Два двигателя как одно целое
Двухтактный двигатель – лучше четырехтактного!
Какие бы хитроумные устройства ни получал современный поршневой двигатель внутреннего сгорания, он не очень далеко ушёл от уровня техники Второй мировой войны. О том, как важны некоторые нововведения в системы работы двигателя, без хорошей рекламы порой и не догадаться, настолько они малоэффективны. Сегодня хорошо известны все слабые места(процессы), не позволяющие поршневому мотору преодолеть существующий барьер эффективного КПД в 25-45%, но при всём этом, он самый распространённый и надёжный!
Двухтактный двух вальный поршневой двигатель внутреннего сгорания с изменённой прямоточной продувкой тот мотор, который в полной мере раскрыл потенциал поршневого ДВС. Да, схема не нова, но только подобная схема позволяет решить весь комплекс проблем сразу! На примерах недостатков существующих поршневых моторов, и того, как это устранено в новом двухтактном двигателе с изменённой схемой продувки, постараюсь объяснить суть изобретения.
Четырехтактные ДВС не эффективно используют энергию газов в фазе рабочего хода
Во время рабочего хода, т.е. сгорания и расширения газов в камере сгорания их давление действует с одинаковой силой не только на поршень, но и на головку цилиндров, что становиться причиной вибраций любого работающего мотора. Оппозитный мотор частично решет эту проблему, но не является панацея! Он конечно лучше сбалансирован, но газы по-прежнему давят на головку цилиндров, не принося двигателю полезной работы.
Моторы со встречными поршнями в цилиндре решают эту проблему, но существующие сегодня образцы имеют свои сложности и недостатки.
В двигателе новой двухвальной конструкции применили схему с изменённой прямоточной продувкой, уменьшили вдвое ход поршня, по сравнению со значениями хода в обычном четырёхтактном моторе. К примеру с 80 мм ход уменьшается до 40 мм, но в итоге с двух валов получается та, же сумма ходов 80 мм и величина крутящего момента на валу сохраняется неизменной. В результате разложение рабочего хода, конструкторы получили эффект прибавки мощности в 42%, при одинаковом давлении газов в фазе расширения, у сравниваемых моторов. Для скептиков уточним, что потери на трение у нового мотора двухтактного, в расчёте на один цилиндр, такие же, как и у четырёхтактного мотора.
Не буду вдаваться в подробности, боясь запутать. Хотите убедиться? Возьмите пружину прикрепите к ней два одинаковых груза. В первый раз, растянув пружину, отпустите груз только с одной стороны и зафиксируйте время, за которое пружина сожмётся, во второй раз, растянув пружину, до таких же размеров отпустите два груза с двух сторон одновременно и также зафиксируйте время. Сравнив, увидите, что во втором случае такая же по величине работа, будет выполнена на 29% быстрее, вот вам и прибавка к мощности, ведь мощность это работа в единицу времени. Пружина с точки зрение физики сравнима со сжатым газом, который мы имеем в процессе рабочего хода в камерах сгорания сравниваемых моторов. При одинаковых значениях давления в фазе расширения рабочий ход у нового мотора выполнится быстрее.
Следует учесть, что в схеме со встречными поршнями отдача тепловой энергии топлива в энергию расширяющихся газов больше, чем у одновального мотора (нет головки цилиндров). Поэтому при одинаковых количествах сгоревшего топлива в камере сгорания, давление газов у нового мотора будет значительно выше, поэтому и рассчитывать «эффект коротких ходов» (прибавки мощности в 42%), необходимо с поправкой на это. Результат — одна и та же порция топлива выдаст мощность в два раза больше чем в обычном четырёхтактном моторе!
Почему столь весомая часть вклада в КПД нового мотора до сих пор ни как ни применялась!?
Впервые в мире этот эффект был опубликован в описании к патенту № 65547, заявленного в 1999 году в Украине! Пусть кто-то возразит, что это всё есть у американского ОПОС, кстати, он сам подтверждение преимущества схемы нового мотора, только благодаря этому эффекту он и получил приличные результаты по экономичности и мощности, проработав на стендах более 500 моточасов, Питер Хоффбауер опоздал не на один год! ДВС с изменённой схемой продувки «ДИСП», первый патент № 65547 получен в 2004году. Американский патент на ОПОС получен в 2008 году. Декабрь 2012 года принято решение на выдачу патента по заявке № а201110260, модификацию старой модели «ДИСП» (о нём и идёт рассказ).
С увеличением хода поршней у двух вального мотора, теряется эффект прибавки мощности. Увеличение крутящего момента в моторе не компенсирует потерь на трение, увеличивающиеся из-за повышения линейной скорости поршней и снижения теплового КПД, из-за неполного сгорания топлива в результате плохой продувки. Именно поэтому существующие моторы со встречными поршнями не получили такого широкого применения, как четырёхтактные поршневые моторы!
Процесс сгорания топлива у современного мотора далек от идеала. Топливо по-прежнему не сгорает полностью.
Основная причина этому: не достаточно времени в процессе сгорания смесь пребывает в сжатом виде, особенно на высоких оборотах. После прохождения В.М.Т. поршень удаляясь от головки цилиндров, увеличивает объём цилиндра, в котором в данный момент времени происходит сгорание смеси, что становится причиной медленного и не полного сгорания топлива. У разных моторов показатель различный (зависит от оборотов) 5 — 15% потерянного (недогоревшего) с выхлопом топлива, самые большие потери у двухтактных моторов и дизельных моторов.
Ощутимый довесок, чтобы побороться за него!?
Современные системы непосредственного распределённого впрыска, частично решают эту проблему, но, к сожалению, только этого не достаточно для полного сгорания топлива на высоких оборотах двигателя. Единственный мотор, в котором можно комплексно решить проблему — это новый двигатель со встречными поршнями. Механизм синхронизации вращения валов, позволяет регулировать время, в течение которого поршни будут сохранять неизменным расстояние между собой при встрече в В.М.Т., сохраняя тем самым неизменным объём камеры сгорания столько, сколько это необходимо!
Низкий тепловой КПД
Как решают эту проблему сегодня: — повышают рабочую температуру охлаждающей жидкости, а самым простым и эффективным способом решения данной проблемы, является уменьшение площади контакта горящей смеси с системой охлаждения двигателя. У двух вального двигателя камера сгорания образуется между поршнями, поэтому энергия переходит в расширяющиеся газы, а не в головку цилиндра. В двигателе с изменённой схемой продувки, площадь цилиндра в два раз меньше, площади цилиндра обычного двигателя со встречными поршнями, поэтому потери тепла в систему охлаждения у него наименьшие из всех поршневых моторов и соответственно самый высокий тепловой КПД!
По разным сведениям подобным образом можно на 10 — 15% увеличить эффективный КПД поршневого мотора, что, согласитесь не мало!
Некачественная продувка цилиндра существующих двухтактных моторов, в том числе и с прямоточной продувкой.
Необходимость сжатия воздуха для такта продувки у старых моторов со встречными поршнями дополнительным устройством, чаще всего центробежным или осевым компрессорам. Для качественной продувки этого не достаточно, да и на приведение их в действие нужно отдельно и прилично отдать механической энергии. Если начать использовать кинетическую энергию выхлопных газов для привода турбокомпрессора (как это в основном и делают), получится мультик «про Мюнхгаузена», когда он сам себя вытащил за парик из болота. Проталкивать газы в выхлопную трубу, используя их же кинетическую энергию!? Реальность не мультик, поэтому и продувка цилиндра плохая, и результат: топливо не догорает до конца. Кроме этого, подобная продувка быстро «убивает» ресурс таких моторов. В результате тепловой перегрузки коксуются кольца в поршнях, резко понижается компрессии в цилиндрах и далее по списку! Даже «свеженький» американский ОПОС не избежал этих проблем. Продувка в новом моторе выполняется воздухом, сжатым поршнями в продувочных камерах до значительно большего давления, чем в осевых компрессорах старых моторов, поршни охлаждаются воздухом во время впуска и продувки, что снимает с них тепловую перегрузку, повышая моторесурс и надёжность мотора в целом.
Существующие бензиновые поршневые моторы не экономны даже при использовании впрыска топлива
Для нормального воспламенения и горения, смесь у бензиновых моторов должна состоять из определённых пропорций бензина и воздуха. Фактическое количество воздуха и соответственно топлива, попадающего в цилиндр у большинства моторов, зависит от степени открытия дроссельной заслонки. В некоторых моторах эту функцию выполняют величиной подъёма впускного клапана. На маленьких оборотах в цилиндры бензинового мотора, поступает не большое количество воздуха, следовательно, степень его сжатия будет значительно меньше величины указанной в паспорте к мотору, с вытекающими плохими последствиями. Соответствовать номиналу степень сжатия бензинового мотора может только при максимальном нажатии на педаль газа. Известно, чем выше степень сжатия в цилиндрах поршневого мотора (до разумных пределов), тем выше эффективность его рабочего хода и КПД в целом. Пример: тот же дизельный мотор, в котором степень сжатия остается неизменно высокой. Можно конечно полечить и бензиновый ДВС, если сохранять необходимую расчётную степенью сжатия на всех режимах работы двигателя. Меняя дистанцию встречи поршней у В.М.Т. в новом моторе, выбираем необходимое, для определённых условий, оптимальное значение степени сжатия рабочей смеси, а это положительно отражается на топливной эффективности бензиновых ДВС. Конструкция двухтактного ДВС с изменённой схемой продувки позволяет изменять степень сжатия, благодаря своему механизму синхронизации вращения коленчатых валов в зависимости от режима работы мотора.
Модуль двухтактного ДВС с изменённой схемой продувки, имеет два цилиндра, коленчатые валы новой конструкции, что позволяет делать его особо компактным и лёгким, а также хорошо сбалансированным. Мощности такого модуля при объёме 1,5 — 2,0 литра, хватит для большинства транспортных средств. Моторы повышенной мощности предпочтительно собирать из двухцилиндровых модулей, что позволит даже очень большим и мощным автомобилям быть экономными, ведь высокая мощность используется редко и не очень долго. Вот и выходит, что имея старую двух вальную схему, двухтактный мотор с изменённой схемой продувки имеет абсолютно другие результаты по топливным и мощностным показателям. Не буду приводить «сногсшибательные» значения КПД, и так ясно, что он будет значительно выше КПД любого из теперешних поршневых и газотурбинных моторов.
Из устройства нового мотора исчез не нужный теперь компрессор, коленвалы выполнены не традиционно, что в несколько раз снизило их массу и массу двигателя в целом. Нет газораспределительного механизма и лишних цилиндров. Механизм синхронизация вращения коленчатых валов, позволяет управлять степенью сжатия смеси и выбирать необходимое оптимальное время сжатия топливной смеси для её полного и эффективного сгорания.
И заметьте, речь совсем не шла о супер материалах и никому неизвестных, а потому спорных, способах улучшения работы поршневого мотора!
Скажите кому выгодно, что таких моторов до сих пор нет в ваших автомобилях. Наверное, только тем, у кого топливный бак с волшебной функцией: — регенерация топлива и своя нефтяная вышка! Запасов топлива на планете Земля по прогнозам осталось лет на 50-60, благодаря такому мотору эти запасы можно растянуть на 100 -120 лет!
Виталий Лошаков
Принцип работы двигателя.
Совокупность периодически повторяющихся в определенной последовательности процессов, в результате которых происходит преобразование тепловой энергии в механическую называется замкнутым рабочим циклом. А именно двигатель приводится в движение с помощью поршня, который движется вверх и вниз в цилиндре, за счет возгорания смеси из бензина и воздуха. Бензиновые двигатели используют электрическую искру для зажигания горючей смеси, от сгорания которой создается давление, необходимое для движение поршня. Этот процесс происходит в вакууме и изолирован в блоке цилиндра.
Рабочий цикл, включающий в себя подачу бензина и воздуха, воспламенение горючей смеси, выталкивание отработанных газов, и повторяется тысячи раз в минуту. Так для оборота коленчатого вала на 360 ° или одного оборота, поршень должен перемещаться из своей наивысшей точки, верхней мертвой точки (ВМТ), в свою нижнюю точку, в нижнюю мертвую точку (НМТ), а затем обратно в ВМТ. К примеру, при 1000 оборотах в минуту рабочий цикл происходит 1000 раз в минуту.
По этому принципу работают все двигатели внутреннего сгорания, разница между 4-тактным и 2-тактным двигателями заключается в действиях, при которых происходит подача, сжатие топлива, выхлоп газов.
Как работает двухтактный двигатель?
Двухтактный двигатель не использует впускные и выпускные клапаны, для подачи горючей смеси и вывода отработанных газов из камеры сгорания. За полный рабочий цикл, то есть за один ход коленчатого вала выполняется два такта.
Вместо клапанов двухтактный двигатель имеет впускной и выпускной каналы – отверстия в боковой части цилиндра, которые совпадают с предварительно рассчитанным положением поршня, где поршень используется для закрытия или открытия этих каналов.
Впускной канал расположен чуть ниже положения ВМТ (верхняя мертвая точка) и когда поршень движется вверх из НМТ, этот канал открыт и производится подача топливной смеси в камеру сгорания. Когда поршень проходит мимо впускного канала, боковая стенка поршня блокирует отверстие, а свеча зажигания зажигает топливо. Сжатие происходит из-за движения поршня к ВМТ, закрывающего впускное отверстие, в сочетании с одновременным сгоранием. Таким образом, такт сжатия и зажигания происходит как одно целое.
Выпускной канал находится на противоположной стороне цилиндра рядом с ВМТ. Когда поршень приближается к самой низкой точке (НМТ), он проходит через выпускной канал открывая его, в результате чего выходят сгоревшие газы.
Рабочий цикл двухтактного двигателя.
Такт 1: впуск и зажигание горючей смеси
Когда поршень движется вверх, топливо и воздух нагнетаются в камеру сгорания и свеча зажигания дает искру. Это происходит как раз перед тем, как поршень достигает ВМТ.
Такт 2: Сжатие и Выхлоп
В положении ВМТ поршень блокирует впускное отверстие, герметизируя камеру сгорания, и в результате воспламенения смеси температура и давление газов резко возрастают. Под этим действием поршень перемещается вниз к НМТ. В самой нижней точке выпускное отверстие больше не закрыто поршнем, и происходит выход отработанных газов.
Как работает четырехтактный двигатель?
Четырехтактный двигатель разделяет каждый этап: процесс сгорания и выпуска на четыре отдельных шага или такта.
Чтобы топливо могло попасть в камеру сгорания, непосредственно перед тем, как поршень достигнет ВМТ, открывается впускной клапан, позволяющий подавать топливно-воздушную смесь из карбюратора или системы впрыска топлива. Когда в камеру сгорания поступает достаточно топлива, клапан закрывается и создается вакуум и герметизация цилиндра. После свеча зажигания дает искру вызывающую воспламенение горючей смеси (взрыв смеси), это заставляет поршень двигаться вниз. Затем открывается выпускной клапан, позволяющий отходящим газам выходить. В это время герметизация нарушается, что вызывает декомпрессию в цилиндре, и импульс коленчатого вала толкает поршень обратно в верхнее положение ВМТ, и весь процесс начинается заново.
Рабочий цикл четырехтактного двигателя.
Такт 1: впуск
Во время первого такта поршень начинает движение от ВМТ и заканчивается в НМТ, в этот момент клапан впрыска находится в открытом положении и поршень втягивает топливовоздушную смесь в цилиндр, путем создания вакуума.
Такт 2: сжатие
Второй такт начинается в НМТ и заканчивается в ВМТ, то есть сразу после поступления горючей смеси в цилиндр, поршень поднимаясь сжимает ее, подготавливая к возгоранию во время рабочего хода. Впускной и выпускной клапана на этом этапе закрыты.
Такт 3: воспламенение
В этот момент коленвал завершил полный оборот на 360 градусов и пока поршень находится в ВМТ (конец такта сжатия), сжатый воздух и топливо воспламеняется от свечи зажигания (в бензиновом двигателе) и затем под действием силы взрыва поршень совершает рабочий ход вниз к НМТ и производит механическую работу для поворота коленвала.
Такт 4: выпуск
После возгорания горючей смеси поршень сначала опускается к НМТ и затем поднимается к ВМТ. Двигаясь (поршень) к ВМТ выталкивает из цилиндра продукты сгорания через открытый выпускной клапан.
Метод дублирования. 11 примеров из конструкции ДВС
Дублирование (от французского doubler удваивать) в системе это вид резервирования, имеющего минимальную избыточность.
2 ДВС в одном автомобиле (Полный привод без сложной трансмиссии)
Обычно перед инженерами стоит непростой выбор — какой привод выбрать? Идеальным решением конечно будет полный привод, но помимо проблем с развесовкой по осям тут всплывают и дополнительные сложности из за трансмиссии. Простым решением проблемы может служить решение установить два двигателя в автомобиль.
Первые серийные 2-х моторные автомобили появились еще в 1935-ом году.
Немецкая фирма Vidal & Sohn Tempo-Werk GmbH» пытаясь выиграть военный заказ предложила простой и технологичный автомобиль под названием Tempo 1200G.
Число 1200 отображало суммарный объем двух двухтактных моторов, а мощность до 36 л.с. Из оригинальных решений кроме моторов стоит отметить два запасных колеса расположенных по бортам между передней и задней осью. Такое решение позволяло машине передвигаться по бездорожью без риска повредить днище.
Серийный выпуск модели 1200G продолжался до 43-го года, но и после производство продолжилось уже для нужд других стран (Австрия, Турция, Финляндия, Румыния, Болгария, Дания).
Следующий «двухмоторник» — Citroen Sahara.
Этот автомобиль созданный на базе легендарной малолитражки Citroen 2CV стал результатом борьбы за нефтяные контракты в Африке. Простое решение с двумя моторами понравилось заказчикам и в результате в период с 1960 по 1966 год было построено 692 Citroen Sahara. Возросшая мощность и выбор между 3 типами привода на машине были высоко оценены и… сейчас цена этих раритетов одна из самых высоких среди 2CV (от 100 000$).
Кроме этих двух серийных машин были и другие двухмоторные автомобили.
Mini Cooper Twini.
VW Golf II Pikes Peak
VW Scirocco 280/4
MTM TT Bimoto
Не стабильный на лосином тесте MB A-Class был проблемой для имиджа марки.
Дело в том что автомобиль обладал слишком большой «парусностью» по отношению к массе, из-за особенностей установки мотора. В AMG придумали как решить эту проблему… установив сзади второй двигатель!
В А38 установили два двигателя от А190 общей мощностью 254 л. с. и моментом 360 Нм. С помощью такой силовой установки А38 стал набирать 100 км/ч всего за 5,7 с, а максимальная скорость достигла 230 км/ч. Кроме того, спецы AMG уменьшили клиренс на 10 мм.
Интересно, что задний двигатель запускается отдельно от переднего с помощью специального переключателя, встроенного в блок управления стеклоподъемниками.
2 турбины для ДВС (всего несколько десятилетий и уже стандартное решение)
Две турбины на автомобиле сейчас уже не вызывают удивления (некоторые машины уже имеют и больше), но по прежнему с точки зрения надежности это одно из наиболее приемлемых решений. Аналоги решения проблемы инерционности турбины вроде Variable-Nozzle Turbine и электро-турбины пока не настолько простое решение, а часто даже не всегда необходимое.
Преимущества двух турбин в виде уменьшения времени турбо-задержки, увеличения мощности и экономичности в широком диапазоне оборотов двигателя хорошо отработаны на ДВС абсолютно разного назначения и объема.
Изначально Twin Turbo («турбины-близнецы») называлась технология, при которой выхлопные газы разделялись на два равных потока и распределялись на две одинаковые турбины малого размера. Это позволяло получить лучшее время отклика, а иногда и упростить конструкцию мотора, используя недорогие турбокомпрессоры, что очень актуально для V образных двигателей с выхлопными коллекторами «вниз». Сейчас технология несколько «усложнилась» и две турбины теперь разного размера для обеспечения стабильной тяги без «турбо-ямы».
Главное преимущество — увеличение мощности при относительно небольших габаритах ДВС по сравнению с атмосферной версией впрочем тоже имеет свои пределы, но во многом проблемы связаны уже с очередным «удвоением» количества турбин до четырех («квадро-турбо» от BMW).
2-х режимный впуск (впуск изменяемой геометрии). Проблема выбора между двух «зол» решена
Не зря многие автомобилисты сравнивают мотор с сердцем. Процессы внутри ДВС во многом схожи с пульсирующим органом, так как тоже состоят из целого ряда пульсаций.
В процессе работы двигателя во впускном коллекторе так же возникают пульсации из за цикличности процесса всасывания воздуха и выпуска отработавших газов. При определенном резонансе движения волн воздуха внутри коллектора это может даже помочь наполнению цилиндра, но проблема в том что этот процесс работает только на определенном диапазоне оборотов. Все остальные пульсации выше или ниже этой планки вредят процессу смесеобразования в ДВС.
Для решения этой проблемы иногда ставят «длинный» впускной коллектор (если нужна хорошая тяга на низких оборотах), или «короткий» (для высоких оборотов). Разумеется со временем инженеры задумались о «совмещении функций» в одном устройстве и создали впускной коллектор изменяемой геометрии.
Лучший пример «зачем это надо?» это дыхание во время бега человека. При небольших нагрузках мы предпочитаем дышать носом, но когда воздуха не хватает «всасываем» воздух уже ртом и носом (при критически высоких нагрузках — только ртом).
Впуск переменной длины сейчас применяется как в дизельных, так и бензиновых двигателях. Даже на ВАЗ такой делали. В надувных двигателях впускной коллектор переменной длины не используется, т.к. необходимый объем воздуха в камере сгорания обеспечивается механическим нагнетателем или турбокомпрессором.
От 2 клапанов к 4-м (удвоение)
Количеством клапанов на цилиндр сейчас мало кого удивишь, а тем не менее этот показатель когда то вызывал интерес у водителей 90-х. Как всякая новая технология в те времена она обросла целым рядом мифов, которые изжили себя уже в наше время (конечно представить себе удвоение движущихся деталей без сопутствующих проблем сложно, но по факту вышло именно так).
Увеличение количества клапанов позволяет снизить массу каждого из них, а значит, клапаны могут двигаться быстрее, создавая меньше нагрузок на пружину и седло. Так что, как ни странно, кажущийся на первый взгляд более сложным двигатель в целом был надежнее аналогичного 2-х клапанного.
Тема увеличения количества клапанов так же неизменно связана с другим видом «раздвоения» — установкой двух распредвалов в ГБЦ ДВС.
2 распределительных вала (DOHC)
Двигатели с 2 распределительными валами получили обозначение DOHC (Double OverHead Camshaft) что буквально означает «двойной верхний распределительный вал». Широкое распространение данная конструкция получила во многом за счет предыдущих преобразований в ДВС (увеличение оборотов которое непосредственно определило внедрение большего количества клапанов, электронного впрыска и т. д.). Для таких условий эксплуатации простота и надежность работы сыграла решающую роль. Так же «двойной распредвал» позволил более точно выставлять фазы ГРМ что увеличивало показатели мощности из за качественно улучшенного смешивания топливной смеси в цилиндрах ДВС.
Так переделка ГБЦ с 8 клапанной в 16-ти уже сейчас не представляет особых проблем.
2х рядная цепь ГРМ
После внедрения DOHC стал закономерный вопрос — чем приводить в движение распределительные валы в ГБЦ? Так как раньше привод осуществлялся толкателями (что и было причиной ограничения максимальных оборотов двигателя), а сейчас подобный метод свел бы в ноль все преимущества двух распредвалов и многоклапанности. Выход был простой — либо ремнем, либо цепью, и именно выбор цепи в данном случае с точки зрения надежности самый оптимальный.
Наиболее надежным приводом до сих пор считается двухрядная цепь. Сроки эксплуатации цепи совпадают с сроками службы самого двигателя, а двухрядная по понятным причинам еще и более износоустойчива в процессе работы. С временем правда необходимость в высокой надежности отпала, и на данный момент ремни ГРМ и менее надежная однорядная цепь более популярный вариант.
В наше время есть примеры «тюнинга» отечественной техники в виде установки 2-х рядной цепи на «Ниву».
2-х массовый маховик
Словосочетание двухмассовый маховик на первый взгляд все же не подпадает под определение дублирования, но как и впуск переменной длины по сути является объединением двух противоречий.
Аббревиатуры ДММ (двухмассовый маховик), ZMS (Zweimassenschwungrad) и DMF (dual mass flywheel) обозначают на трех языках одно и то же изделие – маховик с двумя подвижными друг относительно друга корпусами из стали на одной оси. Внутри одного из корпусов находится сердце механизма – демпфирующий механизм и подшипник.
Основа идеи разделения масс — избавление от резонанса возникающего на определенных оборотах двигателя, и необходимость избавления от демпферов крутильных колебаний для которых просто не оставалось места. Резонанс так или иначе все равно проявляется на моторах с облегченным и обычным маховиком, если нет гасителей этих колебаний. Перенос функции демпфирования крутильных колебаний в двухмассовый маховик позволил избавиться не только от опасности резонанса в двигателе, но и исключил эту же проблему в трансмиссии.
Недостатком подобного совмещения в эксплуатации стала необходимость замены ДММ вместе с комплектом сцепления по истечению срока службы, так как ресурс двух агрегатов примерно одинаковый. В результате повышенная надежность и возможность переносить более высокие пиковые нагрузки ДММ не так заметна для потребителя как сам факт необходимости замены этой традиционно «вечной» детали в автомобиле.
Фактически понятие надежность тут стоит воспринимать не как фактор повышенного ресурса маховика, а как влияние использования ДММ на общую надежность мотора и трансмиссии.
2 шатуна на круглый поршень — это лучше чем 2 шатуна на овальный как у Хонды …
Очень странной конструкцией с двумя шатунами в ДВС удивляли дважды.
Первый как это обычно бывает сильно удивил, но не «взлетел», а второй стал более успешным. Оба раза речь шла о двигателе мотоцикла!
В 1977 году Хонда решила кардинально изменить свое положение в мотоспорте установив на мотоцикл четырехтактный двигатель с 8 клапанами на цилиндр, и двумя шатунами. Это решение было очень сложным технически, но чего не сделаешь для победы в гонках?
Итог испытаний показал что выигрыша эта конструкция не давала и постоянно ломалась.
Вторым удачным двухшатунным ДВС стал двухцилиндровый турбодизель на мотоцикле NEANDER 1400 TURBODIESEL.
Количество инноваций в моторе огромно, так как изначально планировалось делать его для выступлений на MotoGP, но дальше что то пошло не так… и получился уникальный круизер на солярке. Упрощённо это звучит так – в двух цилиндрах по поршню, который передает момент на шатуны, соединенные с двумя коленвалами. Коленвалы соеденены шестернями и вращаются в разные стороны. Такой конструкторский порыв позволил в результате уравновесить боковые силы действующие на поршень и устанавливать поршни без “юбок”.
Главная проблема моторов – потери на трение и износ в данном случае решена методом уравновешивания, что позволило уже на эксперементальной конструкции для MotoGP (на бензине) достичь 12 тыс. Оборотов. Поэтому 4 – 4. 5 тыс. Оборотов для дизеля не оказывают негативного воздействия на мотор.
2 поршня на цилиндр, или «оппозитник» наоборот
Мотор с встречным движением поршней или двигатель с противоположно-движущемся поршнями (ПДП) вопреки его современному маркетинговому прототипу все таки не только существовал, но и успешно эксплуатируется до сих пор.
Двигатели этой схемы применяются в тепловозах, танках, авиации и судостроении.
Первый ПДП был построен еще в 1900 году компанией Gobron-Brillié, а уже в 1903 году автомобиль с этим мотором достиг скорости 100 миль в час! Далее немного переделанная кострукция французов уже использовалась в авиации фирмой Юнкерс.
Дизельный вариант ПДП был построен в России инженером Р.А. Корейво, и запатентован в 1907 году во Франции.
Схожий по философии на ПДП вариант так же ставили на мотоциклы.
Возможность тюнинга, приобретение контрактного двигателя
При попытке поднять мощность ДВС 1S заменяют более поздними и конструктивно совершенными версиями, например 4S. Все они имеют одинаковый рабочий объем и массогабаритные характеристики, поэтому замена переделок не потребует.
Увеличению максимальных оборотов препятствует длинноходная конфигурация двигателя, резко снизится ресурс. Более приемлем другой путь — установка турбокомпрессора, что позволит поднять мощность до 30% от номинала без существенной потери долговечности.
Приобретение контрактного двигателя серии 1S представляется проблематичным, поскольку двигателей из Японии практически нет. Те, что предлагаются, имеют пробег больше 100 тыс. км, в том числе и в российских условиях.
Преимущества двигателя 2NR-FKE
Двигатель очень прост и практичен, но не лишен своих достоинств. Владельцы автомобилей Toyota отмечают такие плюсы, как экономичность использования, простота обслуживания, соответствие требованиям к экологическим классам.
Низкий расход топлива
Одно из главных достоинств мотора – экономичность. Инженеры использовали цикл Аткинсона, а не Отто. Он позволяет снизить расходы топлива без падения технических показателей. Благодаря циклу Аткинсона достигнут очень демократичный расход топлива:
- Город – 6,5 литра.
- Трасса – 4,9 литров.
- Смешанный тип – 5,4 литра.
Расход может незначительно меняться в зависимости от модели автомобиля, на который устанавливается, но незначительно. Даже при большой нагрузке, например, полностью загруженном багажнике, и полуспущенных шинах бензин не будет таять на глазах.
Экологичность
Сейчас особое внимание уделяется экологичности двигателей. Производительности и власти следят за уровнем выбросов CO2 в атмосферу. Сейчас нормой является показатель не выше 130 г на км. Это класс Евро-5. Однако в Европе было принято решение к 2020 году перейти на показатели выброса не выше 95 г на километр пути. Двигатели, которые соответствуют этой норме – это уже класс Евро-6.
Как с этим связан мотор 2NR-FKE? Выпущенный в 2015 году, он полностью соответствовал установкам того времени, то есть вписывался в переходный период от Евро-5 к Евро-6. Выбросы на 1 км пути не превышают 122 грамма, а при грамотном обслуживании и использовании качественного топлива снижаются до 97 грамм. Еще немного, и двигатель бы можно было отнести к Евро-6. Если владелец авто решит отправиться на своей Toyota в страны ЕС, у него не возникнет проблем с перемещением по центрам городов, где нередко вводятся запреты на въезд для слишком «неэкологичных» машин.
Простота эксплуатации
2NR-FKE нельзя отнести к хрупким моторам, которые готовы заглохнуть из-за неправильно подобранного масла. Двигатель не требует трепетного ухода, достаточно базовых операций по замене масла и очистке отдельных деталей. Установлена цепь ГРМ, которая позволяет не думать о газораспределительной системе и снижает общие затраты при использовании.
Надежность
Владельцы, которые ездят на автомобилях с данным двигателем уже более 4 лет, не выявили каких-либо ярких слабых мест. Мотор не глохнет посреди дороги, не выходит из строя в холода. Японцы позаботились о том, чтобы система верно служила своему владельцу. До окончания установленного производителем ресурса ремонт требуется редко.
Вопрос: Какие бывают проблемы с шаговыми двигателями?
Решение: Это наиболее распространенных проблем и одна из самых трудных для обнаружения. Начните с проверки контактов, чтобы убедиться, что все соединения между шаговым двигателем и драйвером и контроллером изолированы должным образом и не имеют ненадежного контакта. Если на клеммниках есть гуталинчик, то нормально протяните соединение и используйте кабельные гильзы. При замене шагового двигателя, шагового драйвера или пакета драйверов или контроллера в системе управления движением обязательно проверьте все клеммные колодки и разъемы.
Решение: Проверьте, не слишком ли длинны провода/кабели. Для случаев, где расстояние от шагового двигателя до шагового драйвера превышает 7,5 метров, то стоит проверить, не решили ли Вы, что сечения проводов, выходящих из двигателя будет достаточно на такой длине провода. Хлыст проводов, установленный на заводе не предполагает, что Вы будете использовать магистрали длиннее 7,5 метров. Еще один вариант — старый двигатель. Отнюдь даже ШД не вечны, со временем намагниченность ротора падает, что приводит к падению момента. Также, намагниченность падает каждый раз, когда Вы вскрываете двигатель.
Решение: в 50% случаев — меняйте драйвер, в 30% случаев — наука о контактах и изломах в проводах, в 15% случаев — меняйте шаговый привод, в 5% случаев — включите тумблер.
Решение: Если драйвер достаточно качественный, то пару раз он Вам это простит, но в большинстве случаев это смерть драйвера.
Решение: Замена двигателя, перемотка до типоразмера NEMA 42 экономически не целесообразна.
Решение: Шаговый двигатель, приводимый в действие внешней нагрузкой, создает обратное напряжение ЭДС на драйвере. Более высокие скорости приведут к более высоким уровням напряжения. Если скорость вращения становится чрезмерно высокой, это напряжение может привести к повреждению драйвера. Это особенно опасно, когда двигатель приводится в движение внешней силой, когда драйвер все еще включен.
Решение: 90% случаев обрыв одного фазного провода или неустойчивый контакт на нем. Были случаи, когда один такой двигатель заставляет танцевать и все остальные, установленные на оборудовании.
- Отправить тему по email
- Версия для печати
Станок своими руками два шаговых или один ?
Сообщение Pijama2014 » 16 фев 2015, 18:23
Суть простая, решил озадачиться и собрать станочек, размером 600х900 рабочее поле, проектирую в инвенторе. И буквально на начальном этапе накопилось маленько вопросов, хотелось бы получить ответы, за что буду примного благодарен.
1. Необходим ли второй шаговый двигатель на ось, чтобы исключить возможные перекосы или при таком размере рабочего поля достаточно одного?
2. Если хватит одного шагового, то какой ? на сайте http://darxton.ru/ выбрал ST57-76, планируется обработка до алюминия, наверное самый жесткий материал будет.
3. Еще есть на работе «матерые фрезеровщики», которые говорят прячь шаговый в станину, и делай передачу через ремни, на сколько это будет эффективно ?
4. Есть ли какието рекомендации по подбору ШВП, я собираюсь ставить 16мм в диаметре, но муфта заточена под 12мм, не знаю пока другую не нашел, как с этим быть ?
Прилагаю начало проектирования фоткой
Re: Станок своими руками два шаговых или один ?
Сообщение crazydnb » 17 фев 2015, 00:57
Re: Станок своими руками два шаговых или один ?
Сообщение crazydnb » 17 фев 2015, 01:12
Re: Станок своими руками два шаговых или один ?
Сообщение TAV » 17 фев 2015, 03:34
Re: Станок своими руками два шаговых или один ?
Сообщение Pijama2014 » 17 фев 2015, 06:49
Спасибо за ответы, хочется подвести итог, то есть получается, если я оставляю цилиндрические рельсы, то надо ставить второй мотор, если я выбираю профильные направляющие то ШВП ставим один и соответственно один мотор.
Тогда может подскажете если винт 16мм, я собираюсь покупать, его надо будет растачивать под муфту ? или как это происходит ?
И еще, с ременной передачей, насколько реально такая передача может ШВП вращать, кроме того как подобрать правильно ШКИВ ?
Re: Станок своими руками два шаговых или один ?
Сообщение tesny » 17 фев 2015, 07:55
Не надо. Не надо ставить второй мотор. Вот станок, сделанный когда я работал на сборке станков, с размером 1200х800 с одним мотором.
https://www.youtube.com/watch?v=PT3yGAIRETg
ШВП можно купить с обработкой концов, но лучше это сделать по месту. Я сам точил.
Re: Станок своими руками два шаговых или один ?
Сообщение Pijama2014 » 17 фев 2015, 10:48
Посмотрел видео и появился опять ряд вопросов, несущая рама это конструкционный профиль 60х60мм и алюминий 10мм, так вот на сколько есть смысл оставлять профиль таких параметров или увеличить, чтобы избежать «провисания», я понимаю, что это относительно т.к. вес портала еще не известен и будет ли уместно крепление не только через болты в пластину алюминия но еще и продублировать шпилькой на всю длину внутри самого профиля?
Второе у меня заложены цилиндрические рельсы диаметром 20мм и на на одну «садится» каретка длинной 96мм, достаточно ли будет одной или лучше сделать две на цилиндрический вал, но меньшей длины.
И еще подобрал ШВП 16мм в диаметре и шагом 5, так вот будет ли его достаточно или увеличить в диаметре ?
tesny писал(а): Не надо. Не надо ставить второй мотор. Вот станок, сделанный когда я работал на сборке станков, с размером 1200х800 с одним мотором.
https://www.youtube.com/watch?v=PT3yGAIRETg
ШВП можно купить с обработкой концов, но лучше это сделать по месту. Я сам точил.
