Najbardziej niezwykłe silniki spalinowe. Silniki są oryginalne i niesamowite: spalinowe Niezwykłe silniki do samochodów

Wstęp
Lenin nazwał transport „główną, być może jedną z najważniejszych podstaw całej naszej gospodarki”1. Rozwój transportu i kwestie usprawnienia pracy transportu drogowego – w szczególności dużą wagę przywiązuje się do wszelkich decyzji partii i rządu naszego kraju. W dziesiątym planie pięcioletnim parking zostanie uzupełniony o nowe samochody ciężarowe. W 1980 r. wyprodukowanych zostanie 2,1-2,2 mln pojazdów, w tym 800-825 tys. ciężarówek. Wzrośnie produkcja autobusów, pojazdów ciężarowych, przyczep i naczep do nich. Ponadto szczególną uwagę zwraca się na poprawę parametrów technicznych i ekonomicznych pojazdów – na ich osiągi, wydajność w eksploatacji, zmniejszenie zużycia materiałów, niezawodność.
Sercem każdej jednostki transportowej jest silnik i wszystkie te wymagania dotyczą go. Poprawa efektywności paliwowej i niezawodności silników, zmniejszenie ich masy, tworzenie prostych i zaawansowanych technologicznie konstrukcji, zmniejszenie toksyczności spalin i hałasu silnika to główne zadania stojące przed nowoczesną budową silników.
Radzieccy wynalazcy, racjonalizatorzy i innowatorzy produkcji wnoszą wielki wkład w realizację zadań stojących przed gospodarką narodową i opracowywanie nowych skutecznych rozwiązań. Ich praca została wysoko oceniona na XXV Zjeździe KPZR.
Sekretarz generalny KC KPZR towarzysz Leonid I. Breżniew w swoim raporcie na XXV Zjeździe Partii „Od
1 W.I Lenin. Poli. kolekcja cit., t. 44, s. 302.
Chet KC KPZR i doraźne zadania partii w dziedzinie polityki wewnętrznej i zagranicznej „podkreślił:
„... Osiągnęliśmy zauważalny wzrost potencjału naukowego i technicznego. Front badań naukowych stał się jeszcze szerszy. Kreatywność setek tysięcy wynalazców i innowatorów nabiera rozpędu.”
Niniejsza broszura poświęcona jest możliwym typom niezwykłych silników niedalekiej przyszłości, a przede wszystkim pracom naszych krajowych wynalazców.

Jeśli przeszukasz popularne magazyny i znajdziesz tam artykuły o silnikach, to niedoświadczony czytelnik z pewnością odniesie wrażenie, że dni konwencjonalnych silników spalinowych (ICE) są policzone – tak wiele ostatnio pisano i mówiono o pojazdach elektrycznych, turbodoładowanych lokomotywy, a nawet parowozy. To wrażenie jest błędne. Liczne prognozy przewidują, że w 2000 r. wyprodukowanych zostanie 60–75 mln pojazdów (rys. 1, krzywa 5), ​​a flota samochodowa osiągnie 500–750 mln sztuk. Prawie 95% ruchu pasażerskiego i prawie 90% towarowego będzie realizowane drogą lądową. A lwia część z nich spadnie na barki ponadczasowego silnika tłokowego.
Nie ma wątpliwości, że silnik spalinowy ulegnie znaczącym zmianom. Ogromne zespoły naukowców i inżynierów poszukują najbardziej efektywnych rozwiązań zarówno dla silników konwencjonalnych, jak i silników nowych, jeszcze nie rozpowszechnionych typów.
Możliwe ilościowe kontury sfer oddziaływania różnych typów silników w produkcji światowej do 2000 r. pokazano na ryc. 1. Autor uważa, że ​​skromny los słynnych „Wankla” (krzywa 1) będzie dla wielu nieoczekiwany. W przewidywalnej przyszłości wyprą one nie więcej niż 5% konwencjonalnych silników spalinowych, a ich produkcja do 1985 roku nie przekroczy 2 mln sztuk. W roku. Już teraz możemy śmiało powiedzieć, że głównym obszarem zastosowania tych silników będą motocykle, łodzie, motoarty i skutery śnieżne. Do 1985 roku 50% floty takich pojazdów będzie wyposażone w silniki rangi la. Jednak znacznie mniej nagłośnione
„Stirling” w połączeniu z turbiną gazową wykazują niespotykane tempo wzrostu (krzywa 3). Ich masowa produkcja rozpocznie się już w 1981 roku i do 1985 roku wyniesie 10% całkowitej produkcji silników samochodowych. Głównym obszarem ich zastosowania na początku będą samochody ciężarowe. Wraz z rozwojem kompaktowych modeli silników Stirlinga oraz silnika z turbiną gazową (GTE) ich udział w całkowitym bilansie będzie systematycznie wzrastał.
Krzywa 4 ma najbardziej intensywny start, który charakteryzuje produkcję ulepszonych konwencjonalnych silników spalinowych. Do 1980 roku przytłaczająca większość ICE będzie miała zapłon w komorze wstępnej z uwarstwionym rozkładem ładunku, bezpośrednim wtryskiem paliwa lub innymi usprawnieniami przepływu pracy mającymi na celu przede wszystkim zmniejszenie toksyczności spalin. Krzywa 2 ilustruje możliwą dynamikę produkcji pojazdów elektrycznych. Flota pojazdów elektrycznych liczy już dziesiątki tysięcy jednostek. W wielu krajach programy rozwoju pojazdów elektrycznych są dotowane przez rządy. Opracowano akumulatory i ogniwa paliwowe o zwiększonym zużyciu energii (ponad 200 Wh na 1 kg masy). A przy tym wysoki koszt, a co najważniejsze
Ryż. 1. Prognoza produkcji silników samochodowych:
1 - Silniki Wankla; 2 silniki do pojazdów elektrycznych; 3 - Turbiny gazowe silników Stirlinga; 4 - ulepszone silniki spalinowe o zwykłym schemacie; 5 - dynamika produkcji samochodów, znacznie mniejsze przebiegi pojazdów elektrycznych na jednym ładowaniu (tankowaniu) na długo wstrzymują jego powszechną dystrybucję. W 1990 r. udział pojazdów elektrycznych zbliży się do 10%, aw 2000 r. 20-35%.
Schyłek ery silników tłokowych w żadnym wypadku nie znajduje potwierdzenia w prognozowanych danych. To raczej rodzaj reklamy pojazdów elektrycznych, Wankla, silników z turbiną gazową.
Wszystkie ataki na istniejący samochód są spowodowane przede wszystkim toksycznością spalin. Transport drogowy odpowiada za 35% zanieczyszczenia powietrza. Postać robi wrażenie. Dlatego wszystkie kraje wysoko rozwinięte wydały i zatwierdziły w ostatnich latach normy dotyczące toksyczności spalin samochodowych. Firmy motoryzacyjne zrobiły awanturę o wymagania norm „niewykonalne”, „nierozsądne”, „super-trudne”. Jednak wszystkie samochody z 1975 roku spełniają te wymagania. Nawet znikomy spadek toksyczności w porównaniu z wymaganiami norm jest używany jako jasna przynęta reklamowa.
Szum prasowy i narzekania na surowe normy zostały wykorzystane przez firmy do podniesienia cen samochodów średnio o 20-25%, choć wszystkie zmiany sprowadzają się głównie do rozwoju ulepszonych gaźników, zastosowania systemów bezpośredniego wtrysku paliwa i dopalaczy lub katalizatory zainstalowane w tłumikach.
Wciąż opracowywane są zasadniczo nowe systemy, których istotą jest np. konwersja benzyny w stan lotny za pomocą wymiennika ciepła lub wstępne rozszczepienie benzyny i przekształcenie jej w gaz palny. Ale nawet te systemy nie są w stanie radykalnie rozwiązać problemu obiecującego samochodu, który jest nierozerwalnie związany z wyborem rodzaju paliwa do silnika.
W ostatnich latach znacznie zintensyfikowano prace nad pojazdami z butlami gazowymi wykorzystującymi jako paliwo mieszaninę skroplonych gazów węglowodorowych, z reguły ciekłego propanu i butanu, co pozwala na zmniejszenie toksyczności. Szerokie zastosowanie pojazdów z butlami gazowymi jest utrudnione przez wciąż ograniczoną liczbę stacji benzynowych.
cji, a także spadek mocy silnika o. 10-20%.
Bardziej obiecujący jest gaz ziemny, metan. Zastosowanie skroplonego gazu ziemnego pozwala nie tylko na zdecydowane zmniejszenie toksyczności spalin (dzięki jednorodnemu składowi paliwa i prostocie budowy chemicznej), ale także na znaczne wydłużenie żywotności, czy mocy silnika. Jednak niska temperatura skroplonego gazu ziemnego (-160°C) wymaga wykonania zbiornika paliwa na zasadzie termosu, co przy obecnym stanie techniki kriogenicznej nie jest trudne.
W Stanach Zjednoczonych prowadzone są szeroko zakrojone prace nad konwersją floty pojazdów na skroplony gaz ziemny. Samochody eksperymentalne produkowały również firmy europejskie, takie jak Steyer-Pooh (Austria), Mercedes-Benz (Niemcy), Saviem (Francja). Flota tych samochodów liczy już dziesiątki tysięcy.
W naszym kraju w celu poprawy atmosfery dużych miast przyjęto dekret o przeniesieniu znacznej liczby ciężarówek na gaz płynny, trwają prace nad wykorzystaniem skroplonego gazu ziemnego jako paliwa. W 1975 roku na ulicach Moskwy pojawiły się pierwsze samochody napędzane skroplonym gazem. Napełnia się je na specjalnych stacjach benzynowych.
Biorąc pod uwagę perspektywy samochodów jeżdżących na gazach skroplonych, nie można nie wspomnieć o ciekłym wodorze. Do tej pory był z powodzeniem stosowany tylko w rakietach. Jest to jednak niewątpliwie paliwo przyszłości dla samochodów, zarówno ze względu na nieograniczone zapasy wodoru, jak i najwyższą czystość produktów spalania (teoretycznie produkty spalania wodoru składają się z pary wodnej).
Pierwsze udane doświadczenia z wykorzystaniem wodoru jako paliwa do silników Diesla z bezpośrednim wtryskiem przeprowadzono na Uniwersytecie Oklahoma (USA) w latach 1968-1970, gdzie na stoisku przez dwa lata pracowały trzy eksperymentalne silniki, a ich charakterystyka mocy pozostała praktycznie bez zmian. Jedyną wadą wodoru jest konieczność przechowywania go w stanie ciekłym w ekstremalnie niskiej temperaturze - 250 ° C. Dlatego, jak również ze względu na
Ponieważ wodór jest uważany za wybuchowy (nawiasem mówiąc, nierozsądnie), wprowadzenia tego rodzaju paliwa można się spodziewać nie wcześniej niż powszechne stosowanie samochodów napędzanych skroplonym metanem, czyli gdzieś poza 1990 rokiem.
To prawda, że ​​​​jest możliwe, że niedawno odkryta metoda przechowywania wodoru w kompozycjach proszkowych niektórych metali (na przykład w wodorkach lantanu i niklu) nieco przybliży ten okres. Istota metody tkwi w ogromnej zdolności absorpcyjnej wodorków w stosunku do wodoru. W jednostkowej objętości proszku pod ciśnieniem prawie atmosferycznym wodór jest magazynowany prawie tak samo, jak w butli o ciśnieniu 1000 kg/cm2!
Ciekawą zasadę zastosowali specjaliści Instytutu Problemów Inżynierii Mechanicznej Akademii Nauk Ukraińskiej SRR we współpracy z kolegami z Moskwy, Leningradu i szeregu republik związkowych. Na podstawie „Moskwicza” stworzyli eksperymentalny model samochodu, w silniku którego zastąpiono benzynę. wodór. Samochodem zamiast baku benzyny znajduje się miniaturowy reaktor. Zawarty w nim metaliczny proszek łączy się z wodą. Następuje reakcja chemiczna, w wyniku której uwalnia się wodór. Zmieszany z powietrzem podawany jest do cylindra silnika. Układ paliwowy jest przeciwwybuchowy.
O perspektywach skroplonych gazów i wodoru świadczy fakt, że nawet teraz koszt skroplonego gazu ziemnego nie przekracza kosztu benzyny, a koszt ciekłego wodoru jest mu bliski. Gaz płynny i wodór płynny mogą być stosowane jako paliwo do wszystkich typów silników. Można założyć, że pozytywne właściwości tych paliw zapewnią ich stopniowe stosowanie we wszystkich nowych i ulepszonych modelach silników.
Ale „najczystszym” paliwem jest oczywiście energia elektryczna. Dlatego prawie wszystkie artykuły o pojazdach elektrycznych, bez wyjątku, zaczynają się od tezy, że problem zanieczyszczenia środowiska można rozwiązać poprzez ich opracowanie. Jednak od 1900 r. energochłonność właściwą akumulatorów zwiększono jedynie z 15 do 40 - 50 W*h/kg, a dla zapewnienia konkurencyjności pojazdu elektrycznego, według ekspertów, energochłonność co najmniej 220 Wh/ wymagane jest kg, tj. 4 - 5 razy więcej niż istniejące typy.
Oczekuje się, że baterie litowe, cynkowo-powietrzne i sodowo-siarkowe oraz ogniwa paliwowe o określonej zawartości energii do 200 Wh/kg, czyli wciąż mniejszej niż jest to wymagane, staną się powszechne dopiero w ciągu najbliższych 10 lat. Dlatego rozpoczęcia szerokiej produkcji pojazdów elektrycznych można się spodziewać nie wcześniej niż w 1985 roku i to tylko przy założeniu przyspieszonego postępu w technologii akumulatorów. W najbliższej przyszłości rozwój tego rodzaju transportu będzie ograniczany przez niskie zużycie energii, znaczną wagę, ograniczoną żywotność baterii i szereg innych powodów.
Prace nad wydłużeniem żywotności baterii do 400-500 cykli ładowania, co odpowiada zaledwie 2-3 latom eksploatacji, wciąż trwają i pod tym względem perspektywy są znacznie mniej obiecujące niż w kierunku zwiększania energochłonności. Nie bez znaczenia jest również wzrost kosztów pojazdów elektrycznych, o czym decyduje nie tylko wysoka cena zasilaczy*, ale także powszechność stosowania w budownictwie stosunkowo drogich metali lekkich i tworzyw sztucznych. Ta ostatnia jest niezbędna przynajmniej do zbliżenia całkowitej masy pojazdu elektrycznego do masy pojazdu z silnikiem spalinowym tej samej klasy.
Pozycji nie zmieniają również sprawdzone już schematy elektrowni kombinowanych, w których obok silników elektrycznych stosowane są silniki spalinowe. Zwykle w takich schematach silnik spalinowy pracuje w jednym trybie (w celu zmniejszenia toksyczności spalin) tylko w celu naładowania akumulatorów. Ale jednocześnie straty energii sięgają 40%. W związku z tym program nie ma szczególnych perspektyw.
Wdrożony przez firmę Bosch (Niemcy) schemat elektrowni kombinowanej, w którym silnik spalinowy za pomocą specjalnego sprzęgła może być w odpowiednim czasie podłączony do napędu elektrycznego kół, zmniejszył straty energii do 10%. Jednak masa takiej instalacji, przeznaczonej do samochodu osobowego, wzrosła o 400 kg, a koszt - o 30% w stosunku do napędu z konwencjonalnego silnika spalinowego. „Studium firmy Bosch w zakresie ochrony środowiska” – konkurenci firmy nazwali ten projekt.
1 W ZSRR koszt jednego akumulatora do samochodu osobowego wynosi około 10% kosztu silnika /
Tak więc pomimo obfitości eksperymentalnych, a nawet seryjnych pojazdów elektrycznych, nie można ich uznać za poważnego konkurenta dla samochodów z silnikiem tłokowym.
To samo można powiedzieć do tej pory o egzotycznych żyroskopach, w których akumulatorem energii jest żyroskop (koło zamachowe). Prace badawczo-rozwojowe, m.in. a w naszym kraju pozwalają uznać ten rodzaj transportu za konkurenta przede wszystkim pojazdów elektrycznych. Rzeczywiście, będąc proporcjonalnymi do tych ostatnich pod względem masy i przebiegu, wiatrakowce mogą zrekompensować brak energii z prawie każdego gniazdka elektrycznego, co stanowi ich niewątpliwą zaletę.
Należy zauważyć, że wszystkie prace przy samochodach elektrycznych i żyroskopowych cierpią na pewnego rodzaju jednostronność. Reklamując „sterylność” tego rodzaju transportu, autorzy nie biorą pod uwagę potrzeby kompleksowego naukowego opracowania problemu ich użytkowania. W istocie, pojazdy elektryczne niosą źródło zanieczyszczeń tylko poza miastami, przenosząc je na barki elektroenergetyki. Szacuje się, że jeśli 14 milionów samochodowych silników spalinowych (stan z 1974 r. w Niemczech) zostanie zastąpionych silnikami elektrycznymi, których akumulatory są ładowane codziennie od godziny 22 do 6 rano, zużycie energii elektrycznej wyniesie około 100 000 MW. Takie zużycie energii może zapewnić np. 500 (!) elektrowni jądrowych o mocy 200 MW (!) każda. Uwalnianie ciepła z takiego systemu elektroenergetycznego jest kolosalne. Uwzględnienie tego aspektu, a także perspektywiczny bilans energii elektrycznej dla każdego kraju z osobna (w Stanach Zjednoczonych już brakuje prądu) najprawdopodobniej doprowadzi do tego, że po 2000 roku samochody elektryczne i żyroskopowe nie będą jako środek transportu przeważają środki.
Ważnym czynnikiem, który wygląda paradoksalnie, jest niska efektywność wykorzystania energii w układzie „elektrownia – pojazd elektryczny”. Jego wydajność nie przekracza 15%. Obsługa systemu w skali planetarnej jest równoznaczna z marnowaniem energii. Ludzkość może sobie pozwolić na taki luksus tylko w ekstremalnych okolicznościach, aby zachować żywotność wielkich miast, których atmosferę coraz bardziej zatruwają spaliny.
zaai lód. I tylko w miarę zużywania się zasobów mineralnych planety, ulepszania metod wytwarzania energii elektrycznej i samych pojazdów elektrycznych, ich liczba może gwałtownie wzrosnąć. Być może dlatego, że do tej pory niewielu odważyło się spojrzeć poza granice drugiego tysiąclecia. I niewykluczone, że do tego czasu narodzi się niespotykany dotąd rodzaj transportu indywidualnego.
W naszym kraju sektor usług stanie się w dającej się przewidzieć przyszłości największym konsumentem pojazdów elektrycznych. W tym kierunku pracują naukowcy i inżynierowie z Moskwy, Charkowa, Kaliningradu, Erewania, Zaporoża. Nie wcześniej niż w 1990 roku po drogach ruszy elektryczny samochód osobowy do użytku indywidualnego.
W ostatnich latach można było usłyszeć opinię, że obecnie nie ma sensu opracowywać nowych typów silników: nadchodzi wiek turbin i silników elektrycznych. Tezę tę całkowicie obalają dane na ryc. 1 nawet biorąc pod uwagę niedoskonałość prognoz: do 2000 roku co najmniej połowa nowo produkowanych (!) silników pozostanie wierna schematom wymyślonym w ubiegłym stuleciu: Otto, Diesel, Stirling. Jednak obecny poziom rozwoju społeczeństwa wymaga wprowadzenia znaczących usprawnień zarówno w konstrukcji tych silników, jak i realizowanych przez nie procesach pracy w celu zwiększenia wydajności i oszczędności, zmniejszenia masy oraz zmniejszenia szkodliwego wpływu na środowisko. Perspektywę pewnych prac poszukiwawczo-rozwojowych prowadzonych zarówno w skali ogólnopolskiej, jak i przez indywidualnych pasjonatów można przedstawić w następującej kolejności:
1. Ulepszenia konwencjonalnego ICE.
2. Rozwój silników spalinowych i turbin gazowych.
3. Poprawa napędu elektrycznego pojazdów.
4. Tworzenie silników tłokowych obrotowych.
Oczywiście ta dystrybucja jest bardzo dowolna. Jednak w tej broszurze, która skupia się głównie na silnikach tłokowych i obrotowych, autor woli podążać tą sekwencją. I pokazać, jak historyczna nie-
konieczność dokonania zmian w ich konstrukcji, a także ciągłość wielu rozwiązań, zachęca czytelnika do krótkiego zapoznania się z historią silnika.
Trochę historii
Trzy wieki temu, w 1680 roku, holenderski naukowiec mechanik Christian Huygens wynalazł „silnik proszkowy”. Zgodnie z tym pomysłem, pod tłok, umieszczony w pionowym cylindrze, trzeba było podłożyć ładunek prochu i podpalić go przez mały otwór w ścianie cylindra. Produkty spalania wyrzuciłyby tłok do dużego otworu, który łączy komorę spalania z atmosferą. Opuszczając tłok musiał ciągnąć ładunek zawieszony na blokach. Jak na epokę Huygensa był to niezwykły „kolos” (określenia „silnik” czy „maszyna” jeszcze się nie pojawiły), bo wtedy jedynym potężnym silnikiem było koło wodne.
W tym czasie sam H. Huygens zainteresował się szlifowaniem soczewek do gigantycznych teleskopów, według dzisiejszych koncepcji, o ogniskowej do 60 m. Dlatego powierzył budowę niebezpiecznego „kolosa” uczniowi - francuskiemu fizykowi Denis Papin, który wcielił ideę w metal. Jego nazwisko otwiera również historię silników cieplnych. Powszechne twierdzenie, że jako pierwszy pojawił się silnik parowy, jest błędne. „Maszyna prochowa” D. Papena jest prototypem nowoczesnego silnika spalinowego, ponieważ spalanie wewnątrz cylindra jest jego integralną cechą.
Po kilku latach majstrowania przy „kolosie” Papen zdał sobie sprawę, że proch nie jest najlepszym paliwem. Los przysłał mu wówczas nowych wybitnych nauczycieli. W Anglii poznał Roberta Boyle'a, który badał stan gazów, a później w Niemczech z matematykiem Gottfriedem Leibnizem. Możliwe, że ich praca pomogła D. Papenowi stworzyć „silnik parowo-atmosferyczny”, w którym tłok unosił „parę wodną uzyskaną za pomocą ognia”. Po usunięciu źródła ciepła (ognia) para „znowu skondensowała się w wodę”, a tłok pod wpływem ciężaru i ciśnienia atmosferycznego1 (!) opadł.
1 Gdy para skrapla się pod tłokiem, powstaje próżnia.
I choć para jest już tutaj używana, nowej maszyny Papen nie można nazwać parą: znajdujący się w niej płyn roboczy nie opuszcza cylindra, a na zewnątrz znajduje się tylko źródło ciepła. Można więc powiedzieć, że po silniku spalinowym Papen wynalazł silnik spalinowy. Pierwszy na świecie silnik spalinowy z zewnętrznym spalaniem wykonywał tylko jeden skok na minutę, co nie spełniało nawet bezpretensjonalnych wymagań tamtych czasów. A Papen, oddzieliwszy kocioł od cylindra, wynalazł silnik parowy!
Pierwsza na świecie maszyna parowo-atmosferyczna wpadła w rolę „ucznia” koła wodnego. W książce D. Papena „Nowa sztuka skutecznego podnoszenia wody na wyżyny za pomocą ognia” jest powiedziane, że pompowała wodę tak, aby… obracała koło wodne.
Osiemnasty wiek. Nie przyniósł nowej historii ICE. Ale Thomas Newcomen w Anglii (w 1711), Ivan Polzunov (w 1763) i Anglik James Watt (w 1784) rozwinęli idee D. Papfscha. Rozpoczęło się samodzielne życie maszyny parowej, jej triumfalny marsz. Odrodzili się także zwolennicy spalania wewnętrznego. Czy nie jest kuszące połączenie paleniska i kotła silnika parowego z jego cylindrem? Kiedyś Papen zrobił coś przeciwnego, ale teraz...
W 1801 roku Francuz F. Le Bon zasugerował, że gaz świecący jest dobrym paliwem do silnika spalinowego. Urzeczywistnienie pomysłu zajęło 60 lat. Jego rodak, Jacques Etienne Lenoir, Belg z pochodzenia, w 1861 roku uruchomił pierwszy na świecie silnik spalinowy. Zgodnie ze swoją konstrukcją był to parowóz dwustronnego działania bez kotła, przystosowany do spalania w nim4 mieszanki powietrza i gazu opałowego dostarczanego pod ciśnieniem atmosferycznym.
Nie można powiedzieć, że Lenoir był pierwszy. W ciągu ostatnich 60 lat urzędy patentowe otrzymały liczne wnioski o „uprawnienia” do budowy nietypowych silników cieplnych. Na przykład w 1815 r. uruchomiono „powietrzną maszynę cieplną” Roberta Stirlinga, którą w 1862 r. przerobiono na maszynę chłodniczą. Były też inne próby zbudowania silnika spalinowego.
Ale tylko silnik Lenoira stał się powszechny, mimo że był nieporęczny, kapryśny, wchłaniał dużo smaru i wody, za co otrzymał nawet niepochlebny przydomek „rotujący kawałek bekonu”. Ale Jacques Lenoir zatarł ręce - rosło zapotrzebowanie na „kawałki bekonu”. Jednak nie triumfował na długo. Na Wystawie Światowej w 1867 roku w Paryżu, wbrew oczekiwaniom, pierwszą nagrodę zdobył „atmosferyczny silnik gazowy” sprowadzony z Niemiec przez Nikolausa Otto i Hey gen Langena. Ogłuszył odwiedzających niesamowitą katastrofą, ale zużywał znacznie mniej paliwa niż silnik Lenoira i miał o 10% wyższą wydajność. Sekretem jego sukcesu jest wstępne sprężanie roboczej mieszanki, czego nie było w silnikach Lenoira.
W 1824 roku francuski inżynier Nicola Leonard Sadi Carnot opublikował książkę „Refleksje na temat siły napędowej ognia i maszyn zdolnych do rozwijania tej siły”. Fajerwerki pomysłów: zasady wymiany ciepła, kryteria porównywania wszystkich cykli cieplnych, podstawy termodynamiki silników, a wśród nich sprężanie wstępne, rozsiane były po stronach tej książeczki. Dziesięć lat później pomysły te rozwinął B. Clapeyron, a nieco później - W. Thomson. Teraz te nazwy są wszystkim znane. Ale ani Lenoir, ani Otto, ani Langen nie wiedzieli nic o ich pracy. Woleli eksperyment od teorii. Nie wiedzieli też, że w 1862 Francuz A. Beau de Roche opatentował już czterosuwowy cykl. Drugim krokiem z rzędu jest właśnie wstępne zagęszczenie mieszaniny roboczej.
Czterosuwowy silnik, który praktycznie niczym nie różni się od nowoczesnych silników spalinowych, Otto i Lange przywieźli dopiero na Wystawę Światową w 1873 roku. Wcześniej wynalazcy nie tylko korzystali z doświadczenia w produkcji maszyn parowych, ale używali tego samego mechanizmu rozrządu, co ich. Nowy silnik miał zawory zamiast zaworu suwakowego.
Niedostępne pozycje lokomotywy parowej zostały wstrząśnięte. Silnik spalinowy przeszedł do ofensywy. Pracując przez krótki czas na gazie lampowym, zabrał się do pracy nad bardziej kalorycznym gazem - gazem generatorowym. A potem, i na początku wydawało mi się to niewiarygodne, dotarłem do „niezwykłego” paliwa płynnego.
Maszyna parowa nie poddała się od razu. W 1880 r. MD Mozhaisky zamówił dwa silniki parowe do swojego samolotu. O ciężarze „właściwym” równym 5 kg / l. z., projektanci silnika spalinowego w tamtym czasie tylko marzyli, a M. Mozhaisky osiągnął to bez większych trudności. Ale osiem lat później Partnerstwo na rzecz Budowy Samolotu Rossija zamierzało zainstalować na swoim sterowcu jeden z pierwszych na świecie silników benzynowych, zbudowany przez Ogniesława Kostowicza. Osiągnął niezwykłą lekkość projektu: 1 litr. z. moc w jego silniku wynosiła zaledwie 3 kg. Układ silnika również był oryginalny. Para przeciwstawnych tłoków poprzez wahacze znajdujące się po bokach obracała wał korbowy znajdujący się nad cylindrami (rys. 2). Silnik przetrwał i można się z nim zapoznać w Moskiewskim Domu Lotnictwa. M. W „Frunze.
Na przełomie XIX i XX wieku. ostatni kamień położono przy budowie budynku ICE. W 1893 r. niemiecki inżynier Rudolf Diesel wpadł na pretensjonalny pomysł „racjonalnego silnika cieplnego, który miałby zastąpić silnik parowy i inne istniejące silniki”. Pierwsza próbka jego silnika została oddana do eksploatacji w 1897 roku. Masa niedociągnięć została w pełni zrekompensowana niespotykanie wysoką sprawnością, równą 26%. To jest więcej niż wystarczające na pierwszą próbkę. Interesujące jest to, że ulepszanie silników Diesla, ich dopracowywanie zostało przeprowadzone przez rosyjskich inżynierów w petersburskiej fabryce Nobla w latach 1899 - 1902. Dopiero potem diesel stał się godnym konkurentem gaźnika ICE.
Masowe rozpowszechnianie się silników spalinowych radykalnie zmieniło ludzkie życie. Ze wszystkich stron zaczął słyszeć ryk silników. Sprawił, że przechodnie ze strachem skulili się pod ścianami domów, z zaciekawieniem podnieśli głowy, gapili się godzinami na manipulację różnymi samochodami.
Wyprawa w historię motoru mogła się na tym zakończyć. Dalszy rozwój następuje. W przemyśle motoryzacyjnym od tego czasu do dziś stosuje się głównie silniki z cylindrami umieszczonymi w jednym lub dwóch rzędach, z kolei, umieszczonymi pod kątem (schemat w kształcie litery V) lub naprzeciwko siebie (schemat przeciwstawny). . Silniki budowane według nietypowych schematów najczęściej zawdzięczają swoje narodziny lotnictwu. Zaczynając od jednocylindrowego silnika chłodzonego powietrzem w samolocie braci Wright, producenci samolotów szybko przeszli na wielocylindrowe silniki radialne i rzędowe.
Te w kształcie gwiazdy były dobre dla wszystkich, ale przy prędkości pierwszego samolotu 40-60 km/h nadal nie zapewniały niezbędnego chłodzenia cylindrów. Wynalazcy ominęli tę przeszkodę, obracając blok cylindrów wokół nieruchomego wału, jednocześnie nadając światu termin „silnik obrotowy” (rys. 3).
Przeszkodą w powszechnym stosowaniu tego typu silników był gwałtowny wzrost obciążeń silników głównych wywołanych siłami odśrodkowymi.
Nasz rodak A.G. Ufimtsev próbował zmniejszyć wpływ sił odśrodkowych, budując silnik birotacyjny. Wał i blok cylindrów zaczęły się obracać w różnych kierunkach z połową prędkości. Ale wkrótce ta decyzja stała się zbędna - prędkość samolotu przekroczyła liczbę 100. Cylindry wystające na boki były idealnie nadmuchane przez strumień powietrza ze śmigła, ale... (to "ale" zawsze wędruje od jednej konstrukcji do drugiej i jest mało prawdopodobne, aby kiedykolwiek się uspokoił) znaczny opór aerodynamiczny.
Waga 80 kg. Strzałki pokazują kierunek przepływu mieszanki palnej.
Ryż. 4. Schemat dwusuwowego silnika lotniczego autorstwa AA Mikulina i BS Stechkina (1916). Moc 300 KM z. 1 - pierwszy na świecie bezpośredni wtrysk paliwa lekkiego!
Dociśnij cylindry do wału! Spraw, by były bardziej kompaktowe! Zapobiegał temu przede wszystkim korbowód. Jego długość jest ściśle związana z skokiem i średnicą tłoka. Wkrótce znaleziono wyjście. Cylindry były ustawione równolegle do wału, a ich pręty (nie korbowody!) były przywiązane do podkładki, która była nachylona na wale. Rezultatem jest zwarta jednostka zwana silnikiem z podkładką skośną (rys. 4). W Rosji był używany od 1916 (proj. A. A. Mikulin i B. S. Stechkin) do 1924 (silnik starosty). Szczegółowe testy przeprowadzone w 1924 r. wykazały zwiększone straty tarcia i duże obciążenia poszczególnych elementów, co prowadzi do względnej zawodności i niesprawności silników z podkładkami skośnymi.
Uważny czytelnik, słusznie, zauważył, że w tekście podkreślono słowo korbowód. Nie od razu stał się nieodzowną częścią silników tłokowych.
W silniku parowym Newcomena nie było korbowodu, służył on już wiernie Iwanowi Polzunovowi, a Watt opatentował nawet kilka mechanizmów w tym samym celu, ponieważ korbowód był już wtedy opatentowany.
Będąc najbardziej postępowym rozwiązaniem swoich czasów, które regularnie służyło ludziom przez dwa stulecia, korbowód już w latach 20. naszego wieku zaczął wywoływać skargi konstruktorów silników. Powiedz, i jakaś nazwa: „korbowód”. Zatacza się, kołysze, wszystko psuje. I gadać
rytm nie pozwala się zmniejszyć. A tłoki są dociskane do jednej lub drugiej strony cylindra, a obciążenie bezwładności wzrasta. Jednym słowem, korbowód stał się zły dla wszystkich. Ale okazało się, że trudno sobie z nim poradzić.
Konstruktorzy silników lotniczych niestrudzenie udoskonalali swoje projekty. Do 1940 roku wzięto pod uwagę wszystkie drobiazgi, usunięto cały nadwagę, zastosowano tysiące sztuczek, zastosowano najbardziej egzotyczne materiały. I tylko podstawowy schemat - mechanizm korbowy - nie uległ żadnym zmianom. Być może w tym czasie nikt nie mógł przewidzieć nadchodzącego triumfu silników odrzutowych. Dlatego we wszystkich krajach przeprowadzono poważne prace nad stworzeniem potężnych małych tłokowych silników lotniczych. Ale pomimo intensywnej pracy tłokowy silnik lotniczy o pojemności ponad 4000 litrów. z. nie została utworzona w żadnym obcym kraju.
W Anglii Hiple opracował silnik z przeciwstawnymi tłokami i umieszczonym nad nimi wałem korbowym. Po bokach znajdowały się wahacze. Oznacza to, że Brytyjczycy ożywili schemat Kostovicha. A jeśli przewrócicie jeszcze kilka kart historii, okazuje się, że to także schemat Newcomena. Tyle że w ogóle nie miał wału korbowego. Lina przywiązana do jarzma ciągnęła tłok pompy w górę iw dół. Niedaleko pojechała trzecia szwajcarska firma „Sulzer”. Jego silnik różnił się od Hipple'a jedynie kształtem wahacza. Nawet Nowozelandczycy zrobili swoje: w swoich ruchach. Korpus wahacza znajduje się wewnątrz tłoków. Ale ten sam korbowód jest podłączony do wahaczy.
Godny następca mechanizmu korbowego był potrzebny każdemu, jest potrzebny do dziś. Dlatego jego poszukiwania nie ustały. Nie mogąc pozbyć się korbowodu, pojedynczy wynalazcy i całe zespoły zaczęły zmieniać jego lokalizację (ryc. 5). Takie silniki są produkowane w małych seriach przez wiele firm i nazywane są „silnikami ze złożonymi obwodami kinematycznymi”. Były też bardziej egzotyczne projekty. Tak więc Austriacy umieścili sześć tłoków po bokach trójkąta, umieszczając wał korbowy pośrodku. Ich silnik „Fia la Fernbrag” wyróżniał się między innymi tylko dźwięczną nazwą. Jego cechy pozostawiały wiele do życzenia.
W podobnym układzie stosowanym przez Amerykanów w rogach kwadratu umieszczono bliźniacze cylindry, a pośrodku wiele korbowodów i dwa wały korbowe. Projektanci "Dina-Star" nazwali swoje dzieło. Ale nawet w nim tylko nazwa jest całkowicie oryginalna.
Nie przeoczony i ukośna podkładka. Teraz jest szeroko stosowany w różnych silnikach hydraulicznych. Pod koniec lat 50. angielski wynalazca Hugens zademonstrował zarządowi ekspertów wiodących firm motoryzacyjnych „najnowszy” silnik obrotowy z dwunastoma cylindrami. Wyglądał jak beczka. I ta sama skośna podkładka była ukryta w środku. I chociaż Hügens twierdził, że „silnik łączy moc termodynamiczną silnika spalinowego z zaletami turbiny” i że „straty tarcia spowodowane brakiem korbowodów są o 60% mniejsze” niż w silniku spalinowym, eksperci byli zdziwieni , dokładnie zbadałem silnik i ... więcej o nm nie słychać. Jednak zarówno samotni wynalazcy, jak i firmy wciąż próbują stworzyć sprawny silnik z ukośną podkładką. Istnieją doniesienia o silnikach parowych, Stirlingach i konwencjonalnych silnikach spalinowych wykorzystujących ten schemat. Takie prace prowadzone są również w naszym kraju, ale najwyraźniej nie mają specjalnych perspektyw. Wina tkwi w stratach tarcia, z którymi Hugens tak ciężko walczył. W szybkoobrotowych silnikach spalinowych z korbowodami i silnikach z ukośną podkładką zużywa się na nie 15-25% mocy użytecznej. I niezwykła „Hipla”, „Fiala”, „Dina” i jeszcze więcej.
Kolejnym „wrogiem” silników, podstępnie pojawiającym się przy rozkręcaniu, są siły bezwładności. Nie tylko wspomagają siły tarcia, ale po prostu niedopuszczalnie przeciążają wiele części.
Jest jeszcze trzecia - napięcie termiczne cylindra. Wraz ze wzrostem obrotów, a co za tym idzie, liczby błysków ściany cylindra nie mają czasu na odprowadzenie ciepła. A potem zwiększone tarcie "dodaje olej" do już nagrzanego cylindra.
To właśnie ci „wrogowie”, najbliżsi krewni korbowodu, wynalazcy z całego świata do dziś nie byli w stanie pokonać. Oczywiście nie należy myśleć, że rozwój silników o zmniejszonych stratach tarcia i zmniejszonej prędkości rozwiąże wszystkie problemy, z jakimi boryka się budowa silnika. Jedno z głównych zadań - zmniejszenie toksyczności spalin - jest obecnie rozwiązywane zarówno w wyniku usprawnienia pracy i stosowania innych rodzajów paliwa, jak i obniżenia wartości znamionowych silnika.
W ostatnich latach zagraniczni projektanci, ze względu na pojawienie się rygorystycznych wymagań ochrony środowiska, zostali zmuszeni do zmniejszenia prędkości i stopnia sprężania silników gaźnikowych. A to nieuchronnie wpłynęło na ich wskaźniki techniczne i ekonomiczne. Tak więc średnia pojemność litrowa amerykańskich silników samochodowych wynosi obecnie 30-40 litrów. s. / l. Wzrosło również jednostkowe zużycie paliwa. I dlatego samochody są wyposażone w bardziej masywne i mniej wydajne silniki. Dlatego za jedno z głównych zadań można uznać opracowywanie projektów, które pozwalają utrzymać wskaźniki sprawności i masy silników przynajmniej na obecnym poziomie. Jak zostanie pokazane poniżej, problem ten można z powodzeniem rozwiązać, tworząc silniki korbowodowe, w których straty tarcia są znacznie zmniejszone. Pośrednio taka decyzja wpływa na lepsze i efektywność, wiarygodność wskaźników masy.
Innym sposobem jest opracowanie silników o zasadniczo innej konstrukcji - obrotowych i silników opartych na innym cyklu termicznym. W silnikach tego typu wiele rozwiązań można skutecznie wykorzystać do ulepszenia konwencjonalnych silników spalinowych.
Silniki tłokowe
Silniki Balandina. Prace nad tymi silnikami rozpoczęto po II wojnie światowej. W tamtych latach Siergiej Stiepanowicz Balandin pracował nad unikalnymi silnikami tłokowymi, lepszymi pod względem osiągów niż samolotowe silniki tłokowe tamtych czasów. Silniki te były lżejsze, mocniejsze, bardziej ekonomiczne, prostsze, bardziej niezawodne i tańsze niż jakiekolwiek znane w tamtym czasie. Do 1948 roku opracowano i przetestowano siedem typów silników o mocy od 100 do 3200 KM. z., aw latach 1948 - 1951. pojawił się super mocny silnik tłokowy o pojemności 10 000 litrów. z., których specyficzne wskaźniki są praktycznie równe wskaźnikom silników turboodrzutowych.
Moc opracowanego stopnia podstawowego, składającego się z czterech cylindrów krzyżowych, była tak duża, że ​​pojawiła się kwestia jego redukcji, gdyż nie było samolotów wymagających tak potężnych silników.
Już pierwsza próbka silnika S. S. Balandina wykazała kolosalne zalety. Był 1,5 razy mocniejszy i 6 (!) razy trwalszy niż wzięty dla porównania silnik lotniczy M-11 w kształcie gwiazdy. Ponadto przewyższał go pod innymi względami. W książce „Besshatunny silniki spalinowe” S.G. Balandin skoncentrował wszystkie najważniejsze informacje o tych niezwykłych silnikach. Trudno podsumować treść tej niewielkiej książeczki. Każda z jej stron jest odkryciem. Te liczby wydają się niewiarygodne. Ale za nimi są prawdziwe, skrupulatnie przetestowane próbki.
W 1968 r. w czasopiśmie „Inventor and Rationalizer” nr 4 ukazał się artykuł pod tytułem „Zasadniczo nowy silnik”, w którym chodziło o „beztłoczyskowy mechanizm przekształcania ruchu posuwisto-zwrotnego w ruch obrotowy” (certyfikat autora nr 164756) . Jego autorem jest młody wynalazca z Sewastopola E. I. Lew. Artykuł kończył się słowami: „…Chcę, żeby silnik był zbudowany, przetestowany w praktyce”. A sześć miesięcy później okazało się, że istnieje certyfikat praw autorskich nr 118471, wydany w 1957 r. S. Balandinowi na „silnik spalinowy z mechanizmem korbowodu”.
W obu sformułowaniach występuje słowo „bez pręcików”. Ale co kryje się za tym słowem? Trudno odpowiedzieć bez starannego eksperymentowania. Silnik (rys. 6), który został zaprojektowany przez EI Lev, nie został jeszcze zbudowany - baza technologiczna zawiodła. Ale prace S. Balandina pozwalają śmiało powiedzieć: za słowem kluczowym w obu certyfikatach praw autorskich słowo „łączący beztłoczyskowe” kryło się z niezwykłymi silnikami niedalekiej przyszłości. Minie kilka lat i tylko beznadziejni konserwatyści zaprojektują silniki z tradycyjnym mechanizmem korbowodowym.
Jak działa mechanizm bezprętowy S. Balandina? Jego „atrakcją” jest wał korbowy, jakby pocięty na trzy części (ryc. 7, a). Środkowa część 1 korby o promieniu zmniejszonym o połowę w porównaniu ze zwykłym promieniem czopów obraca się swobodnie w łożyskach ślizgowych dwóch korb 2 o tym samym promieniu. Część środkowa pokryta jest łożyskiem prętowym. Dwa tłoki są zamocowane na pręcie 3 (zalety schematu są w pełni realizowane przy przeciwległych tłokach). Aby siły z czopów środkowej części wału nie były przenoszone na tłoki, pręt w środku ma specjalną prowadnicę 4, podobną do wodzika sprężarek i silników parowych. Tylko ta poprzeczka znajduje się w samym środku silnika. Synchronizację obrotów korb zapewnia wał 5, który jest połączony z nimi za pomocą przekładni zębatych 6. Jest to również wał odbioru mocy do napędzania zaworów i innych zespołów.
Łożysko pręta porusza się w linii prostej. Wokół jego środka, który porusza się naprzemiennie, czopy wału korbowego opisują swoje trajektorie (okręgi). A ponieważ szyje mają trajektorię - koło, to korby płynnie podążają za szyjami. Tak więc w silniku nie ma korbowodu. W związku z tym potężny przepływ oleju może być dostarczany do tłoków przez szerokie kanały w poprzeczce wzdłuż pręta do tłoków, co zapewni doskonałe chłodzenie tłoków, co z kolei pozwoli na gwałtowne przyspieszenie silnika. Podgrzany olej jest również zawracany przez łodygę. W tym celu jest podzielony na dwie części rurką. Dzięki poprzeczce przesuwającej się po filmie olejowym tłoki silników S. Balandina praktycznie się nie zużywają. Zużycie czopów wału korbowego zmniejsza się 3-4 razy. Wyjaśnienie jest proste. W konwencjonalnych silnikach spalinowych cała siła nacisku gazu na tłoki przenoszona jest na szyjki, podczas gdy w silnikach S.Balandina jest tylko użyteczna różnica w siłach przeciwstawnych cylindrów.
Zmniejszone obciążenia obracających się części prowadzą do trzy- do czterokrotnego (!) zmniejszenia strat tarcia. Sprawność mechaniczna silników S.Balandina wynosi 94%! Na pokonanie tarcia przeznacza się tylko 6% zamiast 15 - 25%! Wymiary pierwszych silników Balandina były mniejsze niż silnika M-11, przynajmniej o długość korbowodu, a ich moc w litrach (moc maksymalna podzielona przez objętość roboczą cylindrów w litrach) - najważniejsze charakterystyka silnika była 1,5 raza wyższa, a teraz ceniony kamień milowy dla wszystkich konstruktorów silników - 100 KM. s. / l. Na przykład możemy przypomnieć, że pojemność litra silnika samochodu Zhiguli jest dokładnie o połowę mniejsza.
Według S.S. Balandina dotychczas „tylko z powierzchni” zabrano z silników korbowodowych. Na przykład tylko te silniki umożliwiają konstruktywnie proste wdrożenie dwukierunkowego procesu pracy w cylindrach, aby zwiększyć moc silnika dokładnie 2 razy.
Podwójne działanie to termin starożytny. Od należał do pierwszego ICE Lenoira. A później prawie zniknął z literatury technicznej. Nie tylko dlatego, że na drodze jego realizacji jest wiele konstruktywnych trudności. Niewiele istniejących silników dwustronnego działania nie ma podwójnej mocy, a pod względem specyficznych właściwości są one znacznie gorsze niż konwencjonalne silniki spalinowe. Winny jest korbowód. Zdecydowanie wymaga zainstalowania obok niej poprzeczki. A to prowadzi do wzrostu wielkości, wzrostu masy i odpowiednio obciążeń bezwładnościowych. W rezultacie - nieporęczna, wolnoobrotowa konstrukcja, dlatego ten schemat jest obecnie stosowany tylko w potężnych morskich silnikach wysokoprężnych. Silnik Balandina w ogóle nie wymaga zwiększania masy ruchomych części. W nim, aby pomieścić drugie cylindry, wystarczy tylko trochę wydłużyć
Ki. Niebezpieczeństwo przegrzania tłoków jest wyeliminowane dzięki genialnie zaprojektowanej konstrukcji chłodzenia tłoka z silnym przepływem oleju.
Wszystkie super mocne silniki S. Balandina, wśród których znajduje się silnik o pojemności 14 tys. litrów. z. o masie 3,5 tony (0,25 kg/KM) były to silniki dwustronnego działania, w tym z rozrządem szpulowym, co pozwoliło na dalsze zmniejszenie gabarytów. Szpulę zapożyczoną z silnika parowego zrezygnowano na początku rozwoju silnika spalinowego. Szpule są teraz ponownie używane. Tylko zamiast poruszających się tam i z powrotem pozłotników używa się tych obrotowych, ale ich istota jest taka sama.
Ale dlaczego szpula? Wraz ze wzrostem obrotów, a im wyższe, tym mniejszy jest rozmiar silnika przy tej samej mocy, gwałtownie wzrastają obciążenia bezwładnościowe grupy korbowodów-tłoków i części mechanizmu zaworowego. W tym ostatnim zwiększone obciążenia naruszają rozrząd zaworów. Obrotowa szpula nie jest zagrożona. Nie bez powodu silniki z rozdziałem gazu szpulowego zadziwiły ostatnio świat rekordami mocy w litrach. Od 200 litrów. s/l (NRD, 1960) do 300 KM HP / L (Japonia, 1970) Pojemność litra silników ze szpulami do motocykli wyścigowych wzrosła w ciągu dekady.
S. S. Balandin wyprzedził „rekordowców” o co najmniej 20 lat, tworząc duże silniki o ogromnej mocy. Przypomnijmy, że nikt na świecie, mimo że specjaliści ze znanych firm zajęli się tą sprawą, nie zdołał wywołać tłokowego silnika lotniczego o pojemności ponad 4000 tys. litrów. z. A tutaj od razu 10 - 14 tysięcy, a jeśli chcesz, i wszystkie 20 tysięcy.I tylko 24 cylindry. Średnia prędkość tłoka w silnikach Balandina osiągnęła niespotykaną wartość – 80 m/s! (w silnikach konwencjonalnych prędkość ta wynosi 10 – 15 m/s, w wyścigach – do 30 m/s). A wysoka sprawność mechaniczna nie przeszkadza w podnoszeniu jej jeszcze wyżej.
Moc efektywna najlepszych przykładów silników korbowodowych nawet przy średniej prędkości tłoka przekraczającej 30 m/s. zmierzające w niekontrolowany sposób do zera. Mechanizm tunelu bessha praktycznie nie reaguje na wzrost średniej prędkości. Efektywna moc silników S. Balandina jest 5 - 6 razy, a przy podwójnym działaniu jest 10 razy (!) większa niż korbowodów. Mały
Świadczy o tym bezstronnie wykres podany w księdze S. Balandina. Wykres ogranicza się do zakresu średnich prędkości tłoka do 100 m/s, ale krzywe wydają się z niego wyrywać, jakby podkreślając ukryte możliwości tego niezwykłego schematu.
Średnia prędkość to obr/min, moc. Ale prędkość jest wyższa, obciążenia bezwładności i wibracje są wyższe. I tutaj silniki Balandina są poza konkurencją. Niewiarygodne wydają się oscylogramy drgań (amplituda 0,05 - 01 mm) najmocniejszych próbek, pobrane w trzech płaszczyznach. Nawet w przypadku turbin wibracje zwykle nie są mniejsze. Idealna równowaga jest utrzymywana przy dowolnej wielokrotności 4 liczby cylindrów. Chociaż w zasadzie możliwe są silniki jedno- i dwucylindrowe. Z podstawowych bloków czterech cylindrów, jak z kostek, możesz dodawać dowolne kompozycje, nie wątpiąc w ich doskonałe właściwości.
Nie sposób nie powiedzieć o gospodarce. Jednostkowe zużycie paliwa w silniku Balandin jest średnio o 10% niższe niż w prototypach korbowodów. Ale to nie wszystko! Odcinając dopływ paliwa do jednego lub więcej rzędów cylindrów (co zostało zrobione!), silniki mogą pracować z wysoką i praktycznie stałą wydajnością w trybach od 0,25 do górnej granicy mocy znamionowej. Tryb pracy przy obciążeniach częściowych, który jest głównym i, co dziwne, najmniej zbadanym trybem pracy większości silników, zyskał ostatnio największą uwagę. W końcu sprawność konwencjonalnych silników jest optymalna w wąskich zakresach mocy i prędkości.
Wielocylindrowe silniki korbowodowe praktycznie nie zmieniają sprawności przy żadnym częściowym obciążeniu. To niewiarygodne, ale znowu jest to eksperymentalnie zweryfikowany fakt, że ich jednostkowe zużycie paliwa można również zmniejszyć o co najmniej kolejne 10%. Osiąga się to poprzez zastosowanie tzw. wydłużonego cyklu rozprężania, czyli dłuższego skoku tłoka. Cykl ten nie znajduje zastosowania w silnikach konwencjonalnych, ponieważ konieczne jest radykalne zwiększenie ich wielkości. W silnikach bez korbowodów wymagany wzrost rozmiaru jest dokładnie o połowę mniejszy, a biorąc pod uwagę ich niewielkie rozmiary, taki krok nie ma prawie żadnego wpływu na charakterystykę masy silnika.
I ostatnia rzecz. Koszt produkcji nawet prototypów silników S.Balandina jest średnio 1,6 razy niższy niż seryjnych silników o podobnej mocy. To samo będzie dotyczyło nowych projektów. Kluczem do tego jest zarówno mniejsza liczba części, jak i możliwości produkcyjne konstrukcji.
Silnik Schneidera. Wśród nietypowych silników jest jeszcze jeden, w którym również brakuje korbowodu. Został opracowany przez szefa grupy Rygi Diesel Building Plant L.I.Shneider.
Impulsem do rozwoju silnika był sukces silników Wankla. Jako inżynier silnika LI Schneider doskonale zdawał sobie sprawę zarówno z zalet, jak i wad tej konstrukcji, a w swoim własnym rozwoju starał się połączyć ruch obrotowy tłoka z jego tradycyjnym kształtem. Silnik okazał się birotacyjny. Różnił się jednak od silnika A.G. Ufimtseva, zbudowanego na początku wieku, tym, że zarówno wał korbowy, jak i blok cylindrów obracają się w tym samym kierunku, a ponadto nie ma w nim korbowodów.
Schemat strukturalny silnika pokazano na ryc. 8. W nieruchomej cienkościennej obudowie, która tworzy płaszcz chłodzony powietrzem, na łożyskach obraca się blok z czterema cylindrami krzyżowymi. Cylindry zawierają dwustronne tłoki z płaskimi łopatkami wydmuchowymi 5 (rys. 8) po bokach. Tłoki są osadzone bezpośrednio na czopach korby. Wał obraca się w łożyskach mimośrodowych względem łożysk bloku cylindrów. Tłoki synchronizują obrót bloku cylindrów i wału korbowego, a blok obraca się w tym samym kierunku z połową prędkości.
Łopatki nadmuchowe poruszają się we wnękach bloku cylindrów i zapewniają zasysanie mieszaniny roboczej z komory korbowej i gaźnika 4, jej wstępne sprężenie (objętość komory korbowej jest stała) i obejście do komór roboczych. Dystrybucję gazu zapewnia racjonalne rozmieszczenie 2 okien obejściowych/wywiewnych oraz łopatek nadmuchowych. Na jeden obrót bloku cylindrów w każdym występuje skok roboczy, a wał korbowy wykonuje dwa obroty.
Obrót bloku cylindrów zapewnia typowe dla wszystkich silników rotacyjnych wzbogacenie mieszanki na obwodzie cylindra w okolicy świecy zapłonowej oraz szybsze i pełniejsze spalanie paliwa. Spalanie jest tutaj takie samo jak w cylindrach z rozkładem ładunku warstwa po warstwie. Dlatego silnik L. Schneidera spełnia współczesne wymagania dotyczące „czystości” spalin.
Cechy silnika to doskonałe wyważenie, możliwość umieszczenia wału korbowego doładowania 3 na kole zamachowym, którego sprawność jest wystarczająco wysoka dzięki podwójnej prędkości obrotowej oraz efekt ssania nachylonych żeber głowic blokowych , które obracając się, zasysają chłodzące powietrze przez okienka na końcach obudowy i kierują je do znajdującej się pośrodku obudowy spirali, w której powietrze miesza się ze spalinami.
Silnik smarowany jest mieszaniną roboczą, jak we wszystkich silnikach motocyklowych. Gaźnik znajduje się na końcu obudowy naprzeciwko doładowania. Zapłon - iskra elektryczna. Rozdzielacz zapłonu to same świece zapłonowe.
Prototyp silnika, testowany w Rydze Diesel Building Plant, ważył 31 kg przy objętości roboczej 0,9 litra. Szacowany ciężar właściwy silnika w wersji gaźnikowej to 0,6 – 1 kg/l. c., w oleju napędowym - od 1 do 2 kg / l. z. W porównaniu do konwencjonalnego
silniki o podobnych parametrach Silnik L. Schneidera jest znacznie bardziej kompaktowy.
Silnik Kaszuba - Korablew. Kolejny silnik bez szekli zaproponowali dwaj wynalazcy z sewastopolskiego stowarzyszenia „Jugrybkholodfłot” – NK Kaszuba i IA Korablew. Zaprojektowali silnik (rys. 9), w którym tłoki nieruchome są osadzone na ramie /, a blok cylindrów 2 porusza się, jego ruch jest zamieniany na obrót przez mechanizm zębaty 3 z półbiegami współpracującymi z zębatkami. Pojedynczy korbowód 4 służy do synchronizacji i rozruchu. Ponieważ straty przekładni są niewielkie, sprawność mechaniczna silnika musi być wyższa niż w przypadku konwencjonalnych konstrukcji wieloprętowych. Model silnika na sprężone powietrze wykazał, że przyjęty schemat był całkiem sprawny. Zainspirowani wynalazcy zaprojektowali na jego podstawie wolnoobrotowy morski silnik wysokoprężny. Okazało się, że jest znacznie bardziej kompaktowy niż zwykle. A liczne obliczenia elementów konstrukcyjnych i cyklu pracy, przeprowadzone z pomocą doktorantów Katedry Silników Spalinowych Instytutu Okrętowego, potwierdziły, że nadzieje autorów na zalety silnika są jak najbardziej uzasadnione. Nie wzbudzili wątpliwości wśród organizacji, które przekazały informacje zwrotne na temat projektu silnika.
Nawet w wersji czterocylindrowej silnik musi mieć większy litr i moc efektywną oraz mniejsze jednostkowe zużycie paliwa. Przy większej liczbie cylindrów wypłata wzrasta. Średnio poprawę kluczowych parametrów szacuje się konserwatywnie na około 10%. Nie trzeba dodawać, jak ważne jest to dla statków odbywających dalekie podróże! Cieszy stoczniowców i zwiększa zasoby silnika. Tłoki o tej niezwykłej konstrukcji są całkowicie odciążone od sił bocznych. I to ich zużycie często decyduje o losie samochodu. Siły boczne w silniku są wytwarzane tylko przez drążek synchronizujący. Są małe, a ponadto są postrzegane przez ramę, na której zamocowane są tłoki.
Powietrze i paliwo dostarczane są przez tłoki, dystrybucja gazu - przez system okien i kanałów obejściowych, ponieważ silnik jest dwusuwowym silnikiem z doładowaniem, jak w większości konstrukcji okrętowych. Chłodzenie bloku cylindrów wodą można przeprowadzić za pomocą dwóch dodatkowych tłoków. Jego ruch nie zakłóca pracy układu chłodzenia. Aby zmniejszyć obciążenia bezwładnościowe, blok wykonany jest z lekkich stopów. Jego masa jest nieco większa niż masa części ruchomych w konstrukcjach konwencjonalnych. Obliczenia i testy modelu wykazały, że nie zagraża to komplikacjom.
Silnik jest również oryginalny w mechanizmie konwersji ruchu. Wynalazcy pozbyli się obciążeń udarowych na zębach półkulek, gdy wchodziły one w sprzężenie z zębatką, używając automatycznie wysuwanych zębów przekładni. Obroty ich wałów są synchronizowane przez specjalną parę kół zębatych (nie pokazano na rys. 9). Ogólnie rzecz biorąc, silnik jest kolejnym interesującym przykładem poszukiwania sposobów na ulepszenie klasycznego schematu.
Silnik Guskov - Ulybin. Wynalazcy mechanizmów korbowodowych dążą przede wszystkim do wyeliminowania tarcia tłoka o ściankę cylindra, które stanowi połowę (!) wszystkich strat tarcia. To samo można osiągnąć w inny sposób. Silnik spalinowy, w którym wykluczone jest tarcie tłoka o cylinder, został opracowany przez Woroneża
przez wynalazców GG Guskova i NN Ulybina (i strona nr 323562). W tym silniku tradycyjny mechanizm korbowodu został zastąpiony jednym z mechanizmów P.L. Czebyszewa.
A mechanizm stworzony 100 lat temu otwiera nowe możliwości dla silników tłokowych. Według autorów, brak głównego źródła strat tarcia radykalnie zwiększy prędkość i zasoby silnika, 1,5 raza sprawność, a nawet uprości konstrukcję. Można podejrzewać autorów o niewystarczająco krytyczne podejście do swojego pomysłu, tym bardziej, że pierwsze zapoznanie się z projektem, słowa „w przybliżeniu proste” są niepokojące. Jednak ostrożne terminy mówią tylko o sumienności P.L. Czebyszewa w ocenie mechanizmów. Odchylenie od linii prostej dla konkretnej konstrukcji silnika (rys. 10) jest znacznie mniejsze niż ogólnie przyjęte luzy w parze „tłok-cylinder”. Oprócz prostoliniowości trajektorii mechanizm ma jeszcze jedną zaletę - brak sił nacisku na tłoki.
Siły te – główne źródło tarcia – są pochłaniane przez pomocniczy korbowód. Jednocześnie straty tarcia w dodatkowym korbowodzie wynoszą tylko 5 - 6%, co pozwala na zwiększenie obrotów do 10 tys. na minutę lub więcej.
Wysoka prędkość pozwala porzucić ... pierścienie tłokowe i przełączyć się na uszczelnienie labiryntowe (patrz rys. 10). Nikt nie podejmie się uruchomienia konwencjonalnego silnika spalinowego w przypadku braku pierścieni - nie będzie kompresji. Ale jeśli w jakiś sposób pierścienie zostaną usunięte z działającego silnika, na ryc. dziesięć.
Uszczelnienie labiryntowe działa najlepiej po wyschnięciu. Dlatego smarowanie będzie albo całkowicie nieobecne, albo będzie minimalne, a ewentualne zadrapania zapobiegną ciągnięciu pasów prowadzących tłoków. Brak oleju w komorze spalania spowoduje mniej dymu. Nie trzeba dodawać, że w chwili obecnej, kiedy przygotowywane są już przepisy dotyczące całkowitego zakazu palenia silników, ten konkretny fakt jest bardzo ważny.
I na koniec jeszcze jedna ciekawa cecha silnika, którą umożliwia mechanizm Czebyszewa. To jest zapłon samoczynny. Wraz ze wzrostem prędkości zapłon za pomocą świecy jednoelektrodowej często nie zapewnia pożądanej jakości spalania mieszanki. Dwie wtyczki, wtyczki wieloelektrodowe, elektroniczny lub przedniokomorowy zapłon palnika dają bardziej akceptowalne wyniki.
Zapłon sprężeniowy jest jeszcze wydajniejszy: wysoki - około 30 - stopień sprężania zapewnia na końcu suwu sprężania temperaturę wystarczającą do szybkiego samozapłonu bardzo ubogiej mieszanki1 w całej objętości, co gwarantuje całkowite spalanie i zwiększoną sprawność silnika. Stosowanie zapłonu samoczynnego zakłada zmienny stopień sprężania: w miarę nagrzewania się komory spalania wymagana jest redukcja stopnia sprężania. Wiele wynalazczych przedsięwzięć nie powiodło się po drodze: wszelkiego rodzaju „elastyczne” elementy konstrukcji nie wytrzymywały temperatur i obciążeń związanych z „twardym” spalaniem (detonacja diesla). I tylko w silnikach sprężających modeli samolotów ta metoda jest z powodzeniem stosowana, ale tam stopień sprężania jest regulowany przez samego modelarza natychmiast po uruchomieniu silnika.
Obliczenia autorów wykazały, że mechanizm Czebyszewa ma doskonałą podatność, co pozwala nie wprowadzać do konstrukcji żadnych dodatkowych „elastomerów”.
1 Wymieszać z nadmiarem powietrza.
statyczne "elementy i jednocześnie uzyskać całkiem akceptowalny pseudozmienny współczynnik kompresji. Dzięki wzajemnemu rozmieszczeniu części mechanizmu silnik automatycznie dostosuje się do zmieniających się warunków pracy.
Całkowite spalanie mieszanki ubogiej w połączeniu z brakiem smarowania cylindra zmniejszy stężenie szkodliwych substancji w spalinach (z wyjątkiem tlenku azotu). Silnik zainteresował specjalistów. W 1975 roku NAMI zakończyło produkcję prototypu.
Silnik Kuźmina. Silnik z opisanym powyżej mechanizmem Czebyszewa jest przeznaczony do motocykli. A to nie jedyna nowość w skarbonce wynalazców. W „ostatnio wydanej książce„ Motocykl ”(SV Ivanitsky i in., 1971), napisanej przez grupę czołowych pracowników VNIImotoprom, wskazano, że„ niska wydajność smaru zaczęła hamować postęp silników dwusuwowych " różne zmiany konstrukcyjne w stosunku do klasycznego schematu smarowania.
Zaletami oddzielnych układów smarowania silników dwusuwowych z pompami olejowymi jest lepsze smarowanie części mechanizmu korbowego; redukcja powstawania węgla, koksowania pierścieniowego i dymu silnikowego; oddzielne napełnianie oleju i paliwa - wbudowany system smarowania stworzony przez wynalazcę z Sewastopola. V.I.Kuzmin (i.nr 339633). Ma jeszcze co najmniej dwie pozytywne cechy: brak złożonej pompy zasilającej olej, która decyduje o prostocie i zwiększonej niezawodności systemu, oraz częściowy obieg oleju wzdłuż obwodu zbiornika oleju cylindrowego, co poprawia chłodzenie i zmniejsza naprężenia termiczne silnika.
Głównymi elementami układu smarowania (rys. 11, a) są dwulitrowy zbiornik /, który mieści się w bocznej skrzyni motocykla, przewody olejowe 2 i zakrzywione rowki 6 na lusterku cylindra, połączone z przewodami olejowymi otwory. Podciśnienie zasysa olej do cylindra (nie jest potrzebna pompa!). Olej wpływa do dolnego rowka przez trzy otwory o średnicy 7! mm (rys. 11, b), gdy tłok porusza się w górę od dolnego martwego punktu (BDC) do otwarcia ssania
okno, czyli tylko w momencie największego podciśnienia w skrzyni korbowej. W górnym rowku olej jest odprowadzany z dolnego rowka przez działanie tarcia Lorshnya. Gdy mieszanina zapali się, część gazów, które przebiły się przez pierścień tłokowy, blokuje się w szczelinie między cylindrem a tłokiem, wyciska olej z górnego rowka z powrotem do zbiornika. Ciśnienie w zbiorniku wzrośnie i nowy część oleju dostanie się do dolnego rowka.
Podczas suwu tłoka do BDC lepki olej jest porywany wzdłuż nachylonych części dolnego rowka, dzięki czemu w obszarze sworznia tłokowego powstaje obfitość oleju. Wzdłuż rowków wykonanych w występach tłoka (pod palcem) część oleju przepływa do góry, a pod działaniem sił grawitacyjnych do dolnej głowicy korbowodu. Pozostała część jest odprowadzana przez płaszcz tłoka w obszarze kakao olejowego łożysk wału korbowego. Pobór oleju następuje przed momentem wzrostu ciśnienia w skrzyni korbowej. Tym samym porcje świeżego oleju dostarczane są cyklicznie do wszystkich najważniejszych zespołów mechanizmu korbowego.
Ilość dostarczanego oleju jest automatycznie (!) powiązana z prędkością obrotową silnika i obciążeniem: im większe podciśnienie w skrzyni korbowej, tym więcej oleju jest zasysane do dolnego rowka. W celu dodatkowej regulacji na przewodzie doprowadzającym olej zainstalowany jest zawór iglicowy 3, sterowany obrotowym pokrętłem przepustnicy (gazu). Inny przewód olejowy 4, którym zbiornik oleju jest połączony z rurą ssącą za gaźnikiem, służy do wyrównania ciśnienia w zbiorniku. W tej linii zainstalowana jest mała śruba dławiąca. Zmieniając jego położenie, można zmieniać dopływ oleju do cylindra w szerokim zakresie.
Wiele silników motocyklowych dużo pali. Częściowo wynika to ze specyfiki klasycznego układu smarowania, w którym olej dodaje się w proporcji od 1 do 20-25 części benzyny, częściowo z powodu analfabetyzmu kierowców, którzy wierząc, że „nie można zepsuć owsianki olejem ”, zwiększ udział oleju. Niewielu kierowców wie, że od biegu jałowego do średniej prędkości (przepustnica w połowie otwarta) stosunek 1:200 do 1:60 jest wystarczający do smarowania silnika. I tylko przy pełnym obciążeniu wymagana jest kompozycja 1:20. Oczywiście klasyczny system smarowania nie spełnia tych wymagań. Nadmiar oleju przy niskich obciążeniach prowadzi tylko do dymu.
Za kilka lat zwiększone wymagania dotyczące czystości spalin będą stanowić dla tego systemu barierę nie do pokonania. GAI Uzh zaczyna teraz usuwać liczby ze szczególnie palących motocykli, a biorąc pod uwagę roszczenia do klasycznego schematu jakości smarowania w nadchodzących latach, powinniśmy spodziewać się szerokiej dystrybucji silników dwusuwowych z oddzielnymi układami smarowania.
Dlatego praca Kuźmina może zainteresować naszą branżę motocyklową. Oryginalny system smarowania mógłby zapewnić niezakłóconą sprzedaż IZH i Kovrovtsev za granicą. Konieczne może być zastanowienie się tylko nad zwiększeniem wydajności smarowania łożyska głównego korbowodu. Obfitość oleju przedostającego się do łożysk wału korbowego wskazuje na możliwość zastosowania urządzenia podobnego do opisanego w książce „Motocykl”, które z powodzeniem wykorzystuje siły odśrodkowe. Pod wszystkimi innymi względami system sowieckiego wynalazcy przewyższa system zagraniczny.
Kuzmin zainstalował własny system smarowania w Kowrowcu. A teraz 50 tys. km już za nami, a tłok i cylinder mają absolutnie czystą powierzchnię, bez najmniejszych śladów zadrapań. Motocykl nie dymi, lepiej ciągnie (spala się tylko czysta benzyna i wszystkie części są idealnie nasmarowane). Nie ma znaczącego zużycia ani na sworzniu tłokowym, ani na łożyskach korbowodu i wału korbowego, chociaż zwykle przy takim przebiegu należy już wymienić zespół korbowód-tłok.
Niezawodny system smarowania pozwala na zwiększenie mocy silnika. I do tego V. Kuzmin wraz z G. Ivanovem zastosowali oryginalne rozwiązanie, do którego skłonił ich artykuł o tornadach, który ukazał się w popularnym magazynie. Tornado wiruje, miesza powietrze. W silnikach pełniejsze zważenie mieszanki zwiększa kompletność spalania paliwa, co prowadzi do wzrostu mocy. Zmieniając kształt komory spalania poprzez spawanie i rzeźbienie w niej dwóch zagłębień tworzących wir, Kuzmin i Iwanow próbowali zwiększyć moc silnika. Po kilku nieudanych próbach znaleziono racjonalną formę zagłębień tworzących wir, a moc silnika „Kowrowcy” zbliżyła się do 20 KM. z.!
O sprawności silnika decyduje wiele wskaźników, wśród których straty ciepła w komorze spalania nie są na ostatnim miejscu. Są one minimalne w namiotowych (sferycznych) komorach spalania, a ich powierzchnia jest granicą, do której dążą projektanci. Wszelkie odchylenia od kuli zwiększają powierzchnię i prowadzą do zwiększenia strat ciepła. W naszym przypadku zysk ze zwiększonej sprawności spalania najwyraźniej znacznie przewyższa uszkodzenia spowodowane pewnym wzrostem powierzchni.
Najbardziej obciążona termicznie denka tłoka. Przy gwałtownym wzroście mocy, a w konsekwencji naprężeniu termicznym, denko tłoka może się wypalić. Aby temu zapobiec, na skrzyni korbowej opisanego silnika (w komorze wstępnego sprężania) umieszczana jest złożona część konfiguracyjna - wypychacz tłoka, który usuwa podgrzaną mieszankę spod tłoka. Dzięki temu wynalazcy osiągnęli intensywne chłodzenie denka tłoka; turbulizował mieszankę w komorze korbowej i zmniejszał objętość komory korbowej, zwiększając w ten sposób stopień sprężania wstępnego. A teraz na „Kowrowcu” możesz bezpiecznie wyruszyć w każdą podróż.
System autonomicznego smarowania gwarantuje niezawodną i długotrwałą pracę najsłabszego ogniwa - mechanizmu korbowego / Komora i wypychacz poprawiają formowanie mieszanki i efektywność spalania, zmniejszają jednostkowe zużycie paliwa i zapewniają dużą moc - gwarancja doskonałych właściwości jezdnych motocykla . I są naprawdę wysocy. Partia zwykłych „Kovrovtsy” wynosi 70 - 90 km / h, ulepszony samochód łatwo rozwija się z prędkością 100 - 110 km / h. Musiałem nawet wyważyć koła, bo przy dużej średniej prędkości drżenie spowodowane niewyważeniem, zwykle niezauważalne, stawało się irytujące. Po osiągnięciu doskonałych wyników stosunkowo prostymi środkami, wynalazcy z Sewastopola marzą o wdrożeniu swojego wynalazku. Są gotowi udzielić zainteresowanym organizacjom wszelkich informacji, w tym samego motocykla.
Rozwijając i dopracowując ich pomysły, można zaprojektować maszyny, które przewyższają motocykle najlepszych firm zagranicznych. I oczywiście rozwiązania mieszkańców Sewastopola mogą znaleźć zastosowanie nie tylko w motocyklach, ale także w dowolnych innych silnikach. Na przykład niedawno ujawniono, że maksymalny stopień sprężania silników benzynowych może nie wynosić 12, jak to było w zwyczaju, ale 14,5 - 17,5. W tym przypadku sprawność cieplna silnika wzrasta o prawie 15% I. Wypieracz i komora "Kowrowca" to tylko przykłady takiego urządzenia.
Elastyczny korbowód. Nasze wyobrażenia o wielu szczegółach są swego rodzaju stereotypem. Powiedz, co to jest korbowód? Jest to kształtowa płyta z dwoma otworami. W ostateczności jeden lub oba otwory są zastępowane głowicami kulowymi. Te dwie konstrukcje wędrują od samochodu do samochodu. I bez wahania rysują i układają. A co mogłoby być inaczej?
Rzućmy okiem na korbowód z boku. Musi być ściśle prostopadły do ​​osi podłużnej silnika. Ale wyobraź sobie, że czop korbowodu jest nieco nierównoległy do ​​osi. Głowica korbowodu przesunie się na bok. Wyobraź sobie teraz, że otwory w dolnym i górnym końcu korbowodu są lekko skośne. Dzieje się tak cały czas, nawet w granicach tolerancji. W rezultacie oś sworznia tłokowego, która musi być równoległa do osi silnika, prawie nigdy nie zajmuje tak idealnej pozycji.
Biorąc pod uwagę błąd w otworze otworu na palec i niedokładność montażu bloku cylindrów na skrzyni korbowej, stwierdzamy, że nawet przy bardzo wysokiej dokładności wykonania prawie niemożliwe jest zapewnienie równoległości cylindra i ścianki tłoka!
Ale miliony ICE działają! „Mogliśmy pracować lepiej”, mówi VS Salenko, wynalazca z Kom-Somolsk-on-Dniepr. Aby to zrobić, korbowód musi być wykonany z trzech ogniw (ryc. 12), tak aby tłok wyrównywał się samoczynnie wzdłuż cylindra, a dolna głowica - wzdłuż czopu korbowodu. Połączenia na palec są dodawane w pobliżu górnych i dolnych głowic korbowodów prostopadle do ich otworów.
Aż trudno uwierzyć, że takie komplikowanie prostego szczegółu jest konieczne. Ale na przykład, jeśli po kilku godzinach docierania jakikolwiek silnik zostanie zdemontowany, stanie się jasne, że „konieczność” często nie jest teoretyczna. Tłoki prawie wszystkich silników spalinowych są lekko eliptyczne: w kierunku sworznia tłokowego ich rozmiar jest mniejszy. Teoretycznie po kilku godzinach pracy boki nie powinny się zużywać. W rzeczywistości jest on najczęściej obecny i wskazuje na niewspółosiowość tłoka w cylindrze. Niewspółosiowość pociągnie za sobą nie tylko zużycie tłoka, ale także stożkowatość łożysk sworznia i czopa korbowodu, ich nierównomierne zużycie na całej długości. Zasadniczo procesy te zachodzą podczas docierania. Wtedy wszystkie „zbędne” zostaną usunięte, a szczegóły znajdą pozycję, w której będą pracować długo i regularnie. Ale luzy na docieranie nieuchronnie wzrosną.
Grupa korbowodowo-tłokowa określa zasoby silnika. Dzięki zastosowaniu korbowodu trójwahaczowego wszystkie „zbędne”, które są usuwane podczas pracy, mogą być przydatne do wydłużenia żywotności. VS Salenko wykonał kilka trójwahaczowych korbowodów do motocykli i silnika samochodu Moskvich. Silnik Moskwicza, zmontowany w rzemieślniczych warunkach (!), Mimo, że szczeliny we wszystkich przegubach miały średnicę 0,005, łatwo uruchomił się podczas docierania i pracował czysto i stabilnie na najniższych obrotach.
Silniki spalinowe zewnętrzne
Uwaga na silniki spalinowe jest głównie z dwóch powodów: fakt, że spalanie paliwa poza komorą spalania może znacznie zmniejszyć ilość szkodliwych zanieczyszczeń w spalinach oraz fakt, że sprawność takich silników może być znacznie wyższa niż ta innych.
Przede wszystkim są to silniki tłokowe realizujące cykle Stirlinga i Ericksona oraz… silniki parowe. Teraz najbardziej znany jest cykl Stirlinga, który różni się od cyklu Ericksona tym, że ogrzewanie i chłodzenie gazu odbywa się w stałej objętości wzdłuż izochory, a nie pod stałym ciśnieniem - zgodnie z izobarem (ryc. 13) . Przy równych górnych i dolnych poziomach temperatury silniki Stirlinga i Ericksona z regeneratorami mają tę samą sprawność, ale sprawność „stylizacji” jest wyższa, ponieważ wymagane zużycie ciepła do podgrzania gazu wzdłuż izochory jest mniejsze. Figa. 13 wynika z tego. praca użyteczna, scharakteryzowana na wykresie T - S obszarem cyklu, jest również wyższa dla silników Stirlinga.
Warto zauważyć, że oba silniki pojawiły się w okresie rozkwitu maszyn parowych i były produkowane w znacznych ilościach aż do początku tego stulecia. Jednak nikomu w tamtym czasie nie udało się zrealizować ich zalet, a przede wszystkim ze względu na ich ekstremalną uciążliwość zostały one całkowicie wyparte przez silnik spalinowy.
Odrodzenie silnika Stirlinga miało miejsce w latach 50-tych. A już pierwszy prototyp zaskoczył twórców niespotykanie wysoką wydajnością, równą 39% (teoretycznie do 70%). Rozważmy zasadę jego działania (ryc. 14).
Silnik ma dwa tłoki i dwie komory: kompresję (pomiędzy tłokami) i ogrzewanie (nad górnym tłokiem). Pręt przechodzi przez środek głównego tłoka roboczego 1, na którym zamocowany jest drugi tłok 2, zwany tłokiem wyporowym.
Ze względu na konstrukcję mechanizmu równoległoboku ruch tłoka wyporowego nie jest zgodny z ruchem tłoka głównego. Tłoki są teraz jak najbliżej, a następnie odsuwają się od siebie. Zmiana objętości gazu pomiędzy tłokami jest pokazana na rysunku dwiema krzywymi przerywanymi. Pole między nimi odpowiada zmianie objętości ograniczonej przestrzeni, a dolna krzywa charakteryzuje zmianę objętości nad tłokiem roboczym. Gdy tłoki zbliżają się do siebie, gaz roboczy w komorze sprężania zostaje sprężony (tylko dzięki ruchowi tłoka /w górę) i jednocześnie jest przemieszczany do lodówki 3 a następnie przez regenerator 4 do komory grzewczej. Regenerować się to odnawiać. W regeneratorze gaz absorbuje ciepło, które regenerator otrzymał z części gazu, która wcześniej przeszła przez niego w przeciwnym kierunku. Gaz dostaje się następnie do głowicy maszyny (komory grzewczej), która jest stale ogrzewana przez zewnętrzne źródło ciepła. Tutaj gaz szybko nagrzewa się do temperatury 600 - 800 ° C i zaczyna się rozszerzać. Rozprężający się gaz przejdzie przez regenerator i chłodnicę, w której jego temperatura spadnie jeszcze bardziej, do komory sprężania, gdzie będzie wykonywał pracę mechaniczną.
Tłok wyporowy, poruszający się w górę, wypchnie cały gaz z komory grzewczej do komory sprężania. Następnie cykl się powtarza. Więc maszyna pompuje
ciepło z komory grzewczej w wysokiej temperaturze do komory sprężania w temperaturze otoczenia. Energia pozyskiwana przez gaz w komorze grzewczej zamieniana jest na pracę mechaniczną usuniętą z wału silnika.
Oprócz wysokiej wydajności i sterylności należy dodać do zalet „stirlinga” – możliwość pracy na dowolnym rodzaju paliwa lub energii cieplnej, a także ciszę i płynność pracy. Istniejące „stirlingi” zawdzięczają te cechy nie tylko napędowi.
Pierwsze Stirlingi na rynku miały prosty dwukolanowy napęd korbowy z czopami przesuniętymi o około 70°. Zapewniało to dobry przepływ pracy, ale maszyny wibrowały - zupełnie nie można było zrównoważyć takiego napędu. W kolejnych modyfikacjach pojawił się napęd równoległoboczny. Wibracje prawie zniknęły (rzadko szczęście!), Ale przepływ pracy nieco się pogorszył. Z dwóch złych wybiera się mniejsze: brak wibracji - wyższa niezawodność.
Pogorszenie procesu tłumaczy się tym, że rzeczywisty cykl znacznie różni się od teoretycznego. Na ryc. 13 (we współrzędnych T - S) wewnątrz idealnego równoległoboku charakteryzującego cykl Stirlinga pokazany jest owal - to on wyświetla rzeczywiste procesy. Rysunek (wykres IV) pokazuje ten sam cykl we współrzędnych P - V, które są bardziej znane operatorom silników.
Ryż. 14. Schemat działania silnika Stirlinga:
1 tłok roboczy; 2 - tłok wyporowy; 3 - lodówka; 4 - regenerator
napęd - jak najbardziej zbliżyć owal do idealnego kształtu, bez pogorszenia właściwości mechanicznych silnika.
Napęd równoległoboczny zastosowany przez holenderskich inżynierów w ulepszonym modelu tylko częściowo spełnił ten warunek. Znacznie lepsze rozwiązanie (ryc. 15) zaproponowali uzbeccy naukowcy i inżynierowie T. Ya Umarov, V. S. Trukhov, Yu E. Klyuchevsky, N. V. Borisov, L. D. Merkushev - pracownicy Wydziału Heliofizyki Akademii Instytutu Fizyko-Technicznego im. Nauki uzbeckiej SRR.
W starym napędzie (ryc. 15, a) trajektoria punktów korbowych, które określają ruch tłoków, jest kołem. W nowym napędzie (ryc. 15, b) dla tłoka wyporowego - okrąg, dla pracownika - elipsa. Pozwala to, zachowując wszystkie zalety napędu równoległobocznego, osiągnąć lepszą koordynację ruchów tłoka i przybliżyć rzeczywisty cykl do ideału. Rozwiązanie chronione jest certyfikatem praw autorskich nr 273583.
Główną wadą Stirlingów jest ich masywność. Na 1 litr. z. moc w konstruowanych konstrukcjach wynosi 4 - 5 kg wobec 0,5 - 1,5 kg w silnikach konwencjonalnych. Kilka wynalazków T. Ya Umarova, V S. Trukhova i Yu E. Klyuchevsky'ego może pomóc w zrzuceniu wagi. W silniku na. z. Nr 261028, tłok wyporowy pełni funkcje tłoka roboczego na pewnych etapach jego ruchu, to znaczy jest bardziej efektywnie wykorzystywany. Spójrz na ryc. 15,ok. Kiedy oba tłoki poruszają się w górę, oba biorą udział w kompresji. Osiąga się to dzięki temu, że tłok roboczy znajduje się wewnątrz tłoka wyporowego. To samo dzieje się w momencie ekspansji - skok roboczy. W rezultacie napęd jest bardziej równomiernie obciążony, wzrasta udział skoku roboczego w całym cyklu, zmniejszają się wymiary, a w konsekwencji masa maszyny.
Silnik ma jeszcze mniejsze wymiary. z. nr 385065 przez tych samych autorów (ryc. 15, d). Oprócz umieszczenia tłoka roboczego wewnątrz tłoka wyporowego, ten ostatni jest wykonany z zamkniętą wnęką wewnętrzną, w której znajduje się napęd składający się z wału korbowego i pary kół zębatych stożkowych. - Zainteresowanie naukowców z Taszkentu silnikami spalinowymi to nie tylko hobby na modny temat. Potrzebują ich jako jednego z elementów prostych, niezawodnych i wydajnych systemów solarnych. Zgromadzony w wiązce promieni słonecznych wprawi w ruch „stylizację” każdej wyobrażalnej konstrukcji, a sprawność takiego systemu znacznie przewyższy sprawność baterii słonecznych czy akumulatorów ciepła.
Silniki z cyklami spalania dają niesamowite możliwości. I możemy śmiało powiedzieć, że uwaga środowisk wynalazczych i inżynierskich wyraźnie nie wystarcza. Przykładem tego jest certyfikat autora nr 376590 inżyniera V. I. Andreeva i doktora nauk technicznych A. P. Merkulova. Ich silnik (ryc. 16) wykorzystuje mechanizm korbowodu 6 S. S. Balandina. „Stirling” z mechanizmem S. S. Balandina stał się znacznie bardziej zwarty. Ale to nie jest istota wynalazku: komory grzewcze 7 nowego silnika są połączone rurkami cieplnymi 5 - nadprzewodnikami ciepła. Odparowanie i kondensacja umieszczonych w nich substancji zapewniają niemal natychmiastowe przeniesienie ogromnego w stosunku do wielkości strumienia ciepła z jednego końca rurki na drugi.
Rurki pozwoliły wynalazcom znaleźć właściwe rozwiązanie jednego z problemów silników spalinowych – nierównomiernego odprowadzania ciepła. W cyklach cieplnych konwencjonalnych silników spalinowych ciepło dostarczane jest w ściśle określonym czasie. A w silnikach spalinowych głowica jest stale nagrzewana. W efekcie w momentach, gdy nie ma odprowadzenia ciepła, głowice się przegrzewają. Konieczne jest obniżenie temperatury ogrzewania, a to bezpośrednio wpływa na wydajność: im niższa temperatura, tym niższa. Szkoda, ale nic nie da się zrobić: zastosowanie materiałów żaroodpornych obniża współczynnik przenikania ciepła, zastosowanie materiałów przewodzących ciepło wymaga obniżenia dopuszczalnej temperatury grzania głowicy.
Silnik Andreeva i Merkulova działa podwójnie. Kiedy kończy się suw roboczy po jednej stronie tłoka, rury cieplne „pompują” nadmiar ciepła do przeciwległej komory grzewczej. W ten sposób temperatura strefy grzewczej zostaje wyrównana i może być znacznie podwyższona. Nowy „szterling” swoją dwukierunkową akcję zawdzięcza mechanizmowi S. Balandina. Ze wszystkich znanych mechanizmów, tylko mechanizm S.Balandina pozwala na dwukierunkowe działanie z maksymalną korzyścią przy minimalnym zwiększeniu wymiarów i maksymalnej możliwej sprawności mechanicznej.
W silniku Andreev-Merkulov tłoki wyporowe 2 i główne tłoki robocze 1 są zainstalowane w oddzielnych cylindrach, a po każdej stronie tłoka znajduje się niezależna komora. Komory są połączone parami rurociągami, na których zamocowane są płetwy lodówek. W każdej parze komór odbywa się jednocylindrowy cykl „stirlinga”.
Schemat ilustrujący zasadę działania jednocylindrowego „Stirlinga” (patrz ryc. 14) wyraźnie pokazuje asynchroniczny ruch tłoków zapewniany przez mechanizm równoległoboczny. Ten sam efekt uzyskuje się w mechanizmie korbowodowym bez łącznika S. Balandina iw każdym innym mechanizmie korbowodowym, jeśli czopy wału korbowego są przesunięte o pewien kąt.
Sprawność już zbudowanych silników spalinowych sięga 40%. Według obliczeń V. Andreeva i A. Merkulova możliwe jest zwiększenie go o co najmniej 15% tylko za pomocą rurek cieplnych. Mechanizm S. Balandina da nie mniej. Czy rzeczywista sprawność maszyny zbliży się do teoretycznej - 70%? To prawie dwa razy więcej niż w najlepszych ICE naszych czasów. Dodaj do tego „sterylność” silnika Stirlinga.
Za granicą testowano silnik spalinowy do samochodu osobowego. Okazało się, że stężenie CO w spalinach spadło 17 - 25 razy, tlenków azotu - prawie 200 (!), Węglowodorów - 100 razy.
„Stirling”, zaprojektowany przez V. Andreeva i A. Merkulova, o pojemności 50 litrów. z. waży 70 kg, czyli 1,4 kg/l. z. - na poziomie najlepszych przykładów samochodowych silników gaźnikowych. I to nie jest przesada. W wyniku zastosowania mechanizmu SS Balandina rozmiar został zmniejszony, a autorzy pozbyli się ciśnienia w skrzyni korbowej, instalując na pręcie zwijaną gumową membranę, która jest w stanie wytrzymać ciśnienie do 60 kg / cm2 ( zwykle w przestrzeni tłokowej tych silników około 40 kg/cm2). Rurki cieplne mają zwiększoną moc przy tych samych wymiarach. Wkrótce po otrzymaniu certyfikatu praw autorskich wynalazcy odkryli amerykański patent wydany nieco później General Motors, który przewiduje użycie rurek cieplnych do dostarczania ciepła do wnętrza zewnętrznego silnika spalinowego. Znaczenie jest takie samo, esencja jest nieco inna.
Silniki spalinowe są znane od ponad 150 lat. Skuteczność pierwszego z nich wyniosła 0,14%! Można powiedzieć, że urodzili się przed czasem. Znaczące niedociągnięcia przez długi czas utrzymywały je na „marginesach”. Wybuchy myśli technicznej, podobne do pomysłu V. Andreeva i A. Merkulova, otwierają przed nimi zieloną ulicę.
Jest jeszcze jeden bardzo ciekawy sposób na przybliżenie sprawności Stirlingsa do teoretycznej, wynaleziony również przez radzieckich naukowców – pracowników Instytutu Energetyki Jądrowej Akademii Nauk BSRR. W szeregu certyfikatów praw autorskich nr 166202, 213039, 213042, 201434. których autorami są silniki cieplne IM Kovtun, BS Onkin, A.N.Naumov, SL o wydajności wyższej niż w cyklu Carnota. To stwierdzenie, obalające elementarne prawdy znane wszystkim inżynierom ciepłownictwa, na pierwszy rzut oka brzmi paradoksalnie. A jednocześnie takie maszyny są możliwe. We wszystkich bez wyjątku podstawowych pracach poświęconych silnikom cieplnym zakłada się, że właściwości ciał roboczych - gazów podczas pracy nie ulegają zmianie. Istotą ścieżki proponowanej przez białoruskich naukowców jest zmiana tych właściwości. To ostatnie jest możliwe, jeśli w trakcie cyklu w gazach roboczych lub ich mieszaninach zachodzą odwracalne reakcje chemiczne. Na przykład sprawność cieplną turbiny można zwiększyć trzykrotnie, jeśli po podgrzaniu płyn roboczy dysocjuje, a po schłodzeniu rekombinuje. Takimi ciałami mogą być gazowa siarka, jod, tlenki azotu, kobalt, trichlorek glinu.
W szczególności trójchlorek glinu jest już uważany za obiecujący płyn roboczy do „heliostyrlingu”, który sprawdzi się w kosmosie. Głównym problemem w tym przypadku jest usuwanie ciepła z lodówki. Nie ma innego sposobu niż promieniowanie ciepła w kosmos. Aby proces ten był skuteczny, temperatura chłodnicy-grzejnika musi być odpowiednio wysoka, nie niższa niż 300 °C. Górna granica temperatury jest taka sama jak na Ziemi: od 600 do 800 °C. Ograniczona jest przez ciepło odporność istniejących materiałów. W tych warunkach wydajność konwencjonalnego "Stirlinga" jest znacznie zmniejszona, a użycie gazu dysocjującego nie tylko zwiększy moc 2 - 3 razy, ale także w przybliżeniu podwoi wydajność.
Nie ma wątpliwości, że grzechem byłoby rezygnacja z takich przywilejów na Ziemi. Dlatego tym, których działalność związana jest z silnikami cieplnymi, można polecić dokładne przestudiowanie pracy białoruskich naukowców. Kryją również możliwość tworzenia dużych
silniki cieplne o sprawności zbliżonej do 100% oraz podstawa do budowy samochodowych silników spalinowych o niespotykanej dotąd sprawności.
Dostępne są już pierwsze pozytywne wyniki. Holenderscy inżynierowie zmusili czynnik roboczy maszyny chłodniczej pracującej w cyklu Stirlinga do przekształceń fazowych i podwoili jego wydajność chłodniczą. Teraz wszystko zależy od silników!
Silniki parowe. Mówiąc o silnikach spalinowych, nie można nie wspomnieć o silnikach parowych. Ten typ napędu, najpopularniejszy 100 lat temu, dziś uważany jest za egzotyczny. Wyjaśnia to tylko fakt, że silniki spalinowe praktycznie wypierały z samochodów silniki parowe, chociaż produkcja wagonów promowych na małą skalę istniała do ... 1927 r.
Entuzjaści Steam podają wiele powodów, aby wskrzesić silnik naszych dziadków. A przede wszystkim względy na wysoką „sterylność” silnika. Pod tym względem silnik parowy ma te same zalety, co silnik Stirlinga: teoretycznie w produktach spalania obecny jest tylko dwutlenek węgla i para wodna, a ilość tlenku azotu może być jeszcze niższa, ponieważ wymagana temperatura jest znacznie niższa . Ponadto, w wyniku pełniejszego spalania, całkowita ilość „spalin” w porównaniu z silnikiem spalinowym jest o około 1% mniejsza.
Sprawność nowoczesnych maszyn parowych nie jest bynajmniej niska. Można go zwiększyć do 28%, a tym samym być współmierny do wydajności ICE gaźnika. Należy zauważyć, że np. ogólna sprawność pojazdów elektrycznych (biorąc pod uwagę proces wytwarzania energii elektrycznej) nie przekracza 15%, czyli w skali globalnej flota stirlingów i promów zanieczyszczałaby atmosferę prawie o połowę mniej niż podobna flota pojazdów elektrycznych. A biorąc pod uwagę wyjątkowe osiągi maszyn parowych, ponowne zainteresowanie nimi nie wydaje się już nieuzasadnione. Nie tylko artykuły z czasopism i „świeże” patenty świadczą o ponownym zainteresowaniu, ale także handel patentami na silniki parowe.
Schemat ideowy jednoprzewodowej wersji samochodowego silnika parowego pokazano na ryc. 17. Źródłem ciepła / doprowadza do wrzenia płyn roboczy w kotle 2. Jest to „płyn roboczy”, gdyż może to być nie tylko woda, ale również inne czynniki o dopuszczalnych temperaturach wrzenia (kondensacji) i parametrach ciepłowniczych. Jednym z obiecujących środków jest na przykład freon-113, którego temperatura wrzenia (48 ° C) jest o połowę niższa od wody.
Przez mechanizm rozprowadzający 3 para wchodzi do samego silnika parowego 4. Para wylotowa jest kondensowana przez strumień powietrza z wentylatora 5 w skraplaczu 6, po uprzednim oddaniu części ciepła cieczy w rekuperacyjnym wymienniku ciepła 7. Ciecz jest dostarczana do wymiennika ciepła, a następnie do kotła przez pompę 8. Takie elementy obwodu jak silnik 4, skraplacz (chłodnica) i pompa 8 są częścią każdego samochodu. Dodano tylko kocioł 2 z podgrzewaczem 1 i wymiennikiem ciepła 7.
Jako silnik 4 można zastosować prawie wszystkie maszyny tłokowe i obrotowe, a nawet turbiny. Dlatego prawie wszystkie rozwiązania techniczne opisane w tej broszurze mają zastosowanie do napędu parowego.
Zalety opisanych mechanizmów w połączeniu z cechami silników parowych pozwolą na tworzenie wysokosprawnych napędów pojazdów. W końcu podstawowe zalety nowoczesnych samochodów - cisza, reakcja przepustnicy, płynna praca - są względne. Wagony promowe w pełni odpowiadają prawdziwemu znaczeniu tych słów. Nie mają gwałtownej zmiany ciśnienia spalin, a zatem nie ma głównego źródła hałasu, a jednocześnie nie ma systemu tłumienia dźwięku wydechu. Niewiele osób miało ostatnio okazję zobaczyć prom. Ale lokomotywy pamiętają chyba wszyscy. Pamiętajmy, że nawet ciężkim pociągiem jechały absolutnie cicho i wyjątkowo płynnie.
Płynną pracę i niezwykłą reakcję przepustnicy pojazdów promowych tłumaczy fakt, że charakterystyka silnika parowego różni się jakościowo od charakterystyki silnika spalinowego. Nawet przy minimalnych obrotach jego moment obrotowy jest co najmniej 3 do 5 razy wyższy niż silnika spalinowego o porównywalnej mocy przy optymalnych obrotach. Wysoki moment obrotowy zapewnia doskonałą dynamikę przyspieszania wagonu promowego. Jeśli silniki spalinowe z gaźnikiem o pojemności 50 litrów. z. upewnij się, że samochód rozpędza się do prędkości 100 km / hw około 20 sekund, wtedy silnik parowy potrzebuje na to połowę czasu.
Ważne jest również to, że podczas przyspieszania nie jest wymagana zmiana biegów, wysoki moment obrotowy silnika parowego jest utrzymywany w całym zakresie prędkości – od zera do maksimum. Skrzynie biegów po prostu nie są tutaj potrzebne. Pamiętaj: te same lokomotywy parowe nigdy ich nie miały. Zaletą silnika parowego jest stosunkowo niska prędkość obrotowa, co z kolei prowadzi do zwiększenia trwałości. Nawet przy przełożeniu kół do silnika równym jeden, obroty nie przekroczą 2000 - 3000 na minutę przy prędkości załogi do 200 km/h (!), a zwykle interwał obrotów silnika to 3000 - 6000 obr./min.
Jednak pomimo niskiej prędkości właściwe wskaźniki mocy silnika parowego przewyższają wskaźniki silnika spalinowego. Na przykład uzyskaj określoną moc 400 - 600 KM z silnika parowego. s / l (przy 2500 - 3000 obr / min) wcale nie jest trudne. Partia konwencjonalnych silników spalinowych to tylko 50 - 100 litrów. s./l i tylko pojedyncze silniki z mechanizmem S. Balandina mają podobne wskaźniki.
I wreszcie niezawodność silników parowych nie zajmuje ostatniego miejsca wśród ich zalet. Do dziś na bocznicach można znaleźć działające parowozy zbudowane na początku wieku. A ich silniki parowe są w idealnym stanie. Powodami tego są - niska prędkość, stałość reżimu temperaturowego (temperatura pary), niski poziom maksymalnych temperatur - 5-6 razy mniej niż w silniku spalinowym, całkowity brak tak nieprzyjemnych procesów, jak tworzenie się węgla i koksowanie, oraz absolutną czystość czynnika roboczego, krążącego w obiegu zamkniętym (w silniku spalinowym nie można przeprowadzić całkowitego oczyszczenia powietrza).
Oczywiście pojawia się pytanie, jakie są przyczyny, które uniemożliwiają silnikowi parowemu ponowne zajęcie należnego mu miejsca wśród nowoczesnych silników?
Przede wszystkim jest to niska wydajność, a co za tym idzie zwiększone zużycie paliwa o 1,5 – 3 razy. Sprawność parowozów tłokowych można zwiększyć jedynie do 28%, a w skonstruowanych próbkach jest ona znacznie niższa. Przecież sprawność parowozów, na których lokomotywa parowa istniała najdłużej, stała się już synonimem niskiej sprawności: w najlepszych modelach z częściowym odwrotnym skraplaniem pary sięgała ledwo 10%. To prawda, że ​​cykl silnika parowego był otwarty. Zastosowanie obiegów zamkniętych z wydajnymi regeneracyjnymi wymiennikami ciepła znacznie przekroczy próg 10%. A w jednym z komunikatów poświęconych „nowemu” silnikowi parowemu wskazano, że sprawność wytwornicy pary (kotła) wynosi 90%. Sprawność procesu spalania silnika spalinowego charakteryzuje się w przybliżeniu taką samą wartością. Ale nawet przy wyższym zużyciu paliwa koszty eksploatacji promu mogą być zbliżone do jego konkurenta benzynowego, ponieważ spala się najtańsze paliwo.
Drugim powodem jest wysoki koszt elektrowni. Za trzeci powód uważa się dużą wagę
1 Turbiny parowe o obiegu zamkniętym osiągają sprawność 29%.
wędrująca maszyna. Jednak już z powyższego wynika, że ​​łączna waga porównywanych załóg będzie praktycznie taka sama. W chwili obecnej nie ma więc żadnych poważnych powodów, które uniemożliwiałyby parowózowi zajęcie należnego mu miejsca w szeregu silników nietypowych.

Silniki spalinowe z tłokami obrotowymi
W tym dziale mówimy o silnikach, którym autorzy licznych publikacji obiecują czasem świetlaną przyszłość. I oczywiście silnik Wankla jest na pierwszym miejscu.
Ale czy jego perspektywy są naprawdę tak różowe? Ekonomiści wszystkich krajów są zgodni co do tego, że tylko co najmniej 25% przewagi w głównych wskaźnikach daje „nowej technologii” prawo do bezwarunkowego zastąpienia „starej”.
Od pojawienia się pierwszego przemysłowego wzoru silnika Wankla minęło ponad 15 lat. Termin jest znaczący. I okazuje się, że zalety "Wankla" w wadze to tylko 12 - 15%; nie ma żadnych korzyści pod względem kosztów ani trwałości, a tylko objętość zajmowana przez silnik pod maską samochodu jest zmniejszona o 30%. Jednocześnie wielkość samochodów praktycznie nie ulega zmniejszeniu.
Rzeczywistość obala też wciąż panujące stwierdzenia o „drobnym szczególe” tego silnika. Jeden z jego wirników ma 42 - 58 elementów uszczelniających, podczas gdy porównywalny silnik spalinowy ma około 25, w tym zawory.
Sytuacja jest jeszcze gorsza w przypadku silników wielowirnikowych. Wymagają skomplikowanych skrzyń korbowych, drogiego układu chłodzenia i wieloczęściowego napędu. Już tylko dwuwirnikowy „Wankel” zawiera sześć odlewów wolumetrycznych o złożonej konfiguracji i równoważny silnik tłokowy - tylko 2-3 znacznie prostszy i bardziej zaawansowany technologicznie.
Zaawansowana technologia wytwarzania epitrochoidy — wewnętrzny profil każdej skrzyni korbowej, pokrycie stojanów i liczne elementy uszczelniające drogimi materiałami oraz skomplikowany montaż negują wszystkie potencjalne zalety Wankla.
I choć już w salonach samochodowych w 1973 roku zaprezentowano czterowirnikowy silnik o pojemności 280 litrów. z. (objętość 6,8 litra; 6300 obr./min), zakres „Wankla” pozostanie projektami jedno-dwuwirnikowymi. Czterowirnikowy model został zbudowany przez General Motors (USA) dla sportowego modelu Chevrolet-Corvette, którego produkcja w małych seriach ma rozpocząć się w 1976 roku. firma posiada również próbkę dwuwirnikową (4,4 litra; 180 KM przy 6000 obr/min). Jednak te silniki zostaną zainstalowane tylko na życzenie kupującego. W 1974 roku rozpoczęto na małą skalę produkcję francuskiej wersji dwuwirnikowego silnika (1,2 l; 107 KM) do sportowego modelu Citroen-Biotor.
Należy zauważyć, że są to praktycznie jedyne próbki na świecie produkowane przez firmy, które mocno zainwestowały w pozyskanie licencji oraz rozwój technologii projektowania i produkcji. Koszty oczywiście wymagają zwrotu, ale wypuszczenie modeli prawdopodobnie będzie realizowało prestiżowe cele. Według ekspertów każdy silnik obrotowy może stać się konkurencyjny tylko wtedy, gdy jego koszt i zużycie paliwa zostaną znacznie zmniejszone (!). A tutaj, u „Wankla” sprawy mają się po prostu niezbyt dobrze.
Ale nawet jeśli te wymagania zostaną spełnione, na masową produkcję np. silników rotacyjnych przemysł amerykański będzie potrzebował co najmniej 12 lat.Prognozowane dane dotyczące perspektyw dla innych typów silników wskazują, że to przejście nie nastąpi. z tych powodów, tacy giganci motoryzacyjni, zarówno Ford, jak i Chrysler, wydali dużo pieniędzy na rozwój Wankla, całkowicie wyłączyli ten temat.
W ostatnich latach pojawiło się wiele intrygujących doniesień o silniku rotacyjnym rozwijanym w Australii przez wynalazcę Ralpha Sarica. Dziennikarzom i prawdopodobnie nie bez pomocy autora udało się tak bardzo zaciemnić wiadomości, porównując silnik „z turbinami i z „Wankla” i innymi silnikami, że po prostu trzeba się zastanowić nad jego konstrukcją .
Silnik oparty jest na zasadzie działania pompy rotacyjnej, której płyty wyznaczają komory o zmiennej objętości. Skonstruowane próbki silników mają siedem komór roboczych (rys. 18, a), każda ze świecami zapłonowymi oraz zaworami wlotowymi i wylotowymi (rys. 18, b). Wirnik jest siedmiostronny i wytwarza mimośrodowe drgania pod wpływem centralnego wału korbowego. Łopatki silnika mają kształt litery U (ryc. 18, c). W kierunku promieniowym drgają one w rowkach obudowy, a wirnik względem łopatek porusza się jednocześnie stycznie do okręgu. Aby zapewnić ruch ostrzy i ciasny kontakt dolnej krawędzi ostrza z wirnikiem, na ich listwach montuje się rolki, umieszczone w specjalnym rowku w korpusie.
Średnie prędkości wzajemnego ruchu części są stosunkowo niskie i teoretycznie prędkość obrotowa silnika może dochodzić do 10 tys. na minutę. Jeśli porównamy ten silnik z „Wankla”, maksymalna odległość przebyta na obrót elementu uszczelniającego wyniesie odpowiednio 685 i 165 mm. System uszczelniający składa się z około 40 części, co jest porównywalne z Wankla.
Zbudowane próbki przy 4000 obr/min i wadze 64 kg rozwijają 130 - 140 litrów. z. Pojemność silnika
3,5 litra, czyli pojemność litra jest na poziomie konwencjonalnych silników i wynosi około 40 litrów. s. / l. Podczas forsowania ten wskaźnik można w przybliżeniu podwoić.
Ryż. 18. Schemat silnika R. Saricha:
a - cięcie poprzeczne; b - skok sprężania w jednej z komór; c - łopatka silnika
Wady silnika to bardzo duża gęstość cieplna, wymagająca zastosowania znacznie mocniejszych układów wodnych i olejowych. Podczas testów okazało się, że najbardziej obciążoną i najsłabszą jednostką są rolki płytowe. Dlatego w niedalekiej przyszłości osiągi silnika nie da się znacznie poprawić.
Ogólnie rzecz biorąc, obwód silnika nie może być uznany za oryginalny, ponieważ wiele podobnych do niego zostało opatentowanych, różniących się jedynie drobnymi szczegółami. Dlatego główną zasługą R. Saricha jest to, że wziął na siebie pracę dopracowania go i osiągnął określone rezultaty. Jego silnik nie zrobi żadnej rewolucji, a być może najważniejsze w twórczości R. Saricha jest tylko to, że zwrócił uwagę środowiska inżynierskiego na schematy oparte na zasadzie działania maszyn rotacyjnych.
Również w naszym kraju są entuzjaści tego schematu. Tak więc mieszkaniec wsi Sary-Ozek, region Taldy-Kurgan, GI Dyakov, zbudował nawet prototyp takiego silnika z wirującym wirnikiem, czyli według schematu, w którym warunki pracy płyt są gorsze. Silnik nie został jeszcze przetestowany.
Silniki sferoidalne. W 1971 roku magazyn Inventor and Rationalizer opublikował artykuł o sferoidalnym silniku wynalazcy z Woroneża
Ryż. 19. Schemat przekształcenia zawiasu Hooke'a w silnik sferoidalny:
1 - poprzeczka; 2 - membrana; 3 - widelce; 4 - segmenty; 5 - skorupa kulista
G. A. Sokołowa. Silnik opiera się na zdolności przegubu Hooke'a do przekształcania się w mechanizm, który ma cztery wnęki, których objętość zmienia się od minimalnej do maksymalnej podczas obrotu. W jednej lub dwóch wnękach możliwe jest zorganizowanie cyklu silnika spalinowego. Przykład transformacji pokazano na ryc. 19. Jeśli poprzeczka 1 zawiasu zostanie przekształcona w okrągłą przesłonę 2 o kulistej powierzchni zewnętrznej, a widełki 3 zawiasu zastąpione są płaskimi segmentami 4 i te trzy elementy są umieszczone w kulistej powłoce 5, to otrzymujesz mechanizm zdolny do wykonywania funkcji silnika. W tym celu w odpowiednich miejscach kulistej skorupy wystarczy wykonać okienka wlotowe i wylotowe i… karta SDS jest gotowa.
Po artykule o tym niezwykłym silniku nadeszło ponad 300 listów. Profesorowie, studenci, inżynierowie, dyrektorzy przedsiębiorstw, emeryci, mechanicy i inni wypowiadali się „za” i „przeciw". Dziesięć fabryk zgłosiło, że mogą wyprodukować silnik. Wiele listów wysłały kluby sportów wodnych. Pojawiły się propozycje wykorzystania SDHD jako silnika hydraulicznego lub pompy do lokomotyw spalinowych, silnika łodzi, silnika pneumatycznego do narzędzi ręcznych, sprężarki oraz elektrowni na stanowisku doświadczalnym. Dlatego redakcja pisma wysłała około 40 zaproszeń do instytutów, biur projektowych, fabryk i redakcji czasopism z propozycją spotkania się przy „okrągłym stole”.
Na spotkaniu sekretarz wykonawczy redakcji zwrócił uwagę słuchaczy na dwa paradoksy: fakt, że VNIIGPE, sprzeciwiając się jedynie patentom wydanym w ubiegłym stuleciu, odrzuciła wniosek o wynalazek głównie z powodu „braku użyteczności”, oraz fakt, że społeczność inżynierów nie wie o istnieniu takich silników.
Przed spotkaniem wielu wątpiło w sprawność wideł przegubowych, możliwość ich smarowania, dużą moc całkowitą (ze względu na niekorzystny szczelinowy kształt komory spalania i słabe wypełnienie ze względu na kontakt świeżej mieszanki z gorącą membraną) oraz szczelność komór spalania.
1 Wynalazca V.A.Kogut zaproponował nazwanie silników tego typu silnikami sferoidalno-przegubowymi (SDMD).
Zademonstrowanie działającego modelu silnika z kulą o średnicy 150 mm, który rozwijał 4500 obr/min przy ciśnieniu dostarczanego do niego sprężonego powietrza 14 kg/cm2, przekonująco świadczył o możliwości stworzenia wykonalnej konstrukcji tego typu . Średnica sworznia obrotowego silnika może wynosić do 60 mm. Dzięki tym wymiarom określone naciski na powierzchnie styku można łatwo zmniejszyć do dowolnej pożądanej granicy. Skuteczność uszczelnienia membrany prototypu nie budziła wątpliwości większości obecnych.
Zaprezentowano również inny silnik o średnicy kuli 102,8 mm. Został zbudowany przez wynalazcę A. G. Zabolotsky'ego, który nic nie wiedział o pracy G. A. Sokolova. W trybie silnika pneumatycznego jego konstrukcja pracowała przez około 40 godzin, rozwijając się do 7000 obr./min. W tym czasie nie stwierdzono zwiększonych wibracji ani zużycia. A szczeliny między kulą a membraną w tym modelu były nawet za małe, ponieważ podczas „gorących” testów silnik się zacinał.
Podczas dyskusji na temat niezawodności uszczelnienia SDSD okazało się, że np. w silnikach Wankla prędkość ślizgu płyt uszczelniających jest znacznie wyższa w porównaniu do pierścieni konwencjonalnych silników tłokowych, a jednocześnie tych silników działają całkiem pomyślnie. Prędkości przesuwania mogą być jeszcze niższe w SDSD. Tak więc dla dzisiejszego przemysłu, zdolnego do budowy dowolnego projektu silnika, problem niezawodności uszczelnienia prawdopodobnie nie stanowi problemu. Niezawodność uszczelnienia będzie w dużej mierze zależeć od dokładności obróbki wewnętrznej powierzchni kulistej skorupy. Doświadczenie A.G. Zabolotskiego, który zbudował silnik w warsztacie sadownictwa Verkhnedonsk, który ma tylko tokarkę, sugeruje, że niezbędną precyzję w obróbce kuli można uzyskać nawet w warunkach półrękodzielniczych. Prostotę obróbki kuli potwierdziła również produkcja kolejnego silnika sferoidalnego w fabryce obrabiarek Srednevolzhsky. Tam robotnicy używali szlifierki wewnętrznej ze stołem obrotowym.
Kąt między osiami zawiasów w silnikach sferoidalnych sięga 35 - 45°. W tym przypadku nierówność prędkości kątowych powinna doprowadzić do pojawienia się dużych przemiennych momentów bezwładności, a w konsekwencji do ogromnych drgań. Testy prototypów w sprężonym powietrzu nie wykazały niebezpiecznych drgań. Nawet śruby M3, które dokręcały półkule w silniku GA Sokołowa, wytrzymywały obciążenia. Mieszkający w Chersoniu V.I.Kuzmin nie uważa dużych kątów za niebezpieczne, a jego działalność zawodowa związana jest z zawiasami Hooke'a od 15 lat. „Zatwierdzam projekt silnika Sokołowa”, telegrafował do „okrągłego stołu”.
Brak wibracji w SDSD o dużym kącie między osiami (przy kątach większych niż 10°, zwykle unika się zawiasów Hooke'a) można wytłumaczyć tłumiącym efektem środowiska pracy. A ponieważ obciążenie jest przykładane tylko z jednej strony zawiasu, nierównomierny obrót wału bez obciążenia nie prowadzi do pojawienia się znaczących momentów bezwładności.
Zebrani przy „okrągłym stole” doszli do wniosku, że zalety i wady SDDD można ujawnić jedynie poprzez eksperymentalną weryfikację. Ta sama idea zawarta jest w liście profesora wydziału ICE Moskiewskiego Państwowego Uniwersytetu Technicznego. Bauman A.S. Orlin. Życzył autorowi „najszybszej realizacji jego pomysłów w metalu i testach”, ponieważ dopiero testy „pozwolą rozwiązać wszystkie kontrowersyjne kwestie”. Testy, a tym bardziej budowa prototypów silników nie jest sprawą łatwą: samo dostrojenie konwencjonalnego silnika, nawet w warunkach fabrycznych, trwa 4-5 lat.
Przy okrągłym stole zaprezentowano wybór patentów na silniki sferoidalne. Chociaż literatura naukowa i techniczna nie zawiera informacji na ich temat, archiwa patentowe wskazują, że G. A. Sokolov i A. G. Zobolotsky nie byli pierwszymi, którzy zauważyli niezwykłą zdolność zawiasu Hooke'a do przekształcania się w silnik lub pompę. Pierwszy podobny angielski patent pochodzi z 1879 roku, ostatni - do naszych czasów. Schemat ten nie został pominięty w tabeli klasyfikacji wszystkich możliwych schematów silników z tłokiem obrotowym, która jest podana w książce Wankla o silnikach obrotowych.
Tak więc silniki sferoidalne oparte na zawiasie Hooke'a miały po prostu pecha.
W historii budowy silników nie było osoby, która zadałaby sobie trud dostrojenia ich.
Obecnie G. Sokolov (Voronezh Polytechnic Institute) i wielu innych entuzjastów przygotowuje się do tej pracy szczegółowo. Sokołow udoskonalił fazy dystrybucji gazu, odlane ze specjalnego stopu przeciwciernego (stop Baklan), przeprowadził liczne obliczenia, które nie wykazały żadnych niedopuszczalnych obciążeń.
Drugim ośrodkiem budowy SDD był Chersoń „Teoretyk Cardana”, jak nazywano go na spotkaniu okrągłego stołu, Wiktor Iwanowicz Kuźmin tak zainteresował się tym niezwykłym schematem, że zajął się budową. Do pracy przyciągnął grupę robotników, studentów, doktorantów. Silnik jest metalowy i teraz czeka na testy.
W 1974 roku poznano kolejny silnik sferoidalny. Młodzi mieszkający w Tselinograd
Ryż. 20. Silnik V. A. Kogut. Objętość robocza 1600 cm®; średnica kuli 210 mm; prędkość 2500 obr/min; moc 65 KM z.; waga 45 - 65 kg; pochylenie osi 30e:
1 - membrana; 2 i 3 - segmenty; 4 i 5 - pierścienie uszczelniające; € „płyty uszczelniające; 7 - palce; 8 - rękawy dystansowe; 9 - koło zamachowe; 10 - rurociąg obejściowy; 11 - pręty radiatora
projektant maszyn rolniczych Valery Alvianovich Kogut dawno temu zastanawiał się nad pomysłem takiego silnika i dowiedziawszy się o pracy Sokołowa, zbudował działający model (ryc. 20). Silnik został wykonany bez układu chłodzenia i podczas dostrajania pracował przez kilka minut, aż do przegrzania w całkowitej złożoności ponad 2 h. Należy zauważyć, że taki czas pracy to swego rodzaju rekord. Sferoidalne silniki innych autorów działały krócej.
Silnik składa się z membrany 1 i dwóch segmentów 2, 3 połączonych obrotowo z membraną. Wały segmentowe obracają się w zespołach łożyskowych. Uszczelnienie segmentów i membrany odbywa się za pomocą pierścieni 4, 5, uszczelnienie między segmentami a membraną za pomocą płytek sprężynowych 6. W korpusie membrany znajdują się cztery kołki 7, do których segmenty 2, 3 są skręcane za pomocą tulei dystansowych 8 (patrz rozdział 1-1).
Cykl silnika jest dwusuwowy. W lewej połowie kuli (od strony koła zamachowego 9) przeprowadza się wstępne sprężanie mieszaniny pochodzącej z gaźnika samochodowego. Przez rurociąg obejściowy 10 mieszanina kierowana jest do prawej połowy kuli. W pozycji pokazanej na rysunku nadmuch odbywa się w górnej części, a suw roboczy rozpoczyna się w dolnej części.
Prawy segment 3 i membrana / muszą być smarowane i chłodzone olejem doprowadzanym przez prawy zespół łożyska. Ponadto kilka obciążonych sprężyną prętów usuwających ciepło 11 styka się z końcową powierzchnią prawego segmentu, wzdłuż której strumień ciepła „płynie” do żebrowanej obudowy zespołu łożyskowego. Po lewej stronie membrana jest chłodzona świeżą mieszaniną roboczą.
Testy silnika V. Koguta, podczas których zmodernizowano wiele jego jednostek, dowodzą zasady działania tego układu. Strukturalnie i technologicznie SDS jest znacznie prostszy niż silnik Wankla. Prawdziwe zalety staną się jasne w niedalekiej przyszłości po przetestowaniu silników Sokolova, Kuzmina, Koguta.
1 Umiejscowienie portów przedmuchu i wydechu na rys. 20 pokazano konwencjonalnie.
Przy okrągłym stole magazynu Inventor and Rationalizer wynalazca Kujbyszewa V.I. Osobliwością silnika (ryc. 21) jest to, że składa się z dwóch wirników, zewnętrznego / i wewnętrznego 3, obracających się w tym samym kierunku. Osie wirników są nachylone, ich łączenie odbywa się wzdłuż kuli. W centrum kuli znajduje się membrana - tłok 2, który dzieli objętość roboczą na cztery niezależne komory spalania.
Przewiń wirniki mentalnie przynajmniej jeden obrót, a objętość w pobliżu górnego korka wzrośnie do maksimum, co może odpowiadać skokowi roboczemu lub obejściu (cykl silnika jest dwusuwowy), a następnie ponownie zmniejszy się do minimum , tj. nastąpi wydech lub kompresja. Powietrze jest wstępnie sprężane przez dmuchawę odśrodkową 4.
Z doładowania powietrze wpływa do gaźnika, a następnie przez wał drążony 6 do komory spalania. Wydech odbywa się przez okna 7 w wirniku zewnętrznym, a energia spalin jest realizowana na turbinie 5. Wirnik zewnętrzny obraca się w spirali z podwójnym rogiem 8. Dlatego łopatki naprzemiennie pełnią funkcje dmuchawy i turbina. Wydech występuje w jednym klaksonu (nie pokazano na rysunku), drugi służy do doładowania. Z tego powodu obroty biegu jałowego silnika są stosunkowo wysokie - co najmniej 1500 obr./min.
W dwutaktowym cyklu pracy w diametralnie przeciwległych komorach te same procesy zachodzą jednocześnie. Na ryc. 21 pokazuje moment, w którym rozpoczyna się suw roboczy w komorach // i ///, a trwa przedmuchiwanie komór // i /// (linie ciągłe strzałek - mieszanina robocza, linie kropkowane - produkty spalania).
Jeśli spojrzysz na silnik po prawej stronie, to gdy wirnik obraca się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara w / i /// komorach, nastąpi rozszerzenie (skok) o 110 ° w kącie obrotu, a następnie okna wydechowe otworzą się i po kolejnych 8 ° - okna wlotowe. Po obróceniu o 180° objętość komór / i III będzie równa objętości w początkowym położeniu komór II i IV, co odpowiada środkowi wydmuchu. Przy kącie skrętu 240° zamykają się szyby wywiewne, a po kolejnych 8° szyby wlotowe. W tym momencie rozpocznie się cykl kompresji (cykl asymetryczny). Podczas suwu roboczego lamele wirnika zewnętrznego są omywane czystym powietrzem (strzałki z kropek), które chłodzi wirnik, a następnie powietrze to jest wykorzystywane do zwiększenia ciśnienia. Po wyczerpaniu żebra działają jak łopatki turbiny.
Szacunkowa moc silnika - 45 KM z. Przy pierwszym zapoznaniu się z nim uderza nieproporcjonalnie duży rozmiar gaźnika. Okazuje się jednak, że gaźnik jest jeszcze mniejszy niż w konwencjonalnych motocyklach, a sam silnik jest niewielki. Jesteś jeszcze bardziej zaskoczony, gdy dowiadujesz się, że rysunki robocze wszystkich części bez wyjątku mieszczą się w malutkim folderze. Przekonująco mówi o prostocie projektu, minimalnej liczbie części. A po zapoznaniu się z charakterystyką porównawczą, potwierdzoną licznymi
obliczone obliczenia - po prostu nie można nie wierzyć w przyszłość tego projektu. Sędzia dla siebie.
Oba wirniki obracają się w tym samym kierunku. W ten sposób prędkości wzajemnego ruchu części są znacznie zmniejszone, a zwykłe pierścienie doskonale spełnią swoje funkcje.
To ze względu na wysokie prędkości uszczelniania, Wankel musiał zmniejszyć prędkość obrotową silnika z 10-12 tys. do zwykłych 6 tys. obr./min. Twórcy sferoidalnego silnika nie musieli nawet ścigać wysokich obrotów. Nawet przy 4-5 tys. obr./min ich silnik przewyższa Wankla. Dość powiedzieć, że ten silnik ma większą pojemność litrową - 97 KM. sek/l przy 4000 obr/min, 2 – 3 razy wyższy moment obrotowy (25 kgm!), a ciężar właściwy – 0,5 kg/l. z. konkuruje z silnikami lotniczymi. A wszystko to dotyczy prototypu! Dzięki temu, że wirniki są symetryczne względem osi obrotu, silnik jest doskonale wyważony. To samo ułatwia przebieg identycznych procesów w diametralnie przeciwległych komorach. Obliczona nierówność silnika wynosi 2 ° 16”, czyli znacznie mniej niż w przypadku „Wankla” lub tłokowego silnika spalinowego. Symetria procesów dodatkowo determinuje niejako działanie membrany, w stanie zawieszonym, znacznie zmniejszając obciążenie par trących.
Jeśli porównamy obciążenie sworzni membrany z obciążeniem sworznia tłokowego i obciążeniem „łożysk wirnika zewnętrznego z obciążeniem czopów korbowodów konwencjonalnego silnika spalinowego o tej samej mocy, wówczas obrócą się 2 razy mniej (w porównaniu z główną szyjką dwucylindrowego tłokowego silnika spalinowego).
Zmniejszenie liczby par tarcia i mała wielkość obciążeń prowadzi do bezprecedensowo wysokiej sprawności mechanicznej. Według obliczeń może osiągnąć 92%! Żaden silnik, z wyjątkiem silników z mechanizmem S.Balandina, nie ma sprawności nawet zbliżonej do tej wartości.
Silnik V.I.Andreeva jest również interesujący, ponieważ łopatki wirnika zewnętrznego pełnią funkcje sprężarki doładowania i wentylatora chłodzącego, a także tłumika (zmieniającego prędkość i objętość gazów) oraz turbiny. W konwencjonalnych silnikach tłumik marnuje od 5 do 15% mocy. Tutaj co najmniej 5% turbiny wraca z powrotem. Pomysł na wykorzystanie spalin nie jest nowy. Ale jego realizacja jest trudna: dodaje się turbinę, sprężarkę, gazociągi (ryc. 22). W silniku VI Andreeva i L. Ya Usherenko nie wymaga to ani jednej dodatkowej części.
Działanie turbiny zostało już przetestowane w nieco nietypowych okolicznościach. Do docierania na zimno za pomocą silnika elektrycznego silnik został zainstalowany na stojaku w narzędziowni fabryki obrabiarek Srednevolzhsky, gdzie jego części były produkowane i montowane. Obrót trwał 6 h. Docieranie nie wykazywało wibracji, nagrzewania się silnika, ocierania elementów trących.
Jednak podczas „gorących” testów doszło do incydentu. Snop ognia uciekł z rury wylotowej turbiny jak z dyszy odrzutowca, ale silnik nie dawał oczekiwanej mocy. Po rozebraniu komory spalania były całkowicie czyste. Powodem jest to, że główki świec znajdują się zbyt blisko korpusu i iskra prześlizgnęła się, ale nie tam, gdzie powinna być. Tak więc pierwsze testy pośrednio potwierdziły jedynie sprawność turbiny. Odbudowę układu zapłonowego i wszelkie kłopoty z dostrojeniem przejął mechanik V.A.Artemyev.

Rozwój silników na nadchodzące dziesięciolecia to złożony i wieloaspektowy problem. Nie da się tego całkowicie oświetlić w małej broszurze. Należałoby mówić o próbach usprawnienia procesu pracy konwencjonalnych silników spalinowych, o sposobach unieszkodliwiania spalin, o zapewnieniu równomiernej wytrzymałości elementów silnika, wyeliminowaniu konieczności konserwacji i dostosowaniu konstrukcji do diagnostyki. Każdy z tych problemów zasługuje na osobną, szczegółową historię.
Celem niniejszej broszury jest ułatwienie czytelnikowi poruszania się po nurcie informacji na poruszany problem oraz zwrócenie uwagi na projekty wynalazców, które z pewnością zajmą miejsce w rodzinie pierwszych ludzkich pomocników - silników.

|||||||||||||||||||||||||||||||||
Rozpoznawanie tekstu książki z obrazów (OCR) - studio kreatywne BK-MTGK.

Nie ma znaczenia, do czego zostały stworzone, próbując stworzyć najbardziej ekonomiczny silnik lub odwrotnie, najmocniejszy. Ważny jest jeszcze jeden fakt - te silniki powstały i istnieją w prawdziwych egzemplarzach roboczych. Cieszymy się z tego i zapraszamy naszych czytelników do obejrzenia z nami 10 najbardziej szalonych silników samochodowych, jakie znaleźliśmy.

Tworząc naszą listę 10 Crazy Car Engines, przestrzegaliśmy kilku zasad: dostały się do niego tylko elektrownie seryjnych samochodów osobowych; żadnych silników wyścigowych ani modeli eksperymentalnych, ponieważ z definicji są niezwykłe. Nie korzystaliśmy też z „najlepszych” silników, największy lub najmocniejszy, wyłączność obliczono według innych kryteriów. Bezpośrednim celem tego artykułu jest zwrócenie uwagi na niezwykłą, czasem szaloną konstrukcję silnika.

Panowie, odpalajcie silniki!

8,0 litra, ponad 1000 KM W-16 to najpotężniejszy i najbardziej złożony silnik, jaki kiedykolwiek wyprodukowano. Ma 64 zawory, cztery turbosprężarki i moment obrotowy wystarczający do zmiany kierunku obrotu Ziemi – 1500 Nm przy 3000 obr./min. Jego 16-cylindrowy silnik w kształcie litery W, zasadniczo łączący wiele silników, nigdy wcześniej nie istniał, ani w żadnym innym modelu poza nowym samochodem. Nawiasem mówiąc, ten silnik gwarantuje bezawaryjną pracę przez cały okres eksploatacji, co zapewnia producent.

Bugatti Veyron W-16 (2005-2015)

Bugatti Veyron, jedyny dziś samochód, w którym można spotkać potwora w kształcie litery W w akcji. Bugatti otwiera listę (zdjęcie 2011 16.4 Super Sport).

Na początku ubiegłego wieku inżynier motoryzacyjny Charles Knight Yale doznał objawienia. Uważał, że tradycyjne zawory grzybkowe są zbyt skomplikowane, a sprężyny powrotne i popychacze zbyt nieskuteczne. Stworzył swój własny rodzaj zaworów. Jego rozwiązanie nazwano „zaworem suwakowym” – sprzęgłem ślizgającym się wokół tłoka napędzanego wałem zębatym, który otwiera wloty i wyloty w ściance cylindra.

Zawór rękawowy rycerski (1903-1933)

Co zaskakujące, to zadziałało. Silniki zaworów szpulowych zapewniały duże przemieszczenie objętościowe, niski poziom hałasu i brak ryzyka zablokowania zaworu. Niewiele było wad, między innymi zwiększone zużycie oleju. Knight opatentował swój pomysł w 1908 roku. Następnie był używany przez wszystkie marki, od samochodów Mercedes-Benz po samochody Panhard i Peugeot. Technologia to już przeszłość, kiedy klasyczne zawory lepiej radzą sobie z wysokimi temperaturami i wysokimi obrotami. (1913-Rycerz 16/45).

Wyobraź sobie, że w latach 50. jesteś producentem samochodów próbującym opracować nowy model samochodu. Jakiś Niemiec o imieniu Felix przychodzi do twojego biura i próbuje sprzedać ci pomysł trójkątnego tłoka obracającego się w owalnym pudełku (siłownik o specjalnym profilu), aby pasował do twojego przyszłego modelu. Zgodziłeś się na to? Prawdopodobnie tak! Praca tego typu silnika jest tak hipnotyzująca, że ​​trudno oderwać się od kontemplacji tego procesu.

Niezbędnym minusem wszystkiego, co niezwykłe, jest złożoność. W tym przypadku głównym wyzwaniem było to, że silnik musiał być niesamowicie wyważony, z precyzyjnie dopasowanymi częściami.

Mazda / NSU Wankel Rotary (1958-2014)

Sam wirnik jest trójkątny z wypukłymi krawędziami, jego trzy rogi są wierzchołkami. Wirnik obracając się wewnątrz obudowy tworzy trzy komory, które odpowiadają za cztery fazy cyklu: wlotową, sprężającą, podróżną i wylotową. Każda strona wirnika podczas pracy silnika wykonuje jeden z etapów cyklu. Nie bez powodu silnik z tłokiem obrotowym jest jednym z najwydajniejszych silników spalinowych na świecie. Szkoda, że ​​nigdy nie osiągnięto normalnego zużycia paliwa z silników Wankla.

Niezwykły silnik, prawda? Czy wiesz, co jest jeszcze dziwniejsze? Ten silnik był produkowany do 2012 roku i został umieszczony w samochodzie sportowym! (1967-1972 Mazda Cosmo 110S).

Firma Eisenhuth Horseless Vehicle z Connecticut została założona przez Johna Eisenhutha, nowojorczyka, który twierdził, że wynalazł silnik benzynowy i miał paskudny zwyczaj wywoływania pozwów od swoich partnerów biznesowych.

Jego modele Compound z lat 1904-1907 miały trzycylindrowe silniki, w których dwa zewnętrzne cylindry były wprawiane w ruch przez zapłon, a środkowy martwy cylinder był napędzany spalinami z pierwszych dwóch cylindrów.

Związek Eisenhutha (1904-1907)

Eisenhuth obiecał 47% poprawę efektywności paliwowej w porównaniu ze standardowymi silnikami tej samej wielkości. Idea humanitarna nie pojawiła się na dworze na początku XX wieku. Nikt wtedy nie myślał o oszczędzaniu. Rezultatem jest bankructwo w 1907 roku. (na zdjęciu 1906 Eisenhuth Compound Model 7.5)

Francuzom należy pozostawić zaprojektowanie ciekawych silników, które na pierwszy rzut oka wyglądają zwyczajnie. Znany producent z Gali Panhard, znany głównie z tytułowego pręta odrzutowego Panhard, zainstalował w swoich powojennych samochodach serię chłodzonych powietrzem silników typu bokser z aluminiowymi blokami.

Panhard płaski bliźniak (1947-1967)

Pojemność wahała się od 610 do 850 cm3. Moc wyjściowa wynosiła od 42 KM. i 60 KM, w zależności od modelu. Najlepsza część samochodów? Bliźniak Panhard, któremu udało się wygrać 24-godzinny wyścig Le Mans. (na zdjęciu 1954 Panhard Dyna Z).

Dziwna nazwa oczywiście, ale silnik jest jeszcze dziwniejszy. Commer TS3 o pojemności 3,3 litra był doładowanym, trzycylindrowym, dwusuwowym silnikiem wysokoprężnym z tłokami przeciwbieżnymi. Każdy cylinder ma dwa tłoki skierowane do siebie, z jedną centralną świecą zapłonową umieszczoną w jednym cylindrze. Nie miał głowicy cylindra. Zastosowano jeden wał korbowy (większość silników typu bokser ma dwa).

Commer / Rootes TS3 "Commer Knocler" (1954-1968)

Grupa Rootes wynalazła ten silnik dla swojej marki ciężarówek i autobusów Commer. (magistrala komercyjna TS3)

Podwójna korba Lanchester Twin (1900-1904)

Wynik wynosił 10,5 KM. przy 1250 obr./min i bez zauważalnych wibracji. Jeśli kiedykolwiek się zastanawiałeś, spójrz na silnik w tym aucie. (1901 Lanchester).

Podobnie jak Veyron, supersamochód Cizeta z limitowanej edycji (z domu Cizeta-Moroder) V16T jest zdefiniowany przez silnik. 560-konny 6,0-litrowy V16 w łonie Cizety stał się jednym z najbardziej rozreklamowanych silników swoich czasów. Intryga polegała na tym, że silnik Cizeta nie był w rzeczywistości prawdziwym V16. W rzeczywistości były to dwa silniki V8 połączone w jeden. W przypadku dwóch silników V8 zastosowano pojedynczy blok i centralny czas. Co to robi nie czyni go jeszcze bardziej szalonym - lokalizacja. Silnik montowany jest poprzecznie, środkowy wał dostarcza moc na tylne koła.

Cizeta-Moroder / Cizeta V16T (1991-1995)

Supersamochód był produkowany od 1991 do 1995 roku, ten samochód był montowany ręcznie. Początkowo planowano produkować 40 supersamochodów rocznie, następnie poziom ten obniżono do 10, ale ostatecznie w ciągu prawie 5 lat produkcji wyprodukowano tylko 20 samochodów. (fot. 1991 Cizeta-16T Moroder)

Silniki Commer Knocker były w rzeczywistości inspirowane francuską rodziną silników przeciwtłokowych, które były produkowane w dwóch, czterech, sześciu cylindrach do wczesnych lat dwudziestych. Tak to działa w wersji dwucylindrowej: tłoki w dwóch rzędach naprzeciw siebie we wspólnych cylindrach w taki sposób, że tłoki każdego cylindra zbliżają się do siebie i tworzą wspólną komorę spalania. Wały korbowe są mechanicznie zsynchronizowane, a wał wydechowy obraca się przed wałem wlotowym o 15-22 °, moc pobierana jest z jednego z nich lub z obu.

Tłok przeciwny Gobron-Brillié (1898-1922)

Seryjnie produkowano silniki w zakresie od 2,3 litra „dwójek” do 11,4 litra szóstek. Była też monstrualna, wyścigowa, czterocylindrowa wersja silnika o pojemności 13,5 litra. W samochodzie z takim silnikiem kierowca wyścigowy Louis Rigoli po raz pierwszy osiągnął prędkość 160 km/h w 1904 roku (1900 Nagant-Gobron)

Adams-Farwell (1904-1913)

Jeśli nie przeszkadza Ci pomysł kręcącego się za Tobą silnika, to auta Adams-Farwell są dla Ciebie idealne. To prawda, że ​​nie wszystkie się obracały, tylko cylindry i tłoki, ponieważ wały korbowe w tych trzy- i pięciocylindrowych silnikach były statyczne. Umieszczone promieniowo cylindry były chłodzone powietrzem i działały jak koło zamachowe, gdy tylko silnik został uruchomiony i zaczął pracować. Silniki były jak na swoje czasy lekkie, 86 kg ważyło trzycylindrowy silnik o pojemności 4,3 litra, a 120 kg - silnik o pojemności 8,0 litra. Wideo.

Adams-Farwell (1904-1913)

Same samochody miały silnik z tyłu, przedział pasażerski znajdował się przed ciężkim silnikiem, a układ był idealny do przyjmowania maksymalnych obrażeń pasażerów w wyniku wypadku. U zarania motoryzacji nie myślano o wysokiej jakości materiałach i niezawodnej konstrukcji, w pierwszych samojezdnych powozach stosowano w staromodny sposób drewno, miedź, a czasem i metal, nie najwyższej jakości. Chyba nie było zbyt komfortowo czuć za plecami pracę 120-kilogramowego silnika kręcącego się do 1000 obr/min. Samochód jest jednak produkowany od 9 lat. (Zdjęcie 1906 Adams-Farwell 6A Cabrio Runabout).

Trzydzieści cylindrów, pięć bloków, pięć gaźników, 20,5 litra. Ten silnik został opracowany w Detroit specjalnie na potrzeby wojny. Chrysler zbudował A57 jako sposób na zrealizowanie zamówienia na silnik czołgowy na czas II wojny światowej. Inżynierowie musieli pracować w pośpiechu, maksymalnie wykorzystując dostępne komponenty.

PREMIA. Niesamowite silniki nieprodukcyjne: Chrysler A57 Multibank

Silnik składał się z pięciu rzędowych szóstek samochodów osobowych o pojemności 251 cm3, rozmieszczonych promieniowo wokół centralnego wału wyjściowego. Moc okazała się wynosić 425 KM. używany w czołgach M3A4 Lee i M4A4 Sherman.

Drugim bonusem jest jedyny w recenzji silnik wyścigowy. 3.0-litrowy silnik używany przez BRM (British Racing Motors), 32-zaworowy silnik H-16, łączący w zasadzie dwie płaskie ósemki (Silnik w kształcie litery H - silnik, którego konfiguracja bloku cylindrów reprezentuje literę „H” w układzie pionowym lub poziomym Silnik w kształcie litery H można uznać za dwa silniki typu bokser umieszczone jeden na drugim lub jeden obok drugiego, z których każdy ma własne wały korbowe)... Moc silnika sportowego z końca lat 60. była więcej niż wysoka, ponad 400 KM, ale H-16 był poważnie gorszy od innych modyfikacji pod względem masy i niezawodności. raz zobaczyłem podium podczas Grand Prix Stanów Zjednoczonych, kiedy Jim Clark wygrał wyścig w 1966 roku.

PREMIA. Niesamowite silniki nieprodukcyjne: British Racing Motors H-16 (1966-1968)

16-cylindrowy silnik nie był jedynym, przy którym majstrowali ludzie z BRM. Opracowali również doładowany 1,5-litrowy silnik V16. Obracał się do 12.000 obr./min i wytwarzał około 485 KM. Prawdopodobnie fajnie byłoby zainstalować taki silnik w Toyocie Corolla AE86, entuzjaści z całego świata myśleli o tym nie raz.

Dzisiaj zapamiętamy naprawdę nieliczne konfiguracje silników, zarówno pod względem liczby cylindrów, jak i ich rozmieszczenia. I chodźmy w górę ...

Silnik jednocylindrowy

Teraz te jednocylindrowe silniki można znaleźć tylko w motorowerach, motocyklach o małej pojemności, rikszach i innym sprzęcie z przedrostkiem „moto”. Tymczasem w latach 50. i 60. ubiegłego wieku lwia część powojennych mikrosamochodów była wyposażona w takie proste silniki. Weźmy na przykład brytyjski Bond Minicar z silnikiem Villiers: tak, nawet jeśli jest trzykołowy i ciasny, ale ma maskę, dach, pełnoprawną kierownicę - obecny jest minimalny zestaw udogodnień.

Rozwidlony silnik dwutłokowy

Taki silnik to mechanizm, w którym dwa tłoki pracują równolegle w dwóch cylindrach. Ale jest jeden szkopuł - komora spalania tych cylindrów jest jedna, wspólna. W ten sposób osiąga się bardziej wydajne spalanie mieszanki paliwowo-powietrznej w porównaniu z konwencjonalnymi silnikami jednocylindrowymi, poprawia się wydajność paliwowa i zwiększa się moc. Ten typ silnika był używany w Europie Zachodniej przed wojną, ale po II wojnie światowej stał się znacznie mniej popularny. Jednym z nielicznych samochodów z silnikiem rozwidlonym był Iso Isetta, którego silnik o pojemności 236 cm3 wytwarzał 9 koni mechanicznych.

2-cylindrowy silnik w kształcie litery V

Duma Harleya-Davidsona, w przeciwieństwie do dwucylindrowych silników rzędowych lub przeciwstawnych, nie zakorzeniła się w samochodach osobowych – zbyt mocno wibrują. Silniki w kształcie litery V z dwoma „garnkami” można znaleźć tylko w różnych egzotykach, takich jak trójkołowy „Morgan” z lat 30., a także niektóre samochody kei z wczesnego okresu powojennego. Jednym z przykładów jest Mazda R360 z miniaturowym silnikiem V2 chłodzonym powietrzem. Później na jego bazie pojawiły się pojazdy użytkowe B360/B600 – również z „dwójkami” w kształcie litery V.

4-cylindrowy silnik w kształcie litery V

Trzycylindrowe silniki w kształcie litery V nie występują w samochodach (tylko w motocyklach, a nawet rzadko), ale „czwórki” w kształcie litery V są dość. To prawda, że ​​pod względem popularności są gorsze zarówno od silników rzędowych, jak i typu bokser o tej samej liczbie cylindrów. W dzisiejszych czasach tę dziwaczną elektrownię można spotkać na przykład w Zaporożcu, samochodach LuAZ, niektórych wczesnych wersjach Forda Transita, a także samochodach sportowych, takich jak Saab Sonnet lub, po drugie, triumfalne Porsche 919 z Le Mans.

Pięciocylindrowy silnik w kształcie litery V

Teraz pięciocylindrowe silniki rzędowe przeżywają swoje odrodzenie: teraz można je znaleźć nie tylko w Audi 200 / Quattro w średnim wieku z lat 80., ale także w bardziej nowoczesnym Audi TT-RS. Ale przed odrodzeniem „piątki” w kształcie litery V ręce inżynierów jeszcze nie dotarły. W latach 90. inżynierowie Volkswagena pomyśleli o tym nietypowym schemacie, odcinając jeden cylinder z silnika VR6 - formalnie Volkswagen V5 to dokładnie VR5, ponieważ silnik ma tylko jedną głowicę z lekkim wygięciem tych samych cylindrów. Z przyjemnym głosem V5 był instalowany w wielu modelach Volkswagena z końca lat 90.: VW Golf, Bora, Passat i Seat Toledo.

Sześciocylindrowy silnik rzędowy w kształcie litery V (VR6)

Nawiasem mówiąc, VR6 to także rzadka konfiguracja. I ją też można znaleźć tylko w samochodach koncernu Volkswagen. VR6 był bardzo małym camberem V6 (10,5 lub 15 stopni) z tylko jedną głowicą cylindrów i zygzakowatym wzorem. Teraz silnik ma kontrowersyjną sławę: montowany w najmocniejszym Volkswagenie lat 90. (Golf VR6, Corrado VR6, a nawet Volkswagen T4) wyróżnia się świetnym momentem obrotowym i aksamitnym rykiem, ale w przypadku awarii uruchamia się pożerać benzynę - zdarzały się przypadki, gdy zużycie wzrosło do ponad 70 litrów na 100 kilometrów.

8-cylindrowy silnik rzędowy

Przed II wojną światową rzędowe „ósemki” były ulubionymi silnikami amerykańskich marek premium (Packard, Duesenberg, Buick), ale równie popularne były wówczas w Europie: to z tym silnikiem Bugatti Type 35 wygrał więcej ponad tysiąc wyścigów na całym świecie To właśnie dzięki 8-cylindrowemu rzędowemu silnikowi oryginalna Alfa Romeo 8C zabłysnęła podczas Mille Miglia i 24-godzinnego wyścigu Le Mans. Łabędzią pieśnią długiego silnika był rok 1955, kiedy to Juan Manuel Fangio został mistrzem po raz drugi, prowadząc Mercedesa W196. Jednak w tym samym roku miała miejsce słynna tragedia w Le Mans, kiedy Mercedes 300 SLR Pierre'a Levegha (również z rzędową ósemką) zabił ponad 80 widzów. Po tym incydencie Mercedes wycofał się ze sportów motorowych na ponad 30 lat.

8-cylindrowy silnik Boxera

Chociaż silniki te są częściej spotykane w lotnictwie, kiedyś eksperymentowano z nimi w Porsche – wyścigowe Porsche 907 i 908 zbudowane w latach 60. były wyposażone w 8-cylindrowe silniki typu bokser, zapewniające dużą moc i nisko położony środek ciężkości. Nie znaczy to, że pomysł się nie powiódł, ale firma szybko porzuciła takie silniki, preferując przeciwne „szóstki”, ale z systemem ciśnieniowym. Pod koniec swojego życia 908 – podobnie jak ta, w której Yost i X zajęli drugie miejsce w 24-godzinnym wyścigu Le Mans w 1980 roku – była już sześciocylindrowa.

8-cylindrowy silnik w kształcie litery W

Silnik W8, który można znaleźć tylko w Volkswagenie Passacie B5 +, można traktować jako dwa silniki V4, które są zamontowane obok siebie pod kątem 72 stopni względem siebie. W ten sposób uzyskuje się cztery rzędy cylindrów, dla których silnik został nazwany W8. Przed pojawieniem się Volkswagena Phaetona, model Passat W8 był flagowym sedanem firmy, rozwijając 275 koni mechanicznych i przyspieszając do „setek” w samochodzie sportowym 6 sekund.

10-cylindrowy silnik Boxera

Niestety pomysł ten okazał się zbyt fajny, aby mógł się urzeczywistnić, chociaż GM pracował nad podobnym silnikiem w latach 60., opartym na 6-cylindrowym „przeciwstawnym” modelu Corvair. Zakładano, że nowy 10-cylindrowy silnik zajmie miejsce w pełnowymiarowych sedanach i lekkich pickupach General Motors, ale projekt został szybko ograniczony z nieznanych obecnie powodów. W maszynach nie było również 10-cylindrowych silników rzędowych - z wyjątkiem ciężkich kontenerowców morskich.

12-cylindrowy silnik rzędowy

W swojej książce The Illustrated Encyclopedia of the Automobiles of the World, David Bergs Weisz stwierdza, że ​​jedynym seryjnym samochodem z 12-cylindrowym silnikiem rzędowym była Corona, która została wyprodukowana we Francji w 1908 roku. Nie oznacza to jednak, że pomysł nie spodobał się innym firmom – na przykład niezawodnie wiadomo, że Packard eksperymentował z tego typu silnikami. Działająca kopia została zbudowana w 1929 roku, a Warren Packard osobiście testował ją przez sześć miesięcy… aż zginął w katastrofie lotniczej. Po jego śmierci luksusowy kabriolet został zdemontowany, a unikalny 150-konny silnik został zniszczony.

16-cylindrowy silnik w kształcie litery V

Wraz z pojawieniem się Bugatti Veyron / Chiron, 16-cylindrowe silniki są w większości prezentowane tylko w kształcie litery W, ale nie zawsze tak było - przez cały miniony wiek 16 cylindrów prawie zawsze było ustawionych w dwóch rzędach. Auto Union Type A, Cadillac V16, Cizeta V16T to tylko kilka przykładów pojazdów V16. Ale taki silnik mógłby bardzo dobrze pojawić się w nowoczesnych samochodach Rolls-Royce - działający prototyp Rolls-Royce Phantom Coupe z 9-litrowym silnikiem V16 został zaprezentowany w filmie "Agent Johnny English: Reloaded".

Silnik Boxer 16-cylindrowy

Oczywiście taki silnik mógł powstać tylko z myślą o sportach motorowych. Ironią jest jednak to, że 16-cylindrowe bokserki nigdy nie były ścigane: prototyp Porsche 917 z 16 cylindrami trafił na półkę historii niemal natychmiast, decydując się na 12 „garnków” i nowy silnik Coventry Climax FWMW, który miał do wyposażenia Formuły Lotus i Brabham w latach 60. okazały się tak zawodne, że woleli bardziej konserwatywne V8.

16-cylindrowy silnik w kształcie litery H

Silnik w kształcie litery H to „kanapka” dwóch „bokserów”, co pozytywnie wpływa na zwartość elektrowni, ale negatywnie - na jej środek ciężkości. W latach 60-tych zespół formuły BRM odważył się zbudować taki silnik… i wyniki były mieszane – silnik był mocny, ale niezbyt niezawodny i trudny w naprawie. Jednak Lotus 43 Jima Clarka wyposażony w taki silnik jako pierwszy przekroczył linię mety podczas Grand Prix USA w 1966 roku. To był pierwszy i ostatni triumf H16.

18-cylindrowy silnik w kształcie litery V

Kiedy wydaje się, że nie ma dokąd pójść, na scenę wkraczają ciężarówki i udowadniają coś przeciwnego. Samochód z V18? I są takie - jak na przykład BelAZ 75600, wyposażony w 78-litrowy silnik wysokoprężny Cummins QSK78. To „serce” wytwarza 3500 koni mechanicznych przy 1500 obr./min, a jego moment obrotowy sięga 13 770 Nm. No bo jak inaczej ruszyć załadowanym kolosem ważącym 560 ton?

18-cylindrowy silnik w kształcie litery W

Teraz prawdopodobnie niewielu pamięta, że ​​Bugatti Veyron pierwotnie miał być 18-cylindrowym samochodem - oryginalny samochód koncepcyjny miał właśnie taką moc. Jednak Bugatti nie był w stanie sprawić, by silnik działał poprawnie (wystąpiły problemy ze zmianą biegów), więc Veyron okazał się 16-cylindrowym silnikiem. Kiedyś opiekun Ferrari, Franco Rocco, myślał o silniku W18, ale nie posunął się dalej niż plan.

Silnik w kształcie litery V

Elektrownie te są używane na ciężkich statkach lub jako przemysłowe generatory diesla, ale czasami są wykorzystywane w wywrotkach górniczych. Jednym z takich 20-cylindrowych potworów jest Caterpillar 797F, napędzany silnikiem Cat C175-20 o mocy 4000 koni mechanicznych. Tak wygląda 106 litrów pojemności roboczej. Istnieją bardziej złożone silniki wielocylindrowe, ale są to w większości jednostki domowej roboty powstałe z połączenia kilku silników 8- lub 12-cylindrowych.

32-cylindrowy silnik w kształcie litery X

Podczas gdy silniki o konstrukcji w kształcie litery W mają bloki w kształcie litery V zbiegające się pod ostrym kątem, w silnikach w kształcie litery X są one umieszczone pod kątem 180 stopni. W ten sposób powstają cztery rzędy tłoków i cylindrów, tworzące literę X. Kiedyś Honda zamierzała zbudować taki 32-cylindrowy silnik dla Formuły 1, ale zmiany w przepisach i rozczarowujące wyniki testów laboratoryjnych zmusiły Japończyków do porzucenia śmiałego eksperymentu . Ale Moskali i goście stolicy będą mogli wkrótce zobaczyć (i usłyszeć) silnik w kształcie litery X na głównym placu kraju - w końcu 12-cylindrowy silnik ChTZ A-85-3A z silnikiem w kształcie litery X schemat stosowany jest w Jednostkowym Przedsiębiorstwie Państwowym Armata.

Silniki spalinowe od ponad 100 lat stosowane są w przemyśle samochodów osobowych i przez cały ten czas nie wynaleziono żadnych rewolucyjnych zmian w ich pracy czy strukturze przemysłowej. Jednak te silniki mają wiele wad. Inżynierowie zawsze z nimi walczyli, tak jak do dziś. Zdarza się, że niektóre pomysły rozwijają się w dość oryginalne i efektowne rozwiązania techniczne. Niektóre z nich pozostają w fazie rozwoju, podczas gdy inne są wdrażane w niektórych seriach samochodów.

Porozmawiajmy o najciekawszych osiągnięciach inżynieryjnych w dziedzinie „silników samochodowych”

Godne uwagi fakty z historii

Klasyczny czterosuwowy silnik został wynaleziony w 1876 roku przez niemieckiego inżyniera Nikolausa Otto, cykl działania takiego silnika spalinowego (ICE) jest prosty: dolot, sprężanie, skok mocy, wydech. Ale już 10 lat po wersji Otto brytyjski wynalazca James Atkinson zaproponował ulepszenie tego schematu. Na pierwszy rzut oka cykl Atkinsona, jego kolejność skoków i zasada działania są takie same, jak wynaleziony przez Niemca silnik. W rzeczywistości jest to jednak zupełnie inny i bardzo oryginalny system.

Zanim porozmawiamy o zmianach w klasycznej konstrukcji silnika spalinowego, przyjrzyjmy się zasadzie działania takiego silnika, aby każdy zrozumiał, o czym mówimy.

Model 3D silnika spalinowego:

Komentarze i najprostszy schemat ICE:

Cykl Atkinsona

Po pierwsze, silnik Atkinsona ma unikalny wał korbowy z przesuniętymi punktami mocowania.

Ta innowacja umożliwiła zmniejszenie strat tarcia i zwiększenie stopnia sprężania silnika.

Po drugie, silnik Atkinsona ma różne fazy dystrybucji gazu. W przeciwieństwie do silnika Otto, w którym zawór dolotowy zamyka się niemal natychmiast po przejściu tłoka przez dolny punkt, w silniku brytyjskiego wynalazcy skok ssania jest znacznie dłuższy, w wyniku czego zawór zamyka się, gdy tłok znajduje się już w połowie wysokości cylindra martwy środek. Teoretycznie taki system miał usprawnić proces napełniania cylindrów, co z kolei miało prowadzić do oszczędności paliwa i wzrostu wskaźników mocy silnika.

Ogólnie rzecz biorąc, cykl Atkinsona jest o 10% bardziej wydajny niż cykl Otto. Jednak seryjnie samochody z takim silnikiem spalinowym nie były produkowane i nie są produkowane.

Cykl Atkinsona w praktyce

Chodzi o to, że taki silnik może zapewnić normalną pracę tylko przy dużych prędkościach, na biegu jałowym - po prostu ma tendencję do gaśnięcia. Aby temu zapobiec, programiści i inżynierowie próbowali wprowadzić do systemu doładowanie z mechaniką, ale jego instalacja, jak się okazało, praktycznie niweczy wszystkie zalety i zalety silnika Atkinsona. W związku z tym masowo produkowane samochody z takim silnikiem praktycznie nie były produkowane. Jedną z najbardziej znanych jest Mazda Xedos 9 / Eunos 800, produkowana w latach 1993-2002. Samochód napędzał 2,3-litrowy silnik V6 o mocy 210 KM.

Mazda Xedos 9 / Eunos 800:

Ale producenci samochodów hybrydowych z radością zaczęli wykorzystywać ten cykl ICE w rozwoju. Ponieważ przy niskich prędkościach taki samochód porusza się za pomocą silnika elektrycznego, a do przyspieszania i szybkiej jazdy potrzebuje silnika benzynowego, można maksymalnie wykorzystać wszystkie zalety cyklu Atkinsona.

Dystrybucja gazu szpulowego

Głównym źródłem hałasu w silniku samochodowym jest mechanizm dystrybucji gazu, ponieważ jest w nim sporo ruchomych części - różne zawory, popychacze, wałki rozrządu itp. Wielu wynalazców próbowało „uspokoić” taki nieporęczny mechanizm. Być może największy sukces odniósł amerykański inżynier Charles Knight. Wynalazł własny silnik.

Nie ma ani standardowych zaworów, ani napędu do nich. Części te zostały zastąpione przez szpule w postaci dwóch tulei, które są umieszczone między tłokiem a cylindrem. Unikalny napęd sprawił, że szpule przesunęły się w górne i dolne położenie, te z kolei w odpowiednim momencie otworzyły okna w cylindrze, w które dostało się paliwo, a spaliny zostały wypuszczone do atmosfery.

Na początku XX wieku taki system był dość bezgłośny. Nic dziwnego, że zainteresowało się nim coraz więcej producentów samochodów.

Dopiero teraz taki silnik nie był tani, dlatego zakorzenił się tylko w prestiżowych markach, takich jak Mercedes-Benz, Daimler czy Panhard Levassor, których nabywcy dążyli do maksymalnego komfortu, a nie taniości.

Ale wiek silnika wynalezionego przez Knighta był krótkotrwały. A już w latach 30. ubiegłego wieku producenci samochodów zdali sobie sprawę, że silniki tego typu nie są całkiem praktyczne, ponieważ ich konstrukcja nie jest całkowicie niezawodna, a wysoki stopień tarcia między szpulami zwiększa zużycie paliwa i oleju. Dlatego samochód z silnikiem spalinowym tego typu można było rozpoznać po niebieskawej mgiełce z rury wydechowej samochodu od palącego się smaru.

W praktyce światowej istniało wiele różnych rozwiązań w zakresie modernizacji klasycznego silnika spalinowego, jednak jego pierwotny schemat przetrwał do dziś. Niektórzy producenci samochodów, oczywiście, wprowadzają w życie odkrycia odnoszących sukcesy naukowców i rzemieślników, ale w istocie ICE pozostał taki sam.

Samochodowe silniki parowe i silniki spalinowe są praktycznie w tym samym wieku. Sprawność silnika parowego tej konstrukcji iw tamtych latach wynosiła około 10%. Sprawność silnika Lenoira wynosiła tylko 4%. Dopiero 22 lata później, w 1882 roku, August Otto ulepszył go tak, że sprawność obecnie benzynowego silnika sięgała… aż 15%

Począwszy od 1801 roku historia transportu parowego trwała prawie 159 lat. W 1960 r. (!) w USA nadal budowano autobusy i ciężarówki z silnikami parowymi. W tym czasie silniki parowe zostały znacznie ulepszone. W 1900 roku w Stanach Zjednoczonych 50% parkingu stanowiła „parowa”. Już w tamtych latach powstała konkurencja między parą, benzyną i - uwaga! - wózki elektryczne. Po rynkowym sukcesie Forda Model-T i pozornej porażce silnika parowego, w latach dwudziestych nastąpił nowy wzrost popularności samochodów parowych: koszt paliwa do nich (olej opałowy, nafta) był znacznie niższy niż koszt benzyny.

„Klasyczny” silnik parowy, który uwalniał parę spalinową do atmosfery, ma sprawność nie większą niż 8%. Natomiast silnik parowy ze skraplaczem i profilowaną ścieżką przepływu ma sprawność dochodzącą do 25–30%. Turbina parowa dostarcza 30-42%. Instalacje o cyklu kombinowanym, w których turbiny gazowe i parowe są używane „w tandemie”, mają sprawność do 55-65%. Ta ostatnia okoliczność skłoniła inżynierów BMW do rozpoczęcia prac nad opcjami wykorzystania tego schematu w samochodach. Nawiasem mówiąc, sprawność nowoczesnych silników benzynowych wynosi 34%.

Koszt produkcji silnika parowego przez cały czas był niższy niż koszt gaźnika i silników Diesla o tej samej mocy. Zużycie paliwa ciekłego w nowych silnikach parowych pracujących w obiegu zamkniętym na parze przegrzanej (suchej) i wyposażonych w nowoczesne układy smarowania, wysokiej jakości łożyska i elektroniczne układy regulacji cyklu pracy wynosi zaledwie 40% dotychczasowego.

Silnik parowy uruchamia się powoli. I to było kiedyś ... Nawet samochody produkcyjne firmy Stanley „robiły pary” od 10 do 20 minut. Ulepszenie konstrukcji kotła i wprowadzenie kaskadowego trybu grzania skróciło czas gotowości do 40-60 sekund.

Wagon parowy jest zbyt powolny. To nie jest prawda. Rekord prędkości z 1906 roku – 205,44 km/h – należy do wagonu parowego. W tamtych latach samochody napędzane silnikami benzynowymi nie potrafiły tak szybko jeździć. W 1985 roku samochód parowy jeździł z prędkością 234,33 km/h. A w 2009 roku grupa brytyjskich inżynierów zaprojektowała „bolid” z turbiną parową z napędem parowym o pojemności 360 litrów. z., który był w stanie poruszać się z rekordową średnią prędkością w wyścigu – 241,7 km/h.

Co ciekawe, współczesne badania w dziedzinie paliwa wodorowego do silników samochodowych zrodziły szereg „bocznych gałęzi”: wodór jako paliwo do klasycznych tłokowych silników parowych, a zwłaszcza do turbinowych silników parowych, zapewnia absolutną przyjazność dla środowiska. „Dym” z takiego silnika to… para wodna.

Silnik parowy jest kapryśny. To nie prawda. Jest strukturalnie znacznie prostszy niż silnik spalinowy, co samo w sobie oznacza większą niezawodność i bezpretensjonalność. Żywotność silników parowych to kilkadziesiąt tysięcy godzin ciągłej pracy, co nie jest typowe dla innych typów silników. To jednak nie koniec. Ze względu na zasady działania silnik parowy nie traci sprawności przy spadku ciśnienia atmosferycznego. Z tego powodu pojazdy parowe doskonale nadają się do użytku w górach, na trudnych przełęczach górskich.

Warto zwrócić uwagę na jeszcze jedną użyteczną właściwość silnika parowego, który, nawiasem mówiąc, jest podobny do silnika elektrycznego na prąd stały. Spadek prędkości wału (na przykład wraz ze wzrostem obciążenia) powoduje wzrost momentu obrotowego. Dzięki tej właściwości samochody z silnikami parowymi zasadniczo nie potrzebują skrzyń biegów - same w sobie bardzo złożone, a czasem kapryśne mechanizmy.