(499) 267-83-08

в рабочие дни с 11:00 до 19:00

(967) 289-13-39

ежедневно с 9:00 до 23:00

Записаться

Появилась возможность записаться он-лайн!

Этапы обучения

Теория и практическое обучение вождению на механике или автомате, индивидуальный подход, никаких дополнительных затрат.


Двигатель нового поколения


Двигатели будущего: чувство такта

У OPOC единый коленвал в центре двигателя. Сделать мотор легче и компактнее, отказавшись от второго коленвала, позволила оригинальная компоновка шатунов. За открытие впускных и выпускных окон в стенках цилиндров отвечают сами поршни.У OPOC единый коленвал в центре двигателя. Сделать мотор легче и компактнее, отказавшись от второго коленвала, позволила оригинальная компоновка шатунов. За открытие впускных и выпускных окон в стенках цилиндров отвечают сами поршни.

Все схемы открываются в полный размер по клику.

ВСТРЕЧНОЕ ДВИЖЕНИЕ

Особенность двухтактного дизеля профессора Питера Хофбауэра, посвятившего 20 лет своей жизни работе в концерне «Фольксваген», — два поршня в одном цилиндре, движущиеся навстречу друг другу. И название это подтверждает: Opposed Piston Opposed Cylinder (OPOC) — встречные поршни, встречные цилиндры.

Похожую схему еще в середине прошлого века использовали в авиации и танкостроении, например, на немецких «Юнкерсах» или советском танке T-64. Дело в том, что в традиционном двухтактном двигателе оба окна для газообмена перекрывает один поршень, а в двигателях с встречными поршнями в зоне хода одного поршня располагается впускное окно, в зоне хода второго — выпускное. Такая конструкция позволяет раньше открывать выпускное окно и благодаря этому лучше очищать камеру сгорания от отработавших газов. И заранее закрывать, чтобы сберечь некоторое количество рабочей смеси, которое у двухтактного двигателя обычно выбрасывается в выхлопную трубу.

В чем же изюминка конструкции профессора? В центральном (между цилиндрами) расположении коленвала, обслуживающего сразу все поршни. Это решение привело к довольно замысловатой конструкции шатунов. Их по паре на каждой шейке коленвала, причем на внешние поршни приходится по паре шатунов, расположенных по обе стороны цилиндра. Это схема позволила обойтись одним коленвалом (у прежних моторов их было два, размещенных по краям двигателя) и сделать компактный, легкий агрегат. В четырехтактных двигателях циркуляцию воздуха в цилиндре обеспечивает сам поршень, в моторе OPOC — турбонаддув. Для лучшей эффективности быстро разогнать турбину помогает электромотор, который в определенных режимах становится генератором и рекуперирует энергию.

Опытный образец, сделанный для армии без оглядки на экологические нормы, при массе 134 кг развивает 325 л.с. Подготовлен и гражданский вариант — с примерно на сотню сил меньшей отдачей. Как заявляет создатель, в зависимости от исполнения мотор ОРОС на 30–50% легче прочих дизелей сравнимой мощности и в два — четыре раза компактнее. Даже по ширине (это самое внушительное габаритное измерение) ОРОС всего вдвое превосходит один из самых компактных автомобильных агрегатов в мире — двухцилиндровый фиатовский «Твинэйр».

Мотор OPOC — образец модульной конструкции: двухцилиндровые блоки можно компоновать в многоцилиндровые агрегаты, соединяя их электромагнитными муфтами. Когда полная мощность не требуется, для экономии топлива один или несколько модулей могут отключаться. В отличие от обычных двигателей с отключаемыми цилиндрами, где коленвал шевелит даже «отдыхающие» поршни, механических потерь можно избежать. Интересно, а как обстоят дела с топливной экономичностью и вредными выбросами? Разработчик предпочитает обходить этот вопрос молчанием. Понятное дело — тут позиции двухтактников традиционно слабы.

РАЗДЕЛЬНОЕ ПИТАНИЕ

В двигателе Кармело Скудери классические четыре такта распределены между двумя цилиндрами: впуск и сжатие происходят в одном, а рабочий ход и выпуск — в другом.В двигателе Кармело Скудери классические четыре такта распределены между двумя цилиндрами: впуск и сжатие происходят в одном, а рабочий ход и выпуск — в другом.

Еще один пример ухода от традиционных догм. Кармело Скудери покусился на святое правило четырехтактных моторов: весь рабочий процесс должен происходить строго в одном цилиндре. Изобретатель поделил цикл между двумя цилиндрами: один отвечает за впуск смеси и ее сжатие, второй — за рабочий ход и выпуск. При этом традиционные четыре такта двигатель, именуемый мотором с разделенным циклом (SCC — Split Cycle Combustion), проходит всего за один оборот коленвала, то есть в два раза быстрее.

Вот как этот мотор работает. В первом цилиндре поршень сжимает воздух и подает его в соединительный канал. Клапан открывается, форсунка впрыскивает топливо, и смесь под давлением врывается во второй цилиндр. Сгорание в нем начинается при движении поршня вниз, в отличие от двигателя Отто, где смесь поджигают чуть раньше, чем поршень достигнет верхней мертвой точки. Таким образом, сгорающая смесь не препятствует в начальной стадии горения движущему навстречу поршню, а, наоборот, подталкивает его. Создатель мотора обещает удельную мощность в 135 л.с. с литра рабочего объема. Причем при значительном сокращении вредных выбросов благодаря более эффективному сгоранию смеси — например, с уменьшением выхода NOx на 80% в сравнении с этим же показателем для традиционного ДВС. Заодно утверждают, что SCC на 25% экономичнее равных по мощности атмосферных моторов. Однако лишний цилиндр — это дополнительная масса, увеличение габаритов, возрастающие потери на трение. Что-то не верится... Особенно если взять в пример новое поколение наддувных двигателей, сделанных под девизом даунсайзинга.

Кстати, для этого двигателя придумана оригинальная схема рекуперации и наддува «в одном флаконе» под названием Air-Hybrid. Во время торможения двигателем цилиндр рабочего хода отключается (клапаны закрыты), а цилиндр сжатия наполняет специальный резервуар сжатым воздухом. При разгоне происходит обратное: не работает цилиндр сжатия, а в рабочий нагнетается запасенный воздух — своего рода наддув. Собственно, при такой схеме не исключается и полный пневморежим, когда воздух будет толкать поршни в одиночку.

МОЩНОСТЬ ИЗ ВОЗДУХА

Лино Гуззелло использовал для улучшения характеристик двигателя рекуперацию воздуха. Он аккумулируется в дополнительном резервуаре, связанном с двигателем.Лино Гуззелло использовал для улучшения характеристик двигателя рекуперацию воздуха. Он аккумулируется в дополнительном резервуаре, связанном с двигателем.

Профессор Лино Гуззелла также использовал идею накопления сжатого воздуха в отдельном резервуаре: один из клапанов открывает путь от баллона к камере сгорания. В остальном это обычный двигатель с турбонаддувом. Опытный образец построили на базе 0,75-литрового двигателя, предложив его как замену… 2-литровому атмосферному мотору.

Разработчик для оценки эффективности своего творения предпочитает сравнивать его с гибридными силовыми агрегатами. Причем при схожей экономии топлива (около 33%) конструкция Гуззеллы удорожает мотор всего лишь на 20% — сложная бензоэлектрическая установка обходится почти в десять раз дороже. Однако в тестовом образце топливо экономится не столько за счет наддува из баллона, сколько благодаря малому рабочему объему самого двигателя. Но перспективы у сжатого воздуха в работе обычного ДВС все же есть: его можно использовать для пуска мотора в режиме «старт-стоп» или для движения автомобиля на малых скоростях.

КРУТИТСЯ, ВЕРТИТСЯ ШАР…

Среди необычных ДВС мотор Герберта Хюттлина выделяется наиболее примечательной конструкцией: традиционные поршни и камеры сгорания здесь размещены внутри шара. Поршни движутся в нескольких направлениях. Во-первых, навстречу друг другу, образуя между собой камеры сгорания. Кроме того, они соединены попарно в блоки, посаженные на единую ось и вращающиеся по хитрой траектории, заданной кольцевой фигурной шайбой. Корпус поршневых блоков объединен с шестерней, передающей крутящий момент на выходной вал.

Из-за жесткой связи между блоками при наполнении смесью одной камеры сгорания одновременно происходит выпуск отработавших газов в другой. Таким образом, за поворот поршневых блоков на 180 градусов происходит 4-тактный цикл, за полный оборот — два рабочих цикла.

Устройство шарового двигателя со встроенным электромотором: 1 — приводная шестерня; 2 — статор электромотора; 3 — постоянные магниты; 4 — ротор электро- мотора; 5 — камера сгорания 1; 6 — шаровые направляющие поршней; 7 — коль- цевая направляющая для движения поршней; 8 — подшипник ротора; 9 — камера сгорания 2; 10 — свеча зажигания; 11 — отвод выхлопных газов; 12 — забор воздуха; 13 — выходной вал.Устройство шарового двигателя со встроенным электромотором: 1 — приводная шестерня; 2 — статор электромотора; 3 — постоянные магниты; 4 — ротор электро- мотора; 5 — камера сгорания 1; 6 — шаровые направляющие поршней; 7 — коль- цевая направляющая для движения поршней; 8 — подшипник ротора; 9 — камера сгорания 2; 10 — свеча зажигания; 11 — отвод выхлопных газов; 12 — забор воздуха; 13 — выходной вал.

Первый показ шарового двигателя на Женевском автосалоне привлек всеобщее внимание. Концепция, безусловно, интересная — за работой 3D-модели можно наблюдать часами, пытаясь разобраться, как работает та или иная система. Однако за красивой идеей должно последовать воплощение в металле. А разработчик пока ни слова не говорит о хотя бы приблизительных значениях основных показателей агрегата — мощности, экономичности, экологичности. И, главное, о технологичности и надежности.

МОДНАЯ ТЕМА

Роторно-лопастной двигатель изобрели чуть меньше века назад. И, наверное, еще долго не вспоминали бы о нем, не появись амбициозный проект российского народного автомобиля. Под капотом «ё-мобиля» пусть и не сразу, но должен появиться именно роторно-лопастной двигатель, да еще в паре с электромотором.

Вкратце о его устройстве. На оси установлены два ротора с парой лопастей на каждом, образующих камеры сгорания переменной величины. Роторы вращаются в одном направлении, но с разными скоростями — один догоняет другой, смесь между лопастями сжимается, проскакивает искра. Второй начинает движение по окружности, чтобы на следующем круге «подтолкнуть» соседа. Посмотрите на рисунок: в правой нижней четверти происходит впуск, в правой верхней — сжатие, затем против часовой стрелки — рабочий ход и выпуск. Воспламенение смеси осуществляется в верхней точке окружности. Таким образом, за один оборот ротор происходит четыре рабочих такта.

Схемы роторно-лопастного двигателя.Схемы роторно-лопастного двигателя.

Очевидные преимущества конструкции — компактность, легкость и хороший КПД. Однако есть и проблемы. Из них главная — точная синхронизация работы двух роторов. Задача эта непростая, а решение должно быть недорогим, иначе «ё-мобиль» никогда не станет народным.

Двигатели будущего: чувство такта

www.zr.ru

Бесшатунный двигатель Вуля. - Альтернативная История

Представляю вашему вниманию ещё один, так сказать, двигатель будущего. Конструкция его не настолько революционна как у двигателя Кузнецова, но у него есть одно неоспоримое достоинство – такой мотор построен и работает.

Вид на дизельный бесшатунный двигатель со стороны радиатора

С момента появления двигателя внутреннего сгорания специалисты всего мира непрерывно занимаются его совершенствованием. Каких только конструкций за прошедшее время не было придумано. Однако лишь малой части из них удалось стать серийными образцами. Остальные, несмотря на оригинальность заложенных идей, так и не вышли из стадии эксперимента. Впрочем, имеются силовые установки, которые, прежде чем завоевать «место под солнцем», проходят тернистый и долгий путь. Одной из них является бесшатунный двигатель.

Содержание:

Известно, что в кривошипно-шатунных механизмах двигателей внутреннего сгорания почти четвертая часть полезной мощности уходит на трение. Другая отрицательная сторона таких моторов — увеличение сил инерции, количества вспышек с повышением числа оборотов, а следовательно, и рост тепловой напряженности цилиндра. Действительно, преобразование прямолинейного перемещения поршня во вращательное движение коленчатого вала с помощью шатуна вызывает появление бокового усилия на стенку цилиндра. Чтобы избежать связанного с этим повышенного износа поршней, им придают конусную форму, а их юбки делают эллипсными. Однако это не решает проблемы в корне. Неизбежная боковая нагрузка на стенку цилиндра увеличивает потери на трение, отрицательно отражающиеся на величине механического КПД двигателя. Бороться с этим явлением можно с помощью конструкции, в которой шатун бы двигался только возвратно-поступательно, не совершая угловых качаний относительно поршневого пальца.

Устройство бесшатунного авиадвигателя ОМБ С. С. Баландина

1 — Поршень

2 — Шток

3 — Направляющие крейцкопфа

4 — Коленчатый вал

5 — Камеры сгорания

6 — Шестирёнчатый вал, синхронизирующий вращение кривошипа

7 — Кривошип

8 — Крейцкопф

За практическое воплощение такой идеи еще в 1940 году взялся выдающийся отечественный инженер С. С. Баландин. На базе 5-цилиндрового звездообразного авиационного мотора М-11 он создал версию с четырьмя цилиндрами, названную ОМБ — особый мотор Баландина. Испытания этого образца и его модификации, построенной в 1944 году, дали потрясающие результаты. Бесшатунный двигатель оказался на 33% мощнее и на 84% меньше в площади поперечного сечения, вдвое уменьшились размеры радиаторов систем охлаждения и смазки. Но самое главное—за счет резкого сокращения потерь на трение между поршнем и цилиндром механический КПД увеличился с 0,86 до 0,94, а моторесурс вырос в 18 раз! Снизился и удельный расход топлива.

В ОКБ-2 Наркомата авиапромышленности, возглавляемом С. С. Баландиным, по той же схеме было изготовлено и испытано несколько других опытных двигателей. В любом из них две противоположные пары поршней связаны между собой жестким штоком, который в середине имеет подшипник, охватывающий шейку коленчатого вала. На каждом штоке по обеим сторонам подшипника выполнены ползуны, которые скользят по направляющим в картере, полностью разгружая поршень и цилиндр от боковых усилий. Неудивительно, что в данном случае поршень превращается в своеобразный держатель для поршневых колец, которые герметизируют стык поршень—цилиндр. Поэтому допуски на размеры поршня устанавливаются менее жесткими. Сам по себе коленчатый вал не простой — он разрезан на три части. Средняя часть похожа на обычный коленчатый вал, а крайние являются кривошипами, в которых на подшипниках вращается средняя часть. Благодаря этому штоки с поршнями ходят взад-вперед, а коленчатый вал вращается. Для синхронизации вращения кривошипов, а также для съема мощности служит специальный вал: крутящий момент на его шестерни передают зубчатые венцы, расположенные на кривошипах.

Принципиальная схема V-образного бесшатунного двигателя

1 — Поршень

2 — Кривошип

3 — Коленчатый вал

4 — Шатунный подшипник

5 — Подшипник кривошипа

6 — Шток

Нельзя не отметить, что если в обычном поршневом двигателе сила давления газов передается через относительно маленький подшипник верхней головки шатуна, а затем через подшипник его нижней головки (он уже больше, но и нагрузки здесь возрастают: добавляются силы инерции от вращения), то в схеме Баландина подшипник всего один, да и размер его гораздо солиднее, чем у подшипника нижней головки обычного шатуна. Силы инерции у «бесшатунника» также меньше, а сама нижняя головка является неразъемной. Пары поршней перемещаются возвратно-поступательно по двум взаимоперпендикулярным направлениям. Когда один из них приближается к головке цилиндра, осуществляя сжатие топливновоздушной смеси, другой, жестко связанный с ним штоком, удаляется от головки противоположного цилиндра, движимый энергией уже подожженной смеси. При этом механизм функционирует с частотой 2000 двойных ходов в минуту или почти 70 — в секунду.

 Естественно, при отсутствии угловых колебаний штока относительно поршня появляется возможность создания двигателя двойного действия. В итоге рабочий процесс идет по обе стороны поршня, что позволяет получить почти вдвое большую мощность. Помимо 4-цилиндровой схемы бесшатунного двигателя возможны конструкции с восемью, двенадцатью, шестнадцатью цилиндрами и т. д. Правда, в тот период считалось, что угол между цилиндрами из-за особенностей кинематической схемы допустим любой, кроме 0° и 180°, поскольку, по мнению специалистов, невозможно было получить конструкцию, в которой цилиндры расположены в один ряд или оппозитно. Зато препятствий для создания низкого компактного мотора с крестообразным, Х-образным или V-образным расположением цилиндров не существовало.

Общий вид двигателя со стороны маховика.

Уже во время Великой Отечественной войны стало ясно, сколь заманчивые перспективы таит в себе бесшатунный двигатель. Понятно, почему в работе над ОМБ оказались задействованы три ОКБ и пять серийных заводов Наркомата авиапромышленности, не считая Академии им. Н.В. Жуковского и трех НИИ. Да и сам С. С. Баландин старался не отставать. Экспериментальный авиадвигатель МБ-4 одинарного действия при габарите, сопоставимом с двигателем «Волги», имел близкую к нему массу и развивал в полтора раза более высокую мощность (140 л. с. при 2200 мин-1). Удельная мощность двигателя составляла 20,4 л. с./л, удельная масса — 1,14 кг/л. с., удельный расход топлива в эксплуатационном режиме — 220 г/л.с. в час. Последний из опытных моторов — 8-цилиндровый ОМ-127РН двойного действия, оснащавшийся системой впрыска топлива и турбонаддувом, развивал мощность 3500 л.с. Более того, работы над столь многообещающим двигателем привели к началу постройки авиационного мотора мощностью 10000 л. с. и массой З,5 т, что в 200 раз легче стационарного дизеля той же мощности. Наконец, в ОКБ-2 приступили к проектированию бесшатунного авиадизеля мощностью 20000 л.с. И всего при 24 цилиндрах! Для сравнения: разработанный американской фирмой Laicoming авиационный поршневой мотор ХР-7755 мощностью 5000 л. с. имел 36 цилиндров при несравнимо худших характеристиках.

 Бесспорность перехода авиации на реактивную тягу привела в начале 50-х годов прошлого века к сворачиванию деятельности ОКБ Баландина, хотя уже тогда удалось разработать поршневые моторы, равные по мощности, габаритам и массе турбовинтовым двигателям, к тому же более экономичные. В 1957 году С. С. Баландин, уже после прекращения работ, получил закрытое для публикации авторское свидетельство на «Двигатель внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом». После снятия запрета вышла книга «Бесшатунные двигатели внутреннего сгорания» (первое издание — в 1968 году, второе — в 1972-м).

вернуться к меню ↑

Попытки создать «бесшатунник» для установки на различные мобильные системы, в том числе на бронетанковую и автомобильную технику в нашей стране предпринимались неоднократно. Проектировщики оценили достоинства двигателя Баландина, который, по сравнению с рядом поршневых двигателей внутреннего сгорания и газовыми турбинами, был компактнее и менее металлоемок. Для изготовления многих его деталей пригодны действующие технологии и оборудование моторостроительных производств автомобильной промышленности. Кроме того, в пользу «бесшатунника» говорили: высокая удельная мощность, минимальное число деталей, идеальная уравновешенность (амплитуды вибраций самых мощных образцов являлись неправдоподобно малыми — порядка несколько микрометров). К тому же по технологичности мотор Баландина заметно превосходил тот же двигатель Ванкеля.

Блок цилиндров.

На Брянском автозаводе разработали проект бесшатунного двигателя с X-образным расположением цилиндров. Зиловские инженеры в конце 80-х годов прошлого века построили опытный образец дизельного «Баландина», который успешно прошел стендовые испытания. По сравнению с серийным дизелем ЯМЗ-238, на каждые два цилиндра которого приходятся 28 деталей, разработали бесшатунный компрессор для питания пневмосистемы грузовиков. Аналогичные работы проводили молодые конструкторы инициативной группы «Трек» Московского авиационного института.

И все-таки двигатель Баландина так и не получил широкого распространения. Почему? Главный изъян мотора — появление так называемых избыточных кинематических связей. Дело в том, что шток, связывающий между собой поршни, имеет три опоры. Дополнительная опора в этом случае играет роль избыточной связи. Чтобы такой механизм надежно функционировал, необходима либо высокая податливость опор, либо безупречная точность изготовления деталей. А поскольку опоры коленчатого вала или сам вал сделать податливыми нельзя, остается уповать на технологию высочайшего уровня, доступную эксклюзивным производствам. Но даже при выполнении этого условия естественный износ деталей во время работы может свести все усилия по получению высокой точности на нет. Однако остается еще один способ выбраться из тупика — изменить кинематическую схему. Как раз этим и воспользовался инженер А. Вуль из Харькова, предложивший собственный способ решения проблемы. Вообще, вопросами бесшатунного двигателя украинский последователь С. С. Баландина вместе со своими единомышленниками занимается с 1994 года. За это время специалисты организованной для этой цели лаборатории создали несколько образцов. Первые два из них представляют автомобильные V-образные 4-цилиндровые дизели объемом 2,0 и 2,8 л и расчетной мощностью 68 и 136 л. с. соответственно.

Конечно, собрать в условиях не заводского производства необычный двигатель, а тем более дизель, без всякого преувеличения, является сверхзадачей. Но на стороне А. Вуля оказались упорство, невероятная работоспособность и огромный опыт ремонта современных зарубежных дизелей. В течение нескольких лет в лаборатории были созданы серьезный станочный парк и современный испытательный стенд с нагрузочным электродвигателем двустороннего действия.

В двигателе А. Вуля одностороннего действия два штока, находящихся рядом на коленчатом вале, развернуты друг относительно друга на угол 90°. Сам вал совершает двойное вращение: вокруг собственной оси и вокруг оси кривошипа. Именно такая кинематика механизма позволяет передавать мощность от поступательно движущихся штоков на вращающийся по определенной траектории коленчатый вал и далее на кривошипы.

При материализации своего замысла А. Вуль наиболее сложные элементы заимствовал от импортного дизеля. Речь идет об индивидуальных головках цилиндров (диаметром 100мм) и форсунках, а камеру сгорания и ее относительное расположение пришлось попросту скопировать. При этом, по сравнению с базовым мотором, несколько увеличено давление впрыска топлива, сокращена его продолжительность, изменен угол опережения впрыска. Сочетание готовых и оригинальных узлов привело к рождению 4-цилиндрового V-образного дизеля с углом развала 90°, работающего по четырехтактному циклу. При этом из-за особенностей схемы вспышки в камерах сгорания дизеля чередуются неравномерно: 0°, 90°, затем пауза 270° и снова 0° и 90°. Такой процесс работы потребовал использовать топливный насос распределительного типа зарубежного производства со встречно движущимися плунжерами, изначально предназначенный для 8-цилиндрового двигателя, и еще направлять топливо на слив из четырех дополнительных штуцеров. Дополнив «бесшатунник» генератором, стартером и вкладышами от различных марок грузовых и легковых автомобилей, а также снабдив силовую установку изрядным количеством деталей собственного изготовления, А. Вуль получил вполне работоспособную конструкцию.

Компоновка оппозитного 4-х цилиндрового дизеля конструкции Вуля.

Не останавливаясь на достигнутом, группа А. Вуля пошла дальше: был построен 4-цилиндровый дизель с оппозитным расположением цилиндров, что прежде в бесшатуной схеме реализовать не удавалось. Двигатель оборудован непосредственным впрыском и двойным наддувом, включающим турбокомпрессор и механический наддув. Рабочий объем двигателя составляет 2 л, мощность — 150 л.с. Подобные характеристики позволяют устанавливать мотор на многие виды автотранспортной техники.

Вместе с тем было проведено эскизное проектирование и прочностное моделирование наиболее нагруженных элементов оппозитного дизеля на основе классического кривошипно-шатунного механизма, имеющего ту же размерность, аналогичный рабочий процесс и примерно те же габаритные размеры, что и у дизеля на основе бесшатунной схемы. Такой подход связан, в первую очередь, с тем, чтобы более критично оценить ожидаемые преимущества бесшатунного двигателя. Наличие трехопорного коленчатого вала в спроектированном оппозитном двигателе с кривошипно-шатунным механизмом, конечно, не является идеальным решением, но многолетняя зарубежная практика эксплуатации оппозитных бензиновых моторов с экстремальным форсированием (Subaru, Porsсhe, Ferrari, Volkswagen) позволяет предположить, что проблема усталостной прочности коленчатого вала является разрешимой.

Выводы, сделанные при сравнении двигателей обоих проектов, не во всем совпали с ожиданиями разработчиков. Например, при организации подпоршневого наддува в бесшатунном двигателе его преимущество нивелируется, а масса «бесшатунника» с подпоршневым наддувом несколько превышает массу аналога с кривошипно-шатунным механизмом, не имеющего подпоршневого наддува.

Повышенный механический КПД бесшатунного двигателя обеспечивается переносом трения юбки поршня о гильзу из «горячей» зоны с ухудшенными условиями смазки внутрь механизма, где используются линейные подшипники скольжения с эффективной жидкостной смазкой. Помимо всего прочего это приводит к заметному увеличению ресурса цилиндропоршневой группы. Увеличенный тепловой КПД стал возможен благодаря иному закону движения поршня. Расчетное уменьшение расхода топлива в этом случае достигает 5–7%. При прочих равных условиях поршень в таком двигателе находится дольше возле верхней мертвой точки, что увеличивает объем топлива, сгоревшего при постоянном объеме.

Поскольку закон движения поршня точно соответствует синусоидальному, силы инерции первого порядка уравновешиваются противовесами, присоединенными к силовым элементам механизма, а силы инерции второго и высших порядков в такой конструкции вообще практически не возникают.

В качестве материала для изготовления всех корпусных и некоторых силовых элементов использовались алюминиевые сплавы и композитные материалы. В итоге масса двигателя была снижена до 130 кг с возможностью дальнейшего улучшения этого показателя.

Применение прямого гидростатического привода клапанов газораспределительного механизма дало возможность упростить конструкцию дизеля с раздельными головками цилиндров, сделать ее более компактной, а также повысить надежность агрегата в целом.

Одной из главных задач при проектировании нового дизеля стало снижение токсичности выхлопа. Известно, что в результате сгорания масла, находящегося на стенках цилиндров двигателя, в его выхлопе содержится высокотоксичное вещество бензопирен, которое является сильным канцерогеном. Замысел состоит в том, чтобы вовсе отказаться от смазки стенок цилиндра за счет масла и достичь нулевого уровня расхода масла на угар благодаря применению несмазываемой пары поршень–гильза.

Считается, что при правильной работе бесшатунного механизма поршень не касается стенок цилиндра, поэтому его изготовили из легированной стали. Поршневые кольца выполнены из углеродной композиции, а гильза цилиндра — из алюминиевого сплава, покрытого слоем оксида алюминия. Работа такого узла напоминает функционирование щеточного узла коллекторного электродвигателя. Для обеспечения достаточной теплопередачи поршневые кольца выполнены массивными и поджаты изнутри к стенкам цилиндров пружинными экспандерами наподобие тех, что применяются в обычных маслосъемных кольцах. Охлаждение стального поршня обеспечивается воздухом подпоршневого компрессора.

В двигателе с обычным кривошипно-шатунным механизмом такая схема уплотнения имела бы худшую работоспособность, поскольку там кольца имеют значительную подвижность в радиальном направлении относительно поршня, совершающего перекладки между стенками цилиндра в районе верхней и нижней мертвой точки, а также опрокидывающее движение относительно оси пальца. У «бесшатунника» величина перекладок поршня в 5–10 раз меньше, опрокидывание отсутствует, поэтому требования к механической прочности уплотнений цилиндров значительно снижаются. Массивность колец необходима для обеспечения жесткости, а также для обеспечения необходимой площади контакта, которая отводит тепло в стенки цилиндров. Газы, прорвавшиеся через поршневые уплотнения, также не контактируют с маслом и направляются подпоршневым нагнетателем непосредственно в систему впуска двигателя для дожигания, что обеспечивает их полную рециркуляцию.

Развитие описанной конструкции открывает путь к появлению автомобильных двигателей со значительно увеличенными межсервисными пробегами. Становится реальной замена масла через 100 тыс. км, а в перспективе и через 200. Задача-максимум группы А. Вуля состоит в том, чтобы создать двигатель, который вообще не нуждается в замене масла в течение всего срока эксплуатации, аналогично тому, как это реализовано, например, в механических коробках передач многих современных автомобилей. Минимальный удельный расход топлива при испытаниях бесшатунного дизеля А. Вуля составил 165–170 г/кВт.ч, ресурс — 5000 ч, что соответствует приблизительно 350 тыс. км пробега.

Универсализация проекта, по мнению авторов, почти не является дополнительным ограничением и компромиссом между всеми возможными потребителями. Критически нагруженные узлы в любом случае могут рассчитываться, исходя из требований минимальной массы при максимальной несущей способности деталей, что при серийном производстве напрямую снижает их себестоимость. Запас же прочности, определяемый отношением максимально расчетной нагрузки к максимально действующей нагрузке и влияющий на ресурс изделия, выбирается исходя из назначения двигателя, после чего определяется конструкция и необходимое число его секций. Поскольку снятие мощности в оппозитном дизеле производится не с кривошипных валов (водил), а с вала отбора мощности, который может иметь различное (произвольное в определенных границах) передаточное отношение по отношению к кривошипным валам, возможно получение широкого диапазона чисел оборотов и крутящих моментов на выходном вале двигателя. Это делает возможной упрощенную адаптацию мотора для различных потребителей, которым необходимы различные максимальные числа оборотов выходного вала. Редуктор оказывается интегрированным в конструкцию двигателя и может перенастраиваться относительно несложным способом.

На первом этапе реализации проекта А. Вуль и его коллеги считают целесообразным проектирование и подготовку производства двигателя автомобильного типа для оснащения им в том числе легких грузовиков или микроавтобусов. К сказанному следует добавить, что основные технические решения по примененной версии кривошипно-ползунного механизма двигателя защищены международными заявками (стадия выдачи патентов США, Англии, Германии, России и Украины). Изобретения касаются преодоления важнейшей проблемы бесшатунных механизмов — склонности к образованию избыточных кинематических связей, т. е. к конфликтам траекторий движения ползуна и поршня, ползуна и ползунной шейки коленчатого вала.

Сборка бесшатунного дизельного двигателя

Ближайшее будущее покажет, насколько реальны перспективы применения бесшатунного двигателя на автомобильном транспорте в условиях серийного и массового производства.

Внешний вид V-образного 4-х цилиндрового дизеля Вуля.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОППОЗИТНОГО БЕСШАТУННОГО ДИЗЕЛЯ ПРОЕКТА А. ВУЛЯ

Максимальная мощность при 4000 мин-1, л. с.

150

Максимальная частота вращения выходного вала (маховика) дизеля, мин-1

5600

Число цилиндров

4

Диаметр цилиндров, мм

85

Ход поршня, мм

88

Рабочий объем, л

2,0

Минимальный удельный расход топлива, г/кВт.ч

165–170

Моторесурс, час

5 000

Масса, кг

130

Габаритные размеры, мм:

длина

ширина

высота

427

734

538

PS. Кстати, подумалось, что фамилия автора, очень хорошо подходит для будущего имени нарицательного, для моторов, сделанных по этому принципу. Сейчас есть дизель, в будущем будет – вуль.

Источник — http://www.mbm.by/raznoe/dvigateli-besshatunnoe-serdtse-avtomobilya.html

alternathistory.com

Chery представил двигатель нового поколения

  • бизнес
  • автомобили
  • компоненты
  • аксессуары
  • гаджеты
  • комтранс
еще

На заводе компании Chery в Китае стартовало производство нового двигателя 1.6 TGDI серии Acteco для ряда новых автомобилей марки. 

Новый мотор, как сообщает пресс-служба производителя, является собственной разработкой Chery и предназначен для таких моделей, как Tiggo, Exeed и Arrizo. 

Рядный четырехцилиндровый 16-клапанный турбомотор получил два распределительных вала и двойную систему изменения фаз газораспределения (DVVT). 

Блок цилиндров двигателя отлит отлит из алюминиевого сплава под давлением – это, как заявляют в компании, позволило уменьшить вес мотора на 30 кг по сравнению с агрегатами прежних поколений. 

В двигателе применена технология iHEC (High Efficiency Combustion), представляющая собой, как следует из названия, комплекс технологических решений, направленных на высокоэффективное сгорание топлива. 

В частности, система включает прямоточный, особой формы впускной коллектор, минимизирующий потери давления и скорости нагнетаемого турбиной воздуха, оптимизированную камеру сгорания, а также систему непосредственного впрыска топлива под давлением до 350 бар. 

Новый двигатель стал первым разработанным в Китае мотором, соответствующим экологическим стандартам China VI, которые полностью совпадают с Euro VI. 

С целью снижения потерь на трение мотористы Chery оптимизировали форму юбки поршня, повысили ее жесткость, а также применили антифрикционное покрытие на основе сульфата молибдена. Поршневые кольца в новом двигателе имеют повышенную жесткость, их рабочая поверхность обработана по технологии DGC (Diamond Graphite Carbon). 

Новый мотор Chery развивает мощность 190 л. с. при 5500 об/мин и максимальный крутящий момент 275 Нм в диапазоне от 2000 до 4000 об/мин. Средний заявленный расход топлива составляет 6,3 л на 100 км. Не уточняется, правда, были ли достигнуты подобные показали при стендовых испытаниях или же в рамках тестов на реальных автомобилях. 

Новый силовой агрегат, как уточняют в Chery, проектировался по модульному принципу. В дальнейшем на той же конструктивной основе будут запущены в производство моторы 1.2 TGDI, 1.5T GDI и 2.0 TGDI. В настоящее время они проходят предсерийные испытаний.

Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен

Instagram Twitter facebook VK Подключить ленту новостей RSS

16+

dvizhok.su

ДВС нового поколения

Илья Печкин, изобретатель

Разве можно оставаться равнодушным к тому, что в третьем тысячелетии человечество продолжает идти по пути коллективного самоубийства, подобно динозаврам, погубившим свой род много миллионов лет тому назад. Некоторые ученые считают, что к экологической катастрофе нас подталкивают отсталые отрасли «криминальной цивилизации». Специалисты полагают, что список этих отраслей возглавляет двигателестроение. Судите сами. Сегодня двигатели внутреннего сгорания (ДВС) транспортных средств потребляют наибольшее количество органического жидкого топлива. Они имеют низкий, 20-25 %, КПД и выбрасывают в атмосферу огромное количество вредных веществ. Кроме того, более 50 % вырабатываемой энергии тратится на создание резонансных явлений.

Сегодня медики говорят о появлении эндоэкологической болезни, которая поразила практически все население Земли. За невероятно короткий срок окружающая человека среда по токсической и радиолучевой агрессивности сделалась совершенно другой, нежели была на протяжении миллионов лет. Мы как бы переселились на другую, более жестокую планету, только внешне похожую на старую Землю. Более 60 % женщин, желающих иметь ребенка, сталкиваются с серьезными осложнениями; на большей части территории нашей страны смертность превысила рождаемость; появились ранее неизвестные заболевания.

Все эти негативные явления способствовали появлению общественных экологических организаций. Было бы неплохо, если бы эти организации поддерживались самими виновниками наших экологических бед. К сожалению, сегодня этого не происходит. Напротив, представители «криминальной цивилизации» стараются всеми силами «спрятать» от общественности свои преступления. Также поступают и двигателе-строители. Например, резонансные явления они «спрятали» в глушители. Однако глушители преобразуют «грохот» резонанса в неслышимые, но от этого не безвредные колебания. Кроме того, внедряются изобретения, с помощью которых двигателисты пытаются «омолодить» древние движки. Так появились электронный впрыск топлива, известный ныне под «басурманской» аббревиатурой EFI, форкамерно-факельное зажигание, турбонаддув, дополнительные клапаны, электронные системы зажигания, полуавтоматы, автоматы и, наконец, шестискоростные секвентальные коробки передач. Результатом этих усовершенствований стало лишь незначительное повышение КПД, который так и не превышает 25 %. Это предел. Ниже — только КПД паровоза Стефенсона — 5-7 %.

Для того чтобы сделать ДВС более экономичным, повысить его КПД, автор пришел к идее согласования термодинамического и механического процессов в двигателе. Для этого потребовалось раскрепостить детали цилиндропоршневой группы, то есть освободить их от ненужной работы. Поставленная задача решается путем повышения эффективности работы управляющего вала ДВС, включающим преобразование вращающего движения управляющего вала в неподвижное и возвратно-поступательное движение поршня, в результате чего в цилиндре двигателя происходят процессы впуска, сжатия, сгорания, рабочего такта и выпуска газов продуктов сгорания, при этом процесс сжатия получает ускорение путем зубчатого сектора колеса 12, вращающегося с управляющим валом 14 (см. рис.).

Работа устройства для реализации способа заключается в следующем.

Вал нагрузки 17 раскручивают с помощью стартера (на рис. не показан). Вместе с валом 17 вращается малая шестерня 7, которая вращает большую шестерню 6. Шестерня 6 вращается против часовой стрелки в подшипнике 11. Закрепленный на коленчатом валу 14 двойной кривошип 9 будет стоять на месте до тех пор, пока его выступы 10 не коснутся точек М криволинейных пазов 8, расположенных на большой шестерне 6. Это позволит коленчатому валу 14 вращаться против часовой стрелки. Вместе с коленчатым валом начнет совершать вращательные движения шейка 5 кривошипа 4. В районе нижней мертвой точки откроется впускной клапан 20, и сжатый воздух из ресивера (на рис. не показан) начнет заполнять внутреннюю часть рабочего цилиндра 1.

Расположенная на валу 17 большая шестерня 13 будет вращаться по часовой стрелке. В момент начала процесса сжатия зубья сектора малого колеса 12 войдут в зацепление с зубьями большой шестерни 13. Это позволит коленчатому валу 14 вращаться намного быстрее относительно обода большой шестерни 6. При этом выступы 10 двойного кривошипа 9 будут двигаться свободно в криволинейных пазах 8. В момент прихода шейки 5 кривошипа 4 в район верхней мертвой точки, происходит впрыск топлива в цилиндр 1 с помощью форсунки 19. Распыленное топливо, смешанное со сжатым воздухом, самовоспламеняется и горит. Под действием высокого давления поршень 2 с силой F2 давит вниз, увлекая за собой шатун 3, шейку 5 кривошипа 4. Это вызовет вращательное движение коленчатого вала 14, двойного кривошипа 9, большой шестерни 6, которую будут вращать выступы 10 двойного кривошипа 9.

Большая шестерня 6 будет вращать малую шестерню 7, скорость которой будет намного быстрее. Это позволит раскрутить маховик 16 до большой скорости и тем самым запасти энергию. Здесь следует отметить то, что во время рабочего процесса функцию ведущего звена выполнял двойной кривошип 9. Роль же ведомой детали выполняла шестерня 6. В районе нижней мертвой точки все вращающиеся детали продолжат свое движение, а двойной кривошип 9, коленчатый вал 14 быстро замедлят свое движение и вместе с поршнем остановятся в нижней мертвой точке. В этот момент откроется выпускной канал 21, и продукты сгорания начнут покидать рабочий цилиндр 1. Этому будет способствовать и тот факт, что в нижней мертвой точке поршня откроется впускной клапан 20. Таким образом, воздух из ресивера будет вытеснять продукты сгорания из цилиндра 1. Этот процесс протекает до тех пор, пока криволинейный паз 8 будет проходить район нижней мертвой точки. После касания точек Е криволинейного паза 8 выступы 10 двойного кривошипа 9 начнут вращать коленчатый вал 14. В результате в цилиндре 1 начнется процесс сжатия. В этом случае функцию ведущей детали будет выполнять большая шестерня 6. Двойной кривошип 9 будет выполнять роль ведомой детали. Все это вместе взятое позволит изменить диаграмму работы устройства для реализации способа повышения эффективности работы управляющего вала ДВС, то есть приблизить ее к идеальной диаграмме термодинамического цикла. Вместе с этим затяжные (вспомогательные) процессы совершаются теперь в то время, когда поршень находится в нижней мертвой точке в неподвижном состоянии — «отдыхает». А в это время функции насосных механизмов выполняет турбонаддув. Всего традиционный двигатель должен проделать восемь тактов — в начале работая в режиме двигателя, затем — в режиме компрессора. Четыре такта из этих восьми — лишние, в моем двигателе их нет. Оставшиеся два такта — на скоростные процессы и два — на затяжные.

Учитывая пионерный характер разработки, Российское агентство по патентам и товарным знакам присвоило изобретениям имя автора — «Двигатель Печкина» (патент № 2163681) и «Способ Печкина» (заявка № 2002117820, по которой получено решение о выдаче патента на изобретение). На Всероссийском конкурсе «Альтернативные источники энергии», который проходил в городе Заречном в Свердловской области, концепция по созданию двигателя нового поколения вызвала живейший интерес у специалистов и прессы. Однако производителей ортодоксальных ДВС не интересуют подобные проекты. Об этом мне сообщила компания GeoSpan Technologies, Inc. (GST), USA, которая попыталась по моей просьбе продвинуть мои изобретения на западных рынках. И это несмотря на то, что, согласно расчетам, КПД двигателя можно будет поднять до 70-80 %, моторесурс цилин-дропоршневой группы увеличится в 10 раз, а загрязнение окружающей среды уменьшится в 100 раз; исчезнут резонансные явления, поэтому сложные глушители шумов станут не нужны. Громоздкая система охлаждения будет заменена обыкновенным вентилятором. Расход топлива значительно уменьшится, и двигатель станет гораздо «экологичнее».

От редакции. Мы не являемся специалистами в области двигателестроения, и нам трудно судить, насколько предлагаемое изобретение является революционным, эффективным и полезным. Но не может не вызывать наших симпатий и уважения желание автора внести свою лепту в общее дело сохранения благоприятной окружающей среды. Нет ничего удивительного в том, что воротилы «криминальной цивилизации» не удостоили вниманием данную разработку (даже если она действительно является новым сло-5 вом в технике). Их алчность не позволяет им отвлекаться» на «прожекты», которые не 5 дают сиюминутной прибыли. Придет время, когда нефть станет дефицитом, и тогда подобные проекты будут еще как востребованы. Не оказалось бы только поздно…

mirznanii.com


Смотрите также