Silnik spalinowy z przeciwbieżnie poruszającymi się tłokami. Silnik o ruchu przeciwnym tłoków silnika spalinowego o przeciwnej budowie

Nie będzie przesadą stwierdzenie, że obecnie większość urządzeń samobieżnych jest wyposażona w silniki spalinowe o różnej konstrukcji, wykorzystujące różne zasady działania. W każdym razie, jeśli mówimy o transporcie drogowym. W tym artykule przyjrzymy się bliżej silnikowi spalinowemu. Co to jest, jak działa ta jednostka, jakie są jej zalety i wady, dowiesz się z niej czytając.

Zasada działania silników spalinowych

Główna zasada działania ICE opiera się na fakcie, że paliwo (stałe, płynne lub gazowe) spala się w specjalnie wydzielonej objętości roboczej wewnątrz samego urządzenia, przekształcając energię cieplną w energię mechaniczną.

Mieszanka robocza wchodząca do cylindrów takiego silnika jest sprężana. Po zapaleniu za pomocą specjalnych urządzeń powstaje nadciśnienie gazów, zmuszające tłoki cylindrów do powrotu do pierwotnego położenia. Tworzy to stały cykl roboczy, który za pomocą specjalnych mechanizmów przekształca energię kinetyczną w moment obrotowy.

Dziś urządzenie ICE może mieć trzy główne typy:

• często nazywane płucami;
• jednostka napędowa czterosuwowa, pozwalająca na osiągnięcie wyższych wartości mocy i sprawności;
• o podwyższonej charakterystyce mocy.

Ponadto istnieją inne modyfikacje podstawowych obwodów, które umożliwiają poprawę niektórych właściwości tego typu elektrowni.

Zalety silników spalinowych

W przeciwieństwie do jednostek napędowych, które zapewniają obecność komór zewnętrznych, silnik spalinowy ma znaczne zalety. Najważniejsze z nich to:

• znacznie bardziej kompaktowe wymiary;
• wyższe wskaźniki mocy;
• optymalne wartości wydajności.

Należy zaznaczyć, mówiąc o silniku spalinowym, że jest to urządzenie, które w zdecydowanej większości przypadków pozwala na stosowanie różnego rodzaju paliwa. Może to być benzyna, olej napędowy, naturalny lub nafta, a nawet zwykłe drewno.

Ta wszechstronność zapewniła tej koncepcji silnika zasłużoną popularność, wszechobecność i prawdziwie globalną pozycję lidera.

Krótka wycieczka historyczna

Powszechnie przyjmuje się, że silnik spalinowy sięga swojej historii od stworzenia przez Francuza de Rivasa w 1807 roku jednostki tłokowej, która jako paliwo wykorzystywała wodór w stanie skupienia gazowego. I choć od tego czasu urządzenie ICE przeszło znaczące zmiany i modyfikacje, to podstawowe idee tego wynalazku są wykorzystywane do dziś.

Pierwszy czterosuwowy silnik spalinowy został wydany w 1876 roku w Niemczech. W połowie lat 80. XIX wieku w Rosji opracowano gaźnik, który umożliwił pomiar dopływu benzyny do cylindrów silnika.

A pod koniec ubiegłego stulecia słynny niemiecki inżynier zaproponował pomysł zapłonu mieszanki palnej pod ciśnieniem, co znacznie zwiększyło charakterystykę mocy silnika spalinowego i wskaźniki sprawności jednostek tego typu, co poprzednio pozostawiało wiele do życzenia. Od tego czasu rozwój silników spalinowych szedł głównie drogą doskonalenia, modernizacji i wdrażania różnych usprawnień.

Główne typy i typy silników spalinowych

Niemniej jednak ponad 100-letnia historia jednostek tego typu pozwoliła na opracowanie kilku głównych typów elektrowni z wewnętrznym spalaniem paliwa. Różnią się między sobą nie tylko składem zastosowanej mieszaniny roboczej, ale także cechami konstrukcyjnymi.

Silniki benzynowe

Jak sama nazwa wskazuje, jednostki z tej grupy wykorzystują jako paliwo różne rodzaje benzyny.

Z kolei takie elektrownie zwykle dzieli się na dwie duże grupy:

• Gaźnik. W takich urządzeniach mieszanka paliwowa jest wzbogacana masami powietrza w specjalnym urządzeniu (gaźniku) przed wejściem do cylindrów. Następnie zapala się iskrą elektryczną. Do najwybitniejszych przedstawicieli tego typu należą modele VAZ, których silnik spalinowy przez bardzo długi czas był wyłącznie typu gaźnika.
• Zastrzyk. Jest to bardziej złożony system, w którym paliwo wtryskiwane jest do cylindrów za pomocą specjalnego kolektora i wtryskiwaczy. Może się to odbywać zarówno mechanicznie, jak i za pomocą specjalnego urządzenia elektronicznego. Systemy bezpośredniego wtrysku Common Rail są uważane za najbardziej wydajne. Zainstalowany w prawie wszystkich nowoczesnych samochodach.

Silniki benzynowe z wtryskiem są uważane za bardziej ekonomiczne i zapewniają wyższą sprawność. Jednak koszt takich jednostek jest znacznie wyższy, a konserwacja i eksploatacja znacznie trudniejsza.

Silniki Diesla

U zarania istnienia tego typu jednostek bardzo często można było usłyszeć dowcip o silniku spalinowym, że jest to urządzenie, które zjada benzynę jak koń, ale porusza się znacznie wolniej. Wraz z wynalezieniem silnika wysokoprężnego ten żart częściowo stracił na znaczeniu. Głównie dlatego, że olej napędowy może pracować na paliwie o wiele niższej jakości. Oznacza to, że jest znacznie tańszy niż benzyna.

Główną podstawową różnicą między spalaniem wewnętrznym jest brak wymuszonego zapłonu mieszanki paliwowej. Olej napędowy jest wtryskiwany do cylindrów przez specjalne dysze, a poszczególne krople paliwa są zapalane pod wpływem siły nacisku tłoka. Oprócz zalet silnik wysokoprężny ma również szereg wad. Wśród nich są:

• znacznie mniej mocy w porównaniu do elektrowni benzynowych;
• duże wymiary i cechy wagowe;
• trudności z uruchomieniem w ekstremalnych warunkach pogodowych i klimatycznych;
• niedostateczna trakcja i tendencja do nieuzasadnionych strat mocy, zwłaszcza przy stosunkowo dużych prędkościach.

Ponadto naprawa silnika spalinowego typu diesla z reguły jest znacznie bardziej skomplikowana i kosztowna niż regulacja lub przywracanie wydajności roboczej jednostki benzynowej.

Silniki gazowe

Pomimo niskiego kosztu gazu ziemnego wykorzystywanego jako paliwo, urządzenie silnika spalinowego pracującego na gazie jest nieporównywalnie bardziej skomplikowane, co prowadzi do znacznego wzrostu kosztów całego zespołu, w szczególności jego montażu i eksploatacji.

W tego typu elektrowniach gaz płynny lub ziemny dostaje się do butli poprzez system specjalnych reduktorów, kolektorów i dysz. Zapłon mieszanki paliwowej odbywa się w taki sam sposób, jak w instalacjach benzynowych gaźnika, za pomocą iskry elektrycznej pochodzącej ze świecy zapłonowej.

Połączone typy silników spalinowych

Niewiele osób wie o połączonych systemach ICE. Co to jest i gdzie jest stosowane?

Nie mówimy oczywiście o nowoczesnych samochodach hybrydowych, które mogą jeździć zarówno na paliwie, jak i na silniku elektrycznym. Kombinowane silniki spalinowe są zwykle nazywane takimi jednostkami, które łączą elementy różnych zasad układów paliwowych. Najbardziej uderzającym przedstawicielem rodziny takich silników są jednostki gazowo-dieselowe. W nich mieszanka paliwowa wchodzi do bloku ICE w prawie taki sam sposób, jak w jednostkach gazowych. Ale paliwo jest zapalane nie za pomocą wyładowania elektrycznego ze świecy, ale z częścią zapłonową oleju napędowego, jak ma to miejsce w konwencjonalnym silniku wysokoprężnym.

Konserwacja i naprawa silników spalinowych

Pomimo dość szerokiej gamy modyfikacji, wszystkie silniki spalinowe mają podobne podstawowe konstrukcje i schematy. Niemniej jednak, aby przeprowadzić wysokiej jakości konserwację i naprawę silnika spalinowego, konieczne jest dokładne poznanie jego budowy, zrozumienie zasad działania i umiejętność identyfikowania problemów. W tym celu konieczne jest oczywiście dokładne przestudiowanie konstrukcji silników spalinowych różnych typów, aby samemu zrozumieć cel niektórych części, zespołów, mechanizmów i systemów. Nie jest to łatwe zadanie, ale bardzo ekscytujące! A co najważniejsze, właściwa rzecz.

Specjalnie dla dociekliwych umysłów, które chcą samodzielnie zrozumieć wszystkie tajemnice i sekrety prawie każdego pojazdu, przybliżony schemat silnika spalinowego pokazano na powyższym zdjęciu.

Więc dowiedzieliśmy się, czym jest ta jednostka napędowa.

Silnik przeciwtłokowy- konfiguracja silnika spalinowego wewnętrznego spalania z tłokami rozmieszczonymi w dwóch rzędach naprzeciw siebie we wspólnych cylindrach w taki sposób, że tłoki każdego cylindra poruszają się do siebie i tworzą wspólną komorę spalania. Wały korbowe są mechanicznie zsynchronizowane, a wał wydechowy obraca się o 15-22 ° przed wałem wlotowym, moc pobierana jest z jednego z nich lub z obu (na przykład, gdy napędzane są dwa śmigła lub dwa sprzęgła). Układ automatycznie zapewnia nadmuch z bezpośrednim przepływem - najdoskonalszy dla maszyny dwusuwowej i braku złącza gazowego.

Jest też inna nazwa tego typu silnika - silnik przeciwtłokowy (silnik z PDP).

Urządzenie silnikowe o przeciwnym ruchu tłoka:

5, 10, 12 lub więcej cylindrów. Pozwala na zmniejszenie wymiarów liniowych silnika w porównaniu z rzędowym układem cylindrów.

W kształcie VR
„VR” to skrót dwóch niemieckich słów oznaczających V-kształtny i R-in-row, czyli v-in-row. Silnik został opracowany przez Volkswagena i stanowi symbiozę silnika widlastego o wyjątkowo niskim kącie pochylenia wynoszącym 15 ° i silnika rzędowego. Jego sześć cylindrów ma kształt litery V pod kątem 15 °, w przeciwieństwie do tradycyjnych silników widlastych , które mają kąt 60 ° lub 90 ° ... Tłoki są przesunięte w bloku. Połączenie zalet obu typów silników doprowadziło do tego, że silnik VR6 stał się tak kompaktowy, że w przeciwieństwie do konwencjonalnego silnika w kształcie litery V, pozwalał na pokrycie obu rzędów cylindrów jedną wspólną głowicą. W rezultacie silnik VR6 jest znacznie krótszy niż rzędowy 6-cylindrowy i węższy niż konwencjonalny silnik V-6. Jest montowany od 1991 roku (model 1992) w samochodach Volkswagen Passat, Golf, Corrado, Sharan. Posiada indeksy fabryczne „AAA” o objętości 2,8 litra, o wydajności 174 l/s oraz „ABV” o objętości 2,9 litra i wydajności 192 l/s.

Silnik boksera- tłokowy silnik spalinowy, w którym kąt między rzędami cylindrów wynosi 180 stopni. W samochodach i pojazdach silnikowych do obniżenia środka ciężkości stosuje się silnik przeciwny, zamiast tradycyjnego w kształcie litery V, a przeciwny układ tłoków pozwala im na wzajemną neutralizację drgań, dzięki czemu silnik pracuje płynniej.
Najbardziej rozpowszechniony silnik typu bokser został znaleziony w modelu Volkswagen Kaefer (Garbus, w wersji angielskiej) wyprodukowanym w latach produkcji (od 2003 do 2003) w ilości 21 529 464 sztuk.
Porsche używa go w większości swoich sportowych i wyścigowych modeli z serii GT1, GT2 i GT3.
Silnik typu bokser to także znak rozpoznawczy marki Subaru, który od 1963 roku jest montowany w prawie wszystkich modelach Subaru. Większość silników tej firmy ma przeciwstawny układ, co zapewnia bardzo dużą wytrzymałość i sztywność bloku cylindrów, ale jednocześnie utrudnia naprawę silnika. Starsze silniki serii EA (EA71, EA82 (produkowane do około 1994 roku)) słyną z niezawodności. Nowsze silniki serii EJ, EG, EZ (EJ15, EJ18, EJ20, EJ22, EJ25, EZ30, EG33, EZ36) montowane w różnych modelach Subaru od 1989 do chwili obecnej (od lutego 1989 Samochody Subaru Legacy są wyposażone w silniki diesla typu boxer sprzężona z manualną skrzynią biegów).
Montowany również w rumuńskich samochodach Oltcit Club (jest dokładną kopią Citroena Axela), od 1987 do 1993 roku. W produkcji motocykli silniki typu bokser są szeroko stosowane w modelach BMW, a także w radzieckich ciężkich motocyklach „Ural” i „Dniepr”.

Silnik w kształcie litery U- symboliczne oznaczenie zespołu napędowego, czyli dwóch silników rzędowych, których wały korbowe są połączone mechanicznie za pomocą łańcucha lub kół zębatych.
Wybitne przypadki użycia: samochody sportowe - Bugatti Type 45, prototyp Matra Bagheera; niektóre silniki okrętowe i lotnicze.
Silnik w kształcie litery U z dwoma cylindrami w każdym bloku jest czasami określany jako kwadrat cztery.

Silnik przeciwtłokowy- konfiguracja silnika spalinowego z ustawieniem cylindrów w dwóch rzędach naprzeciw siebie (najczęściej jeden nad drugim) w taki sposób, że tłoki cylindrów położonych naprzeciw siebie poruszają się do siebie i mają wspólną komorę spalania . Wały korbowe są połączone mechanicznie, moc pobierana jest z jednego z nich lub z obu (np. przy napędzie dwóch śmigieł). Silniki tej konstrukcji to głównie silniki dwusuwowe z turbodoładowaniem. Ten schemat jest stosowany w silnikach lotniczych, silnikach czołgowych (T-64, T-80UD, T-84, Chieftain), silnikach lokomotyw Diesla (TE3, 2TE10) i dużych okrętowych silnikach wysokoprężnych. Jest też inna nazwa tego typu silnika - silnik z przeciwbieżnymi tłokami (silnik o obrotach).

Zasada działania:
1 wlot
2 napęd dmuchawy
3 kanały powietrzne
4 zawór bezpieczeństwa
5 gniazd KShM
6 wlotu KShM (opóźnienie ~20° w stosunku do wylotu)
7 cylindrów z portami wlotowymi i wylotowymi
Wydanie 8
9 płaszcz chłodzący wodę
10 świec zapłonowych

Silnik obrotowy- chłodzony powietrzem silnik promieniowy oparty na obrocie cylindrów (zwykle w liczbach nieparzystych) wraz ze skrzynią korbową i śmigłem wokół nieruchomego wału korbowego zamontowanego na ramie silnika. Takie silniki były szeroko stosowane podczas I wojny światowej i wojny domowej w Rosji. W czasie tych wojen silniki te przewyższały liczebnie silnikami chłodzonymi wodą pod względem ciężaru właściwego, więc były używane głównie (w myśliwcach i samolotach zwiadowczych).
Gwiazda silnika (silnik promieniowy) to tłokowy silnik spalinowy, którego cylindry są rozmieszczone promieniowo wokół jednego wału korbowego pod równymi kątami. Silnik promieniowy jest krótki i mieści dużą liczbę cylindrów w kompaktowy sposób. Jest szeroko stosowany w lotnictwie.
Gwiazda silnika różni się od innych typów konstrukcją mechanizmu korbowego. Jeden korbowód jest głównym, jest podobny do korbowodu konwencjonalnego silnika rzędowego, pozostałe są pomocnicze i są przymocowane do głównego korbowodu wzdłuż jego obwodu (ta sama zasada dotyczy silników V). Wadą konstrukcji silnika promieniowego jest możliwość dopływu oleju do dolnych cylindrów podczas postoju, dlatego przed uruchomieniem silnika należy upewnić się, że w dolnych cylindrach nie ma oleju. Uruchomienie silnika w obecności oleju w dolnych cylindrach prowadzi do uderzenia wodnego i awarii mechanizmu korbowego.
Silniki czterosuwowe promieniowe mają nieparzystą liczbę cylindrów w rzędzie - umożliwia to iskrzenie w cylindrach „przez jeden”.

Obrotowy silnik tłokowy spalinowy (RPD, silnik Wankla), którego konstrukcję opracował w roku inżynier z firmy NSU Walter Freude, który również miał pomysł na ten projekt. Silnik został opracowany we współpracy z Felixem Wankelem, który pracował nad inną konstrukcją silnika z tłokami obrotowymi.
Cechą silnika jest zastosowanie trójkątnego wirnika (tłoka), który wygląda jak trójkąt Reuleaux, obracającego się wewnątrz cylindra o specjalnym profilu, którego powierzchnia jest wykonana wzdłuż epitrochoidy.

Projekt
Wirnik osadzony na wale jest sztywno połączony z kołem zębatym, które zazębia się z nieruchomym kołem zębatym - stojanem. Średnica wirnika jest znacznie większa niż średnica stojana, chociaż wirnik z kołem zębatym toczy się wokół przekładni. Każdy z wierzchołków trójkątnego wirnika porusza się wzdłuż epitrochoidalnej powierzchni cylindra, a zmienne objętości komór w cylindrze są odcinane za pomocą trzech zaworów.
Taka konstrukcja pozwala na wykonanie dowolnego czterosuwowego cyklu Diesla, Stirlinga lub Otto bez użycia specjalnego mechanizmu rozrządu zaworowego. Uszczelnienie komór zapewniają promieniowe i końcowe płyty uszczelniające dociskane do cylindra siłami odśrodkowymi, ciśnieniem gazu i sprężynami taśmowymi. Brak mechanizmu dystrybucji gazu sprawia, że ​​silnik jest znacznie prostszy niż czterosuwowy silnik tłokowy (oszczędność około tysiąca części), a brak sprzężenia (przestrzeń skrzyni korbowej, wału korbowego i korbowodów) pomiędzy poszczególnymi komorami roboczymi zapewnia niezwykłą kompaktowość i wysoką gęstość mocy. W jednym obrocie Wankel wykonuje trzy pełne cykle pracy, co odpowiada pracy sześciocylindrowego silnika tłokowego. Mieszanie, zapłon, smarowanie, chłodzenie, rozruch są zasadniczo takie same, jak w konwencjonalnym tłokowym silniku spalinowym.
Praktyczne zastosowanie znalazły silniki z wirnikami trójkrawędziowymi, o przełożeniu promieni koła zębatego i koła zębatego: R:r = 2:3, które są montowane na samochodach, łodziach itp.

Konfiguracja silnika W
Silnik został opracowany przez Audi i Volkswagen i składa się z dwóch silników w kształcie litery V. Z obu wałów korbowych usunięto moment obrotowy.

Obrotowy silnik łopatkowy spaliny wewnętrzne (RLD, silnik Vigriyanov), którego projekt został opracowany w 1973 roku przez inżyniera Michaiła Stiepanowicza Wigrijanowa. Cechą silnika jest zastosowanie obracającego się wirnika kompozytowego umieszczonego wewnątrz cylindra i składającego się z czterech łopatek.
Projekt Na parze współosiowych wałów zainstalowane są dwa ostrza, dzielące cylinder na cztery komory robocze. Każda komora wykonuje cztery skoki robocze na jednym obrocie (zestaw mieszanki roboczej, sprężanie, skok roboczy i emisja spalin). Dzięki temu w ramach tego projektu możliwe jest wdrożenie dowolnego cyklu czterosuwowego. (Nic nie stoi na przeszkodzie, aby ten projekt był używany do obsługi silnika parowego, tylko dwa ostrza będą musiały zostać użyte zamiast czterech.)

Bilans silników

Wszystkie schematy otwierają się w pełnym rozmiarze, klikając.

NADCHODZĄCY RUCH

Osobliwością dwusuwowego silnika wysokoprężnego profesora Petera Hofbauera, który poświęcił 20 lat swojego życia na pracę dla koncernu Volkswagen, są dwa zbliżające się do siebie tłoki w jednym cylindrze. Potwierdza to nazwa: Opposed Piston Opposed Cylinder (OPOC) - tłoki przeciwbieżne, cylindry przeciwbieżne.

Podobny schemat zastosowano w lotnictwie i budowie czołgów w połowie ubiegłego wieku, na przykład na niemieckich Junkerach lub radzieckim czołgu T-64. Faktem jest, że w tradycyjnym silniku dwusuwowym oba okienka wymiany gazu są przykryte jednym tłokiem, a w silnikach z przeciwtłokami otwór wlotowy znajduje się w strefie suwu jednego tłoka, a otwór wydechowy w suwie strefa drugiej. Taka konstrukcja pozwala na wcześniejsze otwarcie otworu wylotowego, dlatego lepiej jest oczyścić komorę spalania ze spalin. I blisko z góry, aby zaoszczędzić część roboczej mieszanki, która w silniku dwusuwowym jest zwykle wrzucana do rury wydechowej.

Co jest główną atrakcją projektu profesora? W centralnym (pomiędzy cylindrami) umiejscowieniu wału korbowego, który obsługuje jednocześnie wszystkie tłoki. Ta decyzja doprowadziła do dość skomplikowanej konstrukcji korbowodów. Na każdej szyjce wału korbowego znajduje się ich para, z parą korbowodów umieszczonych po obu stronach cylindra na zewnętrznych tłokach. Ten schemat umożliwił wykonanie z jednym wałem korbowym (w poprzednich silnikach dwa z nich znajdowały się na krawędziach silnika) i stworzenie kompaktowej, lekkiej jednostki. W silnikach czterosuwowych cyrkulację powietrza w cylindrze zapewnia sam tłok, w silniku OPOC jest on turbodoładowany. Dla lepszej wydajności silnik elektryczny pomaga szybko rozpędzić turbinę, która w niektórych trybach staje się generatorem i odzyskuje energię.

Prototyp, wykonany dla wojska bez przestrzegania norm środowiskowych, o masie 134 kg rozwija moc 325 KM. Przygotowano także wersję cywilną - o około stu siłach słabszego oddziaływania. Według twórcy, w zależności od wersji, silnik OROS jest o 30-50% lżejszy od innych silników wysokoprężnych o porównywalnej mocy i dwa do czterech razy bardziej kompaktowy. Nawet pod względem szerokości (jest to najbardziej imponujący wymiar ogólny) OROS jest tylko dwa razy większy niż jedna z najbardziej kompaktowych jednostek samochodowych na świecie - dwucylindrowy Fiat Twinair.

Silnik OPOC jest przykładem konstrukcji modułowej: bloki dwucylindrowe można łączyć w jednostki wielocylindrowe, połączone sprzęgłami elektromagnetycznymi. Gdy pełna moc nie jest wymagana, jeden lub więcej modułów można wyłączyć, aby zaoszczędzić paliwo. W przeciwieństwie do konwencjonalnych silników z cylindrami odcinającymi, w których wał korbowy porusza nawet tłoki spoczynkowe, można uniknąć strat mechanicznych. Zastanawiam się, co z efektywnością paliwową i emisją? Deweloper woli przemilczeć to pytanie. Oczywiste jest, że pozycje dwusuwów są tutaj tradycyjnie słabe.

ODDZIELNE KARMIENIE

Kolejny przykład odejścia od tradycyjnych dogmatów. Carmelo Scuderi naruszył świętą zasadę silników czterosuwowych: cały proces pracy musi odbywać się ściśle w jednym cylindrze. Wynalazca podzielił cykl na dwa cylindry: jeden odpowiada za wlot i sprężanie mieszanki, drugi za suw roboczy i zwolnienie. Jednocześnie tradycyjny silnik czterosuwowy, zwany silnikiem Split Cycle Combustion (SCC), pracuje w jednym obrocie wału korbowego, czyli dwa razy szybciej.

Tak działa ten silnik. W pierwszym cylindrze tłok spręża powietrze i podaje je do kanału łączącego. Zawór otwiera się, wtryskiwacz wtryskuje paliwo, a mieszanka pod ciśnieniem wpada do drugiego cylindra. Spalanie w nim rozpoczyna się, gdy tłok przesuwa się w dół, w przeciwieństwie do silnika Otto, gdzie mieszanina jest zapalana nieco wcześniej niż tłok osiągnie górny martwy punkt. Tak więc mieszanina palna nie przeszkadza w początkowej fazie spalania, gdy tłok porusza się w kierunku tłoka, ale przeciwnie, popycha go. Twórca silnika obiecuje stosunek mocy do masy 135 KM. na litr objętości roboczej. Ponadto ze znaczną redukcją szkodliwych emisji dzięki bardziej efektywnemu spalaniu mieszanki – np. ze zmniejszeniem emisji NOx o 80% w porównaniu z tym samym wskaźnikiem dla tradycyjnego silnika spalinowego. Jednocześnie twierdzą, że SCC jest o 25% oszczędniejszy od silników atmosferycznych o tej samej mocy. Jednak dodatkowy cylinder oznacza dodatkową masę, zwiększone wymiary i zwiększone straty tarcia. W coś trudno uwierzyć... Zwłaszcza jeśli weźmie się za przykład nową generację silników z doładowaniem, stworzoną pod hasłem downsizingu.

Nawiasem mówiąc, dla tego silnika wynaleziono oryginalny schemat rekuperacji i zwiększania ciśnienia „w jednej butelce” o nazwie Air-Hybrid. Podczas hamowania silnikiem cylinder jazdy jest dezaktywowany (zawory zamknięte), a cylinder sprężania napełnia specjalny zbiornik sprężonym powietrzem. Podczas przyspieszania dzieje się odwrotnie: cylinder sprężający nie działa, a zmagazynowane powietrze jest wtłaczane do cylindra roboczego - rodzaj zwiększania ciśnienia. Właściwie przy takim schemacie nie wyklucza się pełnego trybu pneumatycznego, gdy powietrze samo popycha tłoki.

MOC Z POWIETRZA

Profesor Lino Guzzella wykorzystał też pomysł gromadzenia sprężonego powietrza w osobnym zbiorniku: jeden z zaworów otwiera drogę z cylindra do komory spalania. Reszta to konwencjonalny silnik z turbodoładowaniem. Prototyp zbudowano w oparciu o silnik o pojemności 0,75 litra, oferując go jako zamiennik… 2-litrowego silnika wolnossącego.

Aby ocenić skuteczność swojego dzieła, deweloper woli porównać go z hybrydowymi układami napędowymi. Co więcej, przy podobnej oszczędności paliwa (około 33%), konstrukcja Guzzelli zwiększa koszt silnika tylko o 20% - złożona instalacja benzynowo-elektryczna kosztuje prawie dziesięć razy więcej. Jednak w badanej próbce paliwo jest oszczędzane nie tyle dzięki ciśnieniu z cylindra, co dzięki małej objętości roboczej samego silnika. Ale sprężone powietrze nadal ma perspektywy w pracy konwencjonalnego silnika spalinowego: może być używane do uruchamiania silnika w trybie „start-stop” lub do poruszania samochodem przy niskich prędkościach.

SPINY PIŁKOWE, SPINY ...

Wśród niezwykłych silników spalinowych, silnik Herberta Hüttlina wyróżnia się najbardziej niezwykłą konstrukcją: tradycyjne tłoki i komory spalania znajdują się wewnątrz kuli. Tłoki poruszają się w kilku kierunkach. Po pierwsze, ku sobie, tworząc między sobą komory spalania. Ponadto są one połączone parami w bloki, osadzone na jednej osi i obracające się wzdłuż przebiegłej trajektorii wyznaczonej przez pierścieniową podkładkę figurową. Obudowa bloku tłoka jest zintegrowana z przekładnią, która przenosi moment obrotowy na wał wyjściowy.

Ze względu na sztywne połączenie między blokami, gdy jedna komora spalania jest wypełniona mieszanką, spaliny są jednocześnie uwalniane do drugiej. Tak więc dla obrotu bloków tłoka o 180 stopni następuje cykl 4-suwowy, dla pełnego obrotu - dwa cykle robocze.

Pierwszy pokaz silnika kulowego na Salonie Samochodowym w Genewie przykuł uwagę wszystkich. Koncepcja jest z pewnością ciekawa – można godzinami oglądać pracę modelu 3D, próbując rozgryźć, jak działa ten czy inny system. Jednak za piękną ideą powinno iść wcielenie w metal. A deweloper nie powiedział jeszcze ani słowa o przynajmniej przybliżonych wartościach głównych wskaźników jednostki - mocy, wydajności, przyjazności dla środowiska. A co najważniejsze, o możliwościach produkcyjnych i niezawodności.

TEMAT MODY

Obrotowy silnik łopatkowy został wynaleziony nieco mniej niż sto lat temu. I prawdopodobnie nie pamiętaliby tego przez długi czas, gdyby nie pojawił się ambitny projekt samochodu narodu rosyjskiego. Pod maską „jomobilu”, nawet jeśli nie od razu, powinien pojawić się obrotowy silnik łopatkowy, a nawet połączony z silnikiem elektrycznym.

Krótko o swoim urządzeniu. Na osi znajdują się dwa wirniki z parą łopatek na każdym, tworzące komory spalania o zmiennej wielkości. Wirniki obracają się w jednym kierunku, ale z różnymi prędkościami - jeden dogania drugi, mieszanka między łopatkami jest ściśnięta, iskra przeskakuje. Drugi zaczyna poruszać się po okręgu, aby „pchnąć” sąsiada do następnego okręgu. Spójrz na zdjęcie: w prawej dolnej ćwiartce znajduje się wlot, w prawym górnym - kompresja, a następnie przeciwnie do ruchu wskazówek zegara - podróż i zwolnienie. Mieszanina jest zapalana w górnej części koła. Tak więc w jednym obrocie wirnika występują cztery skoki robocze.

Oczywistymi zaletami konstrukcji są zwartość, lekkość i dobra wydajność. Jednak są też problemy. Spośród nich najważniejsza jest precyzyjna synchronizacja działania dwóch wirników. Nie jest to łatwe zadanie, a rozwiązanie musi być niedrogie, w przeciwnym razie „yo-mobile” nigdy nie stanie się popularny.

Osiowy silnik spalinowy Duke Engine

Przyzwyczailiśmy się do klasycznej konstrukcji silników spalinowych, która w rzeczywistości istnieje od stu lat. Szybkie spalanie palnej mieszanki wewnątrz cylindra prowadzi do wzrostu ciśnienia, które popycha tłok. To z kolei obraca wał przez korbowód i korbę.

Klasyczny ICE

Chcąc zwiększyć moc silnika, musimy przede wszystkim zwiększyć objętość komory spalania. Zwiększając średnicę zwiększamy masę tłoków, co negatywnie wpływa na wynik. Zwiększając długość wydłużamy korbowód i zwiększamy cały silnik jako całość. Alternatywnie można dodać cylindry - co oczywiście zwiększa również wynikową przemieszczenie silnika.

Inżynierowie silnika spalinowego pierwszego samolotu napotkali takie problemy. W końcu wymyślili piękny „radialny” projekt silnika, w którym tłoki i cylindry są ułożone w okrąg w stosunku do wału pod równymi kątami. Taki system jest dobrze chłodzony strumieniem powietrza, ale jest bardzo wymiarowy. Dlatego poszukiwania rozwiązań trwały.

W 1911 roku firma Macomber Rotary Engine Company z siedzibą w Los Angeles wprowadziła pierwszy osiowy (osiowy) silnik spalinowy. Nazywa się je również silnikami „beczkowymi” z wahliwą (lub ukośną) podkładką. Oryginalny układ pozwala na umieszczenie tłoków i cylindrów wokół wału głównego i równolegle do niego. Obrót wału następuje dzięki wahliwej podkładce, która jest naprzemiennie dociskana przez korbowody tłoka.

Silnik Macomber miał 7 cylindrów. Producent twierdził, że silnik może pracować przy prędkościach pomiędzy 150 a 1500 obr/min. Jednocześnie przy 1000 obr/min wytwarzał 50 KM. Wykonany z dostępnych wówczas materiałów, ważył 100 kg i mierzył 710 x 480 mm. Taki silnik zainstalowano w Silver Dart Walsh pioniera lotnika Charlesa Francisa Walsha.

Pomysłowy i nieco szalony inżynier, wynalazca, projektant i biznesmen John Zachariah DeLorean marzył o zbudowaniu nowego imperium samochodowego na przekór istniejącym i stworzeniu zupełnie wyjątkowego „samochodu marzeń”. Wszyscy znamy DMC-12, który nazywa się po prostu DeLorean. Nie tylko stała się gwiazdą ekranu w filmie „Powrót do przyszłości”, ale także wyróżniała się unikalnymi rozwiązaniami we wszystkim – od aluminiowego korpusu na ramie z pleksi po drzwi „skrzydła mewy”. Niestety na tle kryzysu gospodarczego produkcja auta nie usprawiedliwiała się. A potem DeLorean był przez długi czas pozwany w sprawie fałszywego narkotyku.

Mało kto jednak wie, że DeLorean chciał uzupełnić niepowtarzalny wygląd samochodu unikalnym silnikiem – wśród rysunków znalezionych po jego śmierci były rysunki osiowego silnika spalinowego. Sądząc po jego listach, wymyślił taki silnik w 1954 roku i zaczął na poważnie rozwijać się w 1979 roku. Silnik DeLoreana miał trzy tłoki, które były ułożone w równoboczny trójkąt wokół wału. Ale każdy tłok był dwustronny - każdy z końców tłoka musiał pracować we własnym cylindrze.

Rysunek z Notatnika DeLoreana

Z jakiegoś powodu narodziny silnika nie miały miejsca - być może dlatego, że opracowanie samochodu od podstaw okazało się dość skomplikowanym przedsięwzięciem. DMC-12 był napędzany silnikiem V6 o pojemności 2,8 litra, opracowanym wspólnie przez Peugeot, Renault i Volvo o mocy 130 koni mechanicznych. z. Ciekawy czytelnik może zapoznać się ze skanami rysunków i notatek DeLoreana na tej stronie.

Egzotyczna wersja silnika osiowego - „silnik Trebent”

Niemniej jednak takie silniki nie stały się powszechne - w dużym lotnictwie stopniowo następowało przejście na silniki turboodrzutowe, a samochody nadal stosują schemat, w którym wał jest prostopadły do ​​cylindrów. Zastanawiam się tylko, dlaczego taki schemat nie zakorzenił się w motocyklach, gdzie kompaktowość przydałaby się. Najwyraźniej nie były w stanie zaoferować żadnej znaczącej korzyści w stosunku do projektu, do którego jesteśmy przyzwyczajeni. Teraz takie silniki istnieją, ale są instalowane głównie w torpedach - ze względu na to, jak dobrze pasują do cylindra.

Wariant zwany „Cylindrical Energy Module” z dwustronnymi tłokami. Prostopadłe tłoczyska opisują sinusoidę poruszającą się po falistej powierzchni

Główną cechą wyróżniającą osiowy silnik spalinowy jest zwartość. Ponadto jego możliwości obejmują zmianę stopnia sprężania (objętości komory spalania) po prostu poprzez zmianę kąta nachylenia podkładki. Podkładka kołysze się na wale dzięki łożysku kulowemu.

Jednak nowozelandzka firma Duke Engines zaprezentowała w 2013 roku swoją nowoczesną wersję osiowego silnika spalinowego. Mają pięć cylindrów, ale tylko trzy dysze wtrysku paliwa i ani jednego zaworu. Inną ciekawą cechą silnika jest to, że wał i podkładka obracają się w przeciwnych kierunkach.

Wewnątrz silnika obraca się nie tylko podkładka i wał, ale także zestaw cylindrów z tłokami. Dzięki temu udało się pozbyć układu zaworowego – w momencie zapłonu poruszający się cylinder po prostu przechodzi przez otwór, w którym wtryskiwane jest paliwo i w którym znajduje się świeca zapłonowa. Podczas fazy wydechu butla przechodzi przez wylot gazu.

Dzięki temu systemowi liczba wymaganych korków i dysz jest mniejsza niż liczba cylindrów. Jeden obrót daje taką samą liczbę suwów tłoka, jak w konwencjonalnym silniku 6-cylindrowym. W tym przypadku waga silnika osiowego jest o 30% mniejsza.

Ponadto inżynierowie z Duke Engines twierdzą, że stopień sprężania ich silnika jest lepszy od konwencjonalnych odpowiedników i wynosi 15:1 dla benzyny 91 (w standardowych samochodowych silnikach spalinowych liczba ta wynosi zwykle 11:1). Wszystkie te wskaźniki mogą prowadzić do zmniejszenia zużycia paliwa, a w rezultacie do zmniejszenia szkodliwego wpływu na środowisko (no lub do zwiększenia mocy silnika, w zależności od twoich celów).

Firma wprowadza teraz silniki do użytku komercyjnego. W dobie sprawdzonej technologii, dywersyfikacji, ekonomii skali itp. trudno sobie wyobrazić, jak można poważnie wpłynąć na branżę. Duke Engines wydaje się również to reprezentować, więc zamierzają oferować swoje silniki do łodzi motorowych, generatorów i małych samolotów.

Demonstracja niskich wibracji silnika Duke