РазноеПринцип роботи дизельного двигуна: Принцип работы дизельного двигателя. — Автомастер

Принцип роботи дизельного двигуна: Принцип работы дизельного двигателя. — Автомастер

Содержание

Принцип работы дизельного двигателя. — Автомастер

Принцип работы дизельного двигателя.

Подробности

Принцип работы дизельного двигателя немного отличается от принципа работы бензинового. Отличие это состоит в том, что смесеобразование происходит уже внутри самого цилиндра, у бензинового же двигателя приготовление смеси происходит снаружи. В цилиндр она подается уже готовой. Существенным отличием является воспламенение рабочей смеси. В бензиновом двигателе воспламенение происходит от свечи зажигания, а в дизельном происходит самовоспламенение.

    Теперь разберем рабочие циклы четырехтактного дизельного двигателя:
  1. Такт впуска.

    Рис 1 – Такт впуска.

    1 – впускной клапан. 2 – выпускной клапан. 3 – топливная форсунка.

    За первый такт, поршень перемещается от верхней мертвой точки ВМТ к нижней НМТ. Впускной клапан 1 открыт, выпускной 2 закрыт. За счет создаваемого разрежения в цилиндре, вовнутрь устремляется порция воздуха.
  2. Такт сжатия.

    Рис 2 — Такт сжатия.

    На этом этапе, оба клапана как впускной, так и выпускной закрыты. Поршень перемещается из НМТ в ВМТ, сжимая воздух. Давление в камере достигает 5 МПа, а температура воздуха за счет сжатия возрастает до 700 градусов Цельсия.
  3. Такт расширения или рабочий ход.

    Рис 3 — Такт расширение. Рабочий ход.

    При достижении поршнем верхней мертвой точки (при максимальном давлении в цилиндре), через форсунку, под высоким давлением, создаваемым топливным насосом закачивается порция топлива. Форсунка распыляет топливо, которое смешиваясь с горячим воздухом самовоспламеняется. В результате горения, температура в камере резко повышается до 1800 градусов Цельсия, вместе с ней в разы увеличивается и давление 11 МПа. Поршень, передвигаясь от верхней мертвой точки к нижней мертвой точки, совершает полезную работу. В конце такта температура падает до 700 — 800 градусов, давление снижается до 0.
    3 – 0.5 МПа.
  4. Такт выпуска.

    Рис 4 – Такт выпуска.

    Выпускной клапан 2 открывается, и поршень выталкивает отработанные газы. Температура и давление опускаются до 500 градусов и 0.1 МПа.

Далее рабочие циклы повторяются.

Подробнее об устройстве и осбеностях конструкции дизельных двигателей.

Дизельний двигун. Будова дизельного двигуна, його системи

1. Про дизельний двигун
2. Будова дизельного двигуна
3. Системи дизельного двигуна:
   — Система Common Rail
   — Випускна система
   — Система рециркуляції відпр. газів
   — Впускна система
   — Турбонаддув дизеля
   — Система передпускового підігрівання
4. Як працює дизельний двигун
5. Про дизельний двигун e-HDi

Дизельний двигун

Дизельний двигун — це поршневий двигун внутрішнього згорання, який працює на дизельному пальному. Основна відмінність дизельного двигуна від бензинового полягає у способі подачі паливо-повітряної суміші в циліндр і способі її загоряння.

В бензиновому двигуні пальне змішується із повітрям до потрапляння в циліндр, отримана суміш підпалюється в потрібний момент свічкою запалювання. В дизельному двигуні повітря подається в циліндр окремо від пального і потім стискається. Через високу ступінь стискання, коли повітря нагрівається, до температури самозапалювання пального (700-800°C), воно впорскується в камери згоряння форсунками під великим тиском.

Дизельний двигун використовує в своїй роботі термодинамічний цикл Дизеля або (частіше) цикл Трінклера Сабате. Ці цикли вирізняються великим ККД порівняно з циклом Отто, який використовується в бензинових двигунах. Саме завдяки високій ефективності дизельний двигун спочатку почав використовуватися на вантажних автомобілях, а згодом і більшість легкових авто отримали в свої лінійки моторів дизельні двигуни. Так, зараз в Європі дизель поступово витісняє бензинові двигуни, наприклад, більше 50% нових легкових автомобілів там мають саме дизельний двигун.

Будова дизельного двигуна

Через наведені вище нюанси конструкції в дизельному двигуні відсутні не тільки свічки, але і вся система запалювання, що значно спрощує конструкцію і підвищує надійність. На противагу цьому паливна система дизельного двигуна суттєво відрізняється від бензинового в сторону ускладнень. В основному через високий тиск в системі і підвищення вимог до точності подачі пального.

Для основні елементи паливної системи дизеля — це ПНВТ (паливний насос високого тиску) і форсунки. ПНВТ забезпечує подачу пального від паливного баку, через фільтр до форсунок. Форсунки вприскують пальне в камери згорання в потрібний час і в потрібній кількості. Алгоритм системи має наступний вигляд.

ПНВТ (2) забирає пальне з паливного баку (7) по трубопроводу (8) через паливний фільтр (1). Далі по трубопроводу (6) під високим тиском пальне подається до форсунок (5), які вприскують пальне в камери згорання. Частина пального, не використана під час вприскування, поступає назад в бак по трубопроводу (4). Схема трохи спрощена, але саме так в дизельному двигуні все і працює.

До речі, свічки в дизельному двигуні все таки є, але виконують вони зовсім інше функцію і називаються свічками розжарювання. Їх завдання — розігріти камеру згорання для полегшення холодного пуску, тобто це, по суті, просто елемент для нагрівання. Давайте розберемося в ще декількох системах і термінах, які часто зустрічаються в зв’язку з дизельним двигуном.

Системи дизельного двигуна

Основними напрямками вдосконалення дизельних двигунів є зниження витрати пального, токсичності відпрацьованих газів, рівня шуму, підвищення потужності двигуна, полегшення холодного запуску. Для реалізації цих вимог на сучасних дизельних двигунах застосовується цілий ряд систем: Common Rail, впускна і випускна системи, система рециркуляції відпрацьованих газів, турбонаддув, система передпускового підігріву.

Система Common Rail

Система Common rail (комон-рейл) – це система подачі пального в дизельних двигунах, яка була винайдена відносно недавно. Суть в тому, що ПНВТ подає пальне не на кожну форсунку безпосередньо, а в загальну рампу. Далі, сучасні електронні форсунки забирають пальне з рампи і впорскують безпосередньо в циліндри. Вся система керується електронікою і дозволяє здійснювати впорскування з максимальною точністю.

Завдяки цій, по суті, революційній технології дизельні двигуни отримали унікальні технічні характеристики, які рніше були їм недоступними. Ця система позбавила дизельні двигуни багатьох недоліків, властивим попереднім поколінням дизелів. Загалом, саме система Common rail наблизила дизельні двигуни за характеристиками до бензинових побратимів, а в дечому і взагалі дозволила їх обійти.

Випускна система дизельного двигуна

Випускна система сучасного дизельного двигуна орієнтована на зниження у відпрацьованих газах сажі, неспалених вуглеводнів і оксидів азоту. Для цього в системі встановлюється спеціальний сажний фільтр. Накопичена у фільтрі сажа видаляється шляхом регенерації.

Система рециркуляції відпрацьованих газів

Система рециркуляції відпрацьованих газів призначена для зниження вмісту у відпрацьованих газах оксиду азоту. Для цього частина газів повертається у впускний колектор. Підвищення ефективності роботи системи забезпечується завдяки примусовому охолодженню відпрацьованих газів у спеціального охолоджувачі, який вбудований в систему охолодження двигуна.

Впускна система дизельного двигуна

Впускна система сучасного дизельного двигуна може обладнуватися впускними заслінками. Застосування заслінок утворює два канали всмоктування, забезпечує завихрення повітряного потоку і покращення утворення суміші на всіх режимах. При запуску двигуна і роботі на низьких обертах заслінки закриті, при високій частоті обертання колінчастого валу і високому обертовому моменті — відкриті. Закриття заслінок приводить до зниження у відпрацьованих газуах оксиду вуглецю і неспалених вуглеводнів.

Турбонаддув дизеля

Турбонаддув — вид наддуву, при якому повітря в циліндри двигуна подається під тиском за рахунок використання енергії відпрацьованих газів. На даний момент турбонаддув є найефективнішою системою підвищення потужності двигуна без збільшення частоти обертання колінчастого валу і об’єму циліндрів. Окрім підвищення потужності турбонаддув забезпечує економію пального в розрахунку на одиницю потужності і зниження токсичності відпрацьованих газів за рахунок більш повного згорання пального.

Система турбонаддуву встановлюється не тільки на дизельний, а й на бензинових двигунах. Однак найефективнішим турбонаддува є саме на дизелях (за рахунок високого степеня стискання і відносно невисокої частоти обертання колінчастого валу.

Система передпускового підігрівання

Для забезпечення запуску дизельного двигуна в холодну пору застосовується система передпускового розігріву, яка представляє собою вище згадані електронно-керовані свічки розжарювання, встановлені у впускному колекторі. Крім цієї системи додатково на автомобіль може встановлюватися підігрівач дизельного пального.

Як працює дизельний двигун

Принцип роботи чотиритактного дизельного двигуна заснований на займанні робочої суміші (повітря+паливо) при дуже високому тиску. Відрізняється дизельний від бензинового, тим, що утворення суміші у нього відбувається безпосередньо в камері згорання, а не в карбюраторі (повітря може нагнітатися турбіною).

Такти роботи дизельного двигуна:

  • Такт впускання, при якому відкривається впускний клапан і циліндр заповнюється повітрям. Клапан через деякий час закривається.
  • Такт стискування. Поршень починає рухатися вгору і стискати повітря. Трохи не доходячи до верхньої мертвої точки поршня, в циліндр упорскує через форсунку паливо.
  • Робочий такт. Вибух суміші, при цьому розширення газів примушує рухатися поршень вниз, зрештою повернути колінчастий вал і маховик, здійснюючи роботу.
  • Такт випуску, при якому відкривається випускний клапан і усі відпрацьовані гази виштовхуються поршнем назовні.

Про сучасний дизельний двигун e-HDi

Мікро-гібридна технологія e-HDI — це нова розробка компанії Citroen і групи PSA, направлена на зниження витрати пального і зменшення кількості вихлопних газів. Про всі переваги дизельних двигунів e-HDI дивіться на відео нижче.

Автозапчастини для легкових .

Гарантія до 3 років — Доставка в будь-яке місто України!

Продаж автозапчастин у Львові

Сучасний ритм життя невпинно зростає, аби встигати за летом часу людина теж змушена нарощувати швидкість, зокрема свого пересування. Найкращий спосіб це роботи, мабуть, купити автомобіль. Зрештою автосалонів у Львові вистачає. А як же безпека пересування?! А ось тут є над чим поміркувати, зокрема про бездоганний технічний стан авто, тобто про те, де знайти якісні автозапчастини у Львові. Насправді, продаж автозапчастин у Львові – справа доволі перспективна і прибуткова. Бодай з огляду на те, що, зважаючи стрімке збільшення кількості автомобілів на вулицях, високий попит на автозапчастини у Львові гарантований. І поки ви міркуєте, підприємливі люди вже, мабуть, узяли “на олівець” координати магазину відомої європейської компанії «ЛевелАвто», який пропонує сертифіковані автозапчастини у Львові.
Насправді компанія «ЛевелАвто» не ставить собі за мету бути монополістом з продажу якісних сертифікованих автозапчастин у Львові, а веде активний пошук партнерів, які бажають створювати та розвивати власну мережу магазинів з продажу автозапчастин у Львові та Україні. Разом із тим, тут будуть раді не лише гуртовим партнерам з продажу автозапчастин, а готові допомогти будь-кому з клієнтів, для яких потреба в купівлі автозапчастин викликана гострою необхідністю швидко, якісно і недорого полагодити власне авто. Тому якщо ви хочете купити автозапчастини для особистих потреб чи для розвитку власного бізнесу до вас однаково уважно поставляться у нашій компанії.

Варто звернути увагу на те, що чим швидше ви станете нашим клієнтом, тим вигіднішою буде наша співпраця, адже постійні клієнти зможуть купити автозапчастини на більш вигідних умовах. Уже з першого знайомства не важко буде переконатися, що купити автозапчастини у Львові так дешево деінде просто неможливо.

різновиди та відмінності. Як відбувається запуск

За останні десять років дизельні технології стрімко розвивалися. Велика частина сучасних автомобілів, які виробляються в Європі, випускаються саме з дизельними двигунами. Звичайно, принцип роботи даного пристрою не змінився. Однак працює сучасний дизельний мотор набагато тихіше. Він став екологічно чистіше. У далекому минулому залишилися сильне торохтіння, густий чорний дим і неприємний запах при роботі приладу. Отже, який принцип роботи дизельного двигуна?

Як працює дизельний двигун?

Полягає принцип дії дизельного двигуна в наступним: в циліндр

всмоктується чисте повітря при русі поршня вниз. А при переміщенні клапана вгору він нагрівається. Варто відзначити, що температура при роботі дизельного двигуна може бути від 700 до 900 °. Це досягається при сильному стисненні. Коли поршень переміщається в мертву верхню точку, відбувається вприскування дизельного палива в камеру згоряння під досить високим тиском. При зіткненні з гарячим повітрям відбувається займання пального. В результаті цього тиск в циліндрі зростає, так як самозапалившись паливо розширюється. Саме це і викликає сильний шум при роботі агрегату.

Переваги і недоліки

Такий принцип роботи дизельного двигуна дозволяє використовувати бідну суміш. Паливо для таких пристроїв відносно недороге. Це робить дизельні мотори невибагливими і економічними. Варто відзначити, що на відміну від бензинових такі агрегати володіють великим крутним моментом, а ККД вище на 10%. До мінусів

дизельного двигуна варто віднести підвищений рівень шуму, вібрацію, малу потужність на одну одиницю об’єму, складність холодного пуску. Більш сучасні моделі практично позбавлені таких недоліків.

Пристрій і особливості деяких вузлів

З огляду на принцип роботи дизельного двигуна, деталі до таких агрегатів значно посилюються, так як вони повинні витримувати високі навантаження. Серед основних частин агрегату варто виділити поршень. Форма його днища залежить від типу камери згоряння, яка може бути вбудована в дно клапана. У поршні для дизельного двигуна днище зазвичай виступає за верхню частину блоку циліндра. Звичної системи запалювання в агрегатах такого типу немає. Хоча в них теж застосовуються свічки.

турбіна

Потужність, яку здатний розвинути мотор, залежить від кількості палива і повітря, які в нього надходять. Щоб підвищити можливості агрегату, необхідно збільшити вміст перерахованих компонентів. Для надходження в камеру згоряння більшої кількості палива, слід підняти рівень повітря, який

потрапляє в циліндр. Для цього застосовується додаткове обладнання. Принцип роботи турбіни дизельного двигуна досить простий. Деталь дозволяє нагнітати більше повітря. Завдяки цьому збільшуються обсяги палива, що спалюється, що значно підвищує кількість виділеної енергії.

камери згоряння

У дизельних двигунах можуть використовуватися камери згоряння декількох типів: розділені і нерозділені. Перший тип застосовувався в легковому машинобудуванні, але з недавніх пір його замінили на більш простий. Адже при використанні розділених відсіків паливо впорскується в ту камеру згоряння, яка розташовувалася в голівці циліндра, а не в порожнину поршня. Виконувалися подібні деталі також по-різному і залежало це від процесів утворення суміші: вихорокамерних або передкамерні.

В останньому випадку паливо впорскується в попередній відсік, який

повідомляється маленькими клапанами або ж отворами з циліндром. При цьому пальне змішується з повітрям, б’ючись об стінки. Самозапалившись паливо потрапляє в основну камеру, де вже повністю згоряє. Що стосується вихорокамерних процесу згоряння, то він, як і в першому випадку, починається в окремому відсіку, який являє собою порожню сферу. Через сполучні канали повітря потрапляє під час такту стиснення в камеру. Закручується в ній і утворює вихор. В результаті цього горюча суміш, Впорснути в відсік, добре перемішується з повітрям. Така будова камер згоряння має кілька недоліків. По-перше, витрачається більше палива, так як відбуваються великі втрати через обсяг відсіків. По-друге, значні втрати при перетікання в додаткову камеру з циліндра повітря, а також на зворотний процес: переміщення пального в циліндр. Варто відзначити, що подібний принцип роботи дизельного двигуна застосовується рідко, так як відбувається погіршення пускових характеристик агрегату.

Нерозділені камери згоряння

У двигуні з безпосереднім уприскуванням відсік згоряння має певну форму і є порожниною. Вбудовується така камера згоряння безпосередньо в днище

поршня. При цьому паливо впорскується відразу в циліндр. Незважаючи на простоту конструкції, є у такої системи і недоліки. Дизельні мотори такого плану практично неможливо використовувати, якщо автомобіль має малу літражем. При наборі швидкості в такому транспортному засобі спостерігається підвищення рівня шуму, а також збільшується вібрація.

нові розробки

Сьогодні частіше використовуються електронні системи, які контролюють кількість надходження в камеру згоряння палива. Це дозволило зменшити рівень шуму, а також вібрацію агрегату під час роботи. Сьогодні ж розробляються абсолютно нові дизельні двигуни, в конструкціях яких застосовується безпосереднє уприскування горючої суміші.

Давно вже минули часи, коли в індустрії цивільних автомобілів дизельний двигун вважався багато в чому компромісним «меншим братом» бензинових моторів.

Завдяки особливостям дизельного палива, такий тип має ряд очевидних переваг.

Сильні сторони настільки очевидні, що навіть вітчизняні конструктори ламали голову по впровадженню цієї технології.

Зараз такі мотори мають Газель Next, УАЗ Патріот. Більш того, були спроби установки дизельного двигуна на Ниву. На жаль, випуск обмежився невеликими експортними партіями.

Позитивні фактори дозволили дизельному двигуну завоювати популярність в кожному з автомобільних сегментів. Мова йде про чотиритактної конфігурації, оскільки двотактний дизельний двигун не отримав широкого застосування.

конструкція

Принцип роботи дизельного двигуна полягає в перетворенні зворотно-поступальних рухів кривошипно-шатунного механізму в механічну роботу.

Спосіб приготування і займання паливної суміші — це те, чим відрізняється дизельний двигун від бензинового. У камерах згоряння бензинових моторів, приготована заздалегідь паливно-повітряна суміш запалюється за допомогою подається свічкою запалювання іскри.

Особливість дизельного двигуна полягає в тому, що смесеобразование відбувається безпосередньо в камері згоряння. Робочий такт здійснюється шляхом уприскування під величезним тиском дозованої порції палива. В кінці такту стиснення реакція нагрітого повітря з дизпаливом призводить до займання робочої суміші.

Двотактний дизельний двигун має більш вузьку сферу застосування.
Використання одноциліндрового і багатоциліндрового дизелів такого типу має ряд конструктивних недоліків:

  • неефективну продування циліндрів;
  • підвищена витрата масла при активному використанні;
  • залягання поршневих кілець в умовах високотемпературної експлуатації та інші.

Двотактний дизельний двигун з протилежним розміщенням поршневої групи має високу початкову вартість і дуже складний в обслуговуванні. Установка такого агрегату доцільна лише на морських судах. В таких умовах, завдяки невеликим габаритам, малій масі і більшої потужності при ідентичних оборотах і робочому обсязі, двотактний дизельний двигун потребує менше часу.

одноциліндровий агрегат внутрішнього згоряння широко застосовується в домашньому господарстві як електрогенератора, двигуна для мотоблоків і самохідних шасі.

Такий тип отримання енергії накладає певні умови на пристрій дизельного двигуна. Він не потребує бензонасосі, свічках, котушці запалювання, високовольтних дротах та інших вузлах, життєво необхідних для нормальної роботи бензинового ДВС.

У нагнітанні і подачі дизпалива беруть участь: паливний насос високого тиску і форсунки. Для полегшення холодного пуску сучасні мотори використовують свічки напруження, які попередньо підігрівають повітря в камері згоряння. У багатьох автомобілях в баку встановлюється допоміжний насос. Завдання паливного насоса низького тиску в тому, щоб прокачати паливо від бака до паливної апаратури.

шляхи розвитку

Інновації дизельного двигуна полягають в еволюції паливної апаратури. Зусилля конструкторів спрямовані на те, щоб домогтися точного моменту уприскування і максимального розпилення палива.

Створення паливного «туману» і розподіл процесу упорскування на фази дозволило досягти більшої економічності і підвищення потужності.

Найбільш архаїчні екземпляри мали механічний ТНВД і окрему паливну магістраль до кожної форсунки. Пристрій двигуна і ТА такого типу мали великий надійністю і ремонтопридатністю.

Подальший шлях розвитку полягав в ускладненні ТНВД дизельного двигуна. У ньому з’явилися змінювані моменти вприскування, безліч датчиків і електронне управління процесами. При цьому використовувалися всі ті ж механічні форсунки. У такому типі конструкції тиск палива, що впорскується було від 100 до 200 кг / см².

Наступним кроком було впровадження системи Common raіl. У дизельному двигуні з’явилася паливна рампа, де може підтримуватися тиск до 2 тис. Кг / см². ТНВД таких моторів стали значно простіше.

Основна конструктивна складність полягає в форсунках. Саме з їх допомогою регулюється момент, тиск і кількість ступенів уприскування. форсунки системи акумуляторного типу дуже вимогливі до якості палива. Завоздушіваніе такої системи призводить до швидкого виходу з ладу її основних елементів. Дизельний двигун з Common rail працює тихо, споживає менше палива і має велику потужність. За все це доводиться платити меншим ресурсом і більш високою вартістю ремонту.

Ще більш високотехнологічної є система із застосуванням насос-форсунок. В ТА такого типу форсунка поєднує в собі функції нагнітання тиску і розпилення палива. Параметри дизельного двигуна з насосом-форсунками на порядок вище аналогових систем. Втім, як і вартість обслуговування і вимоги до якості палива.

Важливість комплектації турбінами

Більшість сучасних дизелів комплектуються турбінами.

Наддувши — це ефективний спосіб підвищити потужності характеристики автомобіля.

Завдяки підвищеному тиску вихлопних газів, Використання турбін в парі з дизельним ДВС помітно підвищує прийомистість і зменшує витрату палива.

Турбіна — далеко не самий надійний агрегат автомобіля. Більше 150 тис. Км вони часто не ходять. Це, мабуть, її єдиний мінус.

Завдяки електронному блоку управління двигуном (ЕБУ), дизельного двигуна доступний чіп тюнінг.

Переваги і недоліки

Існує ряд факторів, які вигідно відрізняють дизельні двигуни:

  • економічність. ККД в 40% (до 50% із застосуванням турбонаддува) просто недосяжний показник для бензинового побратима;
  • потужність. Практично весь крутний момент доступний на найнижчих оборотах. Турбований дизельний двигун не має яскраво вираженої турбоями. Така прийомистість дозволяє отримати справжнє задоволення від водіння;
  • надійність. Пробіг найнадійніших дизельних двигунів доходить до 700 тис. Км. І все це без відчутних негативних наслідків. Завдяки своїй безвідмовності, дизельні ДВС ставлять на спецтехніку і вантажівки;
  • екологічність. У боротьбі за збереження навколишнього середовища дизельний двигун перевершує бензинові мотори. Менша кількість викидається СО і використання технології рециркуляції вихлопних газів (EGR) приносять мінімум шкоди.

недоліки:

  • вартість. Комплектація, оснащена дизельним двигуном, буде коштувати на 10% більше, ніж така ж модель з бензиновим агрегатом;
  • складність і дорожнеча обслуговування. Вузли ДВС виконані з міцніших матеріалів. Складність пристрої двигуна і паливної апаратури вимагає якісних матеріалів, новітніх технологій і великого професіоналізму в їх виготовленні;
  • погана тепловіддача. Великий відсоток ККД значить те, що при згорянні палива відбуваються менші втрати енергії. Іншими словами, виділяється менше тепла. В зимовий час року експлуатація дизельного двигуна на короткі відстані буде негативно позначатися на його ресурсності.

Розглянуті мінуси і плюси не завжди врівноважують один одного. Тому питання про те, який з двигунів краще, буде стояти завжди. Якщо ви збираєтеся стати власником такого автомобіля, врахуйте всі особливості його вибору. Саме ваші вимоги до силовій установці будуть тим фактором, який вирішить що краще: бензиновий або дизельний двигун.

Чи варто купувати

нові дизельні автомобілі — це той вид придбання, який буде приносити тільки радість. Заправляючи автомобіль якісним паливом і роблячи ТО згідно з нормативними приписами, ви 100% не пошкодуєте про покупку.

Але варто враховувати той факт, що дизельні авто на порядок дорожче за свої бензинові аналоги. Ви зможете компенсувати цю різницю і в подальшому економити тільки тоді, коли будете долати великий кілометраж. Переплачувати з метою проїжджати в рік до 10 тис. Км. просто не доцільно.

Ситуація з б / у автомобілями трохи інша. Незважаючи на те, що дизельні двигуни відрізняються великим запасом міцності, з часом складна паливна апаратура вимагає до себе підвищеної уваги. Ціни на запчастини до дизельного двигуна віком понад 10 років дійсно гнітючі.

Вартість ТНВД на бюджетний автомобіль Б класу віком 15 років може шокувати деяких автолюбителів. До вибору авто з пробігом понад 150 тис. Потрібно ставитися дуже серйозно. Перед покупкою краще зробити комплексну діагностику в спеціалізованому сервісі. Так як низька якість вітчизняного дизпалива дуже згубно позначається на ресурсі дизельного двигуна.

У цьому випадки вирішити, якому двигуну краще віддати перевагу, допоможе репутація виробника. Наприклад, модель Mercedes-Benz OM602 по праву вважається одним з найбільш надійних дизельних двигунів в світі. Купівля автомобіля з подібним силовим агрегатом стане вигідним вкладенням на довгі роки. Багато виробників мають подібні «вдалі» моделі силових установок.

Міфи і помилки

Незважаючи на поширеність автомобілів з дизельним двигуном, в народі до сих пір існують забобони і нерозуміння. «Торохтить, взимку не гріє, а в великий Мороз не заведеш, влітку не їде, а якщо щось зламається, так ще пошукати треба майстра, який за космічні гроші відремонтує все», — приблизно такі слова можна почути іноді від «досвідчених» автолюбителів. Все це відлуння минулого!

  1. завдяки сучасним технологіям, Тільки гуркіт холостого ходу дозволяє відрізнити дизельні двигуни від бензинових. В русі, коли шум дороги наростає, різниця не відчутна.
  2. Для поліпшення запуску і прогріву в холодну пору року в сучасних автомобілях використовуються різні допоміжні системи. З огляду на наростаючою популярності, кількість сервісів, спеціалізованих на обслуговуванні дизельного двигуна, постійно збільшується.
  3. Існує думка, що ДВС працює на дизелі складно форсувати. Це вірно, якщо ми говоримо про модифікаціях циліндропоршневої групи. У той же час чіп тюнінг дизельного двигуна — це гарний спосіб підвищити його характеристики потужності без погіршення ресурсності.

Варто пам’ятати про те, що принцип роботи дизельного двигуна цілком спрямований на досягнення економічності і надійності. Не варто вимагати від таких ДВС захмарних динамічних показників.

Симптоми і причини несправностей

  • Поганий запуск дизельного двигуна на холодну, і після тривалого простою — означає погано працюють свічки напруження, повітря в системі, зворотний клапан підбурює тиск палива, погана компресія, розряджений акумулятор;
  • підвищена галасливість, збільшена витрата і чорний дим з вихлопної труби — означає засмічення або знос розпилювачів і форсунок, неправильні кути випередження впорскування, брудний фільтр очищення повітря;
  • пропала потужність дизельного двигуна — означає відсутність компресії, вихід з ладу турбіни, засмічення паливного і повітряного фільтрів, Некоректні кути випередження впорскування, забруднене клапан ЄДР;
  • сірий або білий дим з вихлопної, підвищена витрата масла — означає тріщину ГБЦ або пробиту прокладку ГБЦ (Пішов охолоджуюча рідина, а в маслі з’являється емульсія), несправність турбонагнетателя.

правильна експлуатація

Неправильна експлуатація може погубити навіть найнадійніший мотор.

Продовжити ресурс дизельного двигуна, і отримувати задоволення від володіння автомобілем вам допоможе виконання нескладних правил:

  • дизельні двигуни з турбонаддувом дуже вимогливі до якості масла і палива. Заливайте тільки те масло, яке відповідає вимогам, встановленим для вашого ДВС. Заправляйтеся тільки на перевірених АЗС;
  • проводите ТО передпускового підігріву відповідно до заявлених виробником нормами. В цьому випадку у вас не виникне проблем з запуском дизельного двигуна в холодну пору року. Експлуатація агрегату з неправильно працюючої форсункою згодом може привести до дорогого ремонту ДВС;
  • після активних поїздок турбіна потребує охолодження. Чи не глушите мотор відразу ж. Дайте йому попрацювати деякий час на холостих обертах;
  • уникайте запуску «з штовхача». Такий спосіб пожвавлення мотора може завдати великої шкоди кривошипно-шатунного механізму вашого ДВС.

Обидва типи двигунів мають не тільки плюси, а й мінуси. Головна мета автомобіля — відповідати вашим вимогам, неважливо, встановлений в ньому бензиновий або дизельний двигун. Що краще підійде вам, залежить тільки від індивідуальних переваг.

Сучасні інноваційні технології та прогресивний маркетинг дозволяють людям вибирати з автомобілів, які вони можуть собі дозволити. Нам все менше доводиться йти на компроміс і жертвувати окремими параметрами. Особливо ця тенденція помітна в процесі еволюції дизельних автомобілів.

Доброго вам дня. Думаю багатьом буде цікава ця тема. Переваги і недоліки … Все нижче.
У 1890 році Рудольф Дизель розвинув теорію «економічного термічного двигуна», який завдяки сильному стиску в циліндрах значно покращує свою ефективність. Він отримав патент на свій двигун 23 лютого 1893. Перший функціонуючий зразок був побудований Дизелем до початку 1897 року, і 28 січня того ж року він був успішно випробуваний.
Цікаво те, що Дизель в своїй книзі замість звичної нам з Вами солярки, в ролі ідеального палива описував кам’яновугільну пил. Експерименти ж показали неможливість використання вугільного пилу як палива — в першу чергу через високі абразивних властивостей.

Але теорію дизельного двигуна розглядав і Екройд Стюарт. Він не розглядав переваги роботи від високого ступеня стиснення, він просто експериментував з можливостями виключення з двигуна свічок запалювання, т. Е. Він не звернув уваги на найбільша перевага — паливну ефективність. Можливо, це і було причиною того, що в даний час використовується термін «двигун Дизеля», «дизельний двигун» або просто «дизель», т. К. Теорія Рудольфа Дизеля стала основою для створення сучасних двигунів із запалюванням від стиснення. Надалі близько 20-30 років такі двигуни широко застосовувалися в стаціонарних механізмах та силових установках морських суден, однак існуючі тоді системи вприскування палива не дозволяли застосовувати дизелі у високо-спритних агрегатах. Невелика швидкість обертання, значну вагу повітряного компресора, необхідного для роботи системи упорскування палива унеможливили застосування перших дизелів на автотранспорті.
У 20-і роки XX століття німецький інженер Роберт Бош удосконалив вбудований паливний насос високого тиску, пристрій, який широко застосовується і в наш час. Використання гідравлічної системи для нагнітання і уприскування палива дозволило відмовитися від окремого повітряного компресора і зробило можливим подальше збільшення швидкості обертання. Затребуваний в такому вигляді високооборотний дизель став користуватися все більшою популярністю як силовий агрегат для допоміжного та громадського транспорту, однак доводи на користь двигунів з електричним запалюванням (Традиційний принцип роботи, легкість і невелика ціна виробництва) дозволяли їм користуватися великим попитом для установки на пасажирських і невеликих вантажних автомобілях, В 50 — 60-ті роки дизель встановлюється у великих кількостях на вантажні автомобілі та автофургони, а в 70-ті роки після різкого зростання цін на паливо, на нього звертають серйозну увагу світові виробники недорогих маленьких пасажирських автомобілів.

Принципи роботи:
Чотиритактний цикл.
при першому такті (Такт впуску, поршень йде вниз) свіжа порція повітря втягується в циліндр через відкритий впускний клапан.
при другому такті (Такт стиснення, поршень йде вгору) впускний і випускний клапани закритивоздух стискається в обсязі приблизно в 17 разів (від 14: 1 до 24: 1), т. е. обсяг стає менше в 17 разів у порівнянні з загальним обсягом циліндра, і повітря стає дуже гарячим.
Безпосередньо перед початком третього такту (Такт робочого ходу, поршень йде вниз) паливо впорскується в камеру згоряння через розпилювач форсун. При уприскуванні паливо розпорошується на дрібні частинки, які рівномірно перемішуються зі стисненим повітрям для створення самозаймистою суміші. Енергія вивільняється при згорянні, коли поршень починає свій рух в такті робочого ходу.
Випускний клапан відкривається, коли починається четвертий такт (Такт випуску, поршень йде вгору), і вихлопні гази проходять через випускний клапан.

Двотактний цикл.
Поршень знаходиться в нижній мертвій точці і циліндр наповнений повітрям. Під час ходу поршня вгору повітря стискується; поблизу верхньої мертвої точки відбувається вприскування палива, яке самозаймається. Потім відбувається робочий хід — продукти згоряння розширюються і передають енергію поршня, який рухається вниз. Поблизу нижньої мертвої точки відбувається продування — продукти згоряння заміщаються свіжим повітрям. Цикл завершується.
Для здійснення продувки в нижній частині циліндра влаштовуються продувні вікна. Коли поршень знаходиться внизу, вікна відкриті. Коли поршень піднімається, він перекриває вікна.

Оскільки в двотактному циклі робочі ходи відбуваються вдвічі частіше, то можна очікувати двократного підвищення потужності в порівнянні з чотиритактним циклом. На практиці ж це не вдається реалізувати, і двотактний дизель могутніше такого ж за обсягом чотиритактного максимум в 1,6 — 1,7 разів.
В даний час двотактні дизелі широко застосовуються тільки на великих морських судах з безпосереднім (безредукторним) приводом гребного гвинта. При неможливості підвищення частоти обертання двотактний цикл виявляється вигідним; а також вони тихохідні дизелі мають потужність до 100.000 л.с.

Плюси і мінуси.
бензи новий двигун є досить неефективним і здатний перетворювати всього лише близько 20-30% енергії палива в корисну роботу. Стандартний дизельний двигун, однак, зазвичай має коефіцієнт корисної дії в 30-40%, дизелі з турбонаддувом і проміжним охолодженням понад 50% (наприклад, MAN S80ME-C7 витрачає тільки 155 гр на кВт, досягаючи ефективності 54,4%). Дизельний двигун через використання впорскування високого тиску не пред’являє вимог до летючості палива, що дозволяє використовувати в ньому низькосортні важкі масла.
Дизельний двигун не може розвивати високі обороти — суміш не встигає догоріти в циліндрах. Це призводить до зниження питомої потужності двигуна на 1 л об’єму, а значить, і до зниження питомої потужності на 1 кг маси двигуна.
Дизельний двигун не має дросельної заслінки, Регулювання потужності здійснюється регулюванням кількості палива, що впорскується. Це призводить до відсутності зниження тиску в циліндрах на низьких оборотах. Тому дизель видає високий крутний момент при низьких оборотах, що робить автомобіль з дизельним двигуном більш «чуйним» в русі, ніж такий же автомобіль з бензиновим двигуном. З цієї причини в даний час більшість вантажних автомобілів обладнуються дизельними двигунами.
Явними недоліками дизельних двигунів є необхідність використання стартера великої потужності, помутніння і застигання річного дизельного палива при низьких температурах, Складність в ремонті паливної апаратури, так як насоси високого тиску є пристроями, виготовленими з високою точністю. Також дизель-мотори вкрай чутливі до забруднення палива механічними частинками і водою. Такі забруднення дуже швидко виводять з ладу паливну апаратуру. Ремонт дизель-моторів, як правило, значно дорожче ремонту бензинових моторів аналогічного класу. Літрова потужність дизельних моторів також, як правило, поступається аналогічним показникам бензинових моторів, хоча дизель-мотори мають більш рівним крутний момент у своєму робочому діапазоні. Екологічні показники дизельних двигунів значно поступалися до останнього часу двигунів бензиновим. На класичних дизелях з механічно керованим уприскуванням можлива установка тільки окисних нейтралізаторів відпрацьованих газів ( «каталізатор» в просторіччі), що працюють при температурі відпрацьованих газів понад 300 ° C, що окислюють тільки CO і CH до нешкідливих для людини вуглекислого газу (CO2) і води. Також раніше дані нейтралізатори виходили з ладу внаслідок отруєння їх сполуками сірки (кількість з’єднань сірки у відпрацьованих газах безпосередньо залежить від кількості сірки в дизельному паливі) і відкладенням на поверхні каталізатора частинок сажі. Ситуація почала змінюватися лише в останні роки в зв’язку з впровадженням дизелів так званої «Common-rail» системи. В даному типі дизелів впорскування палива здійснюється електрично керованими форсунками. Подачу керуючого електричного імпульсу здійснює електронний блок управління, який одержує сигнали від набору датчиків. Датчики ж відстежують різні параметри двигуна, що впливають на тривалість і момент подачі паливного імпульсу. Так що, за складністю сучасний — і екологічно таке ж чисте, як і бензин — дизель-мотор нічим не поступається своєму бензинової, а по ряду параметрів складності і значно його перевершує. Так, наприклад, якщо тиск палива в форсунках звичайного дизеля з механічним уприскуванням становить від 100 до 400 бар, то в новітніх системах «Common-rail» воно перебуває в діапазоні від 1000 до 2500 бар, що тягне за собою чималі проблеми. Також каталітична система сучасних транспортних дизелів значно складніше бензинових моторів, так як каталізатор повинен «уміти» працювати в умовах нестабільного складу вихлопних газів, а в частині випадків потрібне введення так званого « фільтр сажі». «Фільтр сажі» являє собою подібну звичайному каталітичного нейтралізатора структуру, що встановлюється між вихлопним колектором дизеля і каталізатором в потоці вихлопних газів. У фільтр сажі розвивається висока температура, при якій частинки сажі здатні окислюватися залишковим киснем, що містяться у вихлопних газах. Однак частина сажі не завжди окислюється, і залишається в «фільтр сажі», тому програма блоку управління періодично перекладає двигун в режим очищення «фільтр сажі» шляхом так званої «постінжекціі», тобто вприскування додаткової кількості палива в циліндри в кінці фази згоряння з метою підняти температуру газів, і, відповідно, очистити фільтр шляхом спалювання накопичилася сажі. Стандартом де-факто в конструкціях транспортних дизель-моторів стала наявність турбонагнітача, а в останні роки — і так званого «інтеркулера» — тобто пристрої, охолоджує стислий турбонагнітачем повітря. Нагнетатель дозволив підняти питомі потужності характеристики масових дизель-моторів, тому що дозволяє пропустити за робочий цикл більшу кількість повітря через циліндри.

Ну і на останок найцікавіше. МІФИ про дизельних двигунах.

Дизельний двигун занадто повільний.
Сучасні дизельні двигуни з системою турбонаддува набагато ефективніше своїх попередників, а іноді і перевершують своїх бензинових атмосферних (без турбонаддува) побратимів з таким же об’ємом двигуна. Про це говорить дизельний прототип Audi R10, який виграв 24-х годинну гонку в Ле-Мане, і нові двигуни BMW, Які не поступаються за потужністю атмосферним (без турбонаддува) бензиновим і при цьому володіють величезним крутним моментом.

Дизельний двигун занадто гучний.
Правильно налаштований дизель лише трохи «голосніше» бензинового, що помітно лише на холостих обертах. У робочих режимах різниці практично немає. Голосно працюючий двигун свідчить про НЕ правильної експлуатації і можливі несправності. Насправді старі дизелі з механічним уприскуванням дійсно відрізняються досить жорсткою роботою. Тільки з появою акумуляторних паливних систем високого тиску ( «Common-rail») у дизельних двигунів вдалося значно знизити шум, перш за все за рахунок поділу одного імпульсу впорскування на кілька (типово — від 2-х до 5-ти імпульсів).

Дизельний двигун набагато економічніше.
Часи, коли дизельне пальне коштувало в три рази дешевше бензину, давно пройшли. Зараз різниця становить лише близько 10-30% за ціною палива. Незважаючи на те, що питома теплота згоряння дизельного палива (42,7 МДж / кг) менше ніж у бензину (44-47 МДж / кг), основна економічність обумовлена \u200b\u200bбільш високим ККД дизельного двигуна. В середньому сучасний дизель витрачає палива до 30% менше. Термін служби дизельного двигуна дійсно набагато більше бензинового і може досягати 400-600 тисяч кілометрів. [Джерело не вказано 211 днів] Запчастини для дизельних двигунів також дещо дорожче, як і вартість ремонту. Незважаючи на всі перераховані вище причини, витрати на експлуатацію дизельного двигуна при правильній експлуатації будуть не набагато менше, ніж у бензинового. [Джерело не вказано 211 днів]

Дизельний двигун погано заводиться в мороз.
При правильній експлуатації і підготовки до зими проблем з двигуном не виникне. Наприклад дизельний двигун VW-Audi 1,9 TDI (77 кВт / 105 к.с.) оснащений системою швидкого запуску: нагрів свічок розжарювання до 1000 градусів здійснюється за 2 с. Система дозволяє заводити двигун в будь-яких кліматичних умовах без передпускового розігріву.

Дизельний двигун не можна переобладнати під використання в якості палива більш дешевого газу.
Першими прикладами роботи дизельних двигунів на більш дешевому паливі — газі порадували ще в 2005 році італійські тюнінгові фірми, які використовували в якості палива метан. В даний час успішно зарекомендували себе варіанти застосування ГАЗОДИЗЕЛЬ на пропані, а також — кардинальні рішення по переобладнанню дизеля в газовий двигун, який має перевагу перед аналогічним мотором, переобладнаним з бензинового, за рахунок спочатку більш високого ступеня стиснення.

А що ви скажете про дизельний двигун?)

Вітаю вас друзі! Дизельний силовий агрегат вже давно завоював любов і повагу в колі автолюбителів! Він економічніше, надійніше, та й загальне ККД на порядок вище ніж у бензинового побратима. Однак, більш складний пристрій і принцип роботи дизельного двигуна не дають багатьом вітчизняним водіям зважитися на покупку автомобіля такого типу. Воно і не дивно, змушує звернути увагу на вартість обслуговування автотехніки і це правильно! Але все ж, щоб розвіяти побоювання колег, сьогодні я спробую у зрозумілій формі описати вам все особливості такого агрегату. Але про все, як завжди по порядку …

трошки передісторії

Перший мотор такого типу був створений французьким інженером Рудольфом Дизелем, який жив в епоху XIX століття. Як ви самі розумієте, майстер не довго думав над назвою свого винаходу і пішов по стопах великих винахідників, прозвавши його своїм прізвищем. Функціонував двигун на гасі, а використовувався виключно серед кораблів і стаціонарних верстатів. Чому? Все дуже просто, величезну вагу і підвищений шум движка, не дозволяв збільшити спектр його застосування.

І так було аж до 1920 року, коли перші екземпляри вже істотно модернізованого дизеля, почали застосовувати в громадському і вантажному транспорті. Правда тільки через 15 років, з’явилися перші моделі легкових автомобілів, що працюють на солярці, але наявність все тих же мінусів не дозволяли використовувати силовий агрегат повсюдно. Лише в 70-х роках, світ побачили дійсно компактні дизелі, до слова кажучи, багато експертів прив’язують цю подію до різкого стрибка цін на нафту. Як би там не було, дизельний силовий агрегат за час свого становлення на чому тільки не працював. Експериментатори лили в нього все що під руку попадеться: рапсове масло, сира нафта, мазут, гас і нарешті солярка. У наші дні, ми все бачимо до чого це призвело — на тлі дорогого бензину, дизель підкорює не тільки Європу, але і весь світ!

особливості конструкції

Пристрій дизельного двигуна, за великим рахунком має не так вже й багато відмінностей в порівнянні з бензиновим аналогом. Це все той же поршневий мотор внутрішнього згоряння, в якому займання палива здійснюється не за допомогою іскри, а за рахунок стиснення або нагрівання. У його конструкції можна виділити кілька основних елементів:

  • поршні;
  • циліндри;
  • Паливні форсунки;
  • Свічки розжарювання;
  • Клапан впускний і випускний;
  • турбіна;
  • Интеркулер.

Для порівняння: ККД бензинового мотора в середньому становить близько 30%, у випадку з дизельним варіантом цей показник збільшується до 40%, а з турбонаддувом і в усі до 50%!

Більш того, схеми функціонування також дуже схожі між собою. Відрізняються лише процеси створення паливо-повітряної суміші і її згоряння. Ну і ще одне глобальне відмінність — це міцність деталей. Обумовлюється такий момент значно більшим рівнем ступеня стиснення, адже якщо в «запальничках» допускається невеликий люфт між деталями, то в дизелі все повинно бути максимально щільно.

Принцип роботи

Давайте нарешті розберемося, як працює дизельний двигун. Якщо говорити про чотиритактному варіанті, то тут можна спостерігати окрему від циліндра камеру згоряння, яка тим не менш пов’язана з ним спеціальним каналом. Даний тип моторів, просунули в маси набагато раніше ніж модифікацію з двома тактами, в зв’язку з тим, що вони були тихіше і мали підвищений діапазон оборотів. Якщо слідувати логіці, то стає зрозуміло, якщо 4 такту, то відповідно робочий цикл складається з 4 фаз, розглянемо їх.

  1. Впуск — при повороті колінчастого вала в районі 0-180 градусів, повітря потрапляє в циліндр крізь впускний клапан, який відкривається на 345-355 градусів. Одночасно з впускним відкривається і випускний клапан, при повороті коленвала на 10-15 градусів.
  2. Стиснення — рухаючись вгору при 180-360 градусах, поршень стискає повітря в 16-25 разів, в свою чергу на початку такту при 190-210 градусах, закривається впускний клапан.
  3. Робочий хід — коли такт тільки починається, паливо змішується з гарячим повітрям і запалюється, природно відбувається це все до досягнення поршнем мертвої точки. При цьому виділяються продукти згорання, які чинять тиск на поршень і той рухається вниз. Зверніть увагу, що тиск газів постійно, так згоряння палива триває рівно стільки ж, скільки форсунка дизельного двигуна подає рідину. Саме завдяки цьому, розвивається більший крутний момент в порівнянні з бензиновими агрегатами. Здійснюється все це дія при 360-540 градусах.
  4. Випуск — коли колінчастий вал повертається на 540-720 градусів, поршень рухаючись вгору видавлює вихлопні гази через відкритий випускний клапан.

Принцип роботи двотактного дизельного двигуна відрізняється більш швидкими фазами, єдиним процесом газообміну і безпосереднім уприскуванням. Для тих, хто не в темі нагадаю: в таких конструкціях камера згоряння знаходиться безпосередньо в поршні, а паливо надходить в простір над ним. Коли поршень рухається вниз, продукти горіння залишають циліндр через випускні клапана. Далі, відчиняються впускні клапана і поступає свіже повітря. При русі поршня вгору, все клапана закриті, в цей час відбувається стиснення. Паливо впорскується розпилювачами і починається його займання до досягнення поршнем верхньої мертвої точки.

Додаткове обладнання

Якщо відкинути сам ДВС в сторону, на загальний план виходить цілий ряд цілком собі підготовлених помічників. Розглянемо головних професіоналів!

Паливна система

Пристрій паливної системи дизельного двигуна набагато складніше ніж в бензинових модифікаціях. Пояснюється даний нюанс легко і просто — вимоги до тиску подаваного палива, кількості і точності — дуже високі, самі розумієте чому. ТНВД дизельного двигуна, паливний фільтр, форсунки їх розпилювачі — все це основні елементи системи. Окремої статті заслуговує не тільки апаратура, а й пристрій паливного фільтра. Можливо, незабаром розберемо під мікроскопом і їх.

Наддувши

Турбіна на дизельному двигуні істотно збільшує його продуктивність за рахунок того, що паливо подається під високим тиском і відповідно повністю вигорає. Конструкція даного агрегату в принципі не така вже складна, складається вона всього з двох кожухів, підшипників і захисної сітки з металу. Принцип роботи турбіни дизельного двигуна виглядає наступним чином:

  • Компресор, до якого приєднаний один кожух всмоктує повітря всередину турбонагнетателя.
  • Далі, активується ротор.
  • Після, настає час охолодити повітря, з цим завданням справляється інтеркулер.
  • Пройшовши кілька фільтрів на своєму шляху, повітря через впускний колектор потрапляє в двигун, після чого клапан закривається, а подальше його відкриття відбувається на завершальній стадії робочого ходу.
  • Якраз тоді через турбіну, мотор залишають відпрацьовані гази, які ще й мають певний тиск на ротор.
  • У цей момент швидкість обертання турбіни може досягати 1500 оборотів в секунду, а за допомогою вала обертається і ротор.

Цикл турбіни працює силового агрегату повторюється раз за разом і саме завдяки ось такої стабільності, потужність мотора зростає!

Форсунки і інтеркулер

Принцип роботи інтеркулера, а також форсунки, та й взагалі їх призначення, зрозуміло кардинально відрізняються. Перший, шляхом теплообміну знижує температуру повітря, який в гарячому стані сильно впливає на довговічність двигуна. На форсунку ж, лягати завдання в дозуванні і розпиленні палива.

Функціонує вона в імпульсному режимі за рахунок кулачка, що відходить від распредвала і власне розпилювачів.

Робоча температура дизеля

Не варто лякатися якщо на панелі приладів відсутні звичні 90 градусів. Справа в тому, що робоча температура дизельного двигуна досить специфічна і залежить від конкретної марки автомобіля, власне самого мотора і термостата. Так, якщо для «Фольксвагена» нормальним значенням буде відмітка в межах 90-100 градусів, то рядовий «Мерседес» функціонує при 80-100, а «Опель» взагалі в районі 104-111 градусів. Вітчизняний вантажівка «КАМАЗ», наприклад, працює при 95-98 градусах.

Яка б робоча температура, що не була у вашого силового агрегату, одне очевидно — мотори на солярці сьогодні актуальні, як ніколи. Не вірите мені? Озирніться довкола, сьогодні можна зустріти навіть дизельний двигун на «Ниву» і це я вам скажу, випадок не поодинокий. Вже з цього можна зробити висновок — такий мотор у багато краще бензинового.

Так в швидкісних якостях зрівнятися з бензиновими йому навряд чи вдасться, хоча сучасні моделі з турбінами виразно створити конкуренцію можуть.

Якщо ж міняти машину, а тим більше двигун бажання немає, рекомендую власними руками помити мотор, адже ми робимо це не так вже й часто, як виглядає процедура я описав. Загалом свою думку я висловив, чекаю ваше в коментарях! Всього найкращого!

Того ж року він був успішно випробуваний. Дизель активно зайнявся продажем ліцензій на новий двигун. Незважаючи на високий ККД і зручність експлуатації в порівнянні з паровою машиною практичне застосування такого двигуна було обмеженим: він поступався парових машин того часу за розміром і вагою.

Перші двигуни Дизеля працювали на рослинних маслах або легких нафтопродуктах. Цікаво, що спочатку в якості ідеального палива він пропонував кам’яновугільну пил. Експерименти ж показали неможливість використання вугільного пилу в якості палива — перш за все через високі абразивних властивостей як самої пилу, так і золи, що виходить при згорянні; також виникали великі проблеми з подачею пилу в циліндри.

Принцип роботи

чотиритактний цикл

  • 1-й такт. впуск. Відповідає 0 ° — 180 ° повороту коленвала. Через відкритий ~ від 345-355 ° впускний клапан повітря надходить в циліндр, на 190-210 ° клапан закривається. Принаймні до 10-15 ° повороту коленвала одночасно відкритий вихлопної клапан, час спільного відкриття клапанів називається перекриттям клапанів .
  • 2-й такт. стиснення. Відповідає 180 ° — 360 ° повороту коленвала. Поршень, рухаючись до ВМТ (верхньої мертвої точки), стискає повітря в 16 (в тихохідних) -25 (в швидкохідних) раз.
  • 3-й такт. Робочий хід, розширення. Відповідає 360 ° — 540 ° повороту коленвала. При розпилюванні палива в гаряче повітря відбувається ініціація згоряння палива, тобто часткове його випаровування, утворення вільних радикалів в поверхневих шарах крапель і в парáх, нарешті, воно спалахує і згорає в міру надходження з форсунки, продукти горіння, розширюючись, рухають поршень вниз. Уприскування і, відповідно, займання палива відбувається трохи раніше моменту досягнення поршнем мертвої точки внаслідок деякої інертності процесу горіння. Відмінність від випередження запалювання в бензинових двигунах в тому, що затримка необхідна тільки через наявність часу ініціації, яке в кожному конкретному дизелі — величина постійна і зміни в процесі роботи не підлягає. Згоряння палива в дизелі відбувається, таким чином, тривалий час, стільки часу, скільки триває подача порції палива з форсунки. Внаслідок цього робочий процес протікає при відносно постійному тиску газів, через що двигун розвиває великий крутний момент. З цього випливають два найважливіші виведення.
    • 1. Процес горіння в дизелі триває рівно стільки часу, скільки потрібно для вприскування даної порції палива, але не довше часу робочого ходу.
    • 2. Співвідношення паливо / повітря в циліндрі дизеля може істотно відрізнятися від стехіометричного, причому дуже важливо забезпечити надлишок повітря, так як полум’я факела займає невелику частину обсягу камери згоряння і атмосфера в камері повинна до останнього забезпечити потрібне вміст кисню. Якщо цього не відбувається, виникає масивний викид незгорілих вуглеводнів з сажею — «тепловоз» дає «ведмедя».).
  • 4-й такт. випуск. Відповідає 540 ° — 720 ° повороту коленвала. Поршень йде вгору, через відкритий на 520-530 ° вихлопної клапан поршень виштовхує відпрацьовані гази з циліндра.

Залежно від конструкції камери згоряння, існує кілька типів дизельних двигунів:

  • Дизель з нерозділеного камерою: Камера згоряння виконана в поршні, а паливо впорскується в надпоршневомупростір. Головне достоїнство — мінімальна витрата палива. Недолік — підвищений шум ( «жорстка робота»), особливо на холостому ходу. В даний час ведуться інтенсивні роботи по усуненню зазначеного недоліку. Наприклад, в системі Common Rail для зниження жорсткості роботи використовується (часто багатостадійний) предвприск.
  • Дизель з розділеною камерою: Паливо подається в додаткову камеру. У більшості дизелів така камера (вона називається вихровий або передкамерою) пов’язана з циліндром спеціальним каналом так, щоб при стисканні повітря, потрапляючи в ону камеру, інтенсивно завихрюватися. Це сприяє гарному перемішуванню палива, що впорскується з повітрям і більш повному згорянню палива. Така схема довго вважалася оптимальною для легких дизелів і широко використовувалася на легкових автомобілях. Однак, внаслідок гіршої економічності, останні два десятиліття йде активне витіснення таких дизелів двигунами з нероздільною камерою і з системами подачі палива Common Rail.

двотактний цикл

Продування двотактного дизельного двигуна: внизу — продувні вікна, випускний клапан верху відкритий

Крім вищеописаного чотиритактного циклу, в дизелі можливе використання двотактного циклу.

При робочому ході поршень йде вниз, відкриваючи випускні вікна в стінці циліндра, через них виходять вихлопні гази, одночасно або трохи пізніше відкриваються і впускні вікна, циліндр продувається свіжим повітрям з повітродувки — здійснюється продування , Що поєднує такти впуску і випуску. Коли поршень піднімається, всі вікна закриваються. З моменту закриття впускних вікон починається стиск. Мало не досягаючи ВМТ, з форсунки розпилюється і загоряється паливо. Відбувається розширення — поршень йде вниз і знову відкриває всі вікна і т. Д.

Продування є вродженим слабкою ланкою двотактного циклу. Час продувки, в порівнянням з іншими тактами, невелика і збільшити його неможливо, інакше буде падати ефективність робочого ходу за рахунок його укорочення. У чотиритактний циклі на ті ж процеси відводиться половина циклу. Повністю розділити вихлоп і свіжий повітряний заряд теж неможливо, тому частина повітря втрачається, виходячи прямо в вихлопну трубу. Якщо ж зміну тактів забезпечує один і той же поршень, виникає проблема, пов’язана з симетрією відкривання і закривання вікон. Для кращого газообміну вигідніше мати випередження відкриття і закриття вихлопних вікон. Тоді вихлоп, починаючись раніше, забезпечить зниження тиску залишкових газів в циліндрі до початку продувки. При закритих раніше вихлопних вікнах і відкритих — ще — впускних здійснюється дозарядки циліндра повітрям, і, якщо повітродувка забезпечує надлишковий тиск, стає можливим здійснення наддуву.

Вікна можуть використовуватися і для випуску відпрацьованих газів, і для впуску свіжого повітря; така продування називається щілинний або віконної. Якщо відпрацьовані гази випускаються через клапан в головці циліндра, а вікна використовуються тільки для впуску свіжого повітря, продування називається клапанно-щілинним. Існують двигуни, де в кожному циліндрі знаходяться два зустрічно рухаються поршня; кожен поршень управляє своїми вікнами — один впускними, інший випускними (система Фербенкс-Морзе — Юнкерса — Корейво: дизелі цієї системи сімейства Д100 використовувалися на тепловозах ТЕ3, ТЕ10, танкових двигунах 4ТПД, 5ТД (Ф) (Т-64), 6ТД (Т -80УД), 6ТД-2 (Т-84), в авіації — на бомбардувальниках Junkers (Jumo 204, Jumo 205).

В двотактному двигуні робочі ходи відбуваються вдвічі частіше, ніж у чотиритактний, але через наявність продувки двотактний дизель могутніше такого ж за обсягом чотиритактного максимум в 1,6-1,7 разів.

В даний час тихохідні двотактні дизелі досить широко застосовуються на великих морських судах з безпосереднім (безредукторним) приводом гребного гвинта. З огляду на подвоєння кількості робочих ходів на одних і тих же оборотах двотактний цикл виявляється вигідним при неможливості підвищити частоту обертання, крім того, двотактний дизель технічно простіше реверсировать; а також вони тихохідні дизелі мають потужність до 100 000 л.с.

У зв’язку з тим, що організувати продувку вихровий камери (або передкамери) при двотактному циклі складно, двотактні дизелі будують тільки з нерозділеним камерами згоряння.

варіанти конструкції

Для середніх і важких двотактних дизельних двигунів характерно застосування складових поршнів, в яких використовується сталева головка і алюмінієва спідниця. Основною метою даного ускладнення конструкції є зниження загальної маси поршня при збереженні максимально можливої \u200b\u200bжаростійкості денця. Дуже часто використовуються конструкції з масляним рідинним охолодженням.

В окрему групу виділяються чотиритактні двигуни, що містять в конструкції крейцкопф. У крейцкопфних двигунах шатун приєднується до крейцкопф — повзуна, з’єднаному з поршнем штоком (качалкою). Крейцкопф працює за своєю направляючої — Крейца, без впливу підвищених температур, повністю ліквідовуючи вплив бічних сил на поршень. Дана конструкція характерна для великих длінноходниє суднових двигунів, Часто — подвійної дії, хід поршня в них може досягати 3 метрів; тронкових поршні таких розмірів були б перетяжеленной, тронки з такою площею тертя істотно знизили б механічний ККД дизеля.

реверсивні двигуни

Згоряння палива, що впорскується в циліндр дизеля палива відбувається в міру упорскування. Тому дизель видає високий крутний момент при низьких оборотах, що робить автомобіль з дизельним двигуном більш «чуйним» в русі, ніж такий же автомобіль з бензиновим двигуном. З цієї причини і з огляду на більш високій економічності в даний час більшість вантажних автомобілів обладнуються дизельними двигунами . Наприклад, в Росії в 2007 році майже всі вантажівки і автобуси були оснащені дизельними двигунами (остаточний перехід цього сегмента автотранспорту з бензинових двигунів на дизелі планувалося завершити до 2009 року). Це є перевагою також і в двигунах морських суден, так як високий крутний момент при низьких оборотах робить більш легким ефективне використання потужності двигуна, а більш високий теоретичний ККД (див. Цикл Карно) дає більш високу паливну ефективність.

У порівнянні з бензиновими двигунами, в вихлопних газах дизельного двигуна, як правило, менше окису вуглецю (СО), але тепер, у зв’язку із застосуванням каталітичних конвертерів на бензинових двигунах, ця перевага не так помітно. Основні токсичні гази, які присутні у вихлопі в помітних кількостях — це вуглеводні (НС або СН), оксиди (оксиди) азоту (NO х) і сажа (або її похідні) у формі чорного диму. Найбільше забруднюють атмосферу в Росії дизелі вантажівок і автобусів, які часто є старими і неврегульованою.

Іншим важливим аспектом, що стосуються безпеки, є те, що дизельне паливо нелетку (тобто легко не випаровується) і, таким чином, вірогідність спалаху у дизельних двигунів набагато менше, тим більше, що в них не використовується система запалювання. Разом з високою паливною економічністю це стало причиною широкого застосування дизелів на танках, оскільки в повсякденному небойові експлуатації зменшувався ризик виникнення пожежі в моторному відділенні через витоки палива. Менша пожежонебезпека дизельного двигуна в бойових умовах є міфом, оскільки при пробитті броні снаряд або його осколки мають температуру, сильно перевищує температуру спалаху парів дизельного палива і так само здатні досить легко підпалити що витекла пальне. Детонація суміші парів дизельного палива з повітрям в пробитому паливному баку за своїми наслідками можна порівняти з вибухом боєкомплекту, зокрема, у танків Т-34 вона приводила до розриву зварних швів і вибивання верхньої лобової деталі бронекорпуса. З іншого боку, дизельний двигун в танкобудуванні поступається карбюраторному в плані питомої потужності, а тому в ряді випадків (висока потужність при малому обсязі моторного відділення) більш виграшним може бути використання саме карбюраторного силового агрегату (хоча це характерно для дуже вже легких бойових одиниць).

Звичайно, існують і недоліки, серед яких — характерний стукіт дизельного двигуна при його роботі. Однак, вони помічаються в основному власниками автомобілів з дизельними двигунами, а для стороннього людини практично непомітні.

Явними недоліками дизельних двигунів є необхідність використання стартера великої потужності, помутніння і застигання (запарафініваніе) річного дизельного палива при низьких температурах, складність і більш висока ціна в ремонті паливної апаратури, так як насоси високого тиску є точною деталлю обладнання. Також дизель-мотори вкрай чутливі до забруднення палива механічними частинками і водою. Ремонт дизель-моторів, як правило, значно дорожче ремонту бензинових моторів аналогічного класу. Літрова потужність дизельних моторів також, як правило, поступається аналогічним показникам бензинових моторів, хоча дизель-мотори мають більш рівним і високим крутним моментом в своєму робочому об’ємі. Екологічні показники дизельних двигунів значно поступалися до останнього часу двигунів бензиновим. На класичних дизелях з механічно керованим уприскуванням можлива установка тільки окисних нейтралізаторів відпрацьованих газів, що працюють при температурі відпрацьованих газів понад 300 ° C, що окислюють тільки CO і CH до нешкідливих для людини вуглекислого газу (CO 2) і води. Також раніше дані нейтралізатори виходили з ладу внаслідок отруєння їх сполуками сірки (кількість з’єднань сірки у відпрацьованих газах безпосередньо залежить від кількості сірки в дизельному паливі) і відкладенням на поверхні каталізатора частинок сажі. Ситуація почала змінюватися лише в останні роки в зв’язку з впровадженням дизелів так званої системи Common rail. В даному типі дизелів впорскування палива здійснюється електронно-керованими форсунками. Подачу керуючого електричного імпульсу здійснює електронний блок управління, який одержує сигнали від набору датчиків. Датчики ж відстежують різні параметри двигуна, що впливають на тривалість і момент подачі паливного імпульсу. Так що, за складністю сучасний — і екологічно таке ж чисте, як і бензин — дизель-мотор нічим не поступається своєму бензинової, а по ряду параметрів (складності) і значно його перевершує. Так, наприклад, якщо тиск палива в форсунках звичайного дизеля з механічним уприскуванням становить від 100 до 400 бар (приблизно еквівалентно «атмосфер»), то в новітніх системах «Common-rail» воно перебуває в діапазоні від 1000 до 2500 бар, що тягне за собою чималі проблеми. Також каталітична система сучасних транспортних дизелів значно складніше бензинових моторів, так як каталізатор повинен «уміти» працювати в умовах нестабільного складу вихлопних газів, а в частині випадків потрібне введення так званого «фільтр сажі» (DPF — фільтр твердих частинок). «Фільтр сажі» являє собою подібну звичайному каталітичного нейтралізатора структуру, що встановлюється між вихлопним колектором дизеля і каталізатором в потоці вихлопних газів. У фільтр сажі розвивається висока температура, при якій частинки сажі здатні окислюватися залишковим киснем, що містяться у вихлопних газах. Однак частина сажі не завжди окислюється, і залишається в «фільтр сажі», тому програма блоку управління періодично перекладає двигун в режим «очищення фільтр сажі» шляхом так званої «постінжекціі», тобто вприскування додаткової кількості палива в циліндри в кінці фази згоряння з метою підняти температуру газів, і, відповідно, очистити фільтр шляхом спалювання накопичилася сажі. Стандартом де-факто в конструкціях транспортних дизель-моторів стала наявність турбонагнітача, а в останні роки — і «інтеркулера» — пристрої, що охолоджує повітря після стиснення турбонагнітачем — щоб після охолодження отримати більшу масу повітря (кисню) в камері згоряння при колишній пропускної здатності колекторів, а Нагнетатель дозволив підняти питомі потужності характеристики масових дизель-моторів, тому що дозволяє пропустити за робочий цикл більшу кількість повітря через циліндри.

У своїй основі конструкція дизельного двигуна подібна до конструкції бензинового двигуна. Однак, аналогічні деталі у дизеля важче і більш стійкі до високого тиску стиснення, які мають місце у дизеля, зокрема, хон на поверхні дзеркала циліндра більш грубий, але твердість стінок блоку циліндрів вище. Головки поршнів, однак, спеціально розроблені під особливості згоряння в дизельних двигунах і майже завжди розраховані на підвищений ступінь стиснення. Крім того, головки поршнів в дизельному двигуні знаходяться вище (для автомобільного дизеля) верхньої площини блоку циліндрів. У деяких випадках — в застарілих дизелях — головки поршнів містять у собі камеру згоряння ( «прямий впорскування»).

Сфера застосування

Дизельні двигуни застосовуються для приводу стаціонарних силових установок, на рейкових (тепловози, дізелевози, дизель-поїзди, автодрезини) і безрейкових (автомобілі, автобуси, вантажівки) транспортних засобах, самохідних машинах і механізмах (трактори, асфальтові катки, скрепери і т. д.), а також в суднобудуванні в якості головних і допоміжних двигунів.

Міфи про дизельних двигунах

Дизельний двигун з турбонаддувом

  • Дизельний двигун занадто повільний.

Сучасні дизельні двигуни з системою турбонаддува набагато ефективніше своїх попередників, а іноді і перевершують своїх бензинових атмосферних (без турбонаддува) побратимів з таким же об’ємом. Про це говорить дизельний прототип Audi R10, який виграв 24-х годинну гонку в Ле-Мане, і нові двигуни BMW, які не поступаються за потужністю атмосферним (без турбонаддува) бензиновим і при цьому володіють величезним крутним моментом.

  • Дизельний двигун занадто голосно працює.

Гучний робота двигуна свідчить про неправильної експлуатації і можливі несправності. Насправді деякі старі дизелі з безпосереднім уприскуванням дійсно відрізняються досить жорсткою роботою. З появою акумуляторних паливних систем високого тиску ( «Common-rail») у дизельних двигунів вдалося значно знизити шум, перш за все за рахунок поділу одного імпульсу впорскування на кілька (типово — від 2-х до 5-ти імпульсів).

  • Дизельний двигун набагато економічніше.

Основна економічність обумовлена \u200b\u200bбільш високим ККД дизельного двигуна. В середньому сучасний дизель витрачає палива до 30% менше. Термін служби дизельного двигуна більше бензинового і може досягати 400-600 тисяч кілометрів. Запчастини для дизельних двигунів трохи дорожче, вартість ремонту так само вище, особливо паливної апаратури. За перерахованих вище причин, витрати на експлуатацію дизельного двигуна дещо менше, ніж у бензинового. Економія в порівнянні з бензиновими моторами зростає пропорційно потужності, ніж визначається популярність використання дизельних двигунів в комерційному транспорті та великовантажної техніки.

  • Дизельний двигун не можна переобладнати під використання в якості палива більш дешевого газу.

З перших моментів побудови дизелів будувалося і будується величезна кількість їх, розрахованих для роботи на газі різного складу. Способів перекладу дизелів на газ, в основному, два. Перший спосіб полягає в тому, що в циліндри подається збіднена газо-повітряна суміш, стискається і підпалюється невеликий запальний струменем дизельного палива. Двигун, що працює у такий спосіб, називається газодизельного. Другий спосіб полягає в конвертації дизеля зі зниженням ступеня стиснення, установкою системи запалювання і, фактично, з побудовою замість дизеля газового двигуна на його основі.

рекордсмени

Найбільший / потужний дизельний двигун

Конфігурація — 14 циліндрів в ряд

Робочий об’єм — 25 480 літрів

Діаметр циліндра — 960 мм

Хід поршня — 2500 мм

Середнє ефективне тиск — 1,96 МПа (19,2 кгс / см²)

Потужність — 108 920 к.с. при 102 об / хв. (Віддача з літра 4,3 к.с.)

Крутний момент — 7 571 221 Н · м

Витрата палива — 13 724 літрів на годину

Суха маса — 2300 тонн

Габарити — довжина 27 метрів, висота 13 метрів

Найбільший дизельний двигун для вантажного автомобіля

MTU 20V400 призначений, для установки на кар’єрний самоскид БелАЗ-7561.

Потужність — 3807 к.с. при 1800 об / хв. (Питома витрата палива при номінальній потужності 198 г / кВт * год)

Крутний момент — 15728 Н · м

Найбільший / потужний серійний дизельний двигун для серійного легкового автомобіля

Audi 6.0 V12 TDI з 2008 року встановлюється на автомобіль Audi Q7.

Конфігурація — 12 циліндрів V-образно, кут розвалу 60 градусів.

Робочий об’єм — 5934 см³

Діаметр циліндра — 83 мм

Хід поршня — 91,4 мм

Ступінь стиснення — 16

Потужність — 500 к.с. при 3750 об / хв. (Віддача з літра — 84,3 к.с.)

Крутний момент — 1000 Нм в діапазоні 1750-3250 об / хв.

Принцип роботи дизельного двигуна, його переваги і недоліки.

Від звичайного бензинового двигуна дизельний не відрізняється за своєю конструкцією — ті ж шатуни, поршні і циліндри. Хоча відмінність все таки є, адже у дизельного двигуна, в порівнянні з бензиновим, посилені клапанні деталі, а зроблено це для того, щоб дизельний двигун міг сприймати вищі навантаження, тому що ступінь стиснення у дизельного набагато вище. Саме цим і пояснюється великі габарити і вага дизельного двигуна в порівнянні з бензиновим двигуном. 

Але основною відмінністю дизельного двигуна від бензинового є спосіб створення, займання і згорання паливно-повітряної суміші. Якщо у бензинового двигуна суміш формується у впускний системі, а запалюється в циліндрі і за допомогою свічки запалювання. У дизельному ж двигуні подача повітря і палива проводитися роздільно. У циліндри спочатку надходить чисте повітря. І тільки в самому кінці стиснення, коли повітря нагріте до 700-800 градусів Цельсія, в камеру згоряння, під величезним тиском в 10-30 МПа, форсунками впорскується паливо, після чого воно миттєво самозаймається. Таке самозаймання супроводжується вельми різким збільшенням тиску в циліндрі, саме через це робота дизельного двигуна і стає такою галасливою. Завдяки такій організації робочого процесу стало можливим використання більш дешевого палива, а також стала доступна робота на вельми бідних сумішах, через це дизельні двигуни є більш економічними. Як не дивно, але з екологічного боку, дизельні двигуни краще, ніж бензинові за рахунок того, що при використанні більш бідних сумішей, викид шкідливих речовин зменшується, особливо це відноситься до оксиду вуглецю. 

Головними недоліками дизельних двигунів є менша літрова потужність, підвищена галасливість і зайві вібрації, а також труднощі холодного запуску двигуна. Але варто зауважити, що всі ці проблеми відносяться до старих версій дизельних двигунів, адже в сучасних моделях таких двигунів ці проблеми відсутні.

    

Дизельний двигун                                                Бензиновий двигун 

Принцип роботи дизельного двигуна — Про дизель — Каталог статей

Думаю багато кому відомо, що існують 2-ва види двигунів внутрішнього згоряння (маються на увазі поршневі) 2-ох і 4-ох тактний. Розглянемо найпоширеніший з них 4-ох тактний дизельний ДВЗ. Доречі робота дизельного і бензинового двигунів відрізняються лише видом палива і способом його введення в циліндр та принципом займання паливно-повітряної суміші. 1й такт Впуск. Клапан впуску відкриваеться, повітря під дією розрідження, що створює поршень рухаючись з ВМТ до НМТ поступає в циліндр, після чого клапан закривается.
2й такт Стиснення. Поршень, рухаючись від НМТ до ВМТ,стискає повітря, після чого в гаряче від стиску середовище через форсунку розпилюється паливо.
3й такт Робочий хід. Поршень під дією енергії, що виділилась від згоряння суміші, що утворилась в кінці 2-го такту, рухається від ВМТ до НМТ. (Займання дизпалива відбувається після того як поршень майже досягнув ВМТ в 2-му такті. За рахунок тертя палива до стиснутого повітря).
4й такт. Випуск. Поршень іде вверх від НМТ до ВМТ, випускний клапан відкривається, відбувається випуск відпрацьованих газів.
Дальше всі чотири такти повторяються.(див.малюнок 1)

В залежності від камери згоряння, існує два типи дизельних двигунів.
Дизель з нероздільною камерою («дизель з безпосереднім вприском») камера згоряння виконана в поршні, а паливо вприскується в надпоршневий простір. Головний плюс — менший росхід палива. Мінус — підвищений шум.
Дизель з роздільною камерою (форкамера або вихрева камера) — паливо подається в додаткову камеру. В більшості такая камера пов’язана з циліндром спеціальним каналом так, щоб при стисненні повітря, попадало в вихреву камеру, і інтенсивно закручувалося. Це сприяє хорошому змішуванню вприснутого палива і повітря та самозайманню палива.(Див.малюнок 2)

Вихрева камера:
1.Форсунка
2.Свічка накалювання
3.Порожнина вихревої камери
4.Канал вихревої камери
5.Поршень

устройство, принцип работы и классификация


Что такое ДВС?

ДВС (двигатель внутреннего сгорания) – один из самых популярных видов моторов. Это тепловой двигатель, в котором топливо сгорает непосредственно внутри него самого – во внутренней камере. Дополнительные внешние носители не требуются.

ДВС работает  благодаря физическому эффекту теплового расширения газов. Горючая смесь в момент воспламенения смеси увеличивается в объёме, и освобождается энергия.

Вне зависимости от того, о каком из ДВС идёт речь – о ДВС с искровым зажиганием – двигателе Отто (это, прежде всего, инжекторный и карбюраторный бензиновые двигатели) или о ДВС с воспламенением от сжатия (дизельный мотор, дизель) сила давления газов воздействует на поршень ДВС. Без поршня сложно представить большинство современных ДВС. В том числе, он есть даже у комбинированного ДВС. Только в последнем, кроме поршня, мотору работать помогает ещё и лопаточное оборудование (компрессоры, турбины).


Бензиновые, дизельные поршневые ДВС – это двигатели, с которыми мы активно встречаемся на любом транспорте, в том числе легковом, а ДВС, работающие не только за счёт поршня, но и за счёт компрессора, турбины – это решения, без которых сложно представить современные суда, тепловозы, автотракторную технику, самосвалы высокой грузоподъёмности, т.е. транспорт, где нужны двигатели средней (> 5 кВт) или высокой мощности (> 100 кВт).

Без двигателя внутреннего сгорания невозможно представить движение практически любого транспорта (кроме электрического) – автомобилей, мотоциклов, самолётов.

  • Несмотря на то, что технологии, в том числе, в транспортной сфере, развиваются семимильными шагами, ДВС на авто человечество будет устанавливать еще долго. Даже концерн Volkswagen, который, как известно, готовит масштабную программу электрификации модельного ряда своих двигателей, пока не спешит отказываться от ДВС. Открытой является информация, что автомобили с ДВС будут выпускаться не только в ближайшие 5, но и 30 лет. Да, время разработок новых ДВС у концерна уже подходит к финальной стадии, но производство никто сворачивать не будет. Нынешние актуальные разработки будут использоваться и впредь. Некоторые же концерны по производству авто и вовсе не спешат переходить на электромоторы. Это можно обосновать и экономически, и технически. Именно ДВС из всех моторов одни из наиболее надежных и при этом дешёвых, а постоянное совершенствование моделей ДВС позволяет говорить об уверенном прогрессе инженеров, улучшении эксплуатационных характеристик двигателей внутреннего сгорания и минимизации их негативного влияния на атмосферу.
  • Современные дизельные двигатели внутреннего сгорания позволяют снизить расход топлива на 25-30 %. Лучше всего такое уменьшение расхода топлива смогли достигнуть производители дизельных ДВС. Но и производители бензиновых двигателей внутреннего сгорания активно удивляют. Ещё в 2012-м году назад американский концерн Transonic Combustion (разработчик так называемых сверхкритических систем впрыска топлива) впечатлил решением TSCiTM. Благодаря новому подходу к конструкции топливного насоса и инжекторам, бензиновый двигатель стал существенно экономичней.
  • Большие ставки на ДВС делает и концерн Mazda. Он акцентирует внимание на изменении конструкции выпускной системы. Благодаря ей улучшена продувка газов, повышена степень их сжатия, а, вместе с тем, снижены и обороты  (причём сразу на 15%). А это и экономия расхода топлива, и уменьшение вредных выбросов – несмотря на то, что речь идёт о бензиновом двигателе, а не о дизеле.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

При разнообразии конструктивных решений устройство у всех ДВС схоже. Двигатель внутреннего сгорания образован следующими компонентами:

  1. Блок цилиндров. Блоки цилиндров – цельнолитые детали. Более того, единое целое они составляют с картером (полой частью). Именно на картер ставят коленчатый вал). Производители запчастей постоянно работают над формой блока цилиндров, его объемом. Конструкция блока цилиндров ДВС должна чётко учитывать все нюансы от механических потерь до теплового баланса.
  2. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) – узел, состоящий из шатуна, цилиндра, маховика, колена, коленвала, шатунного и коренного подшипников. Именно в этом узле прямолинейное движение поршня преобразуется непосредственно во вращательное. Для большинства традиционных ДВС КШМ – незаменимый механизм. Хотя ряд инженеров пытаются найти замену и ему. В качестве альтернативы КШМ может рассматриваться, например, система кинематической схемы отбора мощности (уникальная российская технология, разработка научных сотрудников из «Сколково», направленная на погашение инерции, снижение частоты вращения, увеличение крутящего момента и КПД).
  3. Газораспределительный механизм (ГРМ). Присутствует у четырехтактных двигателей (что это такое, ещё будет пояснено в блоке, посвященном принципу работы ДВС). Именно от ГРМ зависит, насколько синхронно с оборотами коленчатого вала работает вся система, как организован впрыск топливной смеси непосредственно в камеру, под контролем ли выход из нее продуктов сгорания.

    Основным материалом для производства ГРМ выступает кордшнуровая или кордтканевая резина. Современное производство постоянно стремится улучшить состав сырья для оптимизации эксплуатационных качеств и повышения износостойкости механизма. Самые авторитетные производители ГРМ на рынке – Bosch, Lemforder, Contitech (все – Германия), Gates (Бельгия) и Dayco (США).

    Замену ГРМ проводят через каждые 60000 — 90 000 км пробега. Всё зависит от конкретной модели авто (и регламента на неё) и особенностей эксплуатации машины.

    Привод газораспределения нуждается в систематическом контроле и обслуживании. Если пренебрегать такими процедурами, ДВС может быстро выйти из строя.

  4. Система питания. В этом узле осуществляется подготовка топливно-воздушной смеси: хранение топлива, его очистка, подача в двигатель.
  5. Система смазки. Главные компоненты системы – трубки, маслоприемник, редукционный клапан, масляный поддон и фильтр. Для контроля системы современные решения также оснащаются датчиками указателя давления масла и датчиком сигнальной лампы аварийного давления. Главная функция системы – охлаждение узла, уменьшение силы трения между подвижными деталями. Кроме того, система смазки  выполняет очищающую функцию, освобождает двигатель от нагара, продуктов, образованных в ходе износа мотора.
  6. Система охлаждения. Важна для оптимизации рабочей температуры. Включает рубашку охлаждения, теплообменник (радиатор охлаждения), водяной насос, термостат и теплоноситель.
  7. Выхлопная система. Служит для отвода от мотора продуктов сгорания.
    Включает:
    — выпускной коллектор (приёмник отработанных газов),
    — газоотвод (приёмная труба, в народе- «штаны»),
    — резонатор для разделения выхлопных газов и уменьшения их скорости,
    — катализатор (очиститель) выхлопных газов,
    — глушитель (корректирует направление потока газов, гасит шум).
  8. Система зажигания. Входит в состав только бензодвигателей. Неотъемлемые компоненты системы – свечи и катушки зажигания. Самый популярный вариант конструкции – «катушка на свече». У двигателей внутреннего сгорания старого поколения также были высоковольтные провода и трамблер (распределитель). Но современные производители моторов, прежде всего, благодаря появлению конструкции «катушка на свече», могут себе позволить не включать в систему эти компоненты.
  9. Система впрыска. Позволяет организовать дозированную подачу топлива.

В LMS ELECTUDE системе и времени впрыска уделяется особое внимание. Любой автомеханик должен понимать, что именно от исправности системы впрыска, времени впрыска зависит способность оперативно изменять скорость движения авто. А это одна из важнейших характеристик любого мотора.


Тонкий нюанс! При изучении устройства нельзя проигнорировать и такой элемент, как датчик положения дроссельной заслонки. Датчик не является частью ДВС, но устанавливается на многих авто непосредственно рядом с ДВС. 

Датчик эффективно решает такую задачу, как передача электронному блоку управления данных о положении пропускного клапана в определенный интервал времени. Это позволяет держать под контролем поступающее в систему топливо. Датчик измеряет вращение и, следовательно, степень открытия дроссельной заслонки.

А изучить устройство мотора основательно помогает дистанционный курс для самообучения «Базовое устройство двигателя внутреннего сгорания автомобиля», на платформе ELECTUDE. Принципиально важно, что каждый может пошагово продвинуться от теории, связанной с ДВС и его составными частями, до оттачивания сервисных операций по регулировке. Этому помогает встроенный LMS виртуальный симулятор.

Принцип работы двигателя

Принцип работы классических двигателей внутреннего сгорания основан на преобразовании энергии вспышки топлива — тепловой энергии, освобождённой от сгорания топлива, в механическую.

При этом сам процесс преобразования энергии может отличаться.

Самый распространённый вариант такой:

  1. Поршень в цилиндре движется вниз.
  2. Открывается впускной клапан.
  3. В цилиндр поступает воздух или топливно-воздушная смесь. (под воздействием поршня или системы поршня и турбонаддува).
  4. Поршень поднимается.
  5. Выпускной клапан закрывается.
  6. Поршень сжимает воздух.
  7. Поршень доходит до верхней мертвой точки.
  8. Срабатывает свеча зажигания.
  9. Открывается выпускной клапан.
  10. Поршень начинает двигаться вверх.
  11. Выхлопные газы выдавливаются в выпускной коллектор.

Важно! Если используется дизельное топливо, то искра не принимает участие в запуске двигателя, дизельное топливо зажигается при сжатии само.

При этом для понимания принципа работы важно не просто учитывать физическую последовательность, а держать под контролем всю систему управления. Наглядно понять её помогает схема учебного модуля ELECTUDE. 

Обратите внимание, в дистанционных курсах обучения на платформе ELECTUDE при изучении системы управления дизельным двигателем она сознательно разбирается обособленно от системы регулирования впрыска топлива. Очень грамотный подход. Многим учащимся действительно сложно сразу разобраться и с системой управления, и с системой впрыска. И для того, чтобы хорошо усвоить материал, грамотно двигаться именно пошагово.


Но вернёмся к работе самого двигателя. Рассмотренный принцип работы актуален для большинства ДВС, и он надёжен для любого транспорта, включая грузовые автомобили.

Фактически у устройств, работающих по такому принципу, работа строится на 4 тактах (поэтому большинство моторов называют четырёхтактными):

  1. Такт выпуска.
  2. Такт сжатия воздуха.
  3. Непосредственно рабочий такт – тот самый момент, когда энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую (для запуска коленвала).
  4. Такт открытия выпускного клапана – необходим для того, чтобы отработанные газы вышли из цилиндра и освободили место новой порции смеси топлива и воздуха

4 такта образуют рабочий цикл.

При этом три такта – вспомогательные и один – непосредственно дающий импульс движению. Визуально работа четырёхтактной модели представлена на схеме.


Но работа может основываться и на другом принципе – двухтактном. Что происходит в этом случае?

  • Поршень двигается снизу-вверх.
  • В камеру сгорания поступает топливо.
  • Поршень сжимает топливно-воздушную смесь.
  • Возникает компрессия. (давление).
  • Возникает искра.
  • Топливо загорается.
  • Поршень продвигается вниз.
  • Открывается доступ к выпускному коллектору.
  • Из цилиндра выходят продукты сгорания.

То есть первый такт в этом процессе – одновременный впуск и сжатие, второй — опускание поршня под давлением топлива и выход продуктов сгорания из коллектора.

Двухтактный принцип работы – распространённое явление для мототехники, бензопил. Это легко объяснить тем, что при высокой удельной мощности такие устройства можно сделать очень лёгкими и компактными.

Важно! Кроме количества тактов есть отличия в механизме газообмена.

В моделей, которые поддерживают 4 такта, газораспределительный механизм открывает и закрывает в нужный момент цикла клапаны впуска и выпуска.

У решений, которые поддерживают два такта, заполнение и очистка цилиндра осуществляются синхронно с тактами сжатия и расширения (то есть непосредственно в момент нахождения поршня вблизи нижней мертвой точки).


Классификация двигателей

Двигатели разделяют по нескольким параметрам: рабочему циклу, типу конструкции, типу подачи воздуха.

Классификация двигателей в зависимости от рабочего цикла

В зависимости от цикла, описывающего термодинамический (рабочий процесс), выделяют два типа моторов: 

  1. Ориентированные на цикл Отто. Сжатая смесь у них воспламеняется от постороннего источника энергии. Такой цикл присущ всем бензиновым двигателям.
  2. Ориентированные на цикл Дизеля. Топливо в данном случае воспламеняется не от искры, а непосредственно от разогретого рабочего тела. Такой цикл лежит в основе работы дизельных двигателей.

Чтобы работать с современными дизельными моторами, важно уметь хорошо разбираться в системе управлениям дизелями EDC (именно от неё зависит стабильное функционирование предпускового подогрева, системы рециркуляции отработанных газов, турбонаддува), особенностях системы впрыска Common Rail (CRD), механических форсунках, лямбда-зонда, обладать навыками взаимодействия с ними.


А для работы с агрегатами, работающими по циклу Отто, не обойтись без комплексного изучения свечей зажигания, системы многоточечного впрыска. Важно отличное знание принципов работы датчиков, каталитических нейтрализаторов.

И изучение дизелей, и бензодвигателей должно быть целенаправленным и последовательным. Рациональный вариант – изучать дизельные ДВС в виде модулей.


Классификация двигателей в зависимости от конструкции

  • Поршневой. Классический двигатель с поршнями, цилиндрами и коленвалом. При работе принципа ДВС рассматривалась как раз такая конструкция. Ведь именно поршневые ДВС стоят на большинстве современных автомобилей.
  • Роторные (двигатели Ванкеля). Вместо поршня установлен трехгранный ротор (или несколько роторов), а камера сгорания имеет овальную форму. У них достаточно высокая мощность при малых габаритах, отлично гасятся вибрации. Но производителям невыгодно выпускать такие моторы. Производство двигателей Ванкеля дорогостоящее, сложно подстроиться под регламенты выбросов СО2, обеспечить агрегату большой срок службы. Поэтому современные мастера СТО при ремонте и обслуживании с такими автомобилями встречаются крайне редко. Но знать о таких двигателях также очень важно. Может возникнуть ситуация, что на сервис привезут автомобили Mazda RX-8. RX-8 (2003 по 2012 годов выпуска) либо ВАЗ-4132, ВАЗ-411М. И у них стоят именно роторные двигатели внутреннего сгорания.

Классификация двигателей по принципу подачи воздуха

Подача воздуха также разделяет ДВС на два класса:

  1. Атмосферные. При движении поршня мотор затягивает порцию воздуха. Для вращения турбины и вдувания сжатого воздуха у турбокомпрессорных двигателей внутреннего сгорания используются непосредственно выхлопные газы.
  2. Турбокомпрессорные. Организована дополнительная подкачка воздуха в камеру сгорания.

Для вращения турбины и вдувания сжатого воздуха у турбокомпрессорных двигателей внутреннего сгорания используются непосредственно выхлопные газы.


Атмосферные системы активно встречаются как среди дизельных, так и бензиновых моделей. Турбокомпрессорные ДВС – в большинстве своём, дизельные двигатели. Это связано с тем, что монтаж турбонаддува предполагает достаточно сложную конструкцию самого ДВС. И на такой шаг готовы пойти чаще всего производители авто премиум-класса, спорткаров. У них установка турбокомпрессора себя оправдывает. Да, такие решения более дорогие, но выигрыш есть в весе, компактности, показателе крутящего момента, уровни токсичности. Более того! Выигрыш есть и в расходе топлива. Его требуется существенно меньше.

Очень часто решения с турбокомпрессором выбирают автовладельцы, которые предпочитают агрессивный стиль езды, высокую скорость.

Преимущества ДВС

  1. Удобство. Достаточно иметь АЗС по дороге или канистру бензина в багажнике – и проблема заправки двигателя легко решаема. Если же на машине установлен электромотор, зарядка доступна пока ещё не во всех местах.
  2. Высокая скорость заправки двигателя топливом.
  3. Длительный ресурс работы. Современные двигатели внутреннего сгорания легко работают в заявленный производителем период (в среднем 100-150 тыс. км. пробега), а некоторые и 300-350 тыс. км пробега. Впрочем, мировой рекордсмен – пробег и вовсе ~4 800 000 км. И здесь нет лишних нулей. Такой рекорд установлен на двигателе Volvo» P1800. Единственное, за время работы двигатель два раза проходил капремонт.
  4. Компактность. Двигатели внутреннего сгорания существенно компактнее, нежели двигатели внешнего сгорания.

Недостатки ДВС

При использовании двигателя внутреннего сгорания нельзя организовать работу оборудования по замкнутому циклу, а, значит, организовать работу в условиях, когда давление существенно превышает атмосферное.

Большинство ДВС работает за счёт использования невозобновляемых ресурсов (бензина, газа). И исключение – машины, работающие на биогазе, этиловом спирте (на практике встречается редко, так как при использовании такого топлива невозможно добиться высоких мощностей и скоростей).

Существует тесная зависимость работы ДВС от качества топлива. Оно должно обладать определённым определенным цетановым и октановым числами (характеристиками воспламеняемости дизельного топлива, определяющими период задержки горения рабочей смеси и детонационной стойкости топлива), плотностью, испаряемостью.

Автомеханики называют ДВС сердцем авто, инженеры модернизируют ГРМ, а производители бензина не беспокояться о том, что все перейдут на электротранспорт.

Как работают дизельные автомобили?

Автомобили с дизельным двигателем похожи на автомобили с бензиновым двигателем, поскольку оба используют двигатели внутреннего сгорания. Одно отличие состоит в том, что дизельные двигатели имеют систему впрыска с воспламенением от сжатия, а не систему с искровым зажиганием, используемую в большинстве бензиновых автомобилей. В системе с воспламенением от сжатия дизельное топливо впрыскивается в камеру сгорания двигателя и воспламеняется за счет высоких температур, достигаемых при сжатии газа поршнем двигателя.В отличие от систем контроля выбросов на автомобилях с бензиновым двигателем, многие автомобили с дизельным двигателем имеют дополнительные компоненты доочистки, которые уменьшают выброс твердых частиц и разлагают выбросы опасного оксида азота (NO x ) на безвредные азот и воду. Дизель — обычное транспортное топливо, и в некоторых других вариантах топлива используются аналогичные системы и компоненты двигателя. Узнайте об альтернативных вариантах топлива.

Изображение в высоком разрешении

Ключевые компоненты легкового автомобиля с дизельным двигателем

Система последующей обработки: Эта система состоит из нескольких компонентов, которые отвечают за фильтрацию выхлопных газов двигателя в соответствии с требованиями по выбросам выхлопных газов.После того, как выхлопные газы двигателя фильтруются через сажевый фильтр (DPF) и катализатор окисления дизельного топлива для уменьшения твердых частиц, жидкость для выхлопных газов дизельного двигателя (DEF) впрыскивается в смесь выхлопных газов, затем восстанавливается до азота и воды путем химического преобразования. в селективном каталитическом восстановителе (SCR) перед выбросом в атмосферу через выхлопную трубу автомобиля.

Батарея: Батарея обеспечивает электричество для запуска двигателя и электроники / аксессуаров силового транспортного средства.

Заливная горловина для выхлопных газов дизельного двигателя: Этот порт предназначен для заполнения бака с жидкостью для выхлопных газов дизельного двигателя.

Бак с жидкостью для выхлопных газов дизельного двигателя (DEF): В этом баке содержится жидкость для выхлопных газов дизельного двигателя, водный раствор мочевины, который впрыскивается в поток выхлопных газов во время избирательного каталитического восстановления.

Электронный блок управления (ЕСМ): ЕСМ контролирует топливную смесь, угол опережения зажигания и систему выбросов; следит за работой автомобиля; предохраняет двигатель от злоупотреблений; а также обнаруживает и устраняет проблемы.

Заливная горловина: Форсунка топливораздаточной колонки присоединяется к резервуару на транспортном средстве для заправки топливного бака.

Топливопровод: Металлическая трубка или гибкий шланг (или их комбинация) подает топливо из бака в систему впрыска топлива двигателя.

Топливный насос: Насос, перекачивающий топливо из бака в систему впрыска топлива двигателя по топливопроводу.

Топливный бак (дизель): Хранит топливо на борту транспортного средства до тех пор, пока оно не понадобится для работы двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания (с воспламенением от сжатия): В этой конфигурации топливо впрыскивается в камеру сгорания и воспламеняется за счет высокой температуры, достигаемой при сильном сжатии газа.

Трансмиссия: Трансмиссия передает механическую мощность от двигателя и / или электрического тягового двигателя для вращения колес.

Как работают настоящие трансформаторы | HowStuffWorks

Вне всяких сомнений, сотрудники HowStuffWorks с тревогой относятся к грядущему фильму «Трансформеры».Мы не просто задаемся вопросом, будет ли это хорошо. Мы задаемся вопросом, увидим ли мы роботов с возможностями Трансформеров при нашей жизни. Хотя полномасштабные Трансформеры кажутся немного неправдоподобными и непрактичными, оказывается, что некоторые существующие роботы имеют много общего с Трансформерами. В этой статье мы исследуем, как выглядят эти роботы-трансформеры, как они работают и чем они похожи на Трансформеров, таких как Оптимус Прайм.

Начнем с анализа самого Прайма. Он огромный и впечатляющий, но может ли он когда-нибудь быть настоящим? Чтобы выяснить это, мы попросили инженера Майкла Д.Белот, что нужно, чтобы построить полномасштабный тягач с прицепом, который можно превратить в двуногого робота. Другими словами, что нужно для создания версии Оптимуса Прайма в натуральную величину?

Во-первых, Prime должен быть самоконфигурируемым роботом . Некоторые саморефигурируемые роботы или роботы, которые могут изменять свою форму для выполнения различных задач, существуют сегодня. Однако они сильно отличаются от Оптимуса Прайма. Как поясняет Белот:

В случае самоконфигурируемых роботов инженер обычно предпочитает, чтобы отдельные мобильные модули были небольшими, простыми, недорогими и взаимозаменяемыми; в случае с Оптимусом Прайм, однако, мы имеем дело с роботом, отдельные модули которого размером с кабину грузового полуприцепа.Даже если бы создание таких модулей было возможно, затраты были бы непомерными, а чрезвычайная сложность сделала бы практически невозможным когда-либо правильно совместить все системы, работающие должным образом.

Если бы инженеры выяснили, как изготавливать сменные модули в масштабе Оптимуса Прайма, все равно было бы невозможно обеспечить мощность для их перемещения. В своей форме автомобиля Оптимус Прайм может работать на обычном дизельном топливе. Но ходьба гораздо менее эффективна, чем катание на колесах. Чтобы ходить, Прайму потребуется гораздо больше мощности, чем может обеспечить дизельный двигатель.Вот анализ Белоте того, как удовлетворить потребности Prime в мощности:

Традиционные роботы построены на одном из трех источников энергии — электрическом, пневматическом или гидравлическом. Из-за большого веса гидравлическая энергия является наиболее вероятным источником для Prime, поскольку гидравлические приводы обеспечивают очень высокое соотношение мощности к массе (большая выходная мощность при малых потребляемой мощности).

Таким образом, гидравлическая мощность могла позволить Prime ходить, но сама гидравлическая система создала бы другой набор проблем.«Бак или резервуар должен быть добавлен для удержания гидравлической жидкости, — говорит Белоте, — необходимы гидравлические насосы; для приведения в действие насоса должен использоваться вторичный источник энергии; клапаны необходимы для обеспечения соответствующего давления и скорости потока». Кроме того, первичный агрегат с гидравлическим приводом должен быть снабжен трубопроводом для подачи гидравлической жидкости. Эти трубы, а также топливопроводы Prime и электропроводка должны оставаться неповрежденными или даже нетронутыми во время трансформации.

Пережив превращение в робота, Прайм должен будет ходить как двуногий.Белот описывает, что нужно для этого: поскольку традиционные полуфабрикаты часто превышают 30 тонн, конечный вес Prime может легко находиться в диапазоне от 35 до 40 тонн. Сравните это с лучшим в мире «ходячим» роботом, роботом Honda ASIMO, который имеет общий вес 119 фунтов, но при этом может ходить только около 40 минут (с электроприводом) и с максимальной скоростью менее 2 миль в час. Соотношение веса ASIMO составляет 2,3 фунта на дюйм, по сравнению с отношением веса Prime, которое, вероятно, превысит 75-80 фунтов на дюйм — это 30-кратное увеличение.

Кроме того, роботы не могут легко имитировать ходьбу. «У робота, — объясняет Белот, — есть прямая команда (поднять ногу на величину« x », наклониться вперед на величину« y », вытянуть ногу вниз на величину« z »и т. Д.). Однако у людей есть нет механизма «обратной связи» — ваш мозг не постоянно сообщает вашим ногам, где его разместить. Вместо этого вы просто наклоняетесь вперед и «падаете», заставляя ногу поглощать удар, когда ступня касается пола ».

Так что маловероятно, что мы могли бы увидеть работающего Оптимуса Прайма или такого робота, как он, при нашей жизни.Но роботы, которые могут менять свою форму или принимать любую форму, уже существуют. Мы рассмотрим некоторые из них — и их сравнение с Prime — в следующем разделе.

Как работают военные роботы | HowStuffWorks

Самыми распространенными роботами, которые в настоящее время используются в вооруженных силах, являются небольшие плоские роботы, установленные на миниатюрных гусеницах танка. Эти роботы прочные, способны преодолевать практически любую местность и обычно имеют множество встроенных датчиков, включая аудио- и видеонаблюдение и обнаружение химикатов.Эти роботы универсальны: доступны различные датчики или комплекты оружия, которые крепятся к основному шасси. Практически все они портативны.

TALON

TALON — это портативный робот, работающий на небольших гусеницах. В базовой конфигурации он весит менее 100 фунтов (45 кг). TALON спроектирован так, чтобы быть очень прочным — по сообщениям, один из роботов упал с моста в реку в Ираке. Некоторое время спустя солдаты установили блок управления ТАЛОНА и просто выгнали его из реки [исх].Здесь возникает еще одна важная особенность TALON — это амфибия .

TALON управляется с помощью джойстика, имеет семь настроек скорости (максимальная скорость 6 футов / 1,8 метра в секунду) и может использовать свои ступени для подъема по лестнице, маневрирования через завалы и даже на снегу.

В TALON также заложена универсальность с множеством возможных конфигураций, которые адаптируют робота к конкретной ситуации. Базовый TALON включает в себя устройства для прослушивания аудио и видео, а также механический рычаг.В облегченной (60 фунтов / 27 кг) версии рычаг отсутствует. TALON использовались для поиска и спасения в WTC Ground Zero, и они использовались в Боснии, Афганистане и Ираке для уничтожения боевых гранат, самодельных взрывных устройств и других опасных взрывчатых веществ.

Недавно TALON был готов взять на себя еще большую роль. Все TALON теперь оснащены химическими, газовыми, температурными и радиационными датчиками. Военные даже проводят испытания TALON, на которых установлено оружие. «Роботы TALON могут быть сконфигурированы с пулеметами M240 или M249 или винтовками Barrett 50 калибра», — заявляет производитель Foster-Miller.

Военные проводят дополнительные испытания с использованием роботов TALON, оснащенных гранатометами и противотанковыми ракетными установками.

Полные технические характеристики TALON см. В документе Foster-Miller: TALON Robot.

Мягкая робототехника | Исследовательская группа Whitesides

Обзор

Разработка новых типов мягких роботизированных структур, и особенно материалов и методов для изготовления таких роботов, требует и открывает новые широкие возможности для сотрудничества, включая органическую химию, науку о мягких материалах и робототехнику.Этот проект основан на методологии, основанной на встроенных пневматических сетях, которая обеспечивает срабатывание с большой амплитудой в мягких эластомерах за счет создания давления во встроенных каналах.

Большинство традиционных робототехнических систем сложны, то есть состоят из металлических конструкций с соединениями на основе обычных подшипников. Хотя жесткие роботы, способные двигаться, часто имеют структуры, похожие на конечности, похожие на конструкции животных, чаще используются конструкции, не встречающиеся в природе, например колеса и ступени.Жесткие роботы обычно приводятся в действие и управляются электронно, и для их работы требуется интерфейс с компьютером.

В отличие от жестких роботов, некоторые локомотивные системы (например, гексаподы, включая жуков, муравьев и сверчков) используют пассивную податливость воздуха в пневматических цилиндрах для быстрого перемещения по пересеченной местности. Щупальца кальмаров, хоботы слонов и языки ящериц и млекопитающих — аналогичные примеры; их структуры — мышечные гидростаты. Кальмары и морские звезды — очень искусные локомоторы, но их способы передвижения не использовались продуктивно в традиционной жесткой робототехнике.Эти мягкие исполнительные механизмы основаны на эластомерных структурах и расположении волокон мускулов, что приводит к изгибу, удлинению или сокращению без значительных изменений общего объема структуры.

Используя принципы биомиметики, основанные на этих характеристиках, мы разрабатываем частично или полностью «мягких» роботов, изготовленных из материалов (преимущественно эластомерных полимеров), которые не используют жесткий каркас для обеспечения механической прочности и приводятся в действие пневматически. Мягкие роботы проще в изготовлении и дешевле, чем обычные жесткие роботы, и в некоторых отношениях могут быть более способными к сложным движениям и «кооперативным функциям» (то есть безопасным действиям рядом с людьми).Простые и недорогие системы, вероятно, не заменят более сложные и дорогие, но могут иметь другое применение.

Эластомерные захваты, щупальца и ходунки

В наших конструкциях используются сети каналов в эластомерах, которые при срабатывании надуваются, как воздушные шары. Использование ряда параллельных камер, встроенных в эластомеры, в качестве повторяющегося компонента, а затем наложение или соединение этих компонентов позволяет нам проектировать и тестировать структуры-прототипы, обеспечивающие сложные движения интуитивно (эмпирически).Сложное движение требует только одного источника давления, и движение может быть спроектировано путем соответствующего выбора распределения, конфигурации и размера встроенной пневматической сети. Используя описанные здесь методы, мы продемонстрировали мягкие машины, которые действуют как гибкие захваты для работы с хрупкими объектами (например, сырое куриное яйцо, живая мышь), не повреждая их (Рисунок 1), мягких роботов, способных к привязанному перемещению (Рисунок 2). , и мягкие роботы, которые могут действовать как гибкие щупальца (рис. 3) [1-3].

Рис. 1 : Пневматическая сетка длиной 9 см, охватывающая сырое куриное яйцо. Трос удерживает захват и помогает поднять яйцо; трубка, видимая с левой стороны захвата, проходит в центральную часть захвата, обеспечивая сжатый воздух для приведения в действие.
Рис. 2 : Цикл нагнетания и разгерметизации PN, приводящий к ползанию.Конкретные PN (-ы), находящиеся под давлением на каждом этапе, показаны (вставки) зеленым цветом, а неактивные PN (-ы) показаны (вставки) красным цветом. Масштабная линейка в A составляет 4 см.

Рис. 3 : Многосекционные трехмерные щупальца. а) Трехсекционное щупальце с девятью независимыми микроканалами, каждый из которых независимо управляется внешним источником давления. На вставке показано поперечное сечение щупальца с трубкой, движущейся по центральному каналу PDMS.б) Схема, описывающая распределение трубки внутри щупальца (не в масштабе). в) Щупальце с тремя раздутыми секциями одновременно. г) Щупальце держит цветок, приспосабливая его три части к цветку. д) Щупальце, держащее предмет в форме подковы. е) Щупальце с четырьмя частями сложной формы.

Быстрое, программируемое, взрывное и надежное срабатывание

Наши предыдущие конструкции пневмосетей обеспечивали движение с большими амплитудами, но только относительно медленно (более секунд).Мы разработали новую конструкцию пневмосети, которая снижает количество газа, необходимого для надувания пневмосети, и, таким образом, увеличивает скорость ее срабатывания [4]. Простой привод (рис. 4) может изгибаться от линейной до квазикруглой формы за 50 мс при давлении ΔP = 345 кПа. Этот привод может работать более миллиона циклов без значительного снижения производительности.

Рис. 4 : Независимое управление выходом. A) Изображения с двух видов четырех исполнительных механизмов fPN, играющих мелодию на цифровой клавиатуре.Видео доступно в интерактивной дополнительной информации. Каждая fPN срабатывала на 75 мс при 103 кПа (за исключением повторяющихся нот, которые активировались на 50 мс) и сбрасывалась на 150 мс. Б) Спектральный анализ аудиофайла для частот от 200 до 500 Гц.
В другой работе мы исследовали использование управляемого компьютером дисплея Брайля в качестве микропневматического устройства для параллельного включения множества независимых каналов [5]. Дисплей Брайля представляет собой компактный массив из 64 пьезоэлектрических приводов, которые активно закрывают и открывают эластомерные клапаны микропневматического устройства для направления сжатого газа внутри коллектора.В качестве доказательства принципа пневматический коллектор управлял мягкой машиной, содержащей 32 независимых исполнительных механизма, для перемещения шара над плоской поверхностью (рис. 5).

Рис. 5: Управление мячом с помощью набора расширяемых камер. A) Четыре камеры расширялись при постоянном давлении на входе 5 фунтов на квадратный дюйм (34 кПа) в течение 100 мс, 250 мс, 500 мс, 1000 мс (слева направо). B – E) Покадровые изображения шара, перемещенного вправо путем систематического расширения камер в массиве.Б) Шар, удерживаемый четырьмя камерами, расширился за 250 мс. C) Шар наклонился вправо за счет дальнейшего расширения камеры слева от шара на дополнительные 250 мс. D) Мяч катится вправо при выпуске из камеры справа от мяча. Четыре камеры вокруг следующей позиции мяча расширяются, чтобы направлять движение мяча. E) Мяч удерживается в новом положении. Самая левая камера, ранее использовавшаяся для наклона шара, вентилируется.

Хотя сжигание углеводородов повсеместно при срабатывании жестких систем (например,g., в металлическом цилиндре дизельного двигателя или двигателя с искровым зажиганием), он не использовался для питания мягких машин. Мы продемонстрировали, что взрывные химические реакции, производящие импульсы высокотемпературного газа для срабатывания пневматической сети, обеспечивают простое, быстрое и совместное генерирование энергии и движение в мягких роботах [6]. В частности, мы использовали взрывное горение углеводородов, вызванное электрической искрой, чтобы заставить мягкого робота «подпрыгнуть» (рис. 6) — походка, ранее продемонстрированная только для жестких систем.
Рис. 6: Оптические микрофотографии пневмосети во время взрывного действия, полученные с помощью высокоскоростной камеры. а) Вид сверху на ножку штатива. Слева направо: электрическая дуга (0,0 мс) вызывает взрывное горение метана с видимым пламенем, которое сохраняется в течение 10,3 мс. Через 7,1 мс мягкий клапан предотвращает распространение пламени и волны давления во время взрыва. Через 50 мс накопленная упругая энергия растягивает пневмосеть.Вид сбоку на треногу б) до и в) после воспламенения окисления метана. г) Фронт пламени распространяется к концу пневмосети и д) накопленная упругая энергия высвобождается при движении вниз. Масштабная линейка = 2 см.
Наконец, используя эластичные эластомеры, залитые стеклянными микросферами, мы также разработали мягких роботов, достаточно больших, чтобы нести собственные миниатюрные воздушные компрессоры, аккумулятор, клапаны и контроллер, необходимые для автономной работы (рис. 7) [7].С мягким роботом безопасно взаимодействовать во время работы, а его силиконовый корпус изначально устойчив к целому ряду неблагоприятных условий окружающей среды, включая снег, лужи с водой, прямое (хотя и ограниченное) воздействие огня и сокрушительную силу при наезде на него. автомобиль.
Рис. 7 : Неуправляемая работа четвероногого мягкого робота. (a – d) Не привязанный мягкий робот, ведущий наблюдение в помещении с наложенным обзором бортовой камеры.Робот начинает двигаться вперед прямой походкой (а). Робот переходит на поворотную походку, чтобы исследовать проход слева (b, c). Робот использует свою бортовую камеру для изображения спрятанного ноутбука (d). (e – h) Свободный мягкий робот, работающий на открытом воздухе до и после наезда автомобилем (e). Робот сбрасывает давление в исполнительных механизмах, готовясь к удару (f). Автомобиль наезжает на эластомерные ножки мягкого робота (ж). Мягкий робот срабатывает и встает после наезда автомобилем (h).

Использование устойчивости и неустойчивости для приведения в действие мягких роботов

Изгибание обычно рассматривается как вид разрушения большинства материалов и конструкций, так как оно вызывает необратимые повреждения (например, металлических каркасов, бетонных столбов и т. Д.). Однако коробление эластомерных материалов обратимо и может обеспечить новые полезные функции при правильной конструкции. Мы использовали изгиб эластомеров для создания вращательного движения, которое обеспечивает крутящий момент, когда внутреннее давление меньше внешнего, обеспечивая новый механизм срабатывания; При приложении отрицательного пневматического давления элементы упругой балки в этих приводах претерпевают обратимое совместное схлопывание и создают вращательное движение (рис. 8) [8].

Рис. 8 : Слева: параллельное срабатывание и возможность штабелирования изгибающейся конструкции. а) Схема привода продольного изгиба с двумя исполнительными устройствами. б) Противооткатный механизм с двумя исполнительными устройствами. c) Привод противоударного действия с исполнительными механизмами 3 × 4. г) Использование приводов изгиба для параллельного срабатывания. Квадратные плитки одновременно перемещаются согласованным образом с помощью привода продольного изгиба 3 × 4, образуя букву «H». д) Установка двух приводов изгиба, вращающихся в одном направлении.f) Установка двух приводов продольного изгиба, которые вращаются в разных направлениях. Справа: мягкий захват из привода продольного изгиба. а) Схема захвата продольного изгиба. б) Захваты захвата смыкаются при срабатывании привода продольного изгиба. c) Захват для продольного изгиба захватывает кусок мела. Шкала 1 см.
Мы также разработали класс приводных механизмов с вакуумным приводом, опять же полагаясь на совместное изгибание балок, изготовленных из плиты из эластомера, для достижения движения и демонстрации многих функций, аналогичных мышцам млекопитающих — поведения, которое, как известно, трудно воспроизвести полностью в естественных условиях. синтетические системы (рисунок 9) [9].Эти приводы недороги в изготовлении, легки, просты в управлении и безопасны в эксплуатации. Их можно использовать в устройствах, которые манипулируют объектами, передвигаются или совместно взаимодействуют с людьми.
Рис. 9 : Демонстрация мышечного срабатывания. A) Использование вакуумного привода для приведения в действие полимерной копии костей руки человека с механикой, аналогичной той, что используется в двуглавой мышце человека. Здесь металлические проволоки служат «жилами», соединяющими вакуумный привод и точную копию кости, но полимерные волокна с высокой прочностью на разрыв могут служить одинаково хорошо.Б) Вакуумная «рука» поднимает волейбольный мяч стандартного размера и веса (274 г).
В другой работе мы использовали структурную нестабильность, называемую «проскок», чтобы обеспечить быстрый переход между двумя стабильными состояниями мембраны, встроенной в мягкий эластомерный клапан. Эта мембрана действует как механический «переключатель» для управления потоком воздуха [10]. Клапан не требует питания, чтобы оставаться ни в «открытом», ни в «закрытом» состояниях (хотя для переключения действительно требуется энергия), он может быть спроектирован как бистабильный и может оставаться в любом состоянии без дополнительного давления.Клапан, как компонент пневматических контуров, позволяет (i) захвату автономно захватывать шар и (ii) автономному движению, подобному дождевому червю, с использованием источника воздуха постоянного давления (Рисунок 10).
Рис. 10: Слева: автономный мягкий робот с движением, подобным дождевому червю, с использованием источника воздуха постоянного давления. Дождевой червь состоит из линейного сильфонного привода с цилиндрической втулкой в ​​качестве возвратной пружины и мягкого бистабильного клапана, встроенного в заднюю часть привода.Привод сильфона изгибается вверх во время накачивания и вниз во время выпуска воздуха, что вызывает асимметричный контакт между ногами и землей, что приводит к асимметричному трению и направленному движению. На фотографиях показано движение дождевого червя в трех точках времени. Справа: автономный захват, состоящий из пяти приводов для гибки, соединенных с кольцевым каналом вокруг мягкого бистабильного клапана.
Наконец, мы продемонстрировали непривязанную работу робота — «октобота» — состоящего исключительно из мягких материалов [11].Этот октобот управлялся микрожидкостной логической схемой, которая автономно регулировала поток жидкости на основе внутренних колебаний, возникающих в результате нестабильности. При каталитическом разложении бортовой системы подачи монотопливного топлива генерировался сжатый газ, который раздувал жидкостные сети ниже по потоку от мест реакции, что приводило к срабатыванию щупалец октобота (рис. 11). Наша интегрированная конструкция с мягким микрожидкостным устройством, интегрированным в мягкое тело, позволяет программируемую сборку нескольких материалов в рамках этой архитектуры, закладывая основу для полностью мягких автономных роботов.
Рис. 11 : Кадры сверху вниз и лицом к лицу показывают октобота, автономно чередующего синее («1») и красное («2») состояния срабатывания. Шкала шкалы 10 мм.

Комбинированные мягкие, полумягкие или твердые материалы

Мы разработали гибридные робототехнические системы, сочетающие жесткую и мягкую подсистемы. В одном примере (рис. 12) используются колесный робот (iRobot Create; жесткий) и четвероногий четвероногий (мягкий) [12].Он способен (используя простую беспроводную систему управления) быстро перемещаться по ровной местности (используя жесткий колесный робот), а также захватывать и извлекать объект (используя возможности независимого локомотива мягкого робота).

Рис. 12: Серия неподвижных кадров показывает гибридную роботизированную систему, извлекающую объект (iPod Nano) из центра комнаты (a – f). Жесткий робот переносит мягкого робота к объекту (б). Мягкий робот сначала действует как ходунок (c – d), а затем как захватное устройство (e).Когда жесткий робот уезжает (f), мягкий робот переворачивает и защищает iPod, когда он перемещается в новое место.
В другой работе мы исследовали модульную магнитную сборку реконфигурируемых роботов с пневматическим приводом (рис. 13), состоящую из мягких и твердых компонентов и материалов [13]. Мягкие компоненты этих гибридных роботов представляют собой приводы, изготовленные из силиконовых эластомеров с использованием мягкой литографии, а твердые компоненты — это конструкции, созданные с помощью 3D-печати.Встроенные кольцевые магниты NdFeB обеспечивают обратимую и быструю реконфигурацию этих роботов с использованием компонентов, изготовленных из разных материалов (мягких и твердых), которые также имеют разные размеры, структуру и функции.
Рис. 13: Самовыравнивание кольцевых магнитов сделало возможным удаленную сборку мягких приводов и соединение пневматических каналов для приведения в действие мягко-жесткого портера. Панели (a – h) показывают вид сверху в перспективе робота. На вставках в нижнем левом углу панелей (b – h) показано состояние срабатывания боковых и центральных каналов мягкого щупальца.(а) Пневматический четвероногий носильщик двинулся к своей цели (зеленая сфера). (b) Пневматически приводимое в действие мягкое щупальце расположило его вершину, чтобы соединить мягкий захват, встроенный с кольцевым магнитом. (c – e) Собранный щупальце-захват подобрал и поместил зеленую сферу в левый контейнер для транспортировки. (е, ж) Пройдя небольшое расстояние вперед, робот остановился. Срабатывание надувных коннекторов разгружало груз вместе с контейнерами. (h) Робот продолжил движение вперед после того, как доставка груза была завершена.
Мы также продемонстрировали новый принцип создания «полумягких» пневматических приводов, названных SLiT (SLit-in-Tube) приводами [14]. Надувание эластомерного баллона, заключенного во внешнюю нерастяжимую оболочку, содержащую прорези разного направления и длины, вызывает множество движений, включая изгиб, скручивание, сжатие и удлинение (рис. 14). Необходимое давление для срабатывания зависит от длины прорезей, и эта зависимость позволяет осуществлять последовательное срабатывание за счет управления приложенным давлением.Различные исполнительные механизмы также могут управляться с помощью внешних «ползунков», которые действуют как перепрограммируемые переключатели «вкл / выкл».
Рис. 14: Приводы с вертикальными прорезями, которые создают локальное сжатие, удлинение, изгиб или вращение, A) привод с восемью прорезями, который сжимается, B) привод с восемью прорезями, первоначально стягиваемый эластичными резиновыми лентами (красный), которые удлиняется при надувании, C) привод с апериодическими вертикальными прорезями, который изгибается.Одна четверть его окружности была поровну разделена на две секции (одной щелью), а остальная часть была поровну разделена на восемь секций, D) привод с восемью вертикальными щелями, который вращается и сжимается при срабатывании.
Наконец, мы разработали новый класс роботов — «артроботы», отчасти вдохновленный опорно-двигательной системой членистоногих (пауков и насекомых) [15]. Артроботы сочетают в себе экзоскелет, построенный из тонких органических полимерных трубок, с пневматическими соединениями, смоделированными по образцу гидростатических соединений пауков, чтобы обеспечить срабатывание и внутреннюю механическую податливость к внешним силам.Надувная эластомерная трубка позволяет активно разгибать конечность; Противоположное эластичное сухожилие обеспечивает пассивную ретракцию. Различные роботы, построенные из этих структурных элементов, демонстрируют ползание, ходьбу и греблю по поверхности воды (рис. 15).
Рис. 15: Шестиногий шагающий артробот. (A) схематическая диаграмма, показывающая конструкцию шестиногого ходунка и направления движения для каждого сустава. (B – D) Серия из трех фотографий, показывающих чередующуюся трехногую походку, используемую этим шестиногим артроботом для передвижения вперед.Изображенная линейка имеет длину 38 см. (E) Шестиногий артробот, поднимающийся по плоской картонной поверхности под углом 35 ° от горизонтали; (F) Артробот, перемещающийся как по наклонной, так и по наклонной местности; (G) Артробот, перемещающийся по ступенькам.

Пневматическое оригами, плитки и кирпичи

Помимо чисто эластомерных приводов, мы также разработали мягкие пневматические приводы на основе композитов, состоящих из эластомеров со встроенными листовыми или волокнистыми структурами (например.g., бумага или ткань), которые являются гибкими, но не растяжимыми [16]. При пневматическом надувании (рис. 16) эти приводы перемещаются анизотропно в зависимости от движений, доступных их композитным конструкциям. Они недороги, просты в изготовлении, легки по весу и легко приводятся в действие. Этот класс конструкции универсален: одни и те же принципы конструкции приводят к созданию приводов, которые реагируют на повышение давления с помощью широкого диапазона движений (изгиб, растяжение, сжатие, скручивание и другие). Бумагу, когда она используется для придания анизотропии эластомерам, можно легко сложить в трехмерные структуры, следуя принципам оригами; Эти складчатые конструкции увеличивают жесткость и анизотропию эластомерных приводов, при этом они имеют небольшой вес.

Рис. 16: Привод смещенного сильфона, изготовленный путем модификации привода удлинения, показанного на Рисунке 5. a) Трехмерный сильфонный рисунок бумаги, такой же дизайн на Рисунке 5. b) Процесс изготовления аналогичен процессу изготовления один показан на рисунке 5, за исключением того, что правые края бумажной структуры были склеены. Удлинение возможно с левой стороны устройства. c – e) Состояние покоя и срабатывания такого устройства при P1 = 60 мбар, P2 = 125 мбар, P3 = 175 мбар и P4 = 250 мбар, соответственно.е) Зависимость угла θ от давления после 50 циклов нагнетания / разгерметизации. Небольшое стандартное отклонение (планки ошибок) указывает на то, что θ не изменяется значительно в зависимости от количества циклов.
Другой подход к сборке мягких роботов использует эластомерные блоки (рис. 17–18) — универсальные конструкционные элементы, изготовленные из эластомерных полимеров, которые можно соединять вместе, чтобы собрать множество различных эластомерных структур [17]. Для иллюстрации мы сосредоточились на прямолинейных эластомерных кирпичах, у которых были штифты и углубления, подобные тем, которые используются в кубиках Lego: эти особенности обеспечивали правильное выравнивание кирпичей.Мы изготовили эластомерные кирпичи с защелкивающимся креплением («щелчки-электронные кирпичи») с помощью одного мастера и вручную собрали из них конструкции.
Рис. 17: Сборка электронных кирпичей для создания многокамерной мягкой машины и ее работа. В этом случае блоки click-e-bricks были склеены путем отверждения жидких преполимерных клеев Ecoflex, нанесенных на их поверхности раздела. Электронные блоки Click-e изготовлены из Ecoflex. (а) Схематическое изображение электронных блоков, используемых для сборки устройства.Шесть блоков click-e-e-brick имели четыре прямоугольных выреза (пунктирные прямоугольники, обозначенные цифрами от 1 до 4 на панели b, вид сверху), которые образовывали непрерывные камеры при штабелировании, как показано на панели c. (d, i-viii) Работа мягкой машины. На вставке в верхнем левом углу каждой панели показано состояние герметичности четырех камер. Черная камера находится под давлением (ΔP 40 кПа), а белая камера — нет. Трубки, проходящие через боковые стенки устройства, обеспечивали доступ к внутренним камерам для подачи и отвода сжатого воздуха.Для каждой камеры требовалась одна трубка для пневматического срабатывания. Все масштабные линейки — 1 см.
Рис. 18: Передача жидкости и электрического тока через электронные блоки. (a-c) Схемы, иллюстрирующие сборку стопки из трех электронных блоков с вертикальными микроканалами. Все электронные блоки click-e изготовлены из PDMS. Верхний и нижний блоки Click-e имеют впускные / выпускные трубки для замыкания жидкостного контура.(d) Фотография сборки, конфигурация которой показана на панели b. Микроканал заполнен водным раствором красного цвета. (e) Фотография сборки после того, как верхний электронный блок с щелчком на панели d повернут на 180 °, чтобы получить конфигурацию на панели c. Новый жидкостный путь заполнен водным раствором синего цвета. (f-h) Схемы, иллюстрирующие сборку светодиодной цепи, состоящей из двух электропроводящих блоков, одной батареи и одного светодиодного электронного блока. (i) Фотографии четырех электронных блоков и (j) собранной схемы.Свечение встроенного светодиода означает, что электрическая цепь замкнута.
Еще один подход к созданию мягких роботов использует трехмерные мягкие надувные конструкции, построенные из тонких двумерных плиток (рис. 19), изготовленных из эластомерных полимеров [18]. Плитки соединяются с помощью мягких швов, которые увеличивают площадь поверхности, доступную для их склеивания, и механически укрепляют конструкции, чтобы выдерживать растягивающие усилия, связанные с пневматическим приводом.Способность эластомерного полимера выдерживать большие деформации без разрушения позволяет исследовать и реализовывать новые конструкции соединений, например, «соединения типа« ласточкин хвост »с двойным конусом», которые нельзя использовать с твердыми материалами. Этот подход упрощает изготовление мягких структур, содержащих материалы с различными физическими свойствами (например, жесткостью, электропроводностью, оптической прозрачностью), и предоставляет методы, необходимые для «программирования» реакции этих структур на механические (например, механические воздействия).ж., пневматическое давление) и другие физические (например, электрические) раздражители.
Рис. 19: Обрушение кубиков, изготовленных из плиток, состоящих из одного материала и более чем одного материала. (A-F) Схема, показывающая плитки, используемые для изготовления кубов. Области плитки PDMS отмечены штриховкой, а области Ecoflex — сплошным белым цветом. (G – L) Фотографии кубиков без давления. (M − R) Были применены фотографии изогнутых кубов после отрицательного давления (-ΔP 35 кПа).

Артикул:

1. Илиевский, Ф., А.Д. Маццео, Р.Э. Шеперд, X. Чен, Г.М. Whitesides, Мягкая робототехника для химиков. Angewandte Chemie-International Edition, 2011. 50 (8): p. 1890-1895 гг.

2. Шеперд Р.Ф., Илиевский Ф., Цой В., Морин С.А., А.А. Стокс, А.Д. Маццео, X. Чен, М. Ван, Г.М. Whitesides, мягкий робот Multigait. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки, 2011 г.108 (51): с. 20400-20403.

3. Мартинес, Р.В., Дж. Л. Бранч, К. Р. Фиш, Л. Х. Джин, Р. Ф. Шеперд, Р.М.Д. Нуньес, З.Г. Суо, Г. Whitesides, роботизированные щупальца с трехмерной подвижностью на основе гибких эластомеров. Advanced Materials, 2013. 25 (2): p. 205-212.

4. Мосадех Б., Полигеринос П., Кеплингер К., Веннштедт С., Р.Ф. Шеперд, У. Гупта, Дж. Шим, К. Бертольди, К.Дж. Уолш и Г. Whitesides, Пневматические сети для мягкой робототехники, которые быстро срабатывают.Современные функциональные материалы, 2014. 24 (15): с. 2163-2170.

5. Мосадех, Б., А.Д. Маццео, Р.Ф. Шеперд, С.А.Морин, У. Гупта, И.З. Сани, Д. Лай, С. Такаяма, Г.М. Whitesides, Управление мягкими машинами с помощью исполнительных механизмов, управляемых дисплеем Брайля. Лаборатория на чипе, 2014. 14 (1): с. 189–199.

6. Шеперд, Р.Ф., А.А. Стоукс, Дж. Фрик, Дж. Барбер, П.В. Снайдер, А.Д. Маццео, Л. Кадемартири, С.А.Морин, Г.М. Whitesides, Использование взрывов для питания мягкого робота. Angewandte Chemie-International Edition, 2013 г.52 (10): с. 2892-2896.

7. Толли, М.Т., Р.Ф. Шеперд, Б. Мосадег, К.С. Галлоуэй, М. Венер, М. Карпельсон, Р.Дж. Вуд, Г. Whitesides, гибкий, не привязанный к привязке мягкий робот. Soft Robotics, 2014. 1 (3): с. 213-223.

8. Ян Д., Б. Мосадех, А. Айнла, Б. Ли, Ф. Хашай, З.Г. Суо, К. Бертольди, Г. Whitesides, изгиб эластомерных балок позволяет приводить в действие мягкие машины. Advanced Materials, 2015. 27 (41): с. 6323.

9. Ян, Д., М.С. Верма, Дж.Х. Со, Б. Мосадех, К. Кеплингер, Б. Ли, Ф. Хашай, Э. Лосснер, З.Г. Суо, Г. Whitesides, пневматические линейные приводы с изгибом, вдохновленные Muscle. Передовые технологии материалов, 2016. 1 (3).

10. Ротемунд, П., А. Айнла, Л. Белдинг, Д.Дж. Престон, С. Курихара, З. Суо, Г.М. Уайтсайдс, Мягкий бистабильный клапан для автономного управления мягкими исполнительными механизмами. Science Robotics, 2018. 3 (16): с. 7986.

11. Венер М., Труби Р.Л., Д.Дж. Фитцджеральд, Б. Мосадег, Г.М. Уайтсайдс, Дж.А. Льюис, Р.Дж. Дерево, интегрированная стратегия проектирования и производства полностью мягких автономных роботов. Nature, 2016. 536 (7617): с. 451.

12. Стокс, А.А., Р.Ф. Шеперд, С.А.Морин, Ф. Илиевский, Г. Whitesides, гибрид, сочетающий жестких и мягких роботов. Soft Robotics, 2014. 1 (1): с. 70-74.

13. Kwok, S.W., S.A. Morin, B. Mosadegh, J.H. Итак, Р.Ф. Шеперд, Р.В. Мартинес, Б. Смит, футбольный клуб. Симеоне, А.А. Стокса, Г. Whitesides, Магнитная сборка мягких роботов с твердыми компонентами.Современные функциональные материалы, 2014. 24 (15): с. 2180-2187.

14. Белдинг, Л., Байтекин Б., Х.Т. Байтекин, П. Ротемунд, М.С. Верма, А. Немироски, Д. Самеото, Б.А. Гжибовски, Г. Whitesides, щелевые трубки для пневматических приводов Semisoft. Расширенные материалы, 2018. 30 (9).

15. Немироски А., Я. Я. Шевченко, А.А. Стоукс, Б. Унал, А. Айнла, С. Альберт, Г. Комптон, Э. Макдональд, Ю. Шваб, К. Зеллхофер и Г. Whitesides, Arthrobots. Soft Robotics, 2017. 4 (3): с.183-190.

16. Мартинес, Р.В., К.Р. Фиш, X. Чен, Г.М. Whitesides, Elastomeric Origami: Программируемые бумажно-эластомерные композиты в качестве пневматических приводов. Современные функциональные материалы, 2012. 22 (7): с. 1376-1384.

17. Морин, С.А., Шевченко Ю., Лессинг Дж., С.В. Квок, Р.Ф. Шеперд, А.А. Стокса, Г. Whitesides, Использование «Click-e-Bricks» для создания трехмерных эластомерных структур. Advanced Materials, 2014. 26 (34): с. 5991.

18. Morin, S.A., S.W. Квок, Дж.Лессинг, Дж. Тинг, Р.Ф. Шеперд, А.А. Стокса, Г. Whitesides, Эластомерные плитки для изготовления надувных конструкций. Современные функциональные материалы, 2014. 24 (35): с. 5541-5549.

Изучена фундаментальная физика дизельных двигателей — ScienceDaily

Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия восходит к 1890-м годам и был создан неким Рудольфом Дизелем. Все эти десятилетия спустя инженеры разработали усовершенствованные дизели с более высоким давлением, более легкими деталями, более чистыми выбросами и более высокой эффективностью.Турбодизели даже выиграли гонку спортивных автомобилей «24 часа Ле-Мана».

Итак, инженеры во всем разобрались? Они мало что знают о дизельном топливе?

Ну, не совсем так, — сказал Сонг-Чарнг Конг, доцент кафедры машиностроения Университета штата Айова. На самом деле есть чему поучиться.

«Нам все еще необходимо сделать дизельные двигатели более долговечными, надежными и более эффективными», — сказал Конг. «Это потому, что в ближайшее время мы не откажемся от двигателей внутреннего сгорания.«

Kong является частью сотрудничества в области исследования двигателей, возглавляемого Луисом Браво, инженером-механиком из исследовательской лаборатории армии США на Абердинском испытательном полигоне в Мэриленде. Сотрудничество недавно выиграло пятилетний грант в размере 500 000 долларов США и один миллиард суперкомпьютерных часов для изучения дизельных двигателей. (Доля Kong в финансировании составляет 250 000 долларов для поддержки проекта плюс работа докторанта.)

Грант является одним из пограничных проектов Программы модернизации высокопроизводительных вычислений Министерства обороны США.В этих проектах используются мультидисциплинарные команды, суперкомпьютеры и физическое моделирование для решения оборонных задач.

В данном случае министерство обороны хочет лучших характеристик, экономии топлива и мощности своего огромного парка транспортных средств, включая воздушные и наземные боевые машины.

Исследователи будут использовать грант для моделирования фундаментальной физики разрушения топлива на мелкие капли (так называемого распыления) и его распыления в дизельные двигатели при давлении 3000 атмосфер и скоростях выше 800 метров в секунду.Исследователи хотят, чтобы их модели точно показывали, что происходит с каплями дизельного топлива, когда они смешиваются с воздухом или врезаются в поршни.

«Есть несколько вещей, которые в настоящее время непонятны относительно распыления жидкого топлива, испарения и турбулентности двухфазного потока внутри дизельного двигателя», — сказал Браво. «Мы используем подход, основанный на основных принципах, и смотрим на различные механизмы нестабильности, которые контролируют атомизацию, чтобы в конечном итоге оптимизировать этот процесс».

Bravo проведет исследования распыления и смешивания топлива.Конг будет проводить исследования взаимодействия капель топлива с поршнями. Оба проекта будут работать с Лабораторией распыления и сжигания в армейской исследовательской лаборатории и Чол-Бумом «Майком» Квеоном, руководителем группы двигателей лаборатории.

Используя высокоточную технику, называемую прямым численным моделированием, «Мы посмотрим на поведение отдельных капель», — сказал Конг. «Что происходит, когда капли с высокой скоростью ударяются о поверхность поршня? Испаряются ли они или разбиваются на более мелкие капли? Или они образуют жидкую пленку?»

Создание точной модели топливной струи внутри цилиндра двигателя требует невероятных вычислительных мощностей.Конг сказал, что его исследовательская группа, вероятно, будет использовать 4000 процессоров одновременно и может проводить свои вычисления на 10 000 процессоров одновременно.

Kong сказал, что полученные данные должны привести к лучшему прогнозированию характеристик двигателя и могут заменить упрощенные модели, используемые для проектирования двигателей. Более точная физика может в конечном итоге привести к новым и лучшим двигателям.

«Мы проводим фундаментальные исследования, чтобы получить знания, которые сократят затраты на эксплуатацию этих двигателей и увеличат их срок службы», — сказал Браво.

Работа двигателя, конечно же, не заканчивается разбрызгиванием топлива. Также есть горение. Конг сказал, что и об этом еще есть чему поучиться.

«Следующий шаг, — сказал он, — это изучение фундаментальной химии горения».

История Источник:

Материалы предоставлены Государственным университетом штата Айова . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Kairos Autonomi: Исследования — Существующие автономные транспортные средства для беспилотных наземных транспортных средств

26 июля 2012 г.

Во вторник мы объявили, что намерены применить наш подход измененного мышления к другой программе Robotics Challenge (DRC) Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA), разработав мобильного гуманоидного робота, который может выполнять задачи, подобные человеку.Вы можете прочитать пресс-релиз на нашем сайте.

Мы уже начали разработку платформы, которая может помочь в сценариях реагирования на бедствия, используя силу, выносливость, визуальное восприятие, принятие решений и самоконтроль за счет контролируемой автономии. Платформа будет включать технологии из набора Pronto4 Robotic Appliqué Kit. Основными приводами двигателей будут приводы LADD (подробнее см. Ниже), впервые разработанные в Юте. Другие компоненты будут включать сторонние ловкие манипуляторы, камеры, лидары, аккумулятор и другие датчики.Мобильная платформа позволит доставлять ловкие манипуляторы в удаленные или недоступные районы для выполнения человеческих задач.

Мы начали собирать команду для этой работы; мы будем нести ответственность за все аспекты оборудования, прошивки и обслуживания данных. Мы планируем работать с Autonomous Solutions, Inc., для расширенного восприятия, и другими третьими сторонами, которые специализируются на ловких манипуляторах. Если вы заинтересованы в сотрудничестве с нами в этом направлении, не стесняйтесь обращаться к нам.

DARPA Robotics Challenge преследует две цели: во-первых, создать роботов, способных выполнять разноплановые задачи в сложных ситуациях, используя обычные инструменты и оборудование, такие как ручные инструменты и автомобили; во-вторых, сделать эти программные и аппаратные продукты доступными.

Это усилие не только расширит ассортимент нашей основной продукции, но и познакомит более широкую аудиторию с автономным подходом Kairos.

Наша мобильная платформа предназначена для моделирования робота-кентавра, который использует преимущества, унаследованные от гуманоидных, четвероногих и гексаподных роботов (Tsuda, Shinozaki, & and Nakatsu, 2008).Четвероногие и шестиногие роботы обладают способностью сохранять равновесие на неровной поверхности (Tsuda, Shinozaki, & and Nakatsu, 2008), в то время как роботы-гуманоиды могут манипулировать руками-манипуляторами и маневрировать ими.

Кентавр будет использовать приводы устройства линейного или углового смещения (LADD) из-за их способности выдерживать чрезвычайно высокие нагрузки при сохранении небольшого веса (Mennitto & and Buehler, 1996). Поскольку они доступны во многих конфигурациях с переменными диаметром, длиной, прочностью волокна, количеством волокон и соосностью, они могут быть реализованы параметрически точно так, как это необходимо, и их характеристики могут быть легко охарактеризованы.Они имеют небольшой объем и практически не требуют обслуживания. Мы считаем, что приводы LADD недостаточно используются в современных манипуляциях и срабатывании роботов, и намерены своими усилиями вывести на рынок жизнеспособные альтернативы LADD.

Мы уже продемонстрировали с помощью набора для роботизированных аппликаций Pronto4, что он может поставлять проверенные, функциональные, рентабельные и воспроизводимые технологии на рынке робототехники. Кайрос был одним из немногих участников конкурса DARPA Ground and Urban Challenges, которые напрямую коммерциализировали технологии, разработанные для этого конкурса.Правильная оценка будущих требований рынка позволила Kairos сосредоточить усилия на разработке и внедрении технологий, соответствующих потребностям и требованиям. Кайрос намеревается применить те же принципы к этому соревнованию и продвигать технологию, разработанную для этого, на более широкий рынок робототехники.

Пожалуйста, заходите еще раз, мы будем регулярно обновлять эту информацию!

Kairos Autonomi использует несколько ресурсов для текущих исследований, поскольку мы продвигаем рынок независимой автономии.Эти целенаправленные исследования носят в основном вертикальный характер, решая проблемы и добавляя желаемые функциональные возможности для нашей технологии беспилотных наземных транспортных средств. Все разработанные технологии применяются в нашем главном продукте, Agnostic Autonomy System Pronto4.

Исследования проводятся совместно с Kairos Autonomi и различными отраслевыми организациями (компании из списка Fortune 500, малые предприятия и т. Д.) И военными группами. Kairos Autonomi также использует ресурсы трех (3) местных исследовательских университетов для целевых решений и текущих спонсируемых исследований.

Ниже приводится обзор различных исследований и технологических областей, которые ранее исследовал Kairos Autonomi.


Подход: Двигайтесь вперед по курсу и наблюдайте за информацией о положении автомобиля и прицепа. Используйте эту информацию для калибровки в реальном времени модели опоры прицепа. Предоставьте алгоритм, позволяющий автомобилю задним ходом подниматься с прицепом по пути.

Статус: Компания Kairos Autonomi разработала и произвела портативный независимый датчик прицепа, а также построила тренажер для прицепа.Аспиранты Университета Юты в настоящее время используют это оборудование для разработки алгоритмов для этой технологии.


Подход: Следование одной машине за другой в форме конвоя для перевозки припасов является краеугольным камнем способности вооруженных сил Соединенных Штатов добиться успеха в конфликте. Следующее транспортное средство управляется одной из этих моделей:

  • Глобальный контроль со стороны главного или командного центра, он размещает каждую машину
  • Относительный контроль, при котором одно транспортное средство сообщает свое местоположение и время следующему транспортному средству
  • Абсолютный контроль, при котором все автомобили знают курс и свое время в определенной путевой точке
  • Физическое соединение между транспортными средствами

Если предположить, что одно транспортное средство приближается к другому, то большая проблема остается при сборке и разборке колонны.Как разместить все машины в колонне, а затем снова разместить их, когда они достигнут другой стороны?

Статус: Kairos Autonomi разработала программное и аппаратное обеспечение для относительного и абсолютного слежения за транспортными средствами в колонне. Мы продолжаем продвигать эти подходы.


Подход: Добавление платформ с бортовым поворотом, управляемых Pronto4, является значительным достижением, которое улучшит охват и гибкость системы.Комплект зажимов может быть создан, если стандартный Pronto4 адаптирован к рычагам и органам управления M113 APC. M113A2 использует два рычага для рулевого управления, а также ножную педаль для управления дроссельной заслонкой. Дизельный двигатель останавливается за счет ограничения подачи топлива или воздуха. В M113 имеется дроссельная заслонка, перекрывающая подачу воздуха в двигатель. Безопасность с этим типом системы более сложна и важна, потому что в ней действительно нет электрического метода отключения. Цель состоит в том, чтобы использовать существующее оборудование и программное обеспечение с адаптациями, которые трансформируются таким образом, чтобы все функции колесной системы Pronto4 можно было перенести на платформу с бортовым поворотом.

Статус: Кайрос Автономи создал преобразования и добавил их в контроллер. По этой причине для работы с бортовым поворотом требуются только угол поворота, дроссельная заслонка и тормоз. Преобразованию обеспечена достаточная гибкость, позволяющая выполнять самые ожидаемые и неожиданные корректировки поля во время тестирования.

Kairos Autonomi также создал кабину M113, которая использовалась для проверки аппаратного и программного обеспечения. На M113 была произведена пробная подгонка.Kairos Autonomi активно проводит полевые испытания.


Подход: Во время операции с колонной часто желательно легко просматривать операции с колонной с верхней позиции, используя средство, которое может перемещаться вместе с колонной и размещаться над колонной по мере необходимости. Этот объект будет выполнять визуальную съемку, радиотелеметрию, ретрансляцию и контроль. Концепция будет заключаться в повторном запуске и восстановлении (посадке) БПЛА из движущегося UGV. Пока БПЛА прикреплен к БПЛА, он заправляется топливом и передается информация.Хотя БПЛА отделен от БПЛА, он передает информацию и видеоизображения.

Статус: Kairos Autonomi приобрела планер БПЛА и соответствующие органы управления. Было обнаружено программное обеспечение автопилота и идентифицировано несколько автопилотов. Обсуждения с L-3 Communications Systems-West относительно совместной работы над этим проектом продолжаются и предусматривают интеграцию радиоплатформ и других необходимых возможностей. Kairos Autonomi приступила к механическому проектированию и строительству системы запуска и посадки.Это может быть предметом CRADA / MOU с ВМФ.

Улучшение оптимальных по времени маневров двухзвенных роботов-манипуляторов

HIS Note подробно обсуждает численные результаты параметрического исследования оптимальных по времени маневров жестких двухзвенных робототехнических манипуляторов. Задача минимизации времени планарных маневров с точки зрения управления и структуры рассматривалась параметрически. Сначала была применена стратегия управления, оптимальная по быстродействию. Эта стратегия привела к безупречному управлению, при котором двигатели работали с максимальным крутящим моментом, меняя направление во время переключения.Решения были получены путем прямого использования принципа минимума Понтрягина (PMP). Затем анализ был повторен для разных длин отдельных звеньев и для разных крутящих моментов, приложенных к конкретным соединениям. Общая длина манипулятора и результирующие крутящие моменты, создаваемые двигателями плеча и локтя, оставались постоянными. Для численных расчетов использовался набор данных, характеризующий робота IBM 7535 B 04, обсуждаемый в Refs. 1 и 2 были адаптированы. II. Оптимальное по времени управление двухзвенными роботами-манипуляторами Уравнения, полученные из PMP, и соответствующие граничные условия образуют двухточечную краевую задачу (TPBVP).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *