Главная » Двигатель своими руками

Тепловой двигатель своими руками



Тепловой аккумулятор для предпускового подогрева автомобиля Евдокимова Н.В.

Для тех, кто умеет что-то мастерить своими руками, предлагаю простейшую конструкцию теплового аккумулятора. в дальнейшем ТА.
Это устройство предназначено для аккумулирования тепла прогретого двигателя, его перекачки перед запуском в малый контур и запуска после длительной (до 24 часов) стоянки. Эта идея уже не новая, еще советских времен, но и в наше можно купить это устройство где-то от 5000 до 10000 рублей без установки. Весь секрет установки в самом ТА. Поэтому я решил изготовить ТА из доступных материалов.
Ранее я выкладывал описание кондиционера на авто с газовым оборудование, поэтому решил совместить кондиционер и подогрев.

Зима. Во время работы двигателя горячий тосол циркулирует через ТА, где и остается после остановки двигателя, удерживает его обратный клапан обычный водопроводный на 15 мм. Срок его хранения в горячем виде до 24 часов (принцип бытового термоса).
Перед пуском холодного двигателя включаем помпу от автомобиля ГАЗель на минуту (можно поставить реле времени или по часам) и путем замещения горячего тосола в ТА на холодный перегоняем горячий тосол в малый контур (двигатель холодный, значит термостат закрыт).

После замещения тосола в малом контуре, ждем одну минуту и запускаем двигатель. Во время прогрева или движения, тосол прогревается и прогоняет горячий тосол через ТА. Поэтому при постановке авто на ночь на стоянку, необходимо максимально прогреть двигатель. Чем горячее двигатель, тем легче он заведется на другой день.

Кроме подогрева двигателя перед запуском, ТА можно использовать для прогрева салона во время непродолжительных стоянок, то есть не заводя двигатель включаете помпу и вентилятор печки и сидите греетесь.

Теперь из чего состоит это чудо, которое стоит так дорого.

А состоит из обратного клапана, помпы тумблера управления, ТА.

Мой тепловой аккумулятор состоит из 2-х емкостей, вставленных одна в другую с зазором 30 мм. между которыми залит расплавленный парафин, температура плавления которого 70 градусов (потребовалось 5 кг. по 80 руб.кг), снаружи 2 слоя самоклеющейся теплоизоляции. Чем толще слой теплоизоляции, тем дольше хранится тепло. Парафин во время работы двигателя плавится, аккумулируя тепло, а по мере охлаждения твердеет, отдавая тепло.

В верхней части впаян клапан для стравливания воздуха (ниппель от авто камеры), снизу подача и трубка слива из ТА, которая установлена до самого верха.
ТА получится на 4 литра, поэтому не забудьте долить 4-4,5 литра тосола после монтажа.

Схема устройства позволяет с наименьшими затратами и минимальным вмешательством врезаться в штатную систему. Особых знаний для монтажа тоже не требуется, тем более все устройство я упростил до минимума. Можете сравнить мою конструкцию с предлагаемыми забив в поисковике «Устройство облегченного пуска двигателя УОПД».

Что мы имеем установив подогрев:

  • теплый тосол в малом контуре двигателя;
  • облегчаем вращение колен/вала;
  • уменьшаем ток на стартере, что удлиняет срок службы аккумулятора;
  • уменьшаем расход топлива, так как двигатель заводится подогретым;
  • продлеваем срок службы двигателя.

Этот подогрев подойдет на все виды автомобилей.

Лето. Для водителей с газовым оборудованием предлагаю недорогой по себестоимости авто кондиционер все с тем же ТА.

В этой схеме радиатор печки выполняет роль испарителя, а газовый редуктор- конденсатора. С таким кондиционером Вы конечно не замерзнете, но и сбить температуру на 10-20 градусов в салоне по сравнению с улицей-большого стоит!
На лето переводим 3-х ходовые краны на малый контур, минуя радиатор печки.
Во время работы двигателя включаем помпу. Тосол начинает циркулировать по новому малому контуру: помпа, радиатор печки, газовый редуктор, обратный клапан, ТА, тройник, запорный кран, который открыт, еще один тройник в помпу.
На расход газа охлаждение газа не влияет, двигатель наоборот работает более ровно.
И еще одна особенность, чтобы кондиционер работал более эффективно, необходимо, чтобы была включена рециркуляция салона и большие обороты вентилятора печки.

Объем нитиноловой проволоки при сокращении до уровня 10 % остается постоянным. По мере сокращения ее диаметр пропорционально возрастает, обеспечивая постоянство объема.

Наиболее простым способом нагревания нитиноловой проволоки является пропускание через нее электрического постоянного тока (см. рис. 4.2) Однако длительное пропускание постоянного тока может привести к разрушению проволоки в силу ее неравномерного омического нагрева. Повреждений проволоки при нагревании и поддержании в нагретом состоянии можно избежать, использую широтно-импульсный источник постоянного тока.

Рис. 4.2. Бабочка с нитиноловой проволокой

Некоторые конструкторы роботов используют нитиноловую проволоку в приводе безмоторного шестиногого движущегося робота. Робот действительно способен передвигаться, но делает это крайне медленно, поскольку для цикла нагревания и охлаждения нитиноловой проволоки требуется значительное время. Конструкция такого шестиногого «ползающего» робота очень легка (он весит несколько унций), однако он имеет достаточную мощность, чтобы нести «на себе» собственный источник питания.

Для шестиногих «ползающих» роботов использование нитинола в качестве привода вряд ли оправдано, однако он находит много других интересных применений в конструкциях роботов. Для того чтобы подробнее ознакомиться с замечательными свойствами этого материала, посмотрим, как используется способность нитинола к сокращению в некоторых коммерческих игрушках. На рис. 4.3 изображена механическая бабочка, крылья которой приводятся в движение нитиноловой проволокой. В качестве интересной иллюстрации принципов робототехники, такая бабочка может быть присоединена к источнику питания на основе солнечной батареи.

Рис. 4.3. Бабочка с нитиноловой проволокой

На рис. 4.4 изображено демонстрационное устройство – движущийся шарик. Нитиноловый привод совершает в день около 20.000 циклов и способен работать многие годы.

Рис. 4.4. Модель шара-ракеты

Петли из нитиноловой проволоки могут быть использованы для создания вращения. На рис. 4.5 изображен такой простой «тепловой» движитель. Каждое колесико имеет паз, в котором находится нитиноловая проволока. Для лучшей теплопроводности меньшее колесо изготовлено из латуни. Когда меньшее колесо помещено в воду – оно начинает вращаться. Подобный тепловой движитель может работать и от солнца. Если сфокусировать на маленьком колесе лучи солнца с помощью 3 – дюймовой лупы, то устройство начнет работать.

Рис. 4.5. Тепловой двигатель

Нитинол также может быть использован в механических выключателях кнопочного типа, например в качестве привода небольших воздушных клапанов или в других механизмах, требующих линейных перемещений.

Соленоид представляет собой электромеханическое устройство (рис. 4.6). Стандартный соленоид имеет обмотку с проводом и внутренний подвижный металлический сердечник. При подаче напряжение магнитное поле обмотки втягивает или выталкивает сердечник. Сердечник может быть механически соединен с частями робота, требующими перемещения.

Рис. 4.6. Соленоид

Кольцевой соленоид отличается от обычного тем (см. рис. 4.7), что вместо линейного он производит вращательное движение. Кольцевой соленоид может быть использован в конструкции робота-рыбы (см. гл. 13).

Рис. 4.7. Кольцевой соленоид

Шаговые двигатели могут использоваться для передвижения, перемещения, управления рулевым механизмом и позиционирования. Такие устройства находят применение в качестве интегрированных компонентов многих коммерческих и промышленных систем, управляемых компьютерами. В домашних персональных компьютерах шаговые двигатели можно обнаружить в приводах дисководов и в принтерах.

Уникальность шаговых двигателей в том, что ими можно управлять с помощью цифровых устройств. Такие двигатели могут осуществлять повороты на точно заданный угол. Это свойство делает шаговые двигатели идеальными для задач линейного и кругового позиционирования. Широкое использование шаговых двигателей в промышленности обуславливает широкий ассортимент моделей по форме, размерам и иным свойствам (см. рис. 4.8А).

Рис. 4.8А. Шаговый двигатель

При подаче напряжения на стандартный электрический двигатель его ротор начинает непрерывно вращаться. Скорость и фаза вращения ротора являются функцией напряжения, нагрузки на двигатель и времени. Определение точной фазы (положения) ротора в этом случае невозможно.

В отличие от этого, питание шагового двигателя осуществляется серией электрических импульсов, подаваемых на обмотки двигателя. Каждый импульс, поданный на обмотки, поворачивает ротор на строго определенный угол. Такой поворот называется шагом, отсюда двигатель получил название шагового.

Не существует единой величины шага для шаговых двигателей; выпускаются устройства с различными углами поворота на один шаг (импульс). Номинальная величина такого шага зависит от характера применения двигателя. Величины углов поворота обязательно указаны в спецификации устройства. Можно найти шаговые двигатели с углами поворота от долей градуса (например, 0,72°) до десятков градусов (например, 22,5°)

Схема управления шагового двигателя

На рис. 4.8В показана схема управления шагового двигателя. Используется однополярный двигатель с шестью выводами. ИС U1 представляет собой управляемый напряжением таймер серии 555, который в режиме генерации выдает прямоугольные тактовые импульсы на вывод 3. ИС U2 типа UCN5804 является контроллером шагового двигателя. Тактовые импульсы, поступающие на вывод 11 ИС UCN5804, поворачивают ротор шагового двигателя, причем каждому импульсу соответствует один шаг поворота. Повышение частоты тактовых импульсов приводит к увеличению скорости вращения шагового двигателя.

Рис. 4.8В. Шаговый двигатель – схема управления

В данной несложной схеме тактовые импульсы производятся таймером серии 555. Такие импульсы можно генерировать с помощью микроконтроллера (см. гл. 6) или светочувствительного нейрона (см. гл. 5). Переключатель SW1 изменяет диапазон тактовых импульсов медленно/быстро. Переключателем SW2 можно изменить направление вращения ротора двигателя.

Шаговые двигатели можно использовать для создания робота-платформы (см. гл. 10).

Сервомоторы представляют собой двигатели постоянного тока, снабженные редукторами и системой обратной связи контроля положения. В любительских целях подобные моторы используются для контроля положения органов управления в радиоуправляемых моделях. Вал такого мотора может поворачиваться или удерживаться на углах не менее 90° от среднего положения.

В силу широкого использования таких устройств в самодельных конструкциях, их выпускаемый ассортимент достаточно разнообразен (см. рис. 4.9). Существуют большие сервомоторы, используемые в промышленности, но они достаточно дороги для любительского применения. В этой книге мы будем использовать небольшие и недорогие моторчики для любительских целей.

Как работает двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) - на сегодняшний день самый распространенный тип двигателя. Перечень транспортных средств, в которые он устанавливается просто огромен. ДВС можно обнаружить на автомобилях, вертолетах, танках, тракторах, катерах и т. д.


Двигатель внутреннего сгорания - это тепловой двигатель, в котором происходит преобразование части химической энергии сгорающего топлива в механическую энергию. Существенное разделение двигателей на категории это деление по рабочему циклу на 2-х и 4-х тактные; по способу приготовления горючей смеси — с внешним (в частности карбюраторные) и внутренним (например дизели) смесеобразованием; по виду преобразователя энергии ДВС делятся на поршневые, турбинные, реактивные и комбинированные.

Коэффициент полезного действия двигателя внутреннего сгорания - 0,4-0,5. Первый двс сконструирован Э. Ленуаром в 1860. Мы рассмотрим в данной статье наиболее часто применяемый в автомобилестроении четырехтактный двигатель внутреннего сгорания.

Впервые четырехтактный двигатель был представлен Николаусом Отто в 1876 году и поэтому он также носит название двигателя с циклом Отто. Более грамотное название такого цикла - четырехтактный цикл. В настоящее время это наиболее распространенный вид двигателя для автомобилей.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС)

Действие поршневого двигателя внутреннего сгорания основано на использовании давления теплового расширения нагретых газов во время движения поршня. Нагревание газов происходит в результате сгорания в цилиндре топливо-воздушной смеси. Для повторения цикла отработанную газовую смесь нужно выпустить в конце движения поршня и заполнить новой порцией топлива и воздуха. В крайнем положении происходит поджиг топлива от искры свечи. Впуск и выпуск топлива и продуктов сгорания происходят через клапана, управляемые механизмом газораспределения и системой подачи топлива.

Таким образом, цикл работы двигателя делится на следующие этапы:
  • Такт впуска.
  • Такт сжатия.
  • Такт расширения, или рабочий ход.
  • Такт выпуска.

Усилие от двигающегося поршня цилиндра через коленчатый вал преобразуется во вращательное движение вала двигателя. Часть энергии вращения расходуется на возвращения поршней в исходное состояние, для совершения нового цикла. Конструкция вала определяет различное положение поршней в разных цилиндрах в каждый конкретный момент времени. Таким образом чем больше в двигателе цилиндров, тем, в общем случае, равномернее вращение его вала.

По расположению цилиндров двигатели делятся на несколько типов:

а) Двигатели с вертикльным или наклонным расположением цилиндров в один ряд

б) V-образные с взаимным расположением цилиндров под углом в форме латинской буквы V:

d) Двигатели с противолежащими цилиндрами. Он носит название оппозитный , цилиндры в нем расположены под углом 180 градусов:

Механизм газораспределения двигателя на такте выпуска обеспечивает очистку цилиндров от продуктов сгорания (отработавших газов) и наполнение цилиндров новой порцией топливно-воздушной смеси на такте впуска.

Система зажигания производит высоковольтный разряд и передает его свече цилиндра через высоковольтный провод. Управление поджигом осуществляет трамблер, провода от которого подходят к каждой свече. Трамблер устроен таким образом, чтобы разряд возникал именно в том цилиндре, где поршень в данный момент проходит точку наибольшего сжатия топливной смеси. Если смесь воспламенится раньше, то давление газа сработает против его хода, если позже - мощность выделяемая расширением газов будет использована не полностью.

Для запуска двигателя, ему необходимо придать начальное движение. Для этого используется система старта (см. статью как работает стартер ) от электрического двигателя - стартера.

Преимущества бензиновых двигателей

  • Более низкий уровень шума и вибраций по сравнению с дизелем;
  • Большая мощность при равном объеме двигателя;
  • Возможность работы на высоких оборотах, без серьезных последствий для двигателя.

Недостатки бензиновых двигателей

  • Больший чем у дизеля расход топлива, и более высокие требования к его качеству;
  • Необходимость наличия и постоянной работы системы зажигания топлива;
  • Наибольшая мощность бензиновых ДВС достигается в узком диапазоне оборотов.

Источники: http://sdelay.tv/blogs/nik1958/teplovoy-akkumulyator-dlya-predpuskovogo-podogreva-avtomobilya-evdokimova-nv, http://www.litmir.me/br/%3Fb%3D537190%26p%3D12, http://howitworks.iknowit.ru/paper1175.html

Комментариев пока нет!

Ваше имя *
Ваш Email *

Сумма цифр внизу: код подтверждения