Конструирование четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с одним цилиндром, работающего по схеме вращающегося цилиндра-клапана
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
°ря чему дала многим людям повод впервые познакомиться с этой мало известной пока технологией - RCV.
Один из маленьких движков от RCV Engines, предназначенный для авиамоделей. Он также построен по фирменной технологии RCV. Объём - 10 кубических сантиметров, мощность на валу - 670 ватт (0,9 "лошадок"), вес - 570 граммов.
Комментируя релиз новинки, управляющий директор RCV Engines Эрик Хилл (Eric Hill) сказал: "Технология RCV - существенное новшество, которое прокладывает путь к новому поколению двигателей для самых разных прикладных секторов. Двигателей более экономичных и с меньшими выбросами загрязняющих веществ".
Также авторы изобретения заявляют о снижении себестоимости движков (на несколько процентов) за счёт сокращения числа деталей, и повышении их удельной мощности как на единицу объёма, так и на единицу веса, по сравнению с аналогами того же класса (процентов на 20). [11]
Схема работы двигателя
Итак, перед нами четырёхтактный двигатель, в котором нет привычных клапанов и всей системы их привода. Вместо них британцы заставили работать распределителем газов сам рабочий цилиндр двигателя, который в моторах RCV вращается вокруг своей оси.
Поршень при этом совершает точно те же движения, что и раньше. А вот стенки цилиндра вращаются вокруг поршня (цилиндр закреплён внутри мотора на двух подшипниках).
С края цилиндра устроен патрубок, который попеременно открывается к впускному или выпускному окну. Предусмотрено тут и скользящее уплотнение, работающее аналогично поршневым кольцам - оно позволяет цилиндру расширяться при нагревании, не теряя герметичность.
В свече зажигания применён скользящий графитный контакт, хорошо знакомый автомобилистам по старым механическим распределителям зажигания.
Приводят цилиндр во вращение всего три шестерёнки: одна на цилиндре, одна на коленчатом валу и одна - промежуточная. Естественно, скорость вращения цилиндра - вдвое меньше оборотов коленвала.
Но зачем избавляться от клапанов? Напомним, мы говорим именно о четырёхтактных моторах, более сложных, но более экономичных, чем двухтактные, которые господствуют в секторе миниатюрных (10-50 "кубиков") ДВС.
Разрез нового 125-кубового двигателя RCV. На переднем плане видны шестерни привода цилиндра (рис. 1.2). В районе свечи и в районе красной шестерёнки - хорошо видны его подшипники. Цилиндр находится в положении впуска свежего заряда. Внизу видна выхлопная труба, перекрытая стенкой цилиндра
Во-первых, клапаны ограничивают просвет, через который проходит воздух или выхлопные газы. С этим борются при помощи четырёхклапанных головок цилиндров, что заметно усложняет и удорожает конструкцию двигателя.
Окна же в данной системе существенно больше. Почти как окна у двухтактника. Но это четырёхтактник, очень экономичный.
Ключевая деталь привода вращения цилиндра - промежуточная комбинированная шестерня.
Во-вторых, клапаны совершают возвратно-поступательное движение; и их инерционность мешает разгонять двигатели до больших оборотов. Клапаны отрываются от распредвала - пружины не успевают их закрывать.
В системе же RCV цилиндр, выполняющий и функцию универсального клапана, вращается равномерно в одну сторону. Ничто не мешает обороты такого четырёхтактника повысить против привычных для моторов равного объёма, но с клапанами.
Наконец, в-третьих, привод клапанов - это источник потерь на трение (пружины сильно прижимают "хвосты" клапанов к поверхности кулачков распредвала).
В RCV, правда, взамен появляется скользящее уплотнение верхней части цилиндра (там, где устроены окна для газообмена), но там нет сильного прижима. К тому же, привод цилиндра (шестерни) обладает меньшими потерями, чем потери в приводе распредвала обычных движков (цепь или зубчатый ремень).
Увы, новую технологию сложно представить масштабированной до многоцилиндровых и многолитровых автомобильных моторов. Хотя такая мысль выглядит соблазнительной.
Ведь линейка уже созданных маленьких движков с системой RCV показывает удельную мощность до 100 "лошадок" на литр (и это без всякого
наддува), заметно меньшую токсичность и лучшую экономичность, чем четырёхтактные соперники в этом классе, оборудованные двухклапанной головкой цилиндра.
Система RCV, идеальна для моторчиков с рабочим объёмом до 250 кубических сантиметров.
(показать плакат, видеоролики )
Описание двигателя
Двигатель состоит из следующих конструктивных элементов: кривошипно-шатунного механизма, систем впуска и выпуска.
Конструктивной особенностью двигателя является то, что гильза цилиндра приводится во вращение от коленчатого вала с частотой вращения в два раза меньшей, чем частота вращения коленчатого вала, что позволяет служить гильзе в качестве клапана в механизме газораспределения.
Расчёт
Расчёт данного двигателя производят по следующей схеме:
Мы производим тепловой расчёт для гипотетического аналогичного двигателя внутреннего сгорания четырёхтактного, с теми же показателями, но уже с классическим механизмом газораспределения:
Объём 175см3
Диаметр цилиндра 63 мм
Ход поршня 56 мм
Частота вращения КВ 5000 об/мин
(показать ВСХ)
Из теплового расчёта выделены следующие параметры:
P0 = 0.1 мпа - давление окружа
Pb = 0.375 мпа - давление конца расширения
Pz = 7.478 мпа - давление в конце сгорания
Pc = 1.996 мпа - давление в конце сжатия
n1 = 1.365 - показатель политропы сжатия
n2 = 1.321 - показатель политропы расширени