Классификация по взаимному расположению цилиндров

VR5 — VR6, от которого «отрезали»  один цилиндр,

W8 — два мотора VR6, от  которых «отрезано» по два  цилиндра, в одном блоке на  одном коленвале,

W12 — два мотора VR6, установленные  под углом 72° на одном коленвале.

Позднее, как развитие данной компоновки, появились двигатели R32 и R36, объёмом 3,2 л и 3,6 л соответственно.

Е) W-образный двигатель.

W-образный двенадцатицилиндровый двигатель — двигатель внутреннего сгорания с W-образным расположением двенадцати цилиндров тремя рядами по четыре, либо четырьмя рядами по три, и поршнями, вращающими один общий коленчатый вал. Данный двигатель имеет 12 цилиндров и обозначается как W12. Считается что W-образная компоновка цилиндров была разработана инженерами Бугатти.

При сравнении 12-цилиндрового V-образного двигателя и 12-цилиндрового W-образного двигателя с одинаковым рабочим объемом становится очевидно что последний значительно компактнее. Более того, 12-цилиндровый W-образный двигатель компактнее 8-цилиндрового V-образного двигателя.

Преимущества W-образной компоновки заключаются в компактности, экономится место в подкапотном пространстве автомобиля, освободившееся место можно использовать для установки дополнительного навесного оборудования (гидроусилитель рулевого управления, компрессор кондиционера, компрессор, турбину и др.) Также при той же компактности увеличивается мощность и крутящий момент по сравнению с двигателями V-образного типа. Более плотное расположение цилиндров относительно друг друга позволяет сэкономить конструкционные материалы.

                     Недостатки W-образного двигателя.

Недостатки W-образного двигателя заключаются в более плотном расположении цилиндров относительно друг друга, соответственно появляется необходимость для модернизации системы охлаждения. В W-образном двигателе предусмотрено охлаждение каждого цилиндра.

 

Ж) Двигатель со встречным движением поршней.

Двигатель со встречным движением поршней — конфигурация двигателя внутреннего сгорания с расположением поршней в два ряда один напротив другого в общих цилиндрах таким образом, что поршни каждого цилиндра движутся навстречу друг другу и образуют общую камеру сгорания. Коленвалы механически синхронизированы, причем выхлопной вал вращается с опережением относительно впускного на 15-22°, мощность отбирается либо с одного из них, либо с обоих (например, при приводе двух гребных винтов или двух фрикционов). Компоновка автоматически обеспечивает прямоточную продувку - самую совершенную для двухтактной машины и отсутствие газового стыка.

Двигатели этой схемы двухтактные с турбонаддувом или с воздуходувкой. Применяются в авиации, на танках (Т-64, Т-80УД, Т-84, Chieftain), на тепловозах (ТЭ3 - 2Д100, 2ТЭ10 - 10Д100 - самые массовые серии в СССР) и как судовые двигатели средней мощности и вспомогательные. Встречается и другое название этого типа двигателей — двигатель с противоположно-движущимися поршнями (двигатель с ПДП).

Первый карбюраторный ПДП-двигатель с одним коленвалом и штанговым приводом поршней верхнего ряда был серийно выпущен французской компанией Gobron-Brillié в 1900 году. В 1903 году автомобиль Gobron Brillié с этим двигателем впервые достиг скорости 100 миль в час. Такая конструкция не позволяла обеспечить разность углов открытия впускных и выхлопных окон, кроме того, конкретная конструкция ввиду особенностей компоновки не позволяла построить, допустим, шестицилиндровый двигатель. Однако, имено эта конструкция была принята за основу Юнкерсом при построении двигателей ЮМО-201 (копия Gobron-Brillié) и ЮМО-203. В последнем Юнкерс помимо поршней верхнего ряда приводил от штанги еще дополнительные квадратные продувочные поршни в дополнительном верхнем ряду цилиндров. Дизель с противоположно-движущимися поршнями с двумя коленвалами впервые был построен на Коломенском заводе. Конструктор, главный инженер Коломенского завода Раймонд Александрович Корейво, 6 ноября 1907 года запатентовал двигатель во Франции, потом демонстрировал его на международных выставках. После этих демонстраций аналогичные двигатели начал выпускать Юнкерс и, по чертежам Юнкерса, завод Нобеля. Поданная Корейво претензия даже не рассматривалась, так как этому помешал директор-распорядитель Коломенского завода А. Мещерский, не пожелавший ссориться с влиятельными иностранцами. В Советском Союзе такую схему стали использовать только после знакомства с немецкими авиационными дизелями Junkers Jumo 205. Как тепловозные адаптировались дизели Фербенкс-Морзе, попавшие в СССР на военных катерах, поставленных по ленд-лизу.

 

3) Звездообразный двигатель.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания, цилиндры которого расположены радиальными лучами вокруг одного коленчатого вала через равные углы. Звездообразный двигатель имеет небольшую длину и позволяет компактно размещать большое количество цилиндров. Нашёл широкое применение в авиации.

Главное отличие звёздообразного двигателя от поршневых двигателей других типов заключается в конструкции кривошипно-шатунного механизма. Один шатун является главным (он похож на шатун обычного двигателя с рядным расположением цилиндров), остальные являются прицепными и крепятся к главному шатуну по его периферии (такой же принцип применяется в V-образных двигателях). Недостатком конструкции звездообразного двигателя является возможность протекания масла в нижние цилиндры во время стоянки, в связи с чем требуется перед запуском двигателя убедиться в отсутствии масла в нижних цилиндрах. Запуск двигателя при наличии масла в нижних цилиндрах приводит к гидроудару и поломке кривошипно-шатунного механизма.

В зависимости от размеров и мощности двигателя звездообразные двигатели могут за счёт удлинения коленчатого вала образовывать несколько звёзд-отсеков.

Четырёхтактные звездообразные моторы обычно имеют нечётное число цилиндров в отсеке — это позволяет давать искру в цилиндрах «через один». Возможна работа и с чётным количеством цилиндров (чаще всего — при расположении цилиндров в несколько рядов), но для обеспечения плавного хода их число не может быть степенью числа 2.

А) Y-образный двигатель.

Частный случай звездообразного двигателя, с тремя блоками цилиндров под углом 120°.

Б) Ротативный двигатель.

Звездообразный двигатель воздушного охлаждения, основанный на вращении цилиндров (обычно представленных в нечетном количестве) вместе с картером и воздушным винтом вокруг неподвижного коленчатого вала, закреплённого на моторной раме. Подобные двигатели широко использовались во времена Первой мировой войны и Гражданской войны в России. На протяжении этих войн ротативные двигатели превосходили по мощности на единицу массы двигатели водяного охлаждения, поэтому в основном использовались именно они (в истребителях и самолётах-разведчиках).

 

Достоинства ротативных двигателей:малый вес — из-за отсутствия длинного коленчатого вала нет необходимости иметь массивные уравновешивающие маховики, уравновешенность; высокая удельная мощность; улучшенное охлаждение — двигатель с массивными вращающимися блоками создавал достаточное движение воздуха, обеспечивая свое собственное охлаждение даже во время стоянки самолета,надежность.

Недостатки ротативных двигателей:

Ограничение роста крутящего момента и мощности, которая не превышала 100—130 л.с (для двигателей с воздушным охлаждением). Препятствием роста служили:

 — перегрев двигателя;

 — трудности с увеличением  размера и числа цилиндров;

 — увеличение нагрузки  от центробежных сил и гироскопического  момента на картер при увеличении  частоты вращения двигателя или  компоновке второго ряда цилиндров;

 — большие потери  мощности на вращение оребрённых цилиндров.

 — гироскопический  эффект, затрудняющий маневрирование  самолета.

Очень большой расход масла. Связано с трудностью откачки масла из вращающегося картера.

Двухрядный ротативный двигатель

Конструктивно двигатель представлял собой звезду с нечетным количеством цилиндров (обычно 7 или 9) с последовательным воспламенением в каждом из цилиндров для обеспечения повышенной плавности рабочего процесса. Двигатели с чётным количеством цилиндров, как правило имели схему двойной звезды.

4) Роторно-поршневой двигатель.

Роторный двигатель внутреннего сгорания, конструкция которого разработана в 1957 году инженером компании NSU Вальтером Фройде. Ему же принадлежала идея этой конструкции. Двигатель разрабатывался в соавторстве с Феликсом Ванкелем, работавшим над другой конструкцией роторно-поршневого двигателя.

Особенность двигателя — применение трёхгранного ротора (поршня), имеющего вид треугольника Рёло, вращающегося внутри цилиндра специального профиля, поверхность которого выполнена по эпитрохоиде (возможны и другие формы ротора и цилиндра).

Установленный на валу ротор жёстко соединён с зубчатым колесом, которое входит в зацепление с неподвижной шестернёй — статором. Диаметр ротора намного превышает диаметр статора, несмотря на это ротор с зубчатым колесом обкатывается вокруг шестерни. Каждая из вершин трёхгранного ротора совершает движение по эпитрохоидальной поверхности цилиндра и отсекают переменные объёмы камер в цилиндре с помощью трёх клапанов.

Цикл двигателя Ванкеля: впуск,сжатие,рабочий ход,выпуск.

Роторно-поршневой двигатель.

Такая конструкция позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. Герметизация камер обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаемыми к цилиндру центробежными силами, давлением газа и ленточными пружинами. Отсутствие механизма газораспределения делает двигатель значительно проще четырехтактного поршневого, а отсутствие сопряжения (картерное пространство, коленвал и шатуны) между отдельными рабочими камерами обеспечивают необычайную компактность и высокую удельную мощность. За один оборот эксцентрикового вала двигатель выполняет один рабочий цикл, что эквивалентно работе двухцилиндрового поршневого двигателя. За один оборот ротора эксцентриковый вал выполняет 3 оборота и 3 полных рабочих хода, что приводит к ошибочным сравнениям роторного двигателя с шестицилиндровым поршневым двигателем.

Смесеобразование, зажигание, смазка, охлаждение, запуск принципиально такие же, как и у обычного поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Практическое применение получили двигатели с трёхгранными роторами, с отношением радиусов шестерни и зубчатого колеса: R:r = 2:3, которые устанавливают на автомобилях, лодках и т. п.

Автомобили с РПД потребляют от 7 до 20 литров топлива на 100 км, в зависимости от режима движения, масла — от 0,4 л до 1 л на 1000 км.

Преимущества и недостатки.

Преимущества перед поршневыми двигателями: Низкий уровень вибраций: двигатель полностью механически уравновешен, что позволяет повысить комфортность лёгких транспортных средств типа микроавтомобилей, мотокаров и юникаров; высокие динамические характеристики: на низкой передаче возможно без излишней нагрузки на двигатель разогнать машину выше 100 км/ч на более высоких оборотах двигателя (8000 об/мин и более);высокая удельная мощность(л. с./кг) в силу того, что:масса движущихся частей в РПД гораздо меньше, чем в аналогичных по мощности поршневых двигателях, так как в его конструкции отсутствуют коленчатый вал и шатуны;однороторный двигатель выдаёт мощность в течение трёх четвертей каждого оборота выходного вала. В отличие от четырёхтактного поршневого двигателя, который выдаёт мощность только в течение одной четверти каждого оборота выходного вала (современный серийный РПД с объёмом рабочей камеры 1300 см³ имеет мощность 220 л. с., а с турбокомпрессором — 350 л. с.);меньшие в 1,5—2 раза габаритные размеры;меньшее число деталей (два-три десятка вместо нескольких сотен).

За счёт отсутствия преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, двигатель Ванкеля способен выдерживать гораздо большие обороты по сравнению с традиционными двигателями. Роторно-поршневые двигатели обладают более высокой мощностью при небольшом объёме камеры сгорания, сама же конструкция двигателя сравнительно мала и содержит меньше деталей. Небольшие размеры улучшают управляемость, облегчают оптимальное расположение трансмиссии (развесовка) и позволяют сделать автомобиль более просторным для водителя и пассажиров.

Недостатки:

Соединение ротора с выходным валом через эксцентриковый механизм, являясь характерной особенностью РПД, вызывает давление между трущимися поверхностями, что в сочетании с высокой температурой приводит к дополнительному износу и нагреву двигателя. В связи с этим возникает повышенное требование к периодической замене масла. При правильной эксплуатации периодически производится капитальный ремонт, включающий в себя замену уплотнителей. Ресурс при правильной эксплуатации достаточно велик, но не заменённое вовремя масло неизбежно приводит к необратимым последствиям, и двигатель выходит из строя.

Состояние уплотнителей. Площадь пятна контакта очень невелика, а перепад давления очень высокий. Следствием износа уплотнителей являются высокие утечки между камерами и, как следствие, падение КПД и токсичность выхлопа. Проблема быстрого износа уплотнителей на высокой скорости вращения вала была решена применением высоколегированной стали.

Склонность к перегреву. Камера сгорания имеет линзовидную форму, то есть при маленьком объёме у неё относительно большая площадь. При температуре горения рабочей смеси основные потери энергии идут через излучение, интенсивность которого пропорциональна четвёртой степени температуры; с точки зрения снижения удельной поверхности и за счёт этого потерь теплоты идеальная форма камеры сгорания — сферическая. Лучистая энергия не только бесполезно покидает камеру сгорания, но и приводит к перегреву рабочего цилиндра.

Меньшая экономичность на низких оборотах по сравнению с ДВС. Устраняется отключением работы каждого n-го поршня, что также влечёт снижение температурной нагрузки.

Высокие требования к геометрической точности изготовления деталей двигателя делают его сложным в производстве — требуется применение высокотехнологичного и высокоточного оборудования: станков, способных перемещать инструмент по сложной траектории эпитрохоидальной поверхности камеры объёмного вытеснения.

 

                   

 

II)  Классификация двигателей внутреннего сгорания по количеству тактов.

1)Двухтактный двигатель.

Двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочий процесс в каждом из цилиндров совершается за один оборот коленчатого вала, то есть за два хода поршня.Такты сжатия и рабочего хода в двухтактном двигателе (за исключением двигателя Ленуара) происходят так же, как и в четырёхтактном, но процессы очистки и наполнения цилиндра совмещены и осуществляются не в рамках отдельных тактов, а за короткое время, когда поршень находится вблизи нижней мёртвой точки. Процесс наполнения цилиндра свежей горючей смесью в двухтактном двигателе называется продувкой.