располагаются параллельно друг другу на расстоянии примерно 0,25 λ друг от друга и на них подается высокочастотное напряжение от генератора со смещением фаз на четверть периода. Так как электрический вибратор СВЧ является открытым колебательным контуром /Х.Кухлинг. Справочник по физике, изд. второе. М.: Мир, 1985/, настроенным на частоту генератора, то по длине вибраторов возникают резонансные /стоячие/ волны токов и напряжений /фиг. 3,4.5/ с излучением электромагнитных волн. Если рассмотреть магнитное взаимодействие противоположных участков вибраторов I и II /0-0,5 λ; 0,5 λ-λ и т.д./ то при указанных условиях, с учетом времени подхода электромагнитной волны /ее магнитной составляющей /от вибратора I до вибратора II /t=0,25Т/ последний, в момент времени t2 = 0,25Т, начнет испытывать действие притягивающей магнитной силы от магнитной индукции BI т.к., по нему в этот момент начинает протекать ток JII /фиг.4/ в тех же направлениях, что и в вибраторе I /фиг. 3/. Вибратор I в момент времени t3=0,5Т, когда по нему начнет течь ток JI /фиг. 5/ будет испытывать действие отталкивающей силы от магнитной индукции ВII волны, излученной вибратором II в момент времени t2 = 0,25Т /токи в противоположных направлениях/. Действие этой силы будет иметь то же направление что и силы, действующей на вибратор II вследствие того, что оба вектора

изменили свои направления на противоположные.

Далее, во второй половине периода векторы

дважды меняют направления, оставляя действие магнитной силы неизменным. В следующих периодах цикл повторяется. Магнитная индукция от соседних участков вибраторов несколько усиливает магнитные силы и влияет на оптимальное расстояние между вибраторами, которое может быть точно рассчитано на ЭВМ.

Необходимо также учесть нормальные и касательные электрические силы от концентрации зарядов в узлах токов и от их ускорения. Расчеты показывают, что нормальные электрические силы имеют направление, противоположное магнитным, но они примерно в 20 раз слабее их. Касательные составляющие электрических полей, направленные вдоль вибраторов, взаимно уравновешиваются в узлах токов. Эти обстоятельства обосновывают использование именно магнитных сил в данном изобретении.

Для уменьшения рассеивания волновой энергии предусматриваются параболические отражатели /фиг.1/, установленные на расстоянии 0,5 λ за вибраторами. Расстояние 0,5 λ позволяет синхронизировать фазы отраженной и излученной волн и таким образом усилить последнюю.

Для увеличения движущей магнитной силы необходимо создать высокие электромагнитные параметры в устройстве. Для этого вибраторы помещены в герметичный корпус /камеру/, в котором должен поддерживаться глубокий вакуум /для предотвращения электрического пробоя/. Пространство между вибраторами заполняет перегородка из твердого диэлектрика.

Применение электрических вибраторов и сверхпроводниковых материалов обеспечивает работоспособность устройства и повышает его экономичность за счет отсутствия электрического сопротивления при сверхпроводимости и применения резонанса токов и напряжений в вибраторах. Применение отражателей сокращает потери волновой энергии на излучение, а применение диэлектрической перегородки позволяет уменьшить расстояние между вибраторами, тем самым увеличив магнитные силы, или уменьшить частоту волны /использовать частоты УКВ/, что создает более благоприятные условия работы сверхпроводников. Все эти конструктивные особенности делают изобретение практически применимым, значительно увеличивают движущую силу и повышают КПД, устройства.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена конструкция двигателя-движителя в поперечном разрезе. Фиг. 2 показывает конструкцию двигателя по длине. На фиг. 3 дается эпюра токов в вибраторе I в момент времени t1= 0, когда они имеют экстремальные значения. На фиг.4 приведена эпюра токов в вибраторе II и эпюра магнитной индукции от вибратора I в момент t2= 0,25Т. На фиг. 5 представлена эпюра токов в вибраторе I и эпюра магнитной индукции от вибратора II в момент t3=0,5Т
Конструкция двигателя-движителя представлена на фиг.1 и 2. Она включает источник электроэнергии, генератор электромагнитных волн СВЧ /УКВ/ с устройством для питания вибраторов /на фиг. не показаны/. Электрические вибраторы I с покрытием из сверхпроводникового материала располагаются на расстоянии r = 0,25 λ друг от друга /или близким к нему/ и скрепляются между собой и корпусом 2, с отражателями 3, деталями из диэлектрика 4. В пространстве между вибраторами расположена перегородка 5 из твердого диэлектрика. В герметичном корпусе создается глубокий вакуум, необходимый для предотвращения пробоя и обеспечения сильных токов /и соответственно напряжений/ в вибраторах.

Длина вибраторов рассчитывается в зависимости от длины волны. Вибраторы могут быть выполнены в виде одной или нескольких пар прямолинейных или криволинейных отрезков, или в виде спиралей с расчетным расстоянием между витками. Они могут быть выполнены также в виде нескольких сгруппированных витков /катушек/ с длиной окружности, кратной длине волны, что обеспечит синхронность фаз колебательного процесса в витках. Катушки могут быть выполнены из ленточных /полосковых/ проводников, например пленок из сверхпроводниковых материалов с прослойками из диэлектрика.

Двигатель-движитель работает от источника электроэнергии, которая преобразуется в генераторе СВЧ /УКВ/ в волновую электромагнитную энергию и которая подпитывает вибраторы. Смещение фаз токов в вибраторах можно устроить за счет разницы длины подводящей части вибраторов на четверть длины волны, а также другими способами. В вибраторах устанавливается колебательный процесс по модели резонансной стоячей волны. С учетом расстояния между вибраторами r≈0,25 λ и времени подхода волны от одного вибратора до другого, при разницы их фаз 0,25Т происходит магнитное силовое воздействие вибраторов друг на друга в одном направлении по линии, соединяющей их продольные оси. Чтобы изменить направление движущей силы на противоположное, необходимо изменить смещение фазы у одного из вибраторов на половину периода /0,5Т/.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *