Система керування та контролю за станом двигуна

Електронні автоматичні системи керування двигуном допомогають забезпечувати найбільш ефективне керування механізмами та системами двигуна. У двигуні можуть застосовуватисть електронні (у тому числі комплексні) системи керування подачею палива, повітря, тяговим зусиллям (у тому числі переключанням передач), охолодженням двигуна, контролю за вмістом шкідливих речовин у відпрацьованих газах тощо. Перелік систем та принцип дії вказаний у розділі сім. Як приклад, нижче наводиться електронна система керування подачі повітря у двигун.

 

 

Рис. 2.279. Електронна система керування подачі повітря у двигун

 

2.20. Загальна будова та принцип дії роторно-поршневого двигуна

Загальна будова

Корпус, кришки корпуса, ексцентриковий вал з шестернею зовнішнього зачеплення та маховиками - противагами, ротор з підшипниками, ущільненням та шестернею внутрішнього зачеплення. Зубчатий механізм передачі планетарного руху ротора в обертовий рух ексцентрикового валу. Системи: живлення, запалювання (переривник, свічки, акумулятор, котушка запалювання, електричні провода), мащення, охолодження (рідинна або повітряна- корпуса, та масляна–ротора), випуску відпрацьованих газів, запуску, керування та контролю за станом двигуна.

 

Рис. 2.280. Роторно-поршневий двигун

 

Рис. 2.281. Будова секції роторно-поршневого двигуна

 

Принцип дії роторно-поршневого двигуна

 

 

Рис. 2.282. Впускання пальної суміші до камери двигуна через впускне вікно

 

 

Рис. 2.283. Стискання ротором пальної суміші та запалення

електричною іскрою свічки

 

 

Рис. 2.284. Горіння пальної суміші та передача зусилля тиску

на циліндрічний ексцентрик

 

 

Рис. 2.285. Витискання ротором відпрацьованих газів у випускне вікно

 

2.21. Загальна будова та принцип дії ротороно-лопатного двигуна(дослідницького)

Останнім часом велика увага приділяється можливості використання роторно-лопатного тороїдного двигуна внутрішнього згоряння, який по характеристикам значно ефективніший, нараховує невелику кількість деталей у порівнянні з поршневими двигунами внутрішнього згоряння.

Конструкція

Корпус, кришка корпуса, ротор, що складається з двох частин і з подвоєними лопатями, вали та механізми створення одностороннього руху лопатей, підшипники, ущільнення. Системи: живлення, запалювання, охолодження, випуска відпрацьованих газів, запуску, керування та контролю за станом двигуна.

Рис. 2.286. Зовнішній вигляд дослідницького зразка роторно-лопатного двигуна внутрішнього згоряння

 

 

Рис. 2.287. Чотиритактний роторно-лопатний двигун у розтину

 

Рис. 2.288. Ротор та шатунно-важільний механізм роторно-лопатного двигуна.

Принцип дії

При руху ротора в одному напряму, лопаті рухаючись з прискоренням, або сповільненням, здійснюють коливання одна відносно іншої та корпуса, створюючи таким чином всередині циліндра замкнуті об’єми змінної величини. При збільшенні обєму між лопатями, здійснюється такт впускання пальної суміші, або робочий хід. При зменшенні обєму між лопатями, здійснюється такт стискання робочої суміші, або випуск відпрацьованих газів. За один оберт ротора здійснюється чотири такта.

 

Рис. 2.289. Робочі процеси роторно-лопатного двигуна

 

Рис. 2.290. Такт робочого ходу та впуску роторно-лопатного двигуна

 

2.22. Загальна будова та принцип дії газотурбінного двигуна

Газотурбінні двигуни широко застосовуються у літакобудуванні, для приводу насосів компресорів, рідше у спортивних автомобілях.

Компресор служить для підвищення тиску повітря перед поступанням його в камеру згорання для інтенсифікації процесу горіння і підвищення ККД циклу.

В камері згорання спалюється вводиме пальне, внаслідок чого збільшується енергія потоку газів. Камера згорання містить жарову трубу - 5, кожух - 6, форсунку - 9 і має дві зони підведення повітря: первинну - 7, вторинну - 8.

Тяглова турбіна виробляє корисну потужність, яка може бути використана різними зовнішніми споживачами.

 

Рис. 2.291. Принципова схема двохвального газотурбінного двигуна:

1-компресор; 2-камера згоряння; 3-турбіна приводу компресора; 4-тягова турбіна; 5-корпус камери згоряння; 6-теплообмінник; 7-зона первинного підведення повітря; 8-зона вторинного підведення повітря; 9-подача палива; 10-сопловий апарат турбіни; 11-лопатки робочого колеса; 12-сопловий апарат тягової турбіни; 13-лопатки робочого колеса тягової турбіни;

14-випускний трубопровід.

Принцип дії газотурбінного двигуна

Компресор 1 всмоктує повітря з навколишнього середовища і під тиском 0,4-0,6 мПа подає його в камеру згоряння. В зоні 7 в повітряний потік з форсунок 9 впорскується пальне, яке перемішується з повітрям та згоряє, підвищуючи при цьому температуру газового потоку.

В зоні 8 до продуктів згорання підмішується додаткове повітря, внаслідок чого температура газів знижується до значень, при яких забезпечується довга робота соплового апарату і робочих коліс газової турбіни (до 700-900°С). Після перемішування з додатковим повітрям газовий потік поступає в сопловий апарат 10 турбіни 3 компресора.

В сопловому апараті енергія тиску газів перетворюється в кінетичну енергію газового потоку, в зв'язку з чим швидкість потоку різко збільшується. З соплового апарату гази проходять на лопатки 11 робочого колеса турбіни компресора, де використовується перша частина теплової енергії газового потоку.

В подальшому гази поступають в сопловий апарат 12 тягової турбіни 4 де кінетична енергія вторинно підвищується за рахунок відповідного розширення. Потім енергія потоку продовжує перетворюється у роботу, але вже на лопатках 13 робочого колеса тягової турбіни.

Із тягової турбіни гази направляються у випускний трубопровід 14 і направляються у навколишнє середовище, забираючи з собою невикористану частину теплової енергії.

 

Рис. 2.292. Схема газотурбінного двигуна ГАЗ – 99 ДМ

автомобіля КРАЗ – Е 260Е:

1 – стартер-генератор; 2 – понижаючий редуктор; 3 – двоступінчатий повітряний компресор; 4 – вентилятор; 5 – камера згоряння; 6 – картер зчеплення; 7 – двоступінчата газова турбіна.

Перспективи розвитку двигунів внутрішнього згоряння

У теперішній час активно проводяться роботи по запровадженню у виробництво нових типів двигунів: електричних, які працюють на сонячних батареях або використовують енергію акумуляторів, конденсаторів, на паливних елементах, інерційних, повітряних.

В цей же час проводиться робота по удосконаленню існуючих систем перетворення енергії, основними з яких являються:

1. Підвищення економічності та потужножності шляхом впровадження змінного ступеня стискання робочої суміші, наддуву повітря, запровадження автоматичних електронних систем керування, використання матеріалів з покращеними якостями та інших новітніх технологій.

2. Зменшення металоємкості та собівартості виготовлення.

3. Подальше застосування більш економічних дизелів з

електронними системами керування.

4. Застосування двигунів, які ефективно працюють на різних видах

палива та створення гібридних силових установок. При цьому велика увага придається використанню газу.

5. Підвищення ресурсу роботи та надійності.

6. Зменшення експлуатаційних витрат, зручність обслуговування та

підвищення міжремонтного ресурсу.

7. Покращення екологічної чистоти.

2.23. Загальна будова двигунів зовнішнього згорання

Рис. 2.293. Двигун зовнішнього згоряння з використанням пару

2.24. Загальна будова та принцип дії пневмодвигуна

 

Рис. 2.294. Двигун автомобіля МDІ, що працює на стисненому повітрі

 

Рис. 2.295. Експериментальна криогенна силова установка для транспортного засобу   Конструкція   Криогенний бак-газифікатор, теплообмінник, повітряний двигун.

 

2.25. Електродвигуни трансмісії

 

Рис. 2.296. Перетворювачі енергії легкового автомобіля з електромеханічною трансмісією

 

Рис. 2.297. Тяговий електродвигун зі змінним струмом – синхронний, з якорем на постійних магнітах

 

 

Рис. 2.298. Силовий генератор струму для живлення через конденсатори електродвигуна трансмісії “Е” мобіля у розтину

2.26. Акумуляторні батареї

 

Призначення

Постійне накопичення, утримання і віддавання електричної енергії споживачам автомобіля.

Вимоги

1. Велика ємність при малих габаритах.

2. Довговічність.

3. Низька собівартість та технологічність виготовлення.

4. Великий коефіцієнт корисної дії.

5. Швидке накопичення електричної енергії.

6. Простота обслуговування.

 

Класифікація

1. Запризначенням- стартерні.

2.За напругою- 6 в, 12в, 24в.

3.Електролітні або лужні

4.З підігрівом або без.

5.З наповнювачем для електроліту або без.

 

 

Рис. 2.299. Стартерна напругою 12 в електролітна акумуляторна батарея

Конструкція:

 

Батарея напругою 12_вольт містить 6 послідовно увімкнених акумуляторів, що розташовані в окремих засіках перегородженого поліпропіленового корпуса (моноблока) батареї. Кожен акумулятор має блоки позитивних та негативних пластин(електродів). Між електродами різної полярності встановлені сепаратори з струмонепровідного мікропористого матеріала (поліетилену).

При цьому негативний вивід одного акумулятора з’єднується з позитивним виводом сусіднього акумулятора. В якості електроліту використовується сірчана кислота густиною 1,25-1,31 г/см³. Сучасні акумулятори, як правило, не потребують обслуговування в процесі експлуатації. Вивід газів здійснюється через центральну систему вентиляції.

 

 

Рис. 2.300. Конструкція акумулятора

 

Рис. 2. 301. Блок літій-іонних акумуляторних батарей електромобіля BMW MCV (Megacity Vehicle)   Блок створений з девяносто шести 3,7 вольтних літій-іонних елементів і розташований у днищі автомобіля. Загальна напруга складає 250-400 вольт. Заряду акумуляторних батарей дозволяє автомобілю проїхати 160-180 км.

 

Рис. 2.302. Принцип дії літієвих іонних акумуляторних батарей.

Літієві акумуляторні батареї мають велику емність і випускаються на основі коксу або на основі графіту (більшість)

Конденсатори

Електрохімічні конденсатори багато років застосовуються у багатьох країнах на вантажних автомобілях та автобусах для запуска двигунів внутрішнього згоряння. З появою гібридних автомобілів, застосовуються у якості швидкого накопичувача та віддачі енергії. Дозволяють ефективно використовувати енергію гальмування. Так біля 400 автобусов компанії GILIG і 200 автобусів компанії NEW FLYER обладнані конденсаторами для стартерного запуску двигуна і експлуатуються в Денвері (штат Колорадо) і Бостоні (штат Массачусетс). Планується випускати “Е” мобіль з електромеханічною трансмісією та з використанням конденсаторів у Росії.

Проходять успішні випробовування конденсатори на автобусах без двигунів внутрішнього згоряння сумісного китайсько-американського виробництва.

 

До переваг конденсаторів відноситься

Велика потужність, довговічність, швидкий заряд та розряд, простота обслуговування, низький рівень саморозряду та безпечність експлуатації, можливість роботи у широкому діапазоні високих та низьких температур.

У електрохімічних конденсаторах використовується активований пористий вуглець. Імпульсні конденсатори мають велику енергоємність.

Для отримання необхідної напруги та великої потужності конденсатори з’єднуються у батареї або модулі.

 

 

Рис. 2.303. Розташування двух лужних плоских конденсаторних батарей емністю 4,8 Ф у “Е” мобілі

 

Рис. 2.304. Конденсаторний модуль 20ЭК501-29