Цилиндро поршневая группа двигателя: Что такое ЦПГ?

ЦИЛИНДРО-ПОРШНЕВАЯ ГРУППА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ — Технопарк

Цилиндро-поршневая группа двигателя внутреннего сгорания, содержащая цилиндр и размещенный в ней поршень, отличающаяся тем, что цилиндр и поршень выполнены в виде овального цилиндра.

Проведенный анализ существующего уровня техники аналогичного класса показал, что при всем многообразии конструктивных решений ДВС его основной узел – цилиндро-поршневая группа – по форме рабочего объема остается неизменной, т.е. в основу положен круговой цилиндр.

Такая форма рабочего объема приводит к существенным габаритным размерам по длине многоцилиндровых рядных (да и не только рядных) двигателей, что и является ее основным недостатком, т.е. напрямую длина двигателя связана с диаметром цилиндра. С другой стороны, ширина двигателя зависит в основном от размеров кривошипа и траектории движения точек шатуна и мало зависит от диаметра цилиндра. Как следствие вышесказанного, к основному недостатку добавляются: высокие конструктивные размеры кривошипно-шатунного механизма, высокие динамические нагрузки от его инерционных масс.

Кроме того, при большой площади днища поршня становится мало предсказуемым процесс горения, а значит, его управляемость. Для улучшения процесса горения создаются сложные формы камер сгорания, предкамер и т.п. в зависимости от типа двигателя, а также устанавливаются две или более свечей зажигания.

Техническое решение, направленное на существенное сокращение влияния этих недостатков на основные показатели двигателя внутреннего сгорания, заключается в том, что цилиндро-поршневая группа имеет в своей основе овальный цилиндр, малая ось которого параллельна оси коленчатого вала [1-3].

Такое решение позволяет при одинаковом рабочем объеме значительно сократить длину многоцилиндрового двигателя. В то же время увеличение большей оси такого цилиндра на ширину двигателя практически не влияет, т.к. максимальная ширина двигателя в основном зависит от параметров кривошипно-шатунного механизма. Уменьшение длины двигателя приводит к уменьшению некоторых размеров кривошипно-шатунного механизма, а значит и к уменьшению динамических нагрузок от сил инерции в этом механизме.

Кроме того, площадь поверхности, соприкасающейся с охлаждающей средой овального цилиндра, больше, чем у кругового, при одинаковом объеме, тем самым улучшается температурный режим ДВС и уменьшается износ трущихся поверхностей и цилиндра, и поршня.

ФИГ. 1. ЦПГ. Вид сбоку.

При этом, по мнению некоторых экспертов, такая конструкция увеличит стоимость изготовления и сборки блока цилиндров и поршней. Кроме того возможно увеличение нагрузки на стенку цилиндра (по сравнению с обычным ДВС того же объема). Как следствие – ускоренный износ стенки цилиндра и поршня.

Учитывая вышеизложенное, такая конструкция может найти применение в спорте, особенно мотоспорте, где за ценой не постоят, а соотношение мощности и веса решает все.

ФИГ. 2. Принцип работы ЦПГ.

3D-модели выполнены конструкторами МКБ-МАМИ при содействии НП «ЦРП ВАО г. Москвы».

Автор реферата: Вольнова Е.М.

Координаты для связи: vin_nik@mail. ru

Источники:

1. Решение о выдаче патента на полезную модель по заявке № 2208145862; МПК F02F 1/18, 3/28; Винник А.Ф., Винник М.М.; заявитель – ЗАО «СЕЛЬМАШПРОЕКТ»; 21.11.2008.

2. Патент Великобритании № 2058913, кл. F02B 23/08, 1981.

3. Патент США № 4256068, кл. F02F 3/28, 1981.

4. Левин И.В. Двигатель внутреннего сгорания: Презентация. МКБ-МАМИ, 14.11.2008. [неопубл.].

---

CYLINDER-PISTON GROUP OF COMBUSTION ENGINE

Volnova E.M.

Просмотров: 2952

Цилиндро-поршневая группа (чешская поршневая) 260В ПАЛЕЦ 38 ММ Е01 ЗИЛ, МАЗ, ПАЗ, ЛАЗ, МТЗ, ДТЗ (Д-240, Д-242, Д-243, Д-245, Д-260)

СОСТАВ:

• Гильза 245-1002021-А4.
• Поршень А260-1004021-В — Центральная камера сгорания.
• Кольца уплотнительные 245-1002022 А1 (силиконовые).
• Комплектуются (дополнительно) поршневыми кольцами «Buzuluk a. s.» (Чехия).

ДВИГАТЕЛИ ММЗ:

• Д-240, Д-242, Д-243, Д-245, Д-260.

ТЕХНИКА:

• ЗИЛ, МАЗ, ГАЗ, ПАЗ, ЛАЗ, МТЗ.

ГИЛЬЗЫ SECO GROUP:
Seco GROUP является основным поставщиком гильз для дизельных двигателей, производимых в Чешской Республике, и одним из основных поставщиков гильз для дизельных двигателей в страны ЕС. Литейное производство позволяет производить отливки массой до 16 кг, с внутренним диаметром гильзы от 90 до 131 мм, максимальным наружным диаметром 155 мм, максимальной длиной 305 мм. Основными клиентами Seco GROUP a.s. являются компании Sisu Diesel — AGCO, Scania CV AB, ОАО «Минский моторный завод», Kolbenschmidt MSI GmbH, ZETOR TRACTORS a.s., Skoda Auto a.s.
ПОРШЕНЬ ALMET:
ALMET — современная динамично развивающаяся компания, оперативно реагирующая на потребности рынка, имеющая 70-летний опыт по производству поршней из алюминиевых сплавов для бензиновых, дизельных, авиационных, газовых двигателей и компрессоров. Использование современного оборудования позволяет производить широкий ассортимент высококачественных поршней диаметром до 350 мм. Готовые изделия, при необходимости, подвергаются анодированию, фосфатированию, лужению, молибденовому покрытию. Разработаны и внедрены в производство поршни для двигателей: ОАО «Минский моторный завод» (EURO 3 и EURO 4), Tatra (EURO 4 и EURO 5), Zetor Tier 3, ОАО «Заволжский моторный завод» (EURO 3 и EURO 4). Основными клиентами Almet a.s. являются: TATRA a.s., ENGINE COMPONENTS INC., ОАО «Заволжский моторный завод», MAN Diesel & TURBO LTD EC, MAHLE GmbH. Контроль качества продукции включает в себя следующие мероприятия: спектральный анализ алюминиевых сплавов и состава расплава, контроль структуры и механических свойств алюминиевых сплавов под микроскопом, проверка поршневого литья с использованием рентгена и ультразвука, 100% контроль геометрических размеров поршней.
ПОРШНЕВЫЕ КОЛЬЦА BUZULUK:
Компания BUZULUK производит поршневые кольца с 1932 года. Поршневые кольца предназначены для двигателей внутреннего сгорания легковых и грузовых автомобилей, мотоциклов и скутеров, тракторов и сельскохозяйственной техники, садовой техники, компрессоров, гидравлических систем. По исполнению поршневые кольца разделяют на компрессионные, маслосъёмные и специальные. Основными материалами при производстве колец по стандарту ISO 6621-3 являются серый чугун, легированный серый чугун с термоулучшением, магниевый улучшенный чугун, специальная сталь. Для увеличения срока службы поршневых колец, улучшения при обкатке, производится нанесение различных видов покрытий: фосфатизация, лужение, твёрдое хромирование, покрытие молибденом. Диапазон производимых поршневых колец от 25 до 140 мм. Наличие собственных испытательных станций двигателей и компрессоров позволяет разрабатывать современные поршневые кольца с высокими техническими параметрами. Основными клиентами Buzuluk a.s. являются: AUDI AG, LAMBORGHINI S.p.A., PORSCHE (NOE), TATRA, VOLKSWAGEN AG, ОАО «Заволжский моторный завод», ZETOR, AMG, WABCO, HUSQVARNA, STIHL.

Задиры поршня заднего цилиндра — группа K

Каждый техник, имеющий опыт работы с pwc, сталкивался с этим. Двигатель, задний поршень которого имеет задиры (заедания) по непонятной причине (в то время как другой поршень выглядит идеально). Последующие проверки по разборке исключают утечки воздуха, блокировку топлива и охлаждающей жидкости, масло, зажигание и т. д. Мы в Группе К считаем, что «ничего» не происходит без видимой причины. Однако за последнее десятилетие работы над двигателями pwc мы видели многочисленные заедания задних поршней, которые не могли объяснить. В этом документе делается попытка объяснить огромное количество тех, что мы видели.

НЕКОТОРЫЕ ВАЖНЫЕ ОПЫТЫ — Среди производителей гоночных двигателей Sea Doo более богатая струя в заднем цилиндре (для предотвращения заклинивания поршня) была стандартной платой за проезд со дней 580 cc. Мы помним, как говорили с некоторыми из тех техников о очевидной необходимости «неравномерной струи». Все они сказали нам, что идентичные передние и задние форсунки в их Rotax были почти гарантированным заклиниванием заднего поршня. Мы утверждали, что ни один из наших близнецов 650 Waverunner или Kawasaki SS никогда не требовал неравномерной струи. Мы были уверены, что у них была какая-то другая техническая проблема, которую они упускали из виду. Мы продолжали верить в это до того дня, когда начали тестировать нашу первую Yamaha 701 Raider.

Разработка нашего спального комплекта для 701 Raider прошла относительно гладко. Однако, когда мы установили трубу Коффмана, которая увеличила обороты до 7100 (со штатных 6400), мы начали испытывать ряд задиров на задних поршнях. Мы поняли, что, вероятно, столкнулись с тем же гремлином, с которым наши приятели из Sea Doo жили годами. Мы были связаны и твердо решили, что именно мы будем теми парнями, которые решат проблему. Мы полагали, что покажем, что неравномерная струйная обработка не потребуется. Затем мы поэкспериментировали с более мягким сжатием, запаздывающим синхронизацией, более богатыми впрысками, двойным охлаждением с дополнительным потоком для заднего цилиндра… и многим другим. Через три недели и дюжину заклинивших задних поршней у нас наконец-то появился прочный рабочий формат, который мог работать в открытом положении почти целую минуту… до того, как он заклинил поршень номер 13. углевод С этой более богатой струей машина по-прежнему сильно разгонялась и быстро достигала пиковых оборотов. Мы проехали на полной скорости более 15 миль… мы не смогли заставить его заклинить (или испортить пробку). На самом деле, к нашему удивлению, более поздние разборки не показали даже малейших визуальных признаков чрезмерного обогащения или загрязнения. Вскоре после этого мы повторили тот же разочаровывающий сценарий с (тогда еще новыми) тройками Yamaha 1100. Только задний цилиндр желал более богатой струи.

Вооружившись этим опытом, мы пересмотрели наши более ранние модели двухкарбюраторных двигателей. Примечательно, что ни один из них не показал необходимости в неравномерной струйной обработке. Еще более примечательным было то, что идентично модифицированный двигатель 701 Raider, установленный в вертикальном корпусе, не требовал более богатой форсунки заднего цилиндра. Подставка с двигателем Raider могла работать на полную мощность в течение всего дня при «параллельном» подмыве. Когда тот же мотор с параллельными форсунками был установлен в корпус Raider… сразу же заклинило задний поршень.

По ходу всего этого мы поняли, что создаем гораздо больше вопросов, чем ответов. А пока мы просто принимали наш опыт за чистую монету и использовали параллельные струи, когда могли… неравномерные струи, когда приходилось.

В начале нашей разработки двигателей 782 Laydown Rave мы сразу же начали сталкиваться с задирами на заднем цилиндре (это было предотвращено более богатым жиклером заднего карбюратора). В то же время нам посчастливилось поговорить об этой проблеме с Россом Либерти из Factory Pipe Products. Они находились в процессе разработки своей трубки для Laydown Rave на недавно построенном динамометрическом стенде. Этот динамометрический стенд и его приборы могут сказать «все», что происходит, когда двигатель находится под нагрузкой. Росс упомянул, что они тоже гонялись за гремлином с «более богатым задним цилиндром». Он сказал, что они исключили все мыслимые переменные, и что бы они ни делали, температура камеры сгорания никогда не была одинаковой при полной нагрузке. Он сказал, что они подозревают что-то связанное с прокручиванием коленчатого вала. Он подозревал, что это скручивание влияет на «одинаковость» опережения зажигания. Мы подозреваем, что он прав.

КРУТЕНИЕ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА «Гремлин» — Это предложение от Factory Pipe мы считаем истинной причиной бесчисленных задиров на поршнях, которые мы видели во время наших собственных испытаний. Чтобы понять это, нужно сначала понять разницу между скручиванием и кручением. Скручивание коленчатого вала относится к кривошипу, который вращается так сильно, что одно из соединений с прессовой посадкой поворачивается вне индекса … и остается в этом положении. Когда коленчатый вал «скручивается», происходит большая и немедленная потеря мощности, которая сопровождается заметной вибрацией. Когда коленчатый вал «закручивается», происходит мгновенное вращательное пружинение… ничего не выходит из положения, нет вибрации, нет заметной потери мощности. Сварной кривошип не может «крутиться», но все же может «крутить». Общая величина происходящего «кручения» зависит от длины и жесткости коленчатого вала. Чем длиннее и менее мускулистым… тем хуже кручение. То, что мы сейчас называем «скручиванием коленчатого вала» (не скручиванием)… работает следующим образом:

Передний цилиндр на всех машинах — это цилиндр, ближайший к ротору зажигания. Величина кручения, которая может иметь место между маховиком зажигания и передней шатунной шейкой, практически отсутствует. Однако конструктивно задняя шатунная шейка находится намного «дальше» от маховика зажигания. Когда насос (на скорости) внезапно цепляется за гладкую воду, передний цилиндр и маховик зажигания имеют достаточный вращательный момент, чтобы скрутить коленчатый вал по всей его длине. Когда это происходит, маховик и передний цилиндр могут вращаться на 2-3 градуса раньше, чем задний цилиндр. Когда происходит это вращение на 2-3 градуса, передний цилиндр по-прежнему получает идеально синхронизированные искры зажигания. Однако задний цилиндр немного отстает, когда на него подается искра зажигания. Это означает, что задний цилиндр работает на 2-3 градуса раньше, чем передний цилиндр. Кроме того, это опережающее время происходит в самый неподходящий момент… при высоких нагрузках и высоких оборотах. Как скажет вам любой производитель двигателей, повышение оборотов на 3 градуса выше нормы на гоночном двигателе — это гарантированный способ заклинивания (или пробоины) поршня.

Хотя у нас нет железных доказательств того, что эти предполагаемые эффекты кручения коленчатого вала являются абсолютным фактом, мы чувствуем, что у нас достаточно практического опыта и подтверждающей информации, чтобы считать это «очень вероятной истиной». До тех пор, пока кто-нибудь с большим пониманием и опытом не выдвинет более правдоподобную истину… мы будем считать кручение коленчатого вала реальностью.

ПОЧЕМУ ЭТО ТАКАЯ ПРОБЛЕМА «ВНЕЗАПНО»? — Потому что последние модели pwc имеют большую мощность, больший вес корпуса и лучшие поворотные способности, чем когда-либо прежде. Все эти особенности сильнее нагружают трансмиссию и повышают вероятность скручивания коленчатого вала. Помните, что первыми машинами, которые постоянно испытывали это, были 580 Sea Doo. Хотя те старые 580-е нельзя считать мускулистыми лодками, их двигатели выдавали много мощности на кубический сантиметр, насосы отлично подсоединялись, а корпус мог выдерживать повороты на полной скорости. Ранние малолитражки других производителей не могли делать ничего из этого… поэтому они никогда не нагружали кривошип достаточно сильно, чтобы вызвать кручение. В этой же лопасти высокопроизводительные стоячие лодки настолько легкие и их так трудно удерживать на сцепке, что кручение кривошипа практически невозможно. Вот почему наш старый «параллельно-струйный» двигатель 701 Raider жил в стоячем корпусе, но заклинивал задний поршень в малолитражном корпусе. Вес и постоянное сцепление большого корпуса Raider нагружали рукоятку больше, чем когда-либо мог любой стоячий корпус.

Очевидные эффекты кручения коленчатого вала, вероятно, являются одной из причин, по которым Rotax совершила такой качественный скачок в «мощности» коленчатого вала для своих 782-кубовых двигателей Laydown Rave.

ДРУГАЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ – Возможно, главным в этой области являются текущие тенденции среди самих производителей лодок. Зажигание ZXi 1100 1996 года автоматически задерживает синхронизацию заднего цилиндра после того, как температура двигателя превысит заданный уровень. Зажигание Yamaha Blaster II 1996 года всегда запаздывает на 2 градуса, а задняя камера сгорания имеет значительно меньшее сжатие, чем передняя. Все 19Модели 97 701 от Yamaha также имеют эту «ступенчатую» компоновку сжатия.

Мы также подозреваем, что кручение коленчатого вала было соображением для нового двигателя Rotax 950 с пластинчатым клапаном. Коленчатые валы Rotax с поворотным клапаном на сегодняшний день являются самыми длинными из двухцилиндровых кривошипов PWC. Эта длина необходима для размещения диаметра поворотного клапана и соответствующего оборудования. Двойной поворотный клапан 950 потребовал бы еще большей длины, если бы использовался необходимый диск поворотного клапана большего размера. Двигатель 950 с поворотным клапаном мощностью 135 л.с. и большой корпус GSX наверняка испытали бы беспрецедентное кручение кривошипа. Конструкция лепесткового клапана привела бы к гораздо более короткому и жесткому кривошипу, не говоря уже о уменьшении общей длины и веса нижней части.

ЧТО МОЖНО СДЕЛАТЬ С ТОРСИОНОМ – В двух словах, все, что снижает температуру камеры сгорания заднего цилиндра. Для многих двигателей достаточно более богатой струи заднего цилиндра. Другим, с более серьезной температурной проблемой, нужны более богатые форсунки и более низкая компрессия в заднем цилиндре. Наши испытания, проведенные ранее в этом году, показали, что более низкая компрессия в заднем цилиндре не приводит к заметной потере общей мощности, а также значительное снижение температуры камеры сгорания в заднем цилиндре. В результате многие 1996 комплектов двигателей группы K были подготовлены с немного разнесенными степенями сжатия. (Следует отметить, что кручение коленчатого вала является гораздо более серьезной проблемой для двигателей с модифицированным насосом, чем для двигателей, работающих на гоночном газе. Наши испытания показали, что многие комплекты двигателей перегревали задний цилиндр на насосном газе, но при этом имели гораздо более равномерную температуру на гоночном бензине с октановым числом 110. Однако 4-5 долларов за галлон бензина — очень дорогое решение.)

Конечно, небольшое замедление опережения зажигания заднего цилиндра кажется самым разумным решением. Однако электроника такого устройства несколько дорога и сложна для вторичного рынка. Нам дали понять, что MSD (техасские производители зажигания) изготовила несколько гоночных зажиганий Yamaha с полными потерями для одной из более крупных команд, у которых была дополнительная регулировочная пластина «плюс-минус 6 градусов» для звукоснимателя заднего цилиндра. Мы подозреваем, что эти пластины использовались для небольшого замедления запуска заднего цилиндра некоторых «туристических» двигателей, которые пляшут на краю конверта надежности.

В моделях четвертого года выпуска некоторые производители лодок могут выбрать привод зажигания от задней части коленчатого вала. Такая конструкция могла бы быть эффективной, но она превратила бы заднюю часть двигателя в «очень занятое место».

Мы верим, что со временем все производители лодок придумают свой особый способ решения этой проблемы на своих серийных лодках. С каждым новым годом машины становятся все более мощными и сцепленными, с явлением кручения коленчатого вала на высокопроизводительных pwc придется как-то бороться.

Крупные компоненты двигателя — Группа MAHLE

Обширный опыт разработки от лидера рынка

Центр прибыли компании Large Engine Components тесно сотрудничает с ведущими производителями двигателей из морского, железнодорожного, промышленного и энергетического секторов для разработки новых компонентов и систем для современных и эффективных двигателей. Ассортимент продукции простирается от поршней, комплектов поршневых колец и поршневых пальцев до гильз цилиндров, клапанов, вставок и направляющих седел клапанов, а также блоков силовых элементов в виде настраиваемых комплексных систем.

Гильза цилиндра

Гильза цилиндра

Гильза цилиндра MAHLE соответствует широкому спектру требований. Мы можем предложить подходящий продукт для каждого двигателя с диаметром поршня до 460 миллиметров. И у нас есть правильный материал для каждого требования клиента. Все они чрезвычайно прочны и имеют низкий износ. Вкладыши изготавливаются методом центробежного литья и обычно поставляются в виде готовых к сборке компонентов. В дополнение к изготовленным на заказ деталям мы предлагаем индивидуально адаптированные вкладыши, например, с охлаждаемыми фланцами вкладышей и отверстиями с глубокими отверстиями со специальной цилиндрической смазкой. Наш комплексный анализ методом конечных элементов улучшает несущую способность, деформационные свойства, вес и срок службы.

Поршневой палец

Цилиндровый палец

Применяются в четырехтактных двигателях с диаметром поршневого пальца до 150 миллиметров. Ассортимент продукции MAHLE соответствует самым высоким стандартам качества, точности и разнообразия областей применения. Наши инженеры постоянно работают над уменьшением веса и износа поршневых пальцев.

Поршневые кольца

Поршневые кольца

Подходящий пакет поршневых колец для каждого двигателя: наш ассортимент включает компрессионные и маслосъемные кольца различных конструкций, профилей и технологий. Наши поршневые кольца подходят для всех типов двигателей внутреннего сгорания с диаметром цилиндра до 320 миллиметров. Поршневые кольца MAHLE изготавливаются из чугуна и стали с использованием новейших технологий, а их характеристики оптимизируются за счет высококачественного покрытия. Доступны кольца из основного литейного материала с хромо-керамическим покрытием и стальные кольца с PVD-покрытием из нитрида хрома. Кольца с PVD-покрытием отличаются чрезвычайно низким износом и расходом смазочного масла при высокой износостойкости.

Алюминиевые поршни

Поршни

Мы являемся крупнейшим мировым производителем поршней и предлагаем широкий выбор продуктов и материалов: поршни из литого или сваренного электронным лучом алюминия, а также композитные поршни с алюминиевыми, чугунными и стальными юбками. Композитные поршни прикручены к днищам поршней из кованой стали — материала с отличной репутацией. Стальные поршни доступны не только с резьбовым соединением, но и в вариантах, сваренных трением или высокотемпературной пайкой. Ассортимент поршней MAHLE для больших двигателей включает изделия диаметром до 580 миллиметров.

Силовой элемент

Силовой элемент (PCU)

Силовой элемент (PCU) состоит из поршня, поршневого пальца, поршневых колец и гильз цилиндра. Блоки силовых элементов разрабатываются как полные модули. Они предлагают особенно высокую функциональность и эффективность, поскольку отдельные строительные блоки оптимально скоординированы. Это экономит время и деньги, особенно на этапе разработки. Тем не менее, все отдельные компоненты могут быть адаптированы к соответствующим требованиям. Таким образом, мы можем предложить нашим клиентам максимальный уровень гибкости, одновременно предоставляя преимущества комплексной интегрированной системы.

Клапаны, вставки седел и направляющие клапанов

Клапаны, вставки седел клапанов и направляющие клапанов

В сочетании с вставками и направляющими седел клапаны образуют автономную систему, которая должна выдерживать самые высокие нагрузки .