Особенности конструкции

Основные компоновочные схемы поршневых двигателей внутреннего сгорания

Одним из основных признаков, по которому классифицируют двигатели внутреннего сгорания (ДВС), является их компоновочная схема. Она определяет расположение мотора в подкапотном пространстве, его габаритные размеры и ориентацию осей ведущих элементов (цилиндров и поршней). Выбор общей компоновки агрегата зависит от характеристик, которые он должен обеспечить в процессе эксплуатации. На сегодняшний день используются пять базовых схем двигателей: рядные, V-образные, W-образные, оппозитные и VR-моторы. Каждая из схем имеет свои достоинства, недостатки и сферу применения.

Особенности конструкции рядного двигателя

Наиболее распространенным типом ДВС являются рядные конструкции. Они предполагают расположение цилиндров с поршнями в один ряд, что обеспечивает их воздействие на общий коленчатый вал. Основной сферой применения этого типа двигателей являются легковые автомобили, а также сельскохозяйственная и грузовая техника. В качестве топлива может использоваться как бензин, так и дизель. Количество цилиндров в таком моторе может достигать и двенадцати, но обычно это максимум шесть.

Рядный двигатель в разрезе

Преимуществами применения рядных компоновочных схем можно назвать следующие характеристики:

• простота конструкции;
• равномерный износ деталей;
• низкая стоимость;
• легкость в обслуживании;
• уравновешенность.

Недостатками рядных агрегатов являются:

• большие габаритные размеры, особенно для конструкций с большим числом цилиндров;
• большой вес двигателя;
• коленчатый вал может испытывать большие нагрузки из-за повышенной длины.

Что представляет собой V-образный двигатель?

С увеличением числа цилиндров в двигателе рядные конструкции стали менее удобными, а потому им на смену пришла V-образная компоновочная схема. Она предполагает установку цилиндров с поршнями попарно, друг напротив друга и под углом. Последний получил наименование угол развала и может варьироваться от 10° до 120° между осями. Количество цилиндров в таких агрегатах от шести до двенадцати, но это всегда четное число. Многие автопроизводители благодаря V-образной компоновочной схеме получили возможность экспериментировать с количеством цилиндров, увеличивая их число до двадцати четырех, но в серийном производстве таких автомобилей пока нет.

В зависимости от величины угла развала достигаются определенные характеристики двигателя. Так, например небольшой угол позволяет объединить в моторе достоинства и рядных, и V-образных моторов.

V-образный двигатель

Среди плюсов V-образных моторов можно отметить:

• компактность конструкции;
• более длительный срок эксплуатации двигателя;
• эффективная и динамичная работа на различных оборотах.

В числе недостатков:

• конструкция такого агрегата более сложна, поскольку имеет две головки блока цилиндров;
• высокая стоимость изготовления;
• большие вибрации при работе;
• сложности с балансировкой.

В чем отличия оппозитного двигателя?

Фактически оппозитный двигатель является частным случаем V-образного. Его принцип работы основан на том, что угол развала цилиндров в таком моторе составляет 180°. Иными словами, пары цилиндров с поршнями лежат в горизонтальной плоскости. Поскольку поршни при работе такого двигателя движутся навстречу друг другу, они получили название «боксеры». Количество цилиндров в оппозитных моторах может быть от двух до двенадцати, при этом наибольшую популярность приобрели схемы с четырьмя и шестью цилиндрами.

Оппозитный двигатель в разрезе

Преимуществами такой компоновки являются следующие характеристики:

• большая устойчивость автомобиля, достигаемая благодаря смещению центра тяжести;
• более длительный срок эксплуатации за счет увеличения жесткости цилиндров;
• максимальная безопасность — при столкновении такой двигатель уходит вниз, а не в салон;
• пониженный уровень вибрации и шума при работе мотора;
• снижение веса основных узлов.

Недостатками системы являются:

• большие затраты на обслуживание и ремонт;
• высокая стоимость изготовления двигателя;
• повышенный расход смазочных материалов.

Как работает W-образный двигатель?

Принципиальным отличием W-образного двигателя является расположение цилиндров с поршнями в три или четыре ряда, при этом они воздействуют на общий коленчатый вал. Угол развала составляет менее 90°. Некоторые модели W-образных двигателей предусматривают расположение цилиндров в шахматном порядке, и каждая секция имеет свою ГБЦ. Применяются такие компоновочные схемы не только в автомобильных моторах, но и в авиации.

Также как и V-образный двигатель, такой мотор может иметь до двенадцати цилиндров. Однако основным его преимуществом является еще более компактная конструкция. Главным недостатком W-образной схемы можно назвать необходимость изготовления коленчатого вала сложной формы, а также использование многоуровневой системы охлаждения, что существенно повышает стоимость производства мотора.

Устройство и достоинства VR-двигателя

Рядно-смещенная компоновка, или VR-двигатель, представляет собой комбинацию рядного и V-образного моторов. Угол развала в таком двигателе очень мал — 15°, а цилиндры с поршнями расположены в шахматном порядке. В отличие от классического V-образного двигателя, такая схема обеспечила максимальную компактность, которая позволила использовать общую головку блока цилиндров для обоих рядов.

Несмотря на такое преимущество, как компактность, основным недостатком этой конструкции стала высокая вибрационная нагрузка. Данный тип двигателя сегодня почти не применяется.

В последние годы компоновочные схемы поршневых двигателей практически не изменяются. Это обусловлено отсутствием необходимости увеличения числа цилиндров, поскольку рост мощности для большинства современных автомобилей обеспечивается, например, за счет турбонаддува. Однако повышение компактности и уменьшение массы по-прежнему остаются главной задачей при разработке новых конструкций и схем.

Особенности конструкции и основные виды бурового оборудования

Буровая установка — многофункциональная громадная конструкция, включающая комплекс сложных механизмов, применяемых для проделывания отверстий определённого диаметра, глубины и, соответственно, предназначения. Спецтехника используется в различных отраслях промышленности: нефте-, газо- и горнодобывающей индустрии, а также в строительстве (для установки буронабивных свай).

Особенности конструкции и функциональное назначение

Спецтехника включает в себя такие элементы, как:

• двигатель внутреннего сгорания. Производительность мотора зависит от типа агрегата и его технических характеристик. Например, установка, применяемая для поверхностного оборудования скважин, комплектуется электродвигателями мощностью до 800 кВт;
• буровая вышка. Главная задача механизма — обеспечение спуска и подъёма оборудования в отверстие;
• основание. Оно выступает в качестве фундамента для вышки, бурильной колонны и лебёдки;
• насосное оборудование;
• превенторы. Главная задача устройства — герметизация устья нефтегазовой скважины при выполнении ремонтных работ. То есть превенторы предупреждают открытое фонтанирование горючей жидкости и возникновение пожара;
• оборудование для осуществления спускоподъёмных операций. Оно включает талевую систему, трос и лебёдку. Последняя позволяет поднимать тяжести и опускать их. Все эти операции обеспечиваются с помощью проволочного троса;
• бурильное оборудование. Оно включает колонну, ротор, вертлюг, ведущую трубу.

На сегодняшний день буровое оборудование отличается широкими функциональными возможностями. Установка проделывает различные скважины для:

• добычи водных ресурсов;
• проведения строительных работ;
• поиска месторождений и новых залежей нефти, газа, известняка.

Скважины классифицируются по профилю ствола и фильтра, назначению, расположению на поверхности земли, количеству обсадных колонн. Разведочное отверстие (на твёрдые полезные ископаемые, нефть или газ) бурится при проведении гидрогеологических, инженерных и геологических исследований. Оно отличается облегчённой конструкцией и сравнительно небольшим диаметром.

На воду выделяют следующие виды скважин:

• артезианская. Её глубина составляет более 100 м. Она способна обеспечивать нужды жителей коттеджного посёлка. Срок использования артезианского источника составляет 50 лет. В воде отсутствуют илистые частицы, песок;
• нортоновская. Это абиссинский колодец. Его спроектировал ещё в XIX столетии англичанин Нортон. Глубина колодца составляет до 12 м. Его сооружают в такой способ: стальную трубу диаметром до 60 мм забивают в грунт. На одном её конце расположено фильтрующее устройство для воды. Принимают жидкость с помощью поверхностного насоса. Буровая «игла» (так часто называют трубу) позволяет получить только верховодку. Благодаря особенностям конструкции в колодец не может попасть грязь;
• песчаная. Глубина такой скважины составляет от 15 до 30 м. Со временем она может засориться — в ходе использования на её дне образуется труднопроницаемый илистый слой, который и препятствует движению водяного потока. Срок эксплуатации песчаного источника небольшой — до 15 лет.

Стоимость скважины определяется исходя из её глубины, то есть вида бурения, используемых технологий и оборудования. Самый дорогой — артезианский источник.

Основные виды

Системы буровой установки подразделяются на несколько категорий по следующим характеристикам:

1. По виду работ. Выделяют агрегаты для бурения скважин разведочного, эксплуатационного и технического назначения.
2. По методу оборудования отверстий. Выделяют установки вращательного, огнеструйного, ударного, разрядно-импульсного и вибрационного бурения.

Первые проделывают отверстие в грунте с помощью долбления специальным инструментом или посредством применения усиленной коронки. Вращающийся механизм эффективно вгрызается в землю, вырезая породу. Он применяется преимущественно для поверхностного бурения.

Ударный метод эффективен при проделывании отверстий в нетвёрдых породах. Их максимальная глубина — 100 м.

Машины вибрационного типа применяются для обустройства скважин в породах, которые подвергаются механическому уплотнению. Центральный конструктивный элемент — виброзонд. Его основная задача — вырезка породы и выброс её наверх по специальным механизмам.

При глубинных работах целесообразно применять разрядно-импульсную технологию. Установка воздействует на грунт электрическим зарядом.

Для оборудования скважин в горной породе, отличающейся явнокристаллической структурой, предназначена техника с огнеструйным бурением. Установка разбивает гранитный и базальтовый слои земной коры посредством газовых струй под высоким давлением.

1. По способу питания. Выделяют дизельные, электрические и электрогидравлические машины. Последние являются универсальными — их используют в разных отраслях индустрии.

Конструкция установки определяется в зависимости от почвенно-климатических условий и технологии бурения, а также от назначения глубокого и узкого отверстия в почве.

Другие типы оборудования

Какие есть буровые установки в зависимости от способа перемещения? Итак, по этому критерию выделяют следующие типы спецтехники:

• самоходные машины. Основной плюс — для передвижения агрегата не требуется применять дополнительное транспортное средство. В конструкции машины выделяют моторную раму и кабину. Оборудование применяют для выполнения определённых работ в горах и труднопроходимой местности за счёт его монтажа на соответствующее сооружение;
• мобильные машины. К их преимуществам причисляют высокую продуктивность, манёвренность (это малогабаритная техника, которая способна своим ходом добраться до места проведения работ), функциональность (могут вести как вертикальное, так и наклонное бурение);
• стационарные агрегаты. Конструкция установки дополнена усиленными опорами. Такие системы преимущественно применяются в нефте- и газодобывающей индустрии.

Оборудование также классифицируется по глубине проделанных отверстий. Итак, выделяют:

• глубинные агрегаты. Проделывают отверстия в грунте глубиной свыше 6 тыс. м;
• спецтехнику средней глубины. Она позволяет проделать отверстие до 6 тыс. м;
• агрегаты поверхностной глубины. Они проделывают неглубокие отверстия в грунте (до 600 м).

По месту установки выделяют наземное и морское оборудование. Последнее монтируется на специальную плавучую платформу. Такие устройства применяются в нефтегазодобывающей промышленности. Наземная спецтехника устанавливается непосредственно на грунт.

Установки для оборудования скважин — техника, отличающаяся сложной конструкцией, которая включает в себя большое количество различных механизмов. К её основным характеристикам причисляют уровень грузоподъёмности, метод и глубину бурения, показатель крутящего момента. От этих технических особенностей зависит производительность агрегата. Исходя из указанных характеристик, осуществляют выбор установки для проведения определённых работ: бурения скважин на воду, нефть, газ или твёрдые полезные ископаемые, отверстий для буронабивных свай.

Особенности конструкции системы зажигания

Общие характеристики системы зажигания

Система зажигания служит для обеспечения надежного воспламенения рабочей смеси в камерах сгорания цилиндров двигателя в нужный момент и изменения момента зажигания (угла опережения) в зависимости от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки двигателя. Чтобы обеспечить бесперебойное воспламенение рабочей смеси к свечам подводят высокое напряжение, не менее 16 кВ при запуске холодного и 12 кВ при работе прогретого двигателя. Энергия искрового разряда между электродами свечи зажигания должна обеспечивать надёжное воспламенение рабочей смеси как при запуске двигателя, так и на всех режимах его работы.

Важными характеристиками системы зажигания являются также характеристики ее надежности: безотказность, ремонтопригодность и помехоустойчивость. На автомобильных карбюраторных двигателях применяют:

• – контактную (батарейную) систему зажигания; До конца 80-х годов прошлого века на бензиновых ДВС применяли батарейную систему зажигания, в которую входят контактный прерыватель, катушка зажигания и свечи зажигания. Существенный недостаток батарейной системы зажигания заключается в подгорании контактов, поскольку через них проходит ток высокого напряжения (до 5 А)
• – контактно-транзисторную систему зажигания; Основной отличительной особенностью схемы контактно-транзисторной системы зажигания от классической является наличие транзисторного коммутатора. Поэтому особенности схемы и работы контактно-транзисторной системы определяются схемным решением коммутатора. Ток первичной обмотки при этом прерывается не контактом прерывателя, а переходом эмиттер–коллектор транзистора. Так как транзистор разгружает контакты прерывателя, отпадает необходимость в искрогасящем конденсаторе.
• – бесконтактную систему зажигания. Бесконтактную систему зажигания можно назвать конструктивным продолжением контактно-транзисторной системы зажигания. Обычный контактный прерыватель в этой системе заменён бесконтактным датчиком. Бесконтактную систему зажигания часто устанавливают на некоторые модели отечественного автопрома. Применение данной системы зажигания позволяет снижать расход горючего, повышать мощность двигателя, уменьшать вредные выбросы благодаря более высокому напряжению разряда в 30000В и более качественному сгоранию топливно-воздушной смеси.
• · Так как в датчике-распределителе бесконтактной системы контактная группа отсутствует, то в отличие от контактных систем, при достижении двигателем высоких оборотов сохраняется бесперебойное чёткое искрообразование.
• · Принципиальная схема коммутатора защищает от перегрузки катушку зажигания, повышая срок службы и надёжность всей системы. При остановке мотора первичная обмотка в катушке зажигания отключается принудительно. Это гарантирует сохранность катушки во время длительной стоянки машины с включённым зажиганием при неработающем моторе.
• · При средних оборотах вращения коленвала энергия искрового разряда выше в 3-4 раза, чем обеспечивает контактная система зажигания. Поэтому отложения нагара на свечах зажигания не приводят к сбоям и ухудшению качества искрообразования в цилиндрах двигателя.
• · Известно, что низкие температуры воздуха снижают напряжение бортовой сети автомобилей. Бесконтактные системы не вызывают изменений показателей искрообразования даже при уменьшении напряжения до 6В. Поэтому они обеспечивают уверенный запуск двигателя в морозы.
• · бесконтактные системы зажигания обеспечивают агрегаты автомобиля повышенной энергией разряда.