Cele mai neobișnuite motoare. Motoarele sunt originale și uimitoare: ardere

După cum a afirmat Noua Zeelandă Duke Engines că motoarele lor axiale sunt cele mai economice și mai ușoare. Unitățile de putere fabricate de companie pot fi instalate pe bărci și aeronave ușoare. Dar asta nu este tot. În viitorul apropiat, compania promite să lanseze motoare similare pentru.

Nu știm dacă Duke Engines poate produce motoare bune și de înaltă calitate pentru industria auto. Este posibil ca în viitor această companie să schimbe înțelegerea noastră despre sistemele de propulsie în vehiculele moderne. Dar, în orice caz, merită să acordați atenție acestor motoare. Arată neobișnuit, mai ales dacă, ceea ce arată modul în care funcționează acest motor neobișnuit. Impresionant.

Principiul de funcționare al motorului nu este doar surprinzător, ci și fascinant.

Proiectarea motorului a parcurs un drum lung de la dezvoltarea conceptuală la primele prototipuri de lucru. În ciuda faptului că în acest moment dezvoltarea motorului continuă, nu arată mai rău decât motoarele moderne.

Până în prezent, unitatea de putere există ca prototip. La fel ca motoarele convenționale, are un sistem de lubrifiere, un colector și o cameră de ardere. Atenție însă la sistemul cu piston înclinabil. Credem că nu ați mai văzut așa ceva până acum.

Un alt ciclu

La începutul secolului al XX-lea, motoare silențioase fără valvă au fost instalate pe multe modele prestigioase. De exemplu, sub capota acestui elegant „Daimler Double Six 40/50” se afla doar un astfel de motor.

„Mazda Millenia / Xedos 9” este una dintre puținele mașini produse în serie care a fost echipată cu un motor Atkinson.

Un motor CONVENȚIONAL în 4 timpi funcționează pe un ciclu inventat încă din 1876 de inginerul german Nikolaus Otto: în anumite condiții, anumite procese au loc alternativ în cilindru - admisie, compresie, cursă de putere și evacuare. În 1886, inginerul britanic James Atkinson a încercat să îmbunătățească această schemă.

La prima vedere, motorul său nu diferea mult de progenitorul său - aceeași ordine de ceas, un principiu de funcționare similar ... Cu toate acestea, de fapt, au existat multe diferențe. De exemplu, datorită unui arbore cotit special cu puncte de fixare decalate, Atkinson a reușit să reducă pierderile de frecare din cilindru și să ridice raportul de compresie al motorului.

De asemenea, motoarele similare au alte sincronizări ale supapelor. Dacă pe un motor convențional cu ardere internă, supapa de admisie se închide aproape imediat după ce pistonul trece de centrul mort inferior, atunci în ciclul Atkinson cursa de admisie este mult mai lungă - supapa se închide doar la jumătatea punctului mort superior, când cursa de compresie este deja în plină desfășurare în ciclul Otto.

Ce a făcut? Cel mai important lucru este cea mai bună umplere a cilindrilor datorită reducerii așa-numitelor pierderi de pompare. Fără a intra în detalii tehnice, să spunem doar că, ca rezultat, motorul Atkinson este cu aproximativ 10% mai eficient (și mai economic) decât un ICE convențional.

Cu toate acestea, la mașinile de producție, motoarele care funcționează conform schemei Atkinson nu au fost întâlnite până recent. Faptul este că un astfel de motor poate funcționa corect și poate oferi performanțe bune numai la viteze mari. Și la ralanti, dimpotrivă, se străduiește să se blocheze. Pentru a rezolva problema umplerii cilindrilor la turații mici, supraalimentatoarele mecanice trebuie instalate pe astfel de motoare (această schemă uneori nu este numită pe bună dreptate „motorul lui Miller”), ceea ce complică și crește și mai mult costul proiectării. În plus, pierderea de pe unitatea de compresie neagă practic avantajele motorului neobișnuit.

Prin urmare, mașinile de producție în masă cu motoare Atkinson pot fi numărate pe degetele unei mâini. Un exemplu tipic este „Mazda Xedos 9 / Millenia”, care a fost produs între 1993 și 2002 și a fost echipat cu un V6 de 2,3 litri de 210 cai putere.

Dar, în forma lor pură, motoarele Atkinson s-au dovedit a fi foarte potrivite pentru modele hibride precum celebrul Toyota Prius sau cea mai nouă clasă Mercedes-Benz S, care va intra în curând în producție în serie. Într-adevăr, la viteze mici, astfel de mașini se deplasează în principal pe tracțiune electrică, iar motorul pe benzină este conectat doar în timpul accelerației sau sub sarcini grele. Această schemă, pe de o parte, face posibilă nivelarea defectelor congenitale ale motorului Atkinson și, pe de altă parte, valorificarea la maximum a calităților sale pozitive.

Bobine tăcute

Datorită eficienței ridicate, motoarele cu ciclu Atkinson sunt acum din ce în ce mai utilizate în vehicule hibride, cum ar fi Toyota Prius.

MECANISMUL SUPAPEI este unul dintre cele mai complicate și zgomotoase dintr-un motor tradițional. Prin urmare, mulți inventatori au încercat să scape complet de el, sau cel puțin să o modernizeze semnificativ.

Poate cel mai de succes design alternativ a fost motorul creat de inginerul american Charles Knight la începutul secolului al XX-lea. Nu existau supape obișnuite și acționarea lor greoaie în acest motor - au fost înlocuite cu bobine speciale sub forma a două manșoane plasate între cilindru și piston. Cu ajutorul transmisiei originale, bobinele au fost deplasate în sus și în jos și la momentul necesar s-au deschis geamurile din peretele cilindrului prin care a intrat amestec combustibil proaspăt și gazele de evacuare au fost îndepărtate în atmosferă.

Un astfel de motor era greu de fabricat și destul de scump, dar se distingea printr-un mod foarte silențios, aproape silentios, conform standardelor de atunci. Prin urmare, multe companii care produceau mașini executive au început să instaleze motoare Knight pe modelele lor. Cumpărătorii erau dispuși să plătească în exces pentru un confort ridicat. La începutul secolului trecut, motoare similare erau folosite de companii atât de cunoscute precum Daimler, Mercedes-Benz, Panhard-Levassor ..

Cu toate acestea, emoția inițială a funcționării liniștite a motoarelor lui Knight a lăsat în curând loc dezamăgirii. Designul s-a dovedit a fi fiabil, în plus, s-a remarcat printr-un consum crescut de benzină și ulei, datorită frecării ridicate dintre bobine și pereții cilindrilor, care a crescut semnificativ odată cu creșterea vitezei arborelui cotit. Prin urmare, în spatele mașinilor cu astfel de motoare, un fum gri caracteristic întotdeauna se ondula.

Era motoarelor Knight s-a încheiat în anii 30, când pe piață au apărut motoare cu un mecanism îmbunătățit de sincronizare a supapelor, care aproape a scăpat de zgomotul excesiv. Cu toate acestea, din când în când, există rapoarte despre diverse variante experimentale de motoare fără supape din când în când, așa că este posibil ca în viitor să mai vedem astfel de motoare pe mașinile de serie.

Raport de compresie variabil

GRADUL de compresie este una dintre cele mai importante caracteristici ale unui motor. Cu cât acest parametru este mai mare, cu atât este mai mare puterea maximă, economia și eficiența motorului pe benzină. Cu toate acestea, este imposibil să creșteți la infinit raportul de compresie - detonarea va avea loc în cilindri, adică o ardere explozivă, necontrolată a amestecului de lucru, ducând la uzura crescută a pieselor și mecanismelor.

Această problemă este și mai acută în dezvoltarea motoarelor supraalimentate, care au devenit recent mai răspândite. Faptul este că părțile unor astfel de motoare funcționează în condiții mai severe, deci se încălzesc mai mult, iar riscul de detonare este mai mare. Deci raportul de compresie trebuie redus. În acest caz, eficiența motorului scade în consecință.

În mod ideal, raportul de compresie ar trebui să varieze ușor în funcție de modul de funcționare al motorului. Pentru a obține puterea maximă, aceasta trebuie mărită atunci când sarcina motorului este redusă, apoi scade treptat pe măsură ce crește rezistența la mișcare.

Primele proiecte de motoare cu un raport de compresie variabil au apărut în a doua jumătate a secolului al XX-lea, dar complexitatea designului nu permite încă utilizarea pe scară largă pe modelele de masă. Cu toate acestea, mulți producători de automobile lucrează pentru a îmbunătăți acest sistem.

De exemplu, SAAB a introdus în 2000 un motor cu 5 cilindri în linie cu experiență SVC („Saab Variable Compression”), care, datorită unui raport de compresie variabil, cu o cilindree modestă de 1,6 litri, produce o putere decentă de 225 CP. Motorul suedez este împărțit orizontal în două părți, conectate pivotant între ele pe o parte. Cel de jos contine arborele cotit, biele si pistoane, iar cel de sus uneste cilindrii si capul acestora intr-un singur monobloc. O unitate hidraulică specială poate înclina ușor monoblocul, variind raportul de compresie de la 14 unități la ralanti la 8 la înălțime când compresorul de acționare este pornit. Acest design s-a dovedit a fi eficient, dar foarte scump, așa că la scurt timp după premieră, proiectul SVC a fost închis până la vremuri mai bune.

Potrivit experților, o altă schemă pare mai viabilă. Un astfel de motor nu se distinge practic de unul convențional, cu excepția mecanismului original cu manivelă. Arborele cotit este conectat aici la piston printr-un braț oscilant special. La rândul său, este fixat pe un arbore special, care poate fi rotit cu ajutorul unei acționări electrice sau hidraulice. Când brațul oscilant este înclinat, poziția pistonului în cilindru se schimbă și, prin urmare, raportul de compresie. Avantajele acestui aranjament sunt simplitatea sa relativă - în principiu, poate fi creat pe baza oricărui motor.

Astfel, tehnologia modernă face posibilă deja construirea unui motor cu un raport de compresie variabil. Rămâne doar să rezolvăm problema costului ridicat al unor astfel de proiecte.

Hibrid greșit

Poate că în viitorul apropiat vom vedea motoare pe mașinile GM care combină atât avantajele motoarelor diesel, cât și pe cele pe benzină.

Două tipuri de motoare sunt utilizate în principal pe mașinile MODERNE - benzină și motorină. Primele se disting prin puterea lor ridicată, cele din urmă - prin tracțiune bună și economie.

Acum mulți producători de automobile lucrează la crearea unui motor care să combine aceste două avantaje. În principiu, proiectarea unităților convenționale pe benzină a devenit deja foarte asemănătoare cu un motor diesel: injecția directă de combustibil a făcut posibilă creșterea raportului de compresie la 13-14 unități (față de 17-19 pentru versiunile diesel).

Pe modelele experimentale, raportul de compresie este chiar mai mare - 15-16 unități. Cu toate acestea, acest lucru nu este întotdeauna suficient pentru autoinflamarea constantă a amestecului. Prin urmare, la pornirea motorului, precum și la sarcini mari, combustibilul este aprins cu o bujie convențională. Cu o mișcare constantă, se oprește, iar motorul trece la modul de funcționare „diesel”, consumând un minim de combustibil. Întregul sistem este controlat de electronică, care monitorizează condițiile de conducere și, atunci când acestea se schimbă, dă comenzile corespunzătoare actuatoarelor. Potrivit dezvoltatorilor, astfel de motoare sunt foarte economice și practic nu poluează mediul. Cu toate acestea, este deja clar că costul mașinilor cu astfel de motoare va fi destul de mare. Este greu de spus dacă își vor găsi locul în piață.

Astăzi ne vom aminti cu adevărat de puține configurații ale motorului, atât în ​​ceea ce privește numărul cilindrilor, cât și aranjamentul cilindrilor. Și hai să urcăm ...

Motor monocilindric

Acum aceste motoare monocilindrice se găsesc doar pe motorete, motociclete de capacitate mică, ricșă și alte echipamente cu prefixul „moto”. Între timp, în anii 50 și 60 ai secolului trecut, cea mai mare parte a micromașinilor de după război a fost echipată cu motoare atât de simple. Luați, de exemplu, britanicul Bond Minicar cu motor Villiers: da, chiar dacă este cu trei roți și înghesuit, dar are o capotă, un acoperiș, un volan cu drepturi depline - este prezent un set minim de facilități.

Motor cu dublu piston cu furcă

Un astfel de motor este un mecanism în care doi pistoane funcționează în paralel în doi cilindri. Dar există un singur obstacol - camera de ardere a acestor cilindri este una, comună. Astfel, se obține o combustie mai eficientă a amestecului aer-combustibil în comparație cu motoarele monocilindrice convenționale, eficiența consumului de combustibil este îmbunătățită și puterea este crescută. Acest tip de motor a fost folosit în Europa de Vest înainte de război, dar după cel de-al doilea război mondial a devenit mult mai puțin solicitat. Una dintre puținele mașini cu motor cu furcă a fost Iso Isetta, al cărui motor de 236cc produce 9 cai putere.

Motor cu 2 cilindri în formă de V

Mândria Harley-Davidson, spre deosebire de motoarele cu 2 cilindri în linie sau opuse, nu a prins rădăcini în mașinile de pasageri - acestea vibrează prea mult. Motoarele în formă de V cu două „oale” se găsesc doar pe o varietate de produse exotice, cum ar fi „Morgan” cu trei roți din anii ’30, precum și unele mașini kei din perioada postbelică timpurie. Un exemplu este Mazda R360 cu un V2 în miniatură răcit cu aer. Mai târziu, pe baza sa au apărut vehiculele comerciale B360 / B600 - tot cu „două” în formă de V.

Motor cu 4 cilindri în formă de V

Motoarele cu trei cilindri în formă de V nu se găsesc pe mașini (doar pe motociclete și chiar și rareori), dar „patru” în formă de V sunt destul de. Este adevărat, în ceea ce privește popularitatea, acestea sunt inferioare atât motoarelor în linie, cât și celor boxer cu același număr de cilindri. Puteți întâlni această centrală electrică extraordinară în aceste zile, de exemplu, pe Zaporozhets, mașini LuAZ, câteva versiuni timpurii ale Ford Transit, precum și mașini sport precum Saab Sonnet sau, pentru o secundă, Porsche 919 hibrid triumfător de la Le Mans.

Motor în cinci cilindri în formă de V

Acum, motoarele în linie cu cinci cilindri se confruntă cu renașterea: acum pot fi găsite nu numai în Audi 200 / Quattro de vârstă mijlocie din anii 80, ci și în Audi TT-RS mai modern. Dar, înainte de renașterea „cinci” în formă de V, mâinile inginerilor nu au ajuns încă. În anii '90, inginerii de la Volkswagen s-au gândit la această schemă neobișnuită, tăind un cilindru de la motorul VR6 - în mod oficial, Volkswagen V5 este exact VR5, deoarece motorul are un singur cap de cilindru cu o ușoară curbă a acestor aceiași cilindri. Cu o voce plăcută, V5 a fost instalat pe multe modele Volkswagen de la sfârșitul anilor 90: VW Golf, Bora, Passat și Seat Toledo.

Motor cu șase cilindri în linie în formă de V (VR6)

Apropo, VR6 este, de asemenea, o configurație rară. Și ea se găsește doar pe mașinile concernului Volkswagen. VR6 era un V6 foarte mic (10,5 sau 15 grade) cu o singură chiulasă și un model în zig-zag. Acum motorul are o faimă controversată: fiind instalat în cel mai puternic Volkswagen din anii 90 (Golf VR6, Corrado VR6 și chiar Volkswagen T4), se remarcă cu un cuplu excelent și un vuiet catifelat, dar în cazul unei defecțiuni începe să devoreze benzină - au existat cazuri în care consumul a crescut până la peste 70 de litri la 100 de kilometri.

Motor cu 8 cilindri în linie

Înainte de al Doilea Război Mondial, „opturile” în linie erau motoarele preferate ale mărcilor premium americane (Packard, Duesenberg, Buick), dar erau la fel de populare la acea vreme în Europa: cu acest motor Bugatti Type 35 a câștigat mai mult. decât o mie de curse în întreaga lume. Cu motorul cu 8 cilindri în linie, Alfa Romeo 8C original a strălucit la Mille Miglia și la 24 de ore de la Le Mans. Cântecul de lebădă al unui motor lung a fost 1955 când Juan Manuel Fangio a devenit campion pentru a doua oară conducând un Mercedes W196. Cu toate acestea, în același an, s-a întâmplat faimoasa tragedie de la Le Mans, când Mercedes 300 SLR al lui Pierre Levegh (de asemenea, cu o linie de opt) a ucis peste 80 de spectatori. După acest incident, Mercedes s-a retras din motorsport mai mult de 30 de ani.

Motor Boxer cu 8 cilindri

Deși aceste motoare sunt mai frecvente în aviație, la un moment dat au experimentat cu ele la Porsche - Porsche 907 și 908 de curse construite în anii 60 erau echipate cu motoare boxer cu 8 cilindri, oferind o putere mare și un centru de greutate redus. Ca să nu spun că ideea nu a reușit, dar compania a abandonat rapid astfel de motoare, preferând să le opună „șase”, dar cu un sistem de presurizare. La sfârșitul vieții sale, modelul 908 - la fel ca cel în care Yost și X au terminat pe locul doi la 24 Ore din Le Mans din 1980 - era deja un cilindru cu șase cilindri.

Motor cu 8 cilindri în formă de W

Motorul W8, care a fost găsit doar pe Volkswagen Passat B5+, poate fi gândit ca două motoare V4 care sunt montate unul lângă altul la 72 de grade unul față de celălalt. Astfel, se obțin patru rânduri de cilindri, pentru care motorul a fost numit W8. Înainte de apariția Volkswagen Phaeton, modelul Passat W8 era sedanul emblematic al companiei, dezvoltând 275 de cai putere și accelerând la „sute” într-o mașină sport de 6 secunde.

Motor Boxer cu 10 cilindri

Din păcate, această idee s-a dovedit a fi prea mișto pentru a deveni realitate, deși GM a lucrat la un motor similar în anii 60, pe baza modelului Corvair „opus” cu 6 cilindri. S-a presupus că noul motor cu 10 cilindri își va lua locul în sedanele de dimensiuni complete și pickupurile ușoare ale General Motors, dar proiectul a fost rapid restrâns din motive necunoscute acum. Nici pe mașini nu existau motoare cu 10 cilindri în linie - cu excepția navelor maritime grele.

Motor cu 12 cilindri în linie

În cartea sa The Illustrated Encyclopedia of the Automobiles of the World, David Bergs Weisz afirmă că singura mașină de producție cu un motor în linie de 12 cilindri a fost Corona, care a fost produsă în Franța în 1908. Cu toate acestea, acest lucru nu înseamnă că ideea nu a atras alte companii - de exemplu, se știe în mod sigur că Packard a experimentat cu acest tip de motoare. Copia în curs a fost construită în 1929, iar Warren Packard a testat-o ​​personal timp de șase luni ... până a murit într-un accident de avion. După moartea sa, luxoasa decapotabilă a fost demontată, iar motorul unic de 150 de cai putere a fost distrus.

Motor cu 16 cilindri în formă de V

Odată cu apariția Bugatti Veyron / Chiron, motoarele cu 16 cilindri sunt prezentate în cea mai mare parte doar în formă de W, dar acest lucru nu a fost întotdeauna cazul - în secolul trecut, 16 cilindri aproape întotdeauna aliniați în două rânduri. Auto Union Type A, Cadillac V16, Cizeta V16T sunt doar câteva exemple de vehicule V16. Dar un astfel de motor ar putea apărea foarte bine pe mașinile moderne Rolls-Royce - prototipul rulant al Rolls-Royce Phantom Coupe cu un V16 de 9 litri a fost prezentat în filmul „Agent Johnny English: Reloaded”.

Motor Boxer cu 16 cilindri

Evident, un astfel de motor ar putea fi creat doar cu un ochi al sportului cu motor. Cu toate acestea, ironia este că boxerii cu 16 cilindri nu au fost niciodată urmăriți: prototipul Porsche 917 cu 16 cilindri a fost trimis aproape imediat la raftul istoriei, optând pentru 12 „oale”, iar noul motor Coventry Climax FWMW, care se presupunea că să echipeze Formula Lotus și Brabham în anii '60, s-au dovedit a fi atât de nesigure încât au preferat V8-ul mai conservator.

Motor cu 16 cilindri în formă de H

Motorul în formă de H este un „sandwich” de doi „boxeri”, care afectează pozitiv compactitatea centralei, dar negativ - pe centrul său de greutate. În anii 60, echipa cu formula BRM s-a aventurat să construiască un astfel de motor ... și rezultatele au fost mixte - motorul era puternic, dar nu deosebit de fiabil și dificil de reparat. Cu toate acestea, Lotus 43 al lui Jim Clark echipat cu un astfel de motor a fost primul care a trecut linia de sosire la Marele Premiu al SUA din 1966. Acesta a fost primul și ultimul triumf al H16.

Motor cu 18 cilindri în formă de V

Când se pare că nu mai este nicăieri altundeva, camioanele de tracțiune urcă pe scenă și demonstrează contrariul. O mașină cu V18? Și există - de exemplu, BelAZ 75600, echipat cu un motor diesel Cummins QSK78 de 78 litri. Această „inimă” produce 3500 de cai putere la 1500 rpm, iar cuplul său ajunge la 13.770 Newtoni metri. Ei bine, cum altfel să clintiți un colos încărcat care cântărește 560 de tone?

Motor cu 18 cilindri în formă de W

Acum, probabil, puțini își vor aminti că Bugatti Veyron trebuia inițial să fie un 18 cilindri - conceptul original avea o astfel de centrală. Cu toate acestea, Bugatti nu a reușit să facă motorul să funcționeze corect (au existat probleme de schimbare a vitezei), așa că Veyron a ajuns să fie un cilindru cu 16 cilindri. La un moment dat, îngrijitorul Ferrari Franco Rocci s-a gândit la motorul W18, dar nu a avansat mai departe decât planul.

Motor în formă de V

Aceste centrale electrice sunt folosite pe nave grele sau ca generatoare industriale de motorină, dar uneori sunt utilizate în camioane cu basculante miniere. Un astfel de monstru cu 20 de cilindri este Caterpillar 797F, care este propulsat de un motor Cat C175-20 de 4.000 de cai putere. Așa arată 106 litri de volum de lucru. Există motoare cu mai mulți cilindri mai complexe, dar acestea sunt în mare parte unități de casă create prin conectarea mai multor motoare cu 8 sau 12 cilindri.

Motor cu 32 de cilindri în formă de X

În timp ce motoarele cu un design în formă de W au blocuri în formă de V care converg la un unghi ascuțit, la motoarele în formă de X acestea sunt situate la un unghi de 180 de grade. Astfel, se formează patru rânduri de pistoane și cilindri, formând litera X. Odată Honda a intenționat să construiască un astfel de motor cu 32 de cilindri pentru Formula 1, dar schimbările în reglementări și rezultatele dezamăgitoare ale testelor pe banc i-au forțat pe japonezi să abandoneze experimentul îndrăzneț. . Dar moscoviții și oaspeții capitalei vor putea să vadă (și să audă) motorul în formă de X foarte curând pe piața principală a țării - la urma urmei, motorul ChTZ A-85-3A cu 12 cilindri cu forma în X schema este utilizată la Armata State Unitary Enterprise.

Introducere
Lenin a numit transportul „principala, poate, sau una dintre cele mai importante baze ale întregii noastre economii” 1. Dezvoltarea transportului și problemele îmbunătățirii activității de transport rutier - în special, se acordă o atenție deosebită tuturor deciziilor partidului și guvernului țării noastre. În cel de-al zecelea plan cincinal, parcarea va fi completată cu noi vehicule grele. În 1980 vor fi produse 2,1-2,2 milioane de vehicule, inclusiv 800-825 mii de camioane. Producția de autobuze, vehicule grele, remorci și semiremorci pentru acestea va crește. Mai mult, se acordă o atenție deosebită îmbunătățirii caracteristicilor tehnice și economice ale vehiculelor - performanței acestora, eficienței în funcționare, reducerii consumului de materiale, fiabilității.
Inima fiecărei unități de transport este motorul și i se aplică toate aceste cerințe. Îmbunătățirea eficienței consumului de combustibil și a fiabilității motoarelor, reducerea greutății acestora, crearea unor modele simple și avansate tehnologic, reducerea toxicității evacuării și a zgomotului produs de motor sunt principalele sarcini cu care se confruntă construcția modernă a motorului.
Inventatorii, raționalizatorii și inovatorii în producție sovietici aduc o mare contribuție la îndeplinirea sarcinilor cu care se confruntă economia națională și la dezvoltarea de noi soluții eficiente. Munca lor a fost foarte apreciată la cel de-al 25-lea Congres al PCUS.
Secretarul general al Comitetului Central al PCUS, tovarășul Leonid I. Brejnev, în raportul său la al XXV-lea Congres al Partidului „Din
1 V.I. Lenin. Poli. Colectie cit., v. 44, p. 302.
Chet al Comitetului Central al PCUS și sarcinile imediate ale partidului în domeniul politicii interne și externe „, a subliniat:
„... Am obținut o creștere notabilă a potențialului științific și tehnic. Frontul cercetării științifice a devenit și mai larg. Creativitatea a sute de mii de inventatori și inovatori prinde avânt. "
Această broșură este dedicată posibilelor tipuri de motoare neobișnuite ale viitorului apropiat și în principal lucrărilor inventatorilor noștri autohtoni.

Dacă vă uitați prin reviste populare și găsiți acolo articole despre motoare, atunci cititorul neexperimentat va avea cu siguranță impresia că zilele motoarelor convenționale cu ardere internă (ICE) sunt numărate - atât de multe s-au scris și s-a vorbit recent despre vehicule electrice, turbo. locomotive și chiar motoare cu aburi. Această impresie este greșită. Numeroase prognoze prevăd că în 2000 vor fi produse 60–75 milioane de vehicule (Fig. 1, curba 5), ​​iar numărul parcului auto va ajunge la 500–750 milioane de unități. Aproape 95% din traficul de pasageri și aproape 90% din transportul de marfă se va desfășura rutier. Iar partea leului din ele va cădea pe umerii motorului cu piston fără vârstă.
Nu există nicio îndoială că motorul cu ardere internă va suferi modificări semnificative. Echipe enorme de oameni de știință și ingineri caută cele mai eficiente soluții atât pentru motoarele convenționale, cât și pentru motoarele de tipuri noi, încă nerăspândite.
Posibile contururi cantitative ale sferelor de influență ale diferitelor tipuri de motoare în producția mondială până în 2000 sunt prezentate în Fig. 1. Autorul crede că lotul modest al celebrilor „Wankels” (curba 1) va fi neașteptat pentru mulți. În viitorul previzibil, acestea nu vor înlocui mai mult de 5% din motoarele convenționale cu ardere internă, iar producția lor până în 1985 nu va depăși 2 milioane de unități. în an. Deja, putem spune cu siguranță că principala zonă de aplicare a acestor motoare va fi motocicletele, bărcile, motonarturile și snowmobilele. Până în 1985, 50% din flota de astfel de vehicule va fi echipată cu motoare rank-la. Cu toate acestea, cu atât mai puțin mediatizat
„Stirling” cuplat cu o turbină cu gaz demonstrează rate de creștere fără precedent (curba 3). Producția lor în masă va începe deja în 1981 și până în 1985 se va ridica la 10% din producția totală de motoare auto. Principala zonă de aplicare a acestora la început vor fi camioanele grele. Odată cu dezvoltarea modelelor compacte de motoare Stirling și a unui motor cu turbină cu gaz (GTE), ponderea lor în soldul total va crește constant.
Curba 4 are cea mai intensă decolare, care caracterizează producția de motoare convenționale cu ardere internă îmbunătățite. Până în 1980, majoritatea covârșitoare a ICE-urilor vor avea aprindere din precameră cu distribuție stratificată a încărcăturii, injecție directă de combustibil sau alte îmbunătățiri ale fluxului de lucru care vizează în primul rând reducerea toxicității de evacuare. În ceea ce privește curba 2, aceasta ilustrează posibila dinamică a producției de vehicule electrice. Deja, flota de vehicule electrice numără zeci de mii de unități. În mai multe țări, programele de dezvoltare a vehiculelor electrice sunt subvenționate de guverne. Au fost dezvoltate baterii și celule de combustibil cu consum crescut de energie (peste 200 Wh pe 1 kg de greutate). Și, în același timp, costul ridicat, și cel mai important
Orez. 1. Prognoza producției de motoare auto:
1 - motoare Wankel; 2 motoare pentru vehicule electrice; 3 - Turbine cu gaz pentru motoare Stirling; 4 - motoare cu ardere internă îmbunătățite din schema obișnuită; 5 - dinamica producției de mașini, kilometrajul semnificativ mai scăzut al transportului electric dintr-o singură încărcare (realimentare) va împiedica distribuția pe scară largă mult timp. În 1990 ponderea vehiculelor electrice va fi aproape de 10%, iar în 2000 va fi de 20 - 35%.
Declinul erei motorului cu piston nu este confirmat în niciun caz de datele prognozate. Este mai degrabă un fel de reclamă pentru vehicule electrice, Wankels, motoare cu turbină cu gaz.
Toate atacurile asupra mașinii existente sunt cauzate în principal de toxicitatea eșapamentului. Transportul rutier reprezintă 35% din poluarea aerului. Cifra este impresionantă. Prin urmare, toate țările foarte dezvoltate au emis și aprobat standarde pentru toxicitatea gazelor de eșapament ale vehiculelor în ultimii ani. Companiile de automobile au făcut furori în legătură cu cerințele standardelor „irealizabile”, „nerezonabile”, „super-dure”. Cu toate acestea, toate mașinile din 1975 îndeplinesc aceste cerințe. Chiar și o scădere neglijabilă a toxicității în comparație cu cerințele standardelor este utilizată ca momeală publicitară strălucitoare.
Expresia ziarelor și plângerile cu privire la duritatea standardelor au fost folosite de companii pentru a crește prețurile mașinilor cu o medie de 20-25%, deși toate modificările se reduc în principal la dezvoltarea de carburatoare îmbunătățite, utilizarea sistemelor de injecție directă a combustibilului și post-ardere. sau catalizatori instalați în tobe de eșapament.
Sunt încă în curs de dezvoltare sisteme fundamental noi, a căror esență este, de exemplu, transformarea benzinei într-o stare de vapori folosind un schimbător de căldură sau împărțirea preliminară a benzinei și transformarea acesteia într-un gaz combustibil. Dar nici aceste sisteme nu sunt capabile să rezolve radical problema unei mașini promițătoare, care este indisolubil legată de alegerea tipului de combustibil pentru motor.
În ultimii ani, lucrările la vehiculele cu cilindri de gaz care utilizează un amestec de gaze de hidrocarburi lichefiate, de regulă, propan lichid și butan ca combustibil, au fost intensificate semnificativ, ceea ce face posibilă reducerea toxicității. Utilizarea pe scară largă a vehiculelor cu butelie este împiedicată de numărul încă limitat de stații de alimentare cu gaz.
țiuni, precum și o scădere a puterii motorului prin. 10 - 20%.
Gazul natural lichefiat, metanul, este mai promițător. Utilizarea gazului natural lichefiat permite nu numai reducerea bruscă a toxicității gazelor de eșapament (datorită compoziției omogene a combustibilului și simplității structurii chimice), ci și creșterea semnificativă a duratei de viață sau a puterii motorului. Cu toate acestea, temperatura scăzută a gazului natural lichefiat (- 160 ° C) necesită fabricarea unui rezervor de combustibil conform principiului unui termos, ceea ce nu este dificil cu starea actuală a tehnologiei criogenice.
În SUA s-au efectuat lucrări ample privind transformarea flotei de vehicule în gaz natural lichefiat. Mașini experimentale au fost produse și de firme europene precum Steyer-Pooh (Austria), Mercedes-Benz (Germania), Saviem (Franța). Flota acestor mașini totalizează deja zeci de mii.
În țara noastră, pentru a îmbunătăți atmosfera marilor orașe, a fost adoptat un decret pentru transferul unui număr semnificativ de camioane la gazul petrolier lichefiat și se lucrează la utilizarea gazului natural lichefiat drept combustibil. În 1975, primele mașini care funcționau cu gaz lichefiat au apărut pe străzile Moscovei. Acestea sunt completate la benzinării speciale.
Având în vedere perspectivele unei mașini care funcționează cu gaze lichefiate, nu se poate să nu menționăm hidrogenul lichid. Până în prezent, a fost folosit cu succes doar în rachete. Cu toate acestea, acesta este, fără îndoială, combustibilul viitorului pentru mașini, atât datorită rezervelor nelimitate de hidrogen, cât și datorită celei mai mari purități a produselor de combustie (teoretic, produsele de ardere ai hidrogenului constau din vapori de apă).
Prima experiență de succes a utilizării hidrogenului ca combustibil pentru motoarele diesel cu injecție directă a fost efectuată la Universitatea din Oklahoma (SUA) în 1968 - 1970, unde trei motoare experimentale au funcționat la stand timp de doi ani, iar caracteristicile lor de putere au rămas practic neschimbat. Singurul dezavantaj al hidrogenului este necesitatea de a-l stoca în stare lichidă la o temperatură extrem de scăzută - 250 ° C. Prin urmare, și, de asemenea, din cauza
Deoarece hidrogenul este considerat exploziv (apropo, nerezonabil), introducerea acestui tip de combustibil poate fi de așteptat nu mai devreme de utilizarea pe scară largă a mașinilor care funcționează cu metan lichefiat, adică undeva în afara anului 1990.
Este adevărat, este posibil ca metoda recent găsită de stocare a hidrogenului în compoziții de pulbere a unor metale (de exemplu, în hidruri de lantan-nichel) să apropie oarecum această perioadă. Esența metodei constă în capacitatea enormă de absorbție a hidrurilor în raport cu hidrogenul. Într-o unitate de volum de pulbere la presiune aproape atmosferică, hidrogenul este stocat aproape la fel de mult ca într-un cilindru cu o presiune de 1000 kg/cm2!
Un principiu interesant a fost folosit de specialiștii Institutului de Probleme de Inginerie Mecanică al Academiei de Științe a RSS Ucrainei în colaborare cu colegii din Moscova, Leningrad și o serie de republici ale Uniunii. Pe baza „Moskvich” au creat un model experimental de mașină, în motorul căreia a fost înlocuită benzina. hidrogen. Cu mașina, în loc de un rezervor de benzină, există un reactor în miniatură. Pulberea metalică din ea se combină cu apa. Are loc o reacție chimică, care are ca rezultat eliberarea de hidrogen. Amestecat cu aer, este alimentat în cilindrul motorului. Sistemul de combustibil este rezistent la explozie.
Perspectiva gazelor lichefiate și a hidrogenului este evidențiată de faptul că și acum costul gazului natural lichefiat nu depășește costul benzinei, iar costul hidrogenului lichid este aproape de acesta. Gazul lichefiat și hidrogenul lichid pot fi folosite ca combustibil pentru toate tipurile de motoare. Se poate presupune că calitățile pozitive ale acestor combustibili vor asigura aplicarea lor pe etape pe toate modelele de motoare noi și îmbunătățite.
Dar cel mai „curat” combustibil este, desigur, electricitatea. Prin urmare, aproape toate articolele despre vehiculele electrice, fără excepție, încep cu teza conform căreia problema poluării mediului poate fi rezolvată prin dezvoltarea lor. Cu toate acestea, din 1900, intensitatea energetică specifică a bateriilor a crescut doar de la 15 la 40 - 50 W*h/kg, iar pentru a asigura competitivitatea unui vehicul electric, conform experților, o intensitate energetică de cel puțin 220 Wh/ Este necesar kg, adică de 4 - 5 ori mai mare decât tipurile existente.
Se așteaptă ca bateriile cu litiu, zinc-aer și sodiu-sulf și pilele de combustibil cu un conținut specific de energie de până la 200 Wh / kg, adică încă mai puțin decât este necesar, să se răspândească în următorii 10 ani. Prin urmare, începerea unei producții largi de vehicule electrice poate fi așteptată nu mai devreme de 1985 și apoi doar pe baza presupunerii unui progres accelerat în tehnologia bateriilor. În viitorul apropiat, dezvoltarea acestui tip de transport va fi constrânsă de intensitatea energetică scăzută, greutatea semnificativă, durata de viață limitată a bateriei și o serie de alte motive.
Lucrările privind creșterea duratei de viață a bateriei până la 400 - 500 de cicluri de reîncărcare, ceea ce echivalează cu doar 2 - 3 ani de funcționare, sunt încă în desfășurare, iar în acest sens, perspectivele sunt mult mai puțin promițătoare decât în ​​direcția creșterii intensității energetice. Costul crescut al vehiculelor electrice este, de asemenea, important, care este determinat nu numai de prețul ridicat al surselor de alimentare *, ci și de utilizarea pe scară largă a metalelor ușoare și materialelor plastice relativ scumpe în construcții. Acesta din urmă este necesar cel puțin pentru a aduce greutatea totală a unui vehicul electric mai aproape de greutatea unui vehicul cu motor cu ardere internă din aceeași clasă.
Schemele deja testate ale centralelor combinate, în care, alături de motoare electrice, sunt folosite motoare cu ardere internă, nu schimbă nici poziţia. De obicei, în astfel de scheme, motorul cu ardere internă funcționează într-un singur mod (pentru a reduce toxicitatea eșapamentului) doar pentru a reîncărca bateriile. Dar, în același timp, pierderile de energie ajung la 40%. Astfel, schema nu are perspective speciale.
Schema unei centrale electrice combinate, implementată de Bosch (Germania), unde motorul cu ardere internă care utilizează un ambreiaj special poate fi conectat la acționarea electrică a roților la momentul potrivit, a redus cantitatea de pierderi de energie la 10%. Cu toate acestea, greutatea unei astfel de instalații, destinată unui autoturism, a crescut cu 400 kg, iar costul - cu 30% comparativ cu acționarea de la un motor convențional cu ardere internă. „Un studiu al firmei Bosch în domeniul protecției mediului”, au denumit acest design concurenții firmei.
1 În URSS, costul unei baterii de stocare pentru o mașină este de aproximativ 10% din costul unui motor /
Deci, în ciuda abundenței vehiculelor electrice experimentale și chiar de serie, acestea nu pot fi considerate ca un concurent serios al mașinilor cu motor cu piston.
Același lucru se poate spune până acum despre mașinile giroscopice exotice, în care acumulatorul de energie este un giroscop (volant). Lucrări de cercetare și dezvoltare, inclusiv. iar în țara noastră, permiteți-ne să considerăm acest tip de transport ca un concurent, în primul rând, al vehiculelor electrice. Într-adevăr, fiind proporționale cu acestea din urmă în ceea ce privește greutatea și kilometrajul, giromobilele pot compensa lipsa de energie de la aproape orice priză electrică, ceea ce servește drept avantajul lor indubitabil.
Trebuie remarcat faptul că toate lucrările la mașinile electrice și giroscopice suferă de un fel de unilateralitate. Reclamând „sterilitatea” acestui tip de transport, autorii nu țin cont de necesitatea unui studiu științific cuprinzător al problemei utilizării lor. Într-adevăr, în esență, vehiculele electrice transportă sursa de poluare numai în afara orașelor, mutând-o pe umerii industriei energiei electrice. Se estimează că dacă 14 milioane de motoare de automobile cu ardere internă (nivelul din 1974 în Germania) sunt înlocuite cu motoare electrice, ale căror baterii sunt încărcate zilnic între orele 22:00 și 6:00, consumul de energie electrică va fi de aproximativ 100.000 MW. Un astfel de consum de energie poate fi asigurat, de exemplu, de 500 (!) Centrale nucleare cu o capacitate de 200 MW (!) Fiecare. Eliberarea de căldură dintr-un astfel de sistem de alimentare este colosală. Luând în considerare acest aspect, precum și echilibrul potențial de energie electrică pentru fiecare țară (există deja o lipsă de energie electrică în Statele Unite), cel mai probabil va duce la faptul că, dincolo de 2000, mașinile electrice și giroscopice nu vor mijloacele prevalează ca mod de transport.
Un factor important, care pare paradoxal, este eficiența scăzută a utilizării energiei în sistemul „centrală - vehicul electric”. Eficiența sa nu depășește 15%. Operarea sistemului la scară planetară echivalează cu risipa de energie. Omenirea își poate permite un astfel de lux doar având în vedere circumstanțe extreme, pentru a păstra viabilitatea marilor orașe, a căror atmosferă este tot mai otrăvită de gazele de eșapament.
zaai ICE. Și numai pe măsură ce resursele minerale ale planetei sunt consumate, metodele de generare a energiei electrice și vehiculele electrice în sine sunt îmbunătățite, numărul acestora poate crește brusc. Poate, pentru că puțini îndrăznesc să privească dincolo de granița celui de-al doilea mileniu până acum. Și este posibil ca până atunci să se nască un tip de transport individual fără precedent.
În țara noastră, sectorul serviciilor va deveni cel mai mare consumator de vehicule electrice în viitorul apropiat. Lucrările în această direcție sunt efectuate de oameni de știință și ingineri din Moscova, Harkov, Kaliningrad, Erevan, Zaporozhye. O mașină electrică de pasageri pentru uz individual se va repezi de-a lungul drumurilor nu mai devreme de 1990.
În ultimii ani, se putea auzi părerea că acum este inutil să dezvoltăm noi tipuri de motoare: urmează un secol de turbine și motoare electrice. Această teză este complet infirmată de datele din Fig. 1 chiar ținând cont de imperfecțiunea prognozelor: până în 2000, cel puțin jumătate din noile motoare (!) produse vor rămâne fidele schemelor inventate în secolul trecut: Otto, Diesel, Stirling. Cu toate acestea, nivelul actual de dezvoltare al societății necesită îmbunătățiri semnificative atât în ​​proiectarea acestor motoare, cât și în procesele de lucru pe care le implementează pentru a crește eficiența și economia, a reduce greutatea și a reduce efectul nociv asupra mediului. Perspectivele anumitor activități de căutare și dezvoltare efectuate atât la nivel național, cât și de către entuziaștii individuali pot fi prezentate în următoarea succesiune:
1. Îmbunătățiri ale ICE convenționale.
2. Dezvoltarea motoarelor cu ardere externă și a turbinelor cu gaz.
3. Îmbunătățirea transmisiei electrice pentru vehicule.
4. Crearea motoarelor cu piston rotativ.
Desigur, această distribuție este foarte arbitrară. Cu toate acestea, în această broșură, care se concentrează în principal pe motoarele cu pistoane și cu pistoane rotative, autorul preferă să urmeze această secvență. Și pentru a arăta cum
necesitatea de a face modificări în designul lor, precum și continuitatea multor soluții, invită cititorul să se familiarizeze mai întâi pe scurt cu istoria motorului.
Un pic de istorie
În urmă cu trei secole, în 1680, mecanicul olandez Christian Huygens a inventat „motorul cu pulbere”. Conform acestei idei, sub piston, așezat într-un cilindru vertical, era necesar să se pună o încărcătură de praf de pușcă și să i se incendieze printr-un mic orificiu din peretele cilindrului. Produsele de ardere ar împinge pistonul până la o deschidere mare care comunică camera de ardere cu atmosfera. Coborând, pistonul a trebuit să tragă sarcina suspendată pe blocuri. Pentru epoca lui Huygens era un „colos” extraordinar (termenii „motor” sau „mașină” nu apăruseră încă), pentru că atunci singurul motor puternic era o roată de apă.
În acel moment, H. Huygens însuși a devenit interesat de măcinarea lentilelor pentru telescoape gigantice conform standardelor actuale cu o distanță focală de până la 60 m. Prin urmare, a încredințat construirea unui „colos” nesigur unui student - fizicianul francez Denis Papin, care a întruchipat ideea în metal. Numele său deschide și istoria motoarelor termice. Afirmația pe scară largă că motorul cu aburi a fost primul care a apărut este incorectă. „Mașina de praf de pușcă” a lui D. Papen este un prototip al unui motor modern cu ardere internă, deoarece arderea în interiorul unui cilindru este caracteristica sa integrală.
După ce s-a lăudat cu „colosul” de câțiva ani, Papen și-a dat seama că praful de pușcă nu este cel mai bun combustibil. Soarta i-a trimis noi profesori remarcabili în acel moment. În Anglia, l-a cunoscut pe Robert Boyle, care a studiat starea gazelor, iar mai târziu, în Germania, cu matematicianul Gottfried Leibniz. Este posibil ca munca lor să-l fi ajutat pe D. Papen să creeze un „motor cu abur-atmosferic” în care un piston ridica „vaporii de apă obținuți prin foc”. Când sursa de căldură (focul) a fost îndepărtată, aburul „s-a condensat din nou în apă” și pistonul, sub influența greutății și a presiunii atmosferice1 (!), S-a lăsat jos.
1 Când aburul se condensează sub piston, se formează un vid.
Și, deși aici se folosește deja abur, noua mașină Papen nu poate fi numită abur: fluidul de lucru din el nu părăsește cilindrul și doar sursa de căldură este situată în exterior. Prin urmare, putem spune că după motorul cu ardere internă, Papen a inventat motorul cu ardere externă. Primul motor cu ardere externă din lume a realizat o singură cursă pe minut, care nici măcar nu a îndeplinit cerințele nepretențioase din acele vremuri. Iar Papen, prin separarea cazanului de cilindru, a inventat motorul cu aburi!
Prima mașină de abur-atmosferică din lume a căzut în „ucenicul” la roata de apă. În cartea lui D. Papen „The New Art of Effectively Raising Water to Heights Using Fire” se spune că ea a pompat apă astfel încât aceasta... a rotit roata de apă.
Secolul optsprezece. El nu a adus o nouă istorie a ICE. Dar Thomas Newcomen în Anglia (în 1711), Ivan Polzunov (în 1763) și englezul James Watt (în 1784) au dezvoltat ideile lui D. Papfsch. A început viața independentă a mașinii cu abur, marșul său triumfal. Susținătorii arderii interne au reînviat și ei. Nu este tentant să combini atât focarul, cât și boilerul unui motor cu abur cu cilindrul acestuia? Odată Papen a făcut contrariul, dar acum...
În 1801, francezul F. Le Bon a sugerat că gazul luminos este un combustibil bun pentru un motor cu ardere internă. A durat 60 de ani pentru a transforma ideea în realitate. Conaționalul său, Jacques Etienne Lenoir, belgian de naționalitate, a lansat primul motor din lume cu ardere internă în 1861. Conform designului său, era un motor cu abur cu efect dublu fără cazan, adaptat pentru a arde în el4 un amestec de aer și gaz de iluminat furnizat la presiunea atmosferică.
Nu se poate spune că Lenoir a fost primul. Peste 60 de ani, oficiile de brevete au primit numeroase cereri de „privilegii” pentru a construi motoare termice neobișnuite. De exemplu, în 1815 a fost pus în funcțiune „motorul termic cu aer” al lui Robert Stirling, care în 1862 a fost transformat într-o mașină frigorifică. Au existat și alte încercări de a construi un motor cu ardere internă.
Dar doar motorul lui Lenoir s-a răspândit, în ciuda faptului că era voluminos, capricios, a absorbit mult lubrifiant și apă, pentru care a primit chiar și porecla nemăgulitoare „bucată rotativă de slănină”. Dar Jacques Lenoir și-a frecat mâinile - cererea pentru „bucăți de slănină” a crescut. Cu toate acestea, nu a triumfat mult timp. La Târgul Mondial din 1867 de la Paris, contrar așteptărilor, primul premiu a fost acordat „motorului cu gaz atmosferic” adus din Germania de Nikolaus Otto și Hey Gen Langen. A asurzit vizitatorii cu un accident incredibil, dar a consumat mult mai puțin combustibil decât motorul Lenoir și a avut o eficiență cu 10% mai mare. Secretul succesului său este comprimarea preliminară a amestecului de lucru, care nu era în motoarele Lenoir.
În 1824, inginerul francez Nicola Leonard Sadi Carnot a publicat o carte „Reflecții asupra forței motrice a focului și a mașinilor capabile să dezvolte această forță”. Un foc de artificii de idei: principiile transferului de căldură, criteriile pentru compararea tuturor ciclurilor termice, fundamentele termodinamicii motoarelor și, printre acestea, precomprimarea, au fost împrăștiate pe paginile acestei cărți. Zece ani mai târziu, aceste idei au fost dezvoltate de B. Clapeyron, iar puțin mai târziu - de W. Thomson. Acum aceste nume sunt familiare tuturor. Dar nici Lenoir, nici Otto, nici Langen nu știau nimic despre munca lor. Ei au preferat experimentul în locul teoriei. Nici nu știau că în 1862 francezul A. Beau de Roche brevetase deja ciclul în patru timpi. Și al doilea pas la rând este tocmai compresia preliminară a amestecului de lucru.
Motorul în patru timpi, care practic nu diferă de motoarele moderne cu ardere internă, a fost adus de Otto și Lange doar la Expoziția Mondială din 1873. Înainte de aceasta, inventatorii nu au folosit doar experiența producției de motoare cu abur, ci și au folosit același mecanism de sincronizare a supapelor ca și al lor. Noul motor avea supape în loc de supapă cu bobină.
Pozițiile inabordabile ale motorului cu aburi au fost zguduite. Motorul cu ardere internă a intrat în ofensivă. După ce a lucrat pentru o perioadă scurtă de timp la gazul lămpii, a început să lucreze la unul mai bogat în calorii - generatorul de gaze. Și apoi, și la început mi s-a părut incredibil, am ajuns la combustibilul lichid „neobișnuit”.
Motorul cu aburi nu a renunțat imediat. În 1880, M.D. Mozhaisky a comandat două motoare cu abur pentru avionul său. Despre greutatea „specifică” egală cu 5 kg/l. cu., proiectanții motorului cu ardere internă la acel moment doar au visat, iar M. Mozhaisky a realizat acest lucru fără prea multe dificultăți. Dar opt ani mai târziu, Parteneriatul pentru construcția aeronavei Rossiya urma să instaleze pe dirijabilul său unul dintre primele motoare pe benzină din lume, construit de Ogneslav Kostovich. El a obținut o ușurință extraordinară a designului: 1 litru. cu. puterea motorului său era de numai 3 kg. Dispunerea motorului a fost de asemenea originală. O pereche de pistoane opuse prin balansierele situate pe laturi au rotit arborele cotit situat deasupra cilindrilor (Fig. 2). Motorul a supraviețuit și îl puteți face cunoștință în Casa Aviației din Moscova, numită astfel M. În „Frunze.
La începutul secolului XX. ultima piatră a fost pusă în construcția clădirii ICE. În 1893, un inginer german, Rudolf Diesel, a venit cu ideea pretențioasă a unui „motor termic rațional care să înlocuiască motorul cu aburi și alte motoare existente”. Prima mostră a motorului său a fost pusă în funcțiune în 1897. Masa deficiențelor a fost complet compensată de eficiența fără precedent, egală cu 26%. Acest lucru este mai mult decât suficient pentru primul eșantion. Este interesant faptul că îmbunătățirea motoarelor diesel, reglarea fină a acestora a fost realizată de inginerii ruși la fabrica Nobel din Sankt Petersburg în anii 1899 - 1902. Abia după aceea motorina a devenit un concurent demn al carburatorului ICE.
Răspândirea masivă a motoarelor cu ardere internă a schimbat dramatic viața umană. vuietul motoarelor a început să se audă din toate părțile. I-a făcut pe pietoni să se ghemuiască de frică lângă zidurile caselor, să-și ridice curioși capetele, să se uite ore întregi la manipularea diferitelor mașini.
Excursia în istoria motorului s-ar fi putut încheia acolo. Urmează o dezvoltare ulterioară.În industria auto, de atunci și până în prezent, sunt utilizate în principal motoarele cu cilindri situati pe unul sau două rânduri, la rândul lor, plasați în unghi (schemă în formă de V) sau unul față de celălalt (schemă opusă). . Motoarele construite după scheme neobișnuite își datorează cel mai adesea nașterea aviației. Începând cu un motor monocilindru răcit cu aer pe avionul fraților Wright, producătorii de aeronave au trecut rapid la radiale cu mai mulți cilindri și la cele în linie.
Cele în formă de stea erau bune pentru toată lumea, dar la viteza primului avion de 40-60 km / h, încă nu asigurau răcirea necesară a cilindrilor. Inventatorii au ocolit acest obstacol făcând blocul cilindrilor să se rotească în jurul unui arbore staționar, dând în același timp lumii termenul de „motor rotativ” (Fig. 3).
Un obstacol în calea adoptării pe scară largă a motoarelor de acest tip a fost creșterea bruscă a sarcinilor de pe principalele motoare cauzate de forțele centrifuge.
Compatriotul nostru A.G. Ufimtsev a încercat să reducă influența forțelor centrifuge prin construirea unui motor birotativ. Arborele și blocul cilindrilor au început să se rotească în direcții diferite la jumătate din viteză. Dar curând această decizie a devenit inutilă - viteza aeronavei a depășit cifra 100. Cilindrii care ieșeau în lateral au fost perfect suflați de fluxul de aer de la elice, dar ... (acest „dar” rătăcește întotdeauna de la o structură la alta și este puțin probabil să se calmeze vreodată) tragere aerodinamică semnificativă.
Greutate 80 kg. Săgețile arată direcția curgerii amestecului combustibil.
Orez. 4. Diagrama unui motor de avion în doi timpi de AA Mikulin și BS Stechkin (1916). Putere 300 CP cu. 1 - injectie directa de combustibil usor, oferit in premiera in lume!
Apăsați cilindrii de arbore! Fă-le mai compacte! Acest lucru a fost prevenit în primul rând de biela. Lungimea sa este strâns legată de cursa și diametrul pistonului. Curând a fost găsită o cale de ieșire. Cilindrii erau poziționați paralel cu arborele, iar tijele lor (nu bielele!) erau legate de o șaibă care era înclinată pe arbore. Rezultatul este o unitate compactă numită motor de spălare oblic (Fig. 4). În Rusia, a fost folosit din 1916 (proiectat de A. A. Mikulin și B. S. Stechkin) până în 1924 (motorul lui Starostin). Testele detaliate efectuate în 1924 au evidențiat pierderi crescute prin frecare și sarcini mari pe elemente individuale, ceea ce duce la relativa nefiabilitate „și ineficiența motoarelor de spălare oblică.
Cititorul atent, corect, a observat că cuvântul bielă a fost evidențiat în text. Nu a devenit imediat o parte indispensabilă a motoarelor cu piston.
Nu exista nici o bielă în motorul cu aburi al lui Newcomen, aceasta servea deja cu fidelitate lui Ivan Polzunov și chiar Watt a brevetat mai multe mecanisme în același scop, întrucât biela fusese deja patentată în acel moment.
Fiind cea mai progresivă soluție a timpului său, servind în mod regulat oamenii timp de două secole, biela deja în anii 20 ai secolului nostru a început să provoace reclamații de la constructorii de motoare. Spune, și un fel de nume: "biela". Se clătina, se legănă, rupe totul. Și gab-
ritmul nu permite scăderea. Și pistoanele sunt apăsate pe una sau cealaltă parte a cilindrului, iar sarcina inerțială crește. Într-un cuvânt, biela a devenit rea pentru toată lumea. Dar s-a dovedit a fi dificil să-i faci față.
Constructorii de motoare de avioane și-au rafinat neobosit design-urile. Până în 1940, toate lucrurile mici erau luate în considerare, toate excesele de greutate erau eliminate, mii de trucuri erau folosite, cele mai exotice materiale erau folosite. Și doar schema de bază - mecanismul manivelei - nu a suferit nicio modificare. Poate că în acest moment nimeni nu putea prezice triumful viitor al motoarelor cu reacție. Prin urmare, în toate țările, s-au efectuat lucrări majore pentru a crea motoare puternice cu avioane cu piston de dimensiuni mici. Dar, în ciuda muncii intense, motorul de avion cu piston are o capacitate de peste 4000 de litri. cu. nu a fost creat în nicio țară străină.
În Anglia, Hiple a dezvoltat un motor cu pistoane opuse și un arbore cotit situat deasupra lor. Culbutorii erau amplasate pe laterale. Adică britanicii au reînviat schema Kostovich. Și dacă mai răsturnești câteva pagini de istorie, se dovedește că aceasta este și schema lui Newcomen. Numai că nu avea arbore cotit deloc. O frânghie legată de jug a tras pistonul pompei în sus și în jos. A treia firmă elvețiană "Sulzer" nu este departe. Motorul său diferea de Hipple doar prin forma brațului basculant. Chiar și neozeelandezii și-au făcut partea lor: în mișcările lor. Corpul balansoarului este adăpostit în interiorul pistoanelor. Dar aceeași bielă este conectată la brațele basculante.
Un succesor demn al mecanismului de manivelă era nevoie de toată lumea, este încă necesar până în ziua de azi. Prin urmare, căutarea sa nu s-a oprit. În imposibilitatea de a scăpa de bielă, inventatorii singuri și echipe întregi au început să-și varieze locația (Fig. 5). Astfel de motoare sunt produse în serie mică de o serie de companii și sunt numite „motoare cu circuite cinematice complexe”. Au existat și modele mai exotice. Așadar, austriecii au așezat șase pistoane pe laturile unui triunghi, plasând arborele cotit în centru. Motorul lor „Fia la Fernbrag” s-a remarcat printre altele doar cu un nume sonor. Caracteristicile sale au lăsat mult de dorit.
Într-un aranjament similar folosit de americani, cilindrii gemeni sunt așezați în colțurile pătratului, iar în centru sunt biele multiple și două arborele cotit. „Dina-Star” a fost numită de către designeri ideea lor. Dar chiar și în el, doar numele este complet original.
Nu este trecut cu vederea și șaiba oblică. Acum este utilizat pe scară largă în diverse motoare hidraulice. Și la sfârșitul anilor 50, inventatorul englez Hugens a demonstrat „cel mai nou” motor rotativ cu doisprezece cilindri către consiliul de experți al companiilor de top din domeniul construcției de motoare. Arăta ca un butoi. Și aceeași șaibă oblică era ascunsă înăuntru. Și, deși Hügens a susținut că „motorul combină puterea termodinamică a unui motor cu ardere internă cu avantajele unei turbine” și că „pierderile de frecare datorate absenței bielelor sunt cu 60% mai mici” decât într-un motor cu ardere internă, experții s-au minunat , am examinat cu atenție motorul și ... mai multe despre nm nu se aud. Cu toate acestea, atât inventatorii singuri, cât și chiar firmele încă încearcă să creeze un motor de spălare oblic funcțional. Există rapoarte despre motoarele cu abur, Stirlings și motoarele convenționale cu ardere internă care utilizează această schemă. Astfel de lucrări se execută și la noi în țară, dar ele, se pare, nu au perspective deosebite. Vina constă în pierderile prin frecare cu care Hugens le-a luptat atât de mult. La motoarele cu combustie internă cu bielă de mare viteză și motoarele cu șaibă oblică, 15-25% din puterea utilă este cheltuită pe ele. Și neobișnuitele „Hipla”, „Fiala”, „Dina” și chiar mai mult.
Un alt „dușman” al motoarelor, care apare insidios la întoarcere, sunt forțele inerțiale. Ele nu numai că ajută forțele de frecare, ci pur și simplu supraîncarcă multe părți inacceptabil.
Există, de asemenea, o treime - tensiunea termică a cilindrului. Cu o creștere a rotațiilor și, în consecință, a numărului de flash-uri, pereții cilindrului nu au timp să îndepărteze căldura. Și apoi frecarea crescută „adaugă ulei” cilindrului deja încălzit.
Acești „dușmani”, cele mai apropiate rude ale bielei, pe care inventatorii întregii lumi nu au reușit să-i depășească până în prezent. Desigur, nu trebuie să credem că dezvoltarea motoarelor cu pierderi de frecare reduse și viteză redusă va rezolva toate problemele cu care se confruntă clădirea motorului. Una dintre principalele sarcini - reducerea toxicității gazelor de eșapament - este rezolvată acum atât ca urmare a îmbunătățirii fluxului de lucru și a utilizării altor tipuri de combustibil, cât și ca urmare a reducerii valorii motorului.
În ultimii ani, designerii străini, din cauza apariției unor cerințe stricte de protecție a mediului, au fost nevoiți să reducă viteza și raportul de compresie al motoarelor cu carburator. Și acest lucru a afectat inevitabil indicatorii lor tehnici și economici. Deci, capacitatea medie de litri a motoarelor auto americane este acum la 30 - 40 de litri. s. / l. Consumul specific de combustibil a crescut, de asemenea. Prin urmare, mașinile sunt echipate cu motoare mai voluminoase și mai puțin eficiente. Prin urmare, dezvoltarea unor proiecte care să permită menținerea indicatorilor de eficiență și greutate ai motoarelor cel puțin la nivelul actual poate fi considerată una dintre sarcinile principale. După cum se va arăta mai jos, această problemă poate fi rezolvată cu succes prin crearea motoarelor de bielă, în care pierderile de frecare sunt reduse brusc. Indirect, o astfel de decizie afectează în bine și eficiența, fiabilitatea indicatorilor de greutate.
O altă modalitate este dezvoltarea motoarelor cu un design fundamental diferit - rotativ și a motoarelor bazate pe un ciclu termic diferit. La motoarele de acest tip, multe soluții pot fi utilizate în mod eficient pentru a îmbunătăți motoarele convenționale cu ardere internă.
Motoare alternative
Motoarele lui Balandin. Lucrările la aceste motoare au început după al Doilea Război Mondial. În acei ani, Serghei Stepanovici Balandin a lucrat la motoare cu piston unice, superioare ca performanță față de motoarele cu piston pentru avioane din acea vreme. Aceste motoare erau mai ușoare, mai puternice, mai economice, mai simple, mai fiabile și mai ieftine decât toate cele cunoscute la acea vreme. Până în 1948, șapte tipuri de motoare au fost dezvoltate și testate cu o capacitate de 100 până la 3200 CP. cu. și în 1948 - 1951. a apărut un motor cu piston super-puternic cu o capacitate de 10.000 de litri. cu., ale căror indicatori specifici sunt practic egali cu cei ai motoarelor cu turboreactor.
Puterea etapei de bază elaborată, formată din patru cilindri cruciformi, a fost atât de mare încât s-a ridicat problema reducerii sale, deoarece nu existau aeronave care să necesite astfel de motoare puternice.
Deja chiar primul eșantion de motor S. S. Balandin a arătat avantaje colosale. Era de 1,5 ori mai puternic și de 6 (!) ori mai durabil decât motorul de avion M-11 în formă de stea luat pentru comparație. În plus, l-a depășit în alte privințe. În cartea „Motoare cu combustie internă Besshatunny” S. G. Balandin a concentrat tot ce este mai important despre aceste motoare extraordinare. Este dificil să rezumăm conținutul acestei mici cărți. Fiecare dintre paginile sale este o descoperire. Aceste cifre par incredibile. Dar în spatele lor se găsesc probe reale, meticulos testate.
În 1968, revista „Inventor and Rationalizer” nr. 4 a publicat un articol sub titlul „Motor esențial nou”, în care era vorba de „un mecanism fără tije pentru a transforma mișcarea alternativă în mișcare rotativă” (certificatul autorului nr. 164756) . Autorul său este un tânăr inventator al Sevastopolului E. I. Lev. Articolul s-a încheiat cu cuvintele: „... Vreau ca motorul să fie construit, testat în practică”. Și șase luni mai târziu, s-a cunoscut despre existența certificatului de drepturi de autor nr. 118471, eliberat în 1957 lui S. Balandin pentru „un motor cu ardere internă cu mecanism de biela”.
În ambele formulări există cuvântul „fără tijă”. Dar ce se află în spatele acestui cuvânt? Este dificil să răspunzi fără o experimentare atentă. Motorul (Fig. 6), care a fost proiectat de EI Lev, nu a fost încă construit - baza tehnologică a eșuat. Dar lucrările lui S. Balandin fac posibilă afirmarea cu îndrăzneală: în spatele cuvântului cheie din ambele certificate de drepturi de autor, cuvântul „fără tije de legătură” ascundea motoare neobișnuite ale viitorului apropiat. Vor trece câțiva ani și doar conservatorii fără speranță vor proiecta motoare cu un mecanism tradițional bielă-manivelă.
Cum funcționează mecanismul fără tije al lui S. Balandin? „Reperea” sa este arborele cotit, parcă tăiat în trei părți (Fig. 7, a). Partea centrală a manivelei 1 cu o rază înjumătățită în comparație cu raza obișnuită a jurnalelor se rotește liber în lagăre simple de două manivele 2 cu aceeași rază. Partea centrală este acoperită de un lagăr de tijă. Pe tija 3 sunt fixate două pistoane (avantajele schemei sunt realizate cel mai bine cu pistoane opuse). Pentru ca forțele de la gâturile părții centrale a arborelui să nu fie transmise pistoanelor, tija din centru are un ghidaj special 4, similar cu crucea compresoarelor și motoarelor cu abur. Numai această traversă este situată chiar în centrul motorului. Sincronizarea rotației manivelelor este asigurată de arborele 5, care este conectat la acestea prin angrenaje 6. Este, de asemenea, un arbore de priză de putere pentru antrenarea supapelor și a altor unități.
Rulmentul tijei se deplasează în linie dreaptă. În jurul centrului său, deplasându-se reciproc, jurnalele arborelui cotit descriu traiectoriile (cercurile) lor. Și din moment ce gâturile au o traiectorie - un cerc, atunci manivelele urmează lin gâturile. Deci, nu există bielă în motor. Prin urmare, un flux puternic de ulei poate fi furnizat pistoanelor prin canalele largi din capul transversal de-a lungul tijei către pistoane, ceea ce va asigura o răcire perfectă a pistoanelor, ceea ce, la rândul său, permite accelerarea bruscă a motorului. Uleiul încălzit este, de asemenea, returnat prin tulpină. Pentru aceasta, este împărțit în două părți printr-un tub. Datorită alunecării capului transversal pe pelicula de ulei, pistoanele motoarelor S. Balandin practic nu se uzează. Uzura jantelor arborelui cotit este redusă de 3 - 4 ori. Explicația este simplă. La motoarele convenționale cu ardere internă, întreaga forță a presiunii gazului asupra pistoanelor este transmisă la gât, în timp ce la motoarele S. Balandin există doar o diferență utilă în forțele cilindrilor opuși.
Sarcinile reduse pe piesele rotative duc la o reducere de trei până la patru ori (!) A pierderilor prin frecare. Eficiența mecanică a motoarelor S. Balandin este de 94%! Doar 6% în loc de 15 - 25% sunt cheltuiți pentru depășirea fricțiunii! Dimensiunile primelor motoare Balandin erau mai mici decât cele ale motorului M-11, cel puțin prin lungimea bielei și puterea lor în litri (puterea maximă împărțită la volumul de lucru al cilindrilor în litri) - cel mai important caracteristica motorului a fost de 1,5 ori mai mare și acum reperul prețuit pentru toți constructorii de motoare - 100 CP. s. / l. De exemplu, ne putem aminti că capacitatea litrelor motorului unei mașini Zhiguli este exact la jumătate.
Potrivit S. S. Balandin, până acum „doar de la suprafață” a fost luat de la motoarele de biele. De exemplu, doar aceste motoare fac posibilă implementarea constructivă a unui proces de lucru pe două fețe în cilindri, pentru a crește puterea motorului de exact 2 ori.
Dubla acțiune este un termen antic. De la a aparținut primului ICE din Lenoir. Și mai târziu aproape că a dispărut din literatura tehnică. Nu numai pentru că există multe dificultăți constructive pe calea implementării sale. Puține motoare cu efect dublu existente nu au putere dublă și, din punct de vedere al caracteristicilor specifice, sunt mult mai slabe decât motoarele convenționale cu ardere internă. Biela este de vină. Cu siguranță necesită o cruce instalată lângă ea. Și acest lucru duce la o creștere a dimensiunii, o creștere a greutății și, în consecință, la sarcini inerțiale. Ca rezultat - un design greoi, cu viteză redusă, motiv pentru care această schemă este acum utilizată numai în motoarele diesel marine puternice. Motorul lui Balandin nu necesită deloc o creștere a masei pieselor mobile. În el, pentru a găzdui al doilea cilindru, trebuie doar să prelungiți puțin
Ki. Pericolul supraîncălzirii pistoanelor este eliminat prin designul de răcire a pistonului proiectat strălucit, cu un flux puternic de ulei.
Toate motoarele super-puternice ale lui S. Balandin, printre care există un motor cu o capacitate de 14 mii de litri. cu. cu o greutate de 3,5 tone (0,25 kg / CP), acestea erau motoare cu acțiune dublă, inclusiv cele cu sincronizare a supapei bobinei, ceea ce a făcut posibilă reducerea în continuare a dimensiunii. Bobina, împrumutată de la motorul cu aburi, a fost abandonată la începutul dezvoltării motorului cu ardere internă. Bobinele sunt acum folosite din nou. Doar în loc să se miște aurii înainte și înapoi, se folosesc cele rotative, dar esența lor este aceeași.
Dar de ce o bobină? Cu o creștere a rotațiilor și cu cât acestea sunt mai mari, cu atât dimensiunea motorului la aceeași putere este mai mică, sarcinile inerțiale pe grupul bielă-piston și părțile mecanismului supapei cresc brusc. În acesta din urmă, sarcinile crescute încalcă sincronizarea supapei. Bobina rotativă nu este în pericol. Nu fără motiv, motoarele cu sincronizare a supapei cu bobină au uimit recent lumea cu recorduri de putere de litru. De la 200 de litri. s / l (GDR, 1960) până la 300 CP HP / L (Japonia, 1970) Capacitatea de litri a motoarelor cu bobine pentru biciclete de curse a crescut de-a lungul deceniului.
S. S. Balandin a fost înaintea „deținătorilor de recorduri” de cel puțin 20 de ani prin crearea unor motoare mari de o putere enormă. Să reamintim că nimeni din lume, deși specialiști din companii cunoscute au abordat problema, nu a reușit să convoace un motor de avion cu piston cu o capacitate de peste 4000 de mii de litri. cu. Și aici deodată 10 - 14 mii, și dacă doriți, și toate cele 20 mii. Și doar 24 de cilindri. Viteza medie a pistonului la motoarele lui Balandin a atins o valoare fără precedent - 80 m / s! (la motoarele convenționale această viteză este de 10 - 15 m / s, în cursă - până la 30 m / s). Iar eficiența mecanică ridicată nu interferează cu ridicarea acesteia și mai mare.
Puterea efectivă a celor mai bune exemple de motoare cu biele chiar și la o viteză medie a pistonului care depășește 30 m/s. tindând necontrolat la zero. Mecanismul bessha-tunel practic nu răspunde la o creștere a vitezei medii. Puterea efectivă a motoarelor S. Balandin este de 5 - 6 ori, iar cu acțiune dublă este de 10 ori (!) Mai mare decât cea a bielelor. Mic
graficul dat în carte de S. Balandin mărturisește în mod imparțial acest lucru. Graficul este limitat la intervalul de viteze medii ale pistonului de până la 100 m / s, dar curbele par să tindă să iasă din el, ca și cum ar evidenția posibilitățile ascunse ale acestei scheme extraordinare.
Viteza medie este rpm, putere. Dar viteza este mai mare, sarcinile inerțiale și vibrațiile sunt mai mari. Și aici motoarele lui Balandin sunt în afara concurenței. Oscilogramele de vibrație (amplitudine 0,05 - 01 mm) ale celor mai puternice probe, prelevate în trei planuri, par neverosibile. Chiar și în cazul turbinelor, vibrația nu este de obicei mai mică. Echilibrul ideal se menține la orice multiplu de 4 numărul de cilindri. Deși, în principiu, sunt posibile motoare cu un singur cilindru și cu două cilindri. Din blocurile de bază ale celor patru cilindri, ca și din cuburi, puteți adăuga orice compoziție fără a vă îndoi de caracteristicile excelente ale acestora.
Este imposibil să nu spunem despre economie. Consumul specific de combustibil al motorului Balandin este în medie cu 10% mai mic decât cel al prototipurilor de biele. Dar asta nu este tot! Prin oprirea alimentării cu combustibil a unuia sau mai multor bănci de cilindri (și acest lucru s-a făcut!), motoarele pot fi făcute să funcționeze la o eficiență ridicată și practic constantă la moduri de la 0,25 până la limita superioară a puterii nominale. Modul de funcționare la sarcini parțiale, care este principalul și, în mod ciudat, cel mai puțin studiat mod de funcționare al majorității motoarelor, a primit în ultimul timp o atenție maximă. La urma urmei, eficiența motoarelor convenționale este optimă în domenii înguste de putere și viteză.
Motoarele cu mai mulți cilindri, cu biele, practic nu modifică eficiența la nicio sarcină parțială. Este incredibil, dar din nou este un fapt verificat experimental că consumul lor specific de combustibil poate fi redus cu cel puțin încă 10%. Acest lucru se realizează prin utilizarea așa-numitului ciclu de expansiune extins, adică cu o cursă mai lungă a pistonului. Acest ciclu nu găsește aplicații pe motoarele convenționale, deoarece este necesar să le măriți dramatic dimensiunea. La motoarele fără tijă, creșterea necesară a dimensiunii este exact la jumătate și, având în vedere dimensiunea lor mică, un astfel de pas nu are aproape niciun efect asupra caracteristicilor de greutate ale motorului.
Și ultimul lucru. Costul de producție al prototipurilor chiar și ale motoarelor S. Balandin este în medie de 1,6 ori mai mic decât cel al celor de serie cu o putere similară. Același lucru va fi valabil și pentru noile modele. Cheia acestui lucru este atât numărul mai mic de piese, cât și capacitatea de fabricație a structurilor.
Motorul lui Schneider. Printre motoarele neobișnuite, există un altul căruia îi lipsește și o bielă. A fost dezvoltat de șeful grupului uzinei de construcții diesel Riga L.I. Shneider.
Impulsul pentru dezvoltarea motorului a fost succesul motoarelor Wankel. În calitate de inginer de motoare, L. I. Schneider era foarte conștient de avantajele și dezavantajele acestui design și, în propria sa dezvoltare, a încercat să combine rotația pistonului cu forma sa tradițională. Motorul s-a dovedit a fi birotativ. Cu toate acestea, s-a deosebit de motorul lui A.G. Ufimtsev, construit la începutul secolului, prin aceea că atât arborele manivelei, cât și blocul de cilindri se rotesc în aceeași direcție și, mai mult, că nu există biele în el.
Schema structurală a motorului este prezentată în Fig. 8. Într-o carcasă staționară cu pereți subțiri care formează o manta răcită cu aer, un bloc cu patru cilindri cruciformi se rotește pe lagăre. Cilindrii conțin pistoane cu două fețe cu lame de suflare plate 5 (Fig. 8) pe părți. Pistoanele sunt așezate direct pe suporturile manivelei. Arborele se rotește în rulmenți excentrici față de rulmenții blocului de cilindri. Pistoanele sincronizează rotația blocului de cilindri și a arborelui manivelei, iar blocul se rotește în aceeași direcție la jumătate din viteză.
Lamele de suflare se deplasează în cavitățile blocului cilindrilor și asigură aspirarea amestecului de lucru din camera manivelă și carburator 4, comprimarea lui preliminară (volumul camerei manivelă este constant) și bypass către camerele de lucru. Distribuția gazului este asigurată printr-o aranjare rațională a by-pass / și evacuare 2 geamuri și lame de suflare. Pentru o rotație a blocului de cilindri, se produce o cursă de lucru în fiecare, iar arborele manivelei face două rotații.
Rotirea blocului de cilindri asigură îmbogățirea amestecului la periferia cilindrului în zona bujiei, caracteristică tuturor motoarelor rotative, și arderea mai rapidă și mai completă a combustibilului. Arderea aici este aceeași ca și în cilindrii cu distribuție a sarcinii strat cu strat. Prin urmare, motorul lui L. Schneider îndeplinește cerințele moderne pentru „puritatea” gazelor de eșapament.
Caracteristicile motorului includ un echilibru excelent, posibilitatea de a plasa arborele cotit al supraalimentatorului 3 pe volant, a cărui eficiență este suficient de mare datorită dublei rotații de rotație și a efectului de aspirație al nervurilor înclinate ale capetelor blocului. , care, atunci când se rotește, aspiră aerul de răcire prin ferestrele de la capetele carcasei și îl direcționează către centrul situat al carcasei este o volută în care aerul se amestecă cu gazele de eșapament.
Motorul este lubrifiat cu un amestec de lucru, ca la toate motoarele motocicletei. Carburatorul este situat la capătul carcasei opus supraalimentatorului. Aprindere - scânteie electrică. Distribuitorul de aprindere este chiar bujii.
Prototipul motorului, testat la uzina de construcții diesel Riga, cântărea 31 kg cu un volum de lucru de 0,9 litri. Greutatea specifică estimată a motorului în versiunea cu carburator este de 0,6 - 1 kg / l. cu., în motorină - de la 1 la 2 kg / l. cu. Comparativ cu cele convenționale
motoare cu parametri similari Motorul lui L. Schneider este mult mai compact.
Motor Kashuba - Korablev. Un alt motor fără bară a fost propus de doi inventatori din asociația Sevastopol „Yugrybkholodflot” - NK Kashuba și IA Korablev. Au proiectat un motor (Fig. 9), în care pistoanele staționare sunt montate pe cadru /, iar blocul de cilindri 2 se mișcă. Mișcarea acestuia este transformată în rotație printr-un mecanism de transmisie 3 cu semiductoare care interacționează cu cremaliere dințate. O singură bielă 4 este utilizată pentru sincronizare și pornire. Deoarece pierderile de transmisie sunt mici, eficiența mecanică a motorului trebuie să fie mai mare decât cea a modelelor convenționale cu tije multiple. Modelul cu aer comprimat al motorului a arătat că schema adoptată era destul de funcțională. Iar inventatorii inspirați au conceput pe baza sa un motor diesel marin de viteză redusă. S-a dovedit a fi mult mai compact decât cel obișnuit. Și numeroase calcule ale elementelor structurale și ale ciclului de funcționare, efectuate cu ajutorul studenților absolvenți ai Departamentului de motoare cu ardere internă ale Institutului de construcții navale, au confirmat că speranțele autorilor pentru avantajele motorului sunt destul de justificate. Nu au ridicat îndoieli în rândul organizațiilor care au oferit feedback cu privire la proiectul motorului.
Chiar și în versiunea cu patru cilindri, motorul trebuie să aibă un litru sporit și o putere efectivă și un consum specific redus de combustibil. Cu mai mulți cilindri, recompensa crește. În medie, îmbunătățirea parametrilor cheie este estimată în mod conservator la aproximativ 10%. Inutil să spun, cât de important este acest lucru pentru navele care efectuează călătorii pe distanțe lungi! Mulțumește constructorilor de nave și mărește resursele motrice. Pistoanele cu acest design neobișnuit sunt complet scutite de forțele laterale. Și uzura lor determină adesea soarta mașinii. Forțele laterale din motor sunt create numai de biela de sincronizare. Sunt mici și, în plus, sunt percepute de cadrul pe care sunt fixate pistoanele.
Aerul și combustibilul sunt furnizate prin pistoane, distribuția gazului - printr-un sistem de ferestre și canale de ocolire, deoarece motorul este un motor supraalimentat în doi timpi, ca în majoritatea structurilor navelor. Răcirea blocului de cilindri cu apă poate fi efectuată prin intermediul a două pistoane suplimentare. Mișcarea sa nu interferează cu funcționarea sistemului de răcire. Pentru a reduce sarcinile inerțiale, blocul este realizat din aliaje ușoare. Masa sa este puțin mai mare decât masa pieselor mobile în structurile convenționale. Calculele și testele modelului au arătat că acest lucru nu amenință cu complicații.
Mecanismul de conversie a mișcării este și el original în motor. Inventatorii au scăpat de sarcinile de șoc pe dinții jumătăților de sferă atunci când au intrat în logodna cu raftul folosind dinți de angrenaj care se extind automat. Rotația arborilor lor este sincronizată de o pereche de angrenaje speciale (nu este prezentată în Fig. 9). În general, motorul este un alt exemplu interesant de căutare a modalităților de îmbunătățire a schemei clasice.
Motor Guskov - Ulybin. Inventatorii mecanismelor bielelor urmăresc în primul rând scopul de a scăpa de fricțiunea pistonului de peretele cilindrului, ceea ce reprezintă jumătate (!) Din toate pierderile de frecare. Același lucru poate fi realizat într-un alt mod. Motorul cu ardere internă, în care este exclusă fricțiunea pistonului împotriva cilindrului, a fost dezvoltat de Voronezh
de către inventatorii G.G. Guskov și N.N. Ulybin (și. pagina nr. 323562). În acest motor, mecanismul tradițional al bielei este înlocuit cu unul dintre mecanismele lui P. L. Chebyshev.
Iar mecanismul creat acum 100 de ani deschide noi posibilități pentru motoarele cu piston. Potrivit autorilor, absența sursei principale de pierderi prin frecare va crește dramatic viteza și resursa motorului, de 1,5 ori eficiența și chiar va simplifica designul. Se poate suspecta autorii unei abordări insuficient de critice a ideii lor, mai ales că cuvintele „aproximativ simple” sunt alarmante atunci când cunoașteți proiectul pentru prima dată. Cu toate acestea, termenii precauți vorbesc doar despre scrupulozitatea lui P. L. Cebyshev în evaluarea mecanismelor. Abaterea de la o linie dreaptă pentru un proiect specific al motorului (Fig. 10) este mult mai mică decât jocurile general acceptate în perechea „piston-cilindru”. În plus față de rectitudinea traiectoriei, mecanismul are un alt avantaj - absența forțelor de apăsare pe pistoane.
Aceste forțe - principala sursă de frecare - sunt absorbite de biela auxiliară. În același timp, pierderile prin frecare în tija de legătură suplimentară sunt de numai 5 - 6%, ceea ce permite o creștere a rotațiilor de până la 10 mii pe minut sau mai mult.
Viteza mare vă permite să abandonați ... inelele pistonului și să comutați la o garnitură de labirint (vezi Fig. 10). Nimeni nu se va angaja să pornească un motor convențional cu ardere internă în absența inelelor - nu va exista compresie. Dar dacă cumva inelele sunt scoase din motorul în funcțiune, în Fig. zece.
Sigiliul labirint funcționează cel mai bine când este uscat. Prin urmare, lubrifierea fie va lipsi cu totul, fie va fi minimă, iar posibilul punctaj va împiedica tragerea benzilor de ghidare a pistonului. Lipsa de ulei în camera de ardere va duce la mai puțină fum. Inutil să spun că, în prezent, când sunt deja pregătite legile privind interzicerea completă a fumatului motoarelor, acest fapt special este foarte important.
Și, în sfârșit, încă o caracteristică interesantă a motorului, pe care mecanismul Chebyshev permite să o realizeze. Aceasta este aprinderea prin compresie. Cu o creștere a rotațiilor, aprinderea cu un dop cu un singur electrod nu oferă adesea calitatea dorită de ardere a amestecului. Două mufe, mufe cu multi-electrozi, aprinderea electronică sau cu lanternă în cameră anterioară produc rezultate mai acceptabile.
Aprinderea prin compresie este și mai eficientă: un raport de compresie ridicat - aproximativ 30 - asigură la sfârșitul cursei de compresie o temperatură suficientă pentru autoaprinderea rapidă a unui amestec foarte slab1 în întregul său volum, ceea ce garantează arderea completă și o eficiență crescută a motorului. Utilizarea aprinderii prin compresie presupune un raport de compresie variabil: pe măsură ce camera de ardere se încălzește, este necesară o reducere a raportului de compresie. Multe întreprinderi inventive au eșuat pe parcurs: tot felul de elemente „elastice” din structură nu au putut rezista temperaturilor și încărcăturilor provocate de combustia „dură” (detonare diesel). Și numai la motoarele de compresie ale modelelor de aeronave, această metodă este utilizată cu succes, dar acolo raportul de compresie este ajustat de modelator însuși imediat după pornirea motorului.
Calculele autorilor au arătat că mecanismul Chebyshev are o conformitate excelentă, ceea ce permite să nu se introducă „elastomeri” suplimentari în proiectare.
1 Amestecați cu exces de aer.
elemente statice "și în același timp pentru a obține un raport de compresie pseudo-variabil destul de acceptabil. Datorită aranjării reciproce a părților mecanismului, motorul se va adapta automat la diferite condiții de funcționare.
Arderea completă a amestecului slab, cuplată cu absența lubrifierii cilindrilor, va reduce concentrația de substanțe nocive din gazele de eșapament (cu excepția oxidului de azot). Motorul a interesat specialiștii. În 1975, NAMI a finalizat producția unui prototip.
Motorul lui Kuzmin. Motorul cu mecanismul Chebyshev descris mai sus este destinat motocicletelor. Și aceasta nu este singura noutate din pușculița inventatorilor. În „cartea recent publicată„ Motocicletă ”(SV Ivanitsky și colab., 1971), scrisă de un grup de angajați de frunte ai VNIImotoprom, se indică faptul că„ eficiența redusă a lubrifiantului a început să împiedice progresul motoarelor în doi timpi . "diverse modificări ale designului la schema clasică de lubrifiere.
Avantajele sistemelor de lubrifiere separate pentru motoarele în doi timpi cu pompe de ulei - o mai bună lubrifiere a pieselor mecanismului manivelei; reducerea formării carbonului, a cocsării inelului și a fumului motorului; umplere separată cu ulei și combustibil - a încorporat sistemul de lubrifiere creat de inventatorul de la Sevastopol. V.I.Kuzmin (și. Cu. Nr. 339633). Are cel puțin două calități pozitive: absența unei pompe complexe de alimentare cu ulei, care determină simplitatea și fiabilitatea sporită a sistemului și circulația parțială a uleiului de-a lungul circuitului cilindru-rezervor de ulei, care îmbunătățește răcirea și reduce stresul termic a motorului.
Elementele principale ale sistemului de lubrifiere (Fig. 11, a) sunt un rezervor de doi litri /, care se potrivește în cutia laterală a unei motociclete, conductele de ulei 2 și canelurile curbate 6 de pe oglinda cilindrului, conectate la conductele de ulei prin găuri. Uleiul este aspirat în cilindru datorită vidului (nu este nevoie de pompă!). Uleiul intră în canelura inferioară prin trei găuri cu diametrul de 7! mm (Fig. 11, b) când pistonul se deplasează în sus din centrul mort inferior (BDC) până la deschiderea aspirației
fereastră, adică numai în momentul celui mai mare vid din carter. În canelura superioară, uleiul este îndepărtat de canelura inferioară prin acțiunea de frecare a Lorshnya. Când amestecul se aprinde, o parte din gazele care s-au spart prin inelul pistonului se blochează în spațiul dintre cilindru și piston va scoate uleiul din canelura superioară înapoi în rezervor. Presiunea din rezervor va crește și o nouă porțiunea de ulei va intra în canelura inferioară.
În timpul cursei pistonului către BDC, uleiul vâscos este antrenat de-a lungul părților înclinate ale canelurii inferioare, datorită cărora se creează o abundență de ulei în zona știftului pistonului. De-a lungul canelurilor realizate în bofurile pistonului (sub deget), o parte din ulei curge în partea superioară, iar sub acțiunea forțelor gravitaționale, în capul inferior al bielei. Cealaltă parte este transportată de fusta pistonului în zona cacaoului uleios al rulmenților arborelui cotit. Admisia de ulei are loc înainte de momentul creșterii presiunii în carter. Astfel, porțiuni de ulei proaspăt sunt furnizate ciclic către toate cele mai importante unități ale mecanismului manivelei.
Cantitatea de ulei furnizată este automat (!) legată de turația și sarcina motorului: cu cât este mai mult vid în carter, cu atât mai mult ulei este aspirat în canelura inferioară. Pentru reglare suplimentară, o supapă cu ac 3 este instalată pe linia de alimentare cu ulei, controlată de un buton rotativ al clapetei de accelerație (gaz). O altă conductă de ulei 4, prin care rezervorul de ulei este conectat la conducta de aspirație din spatele carburatorului, servește la egalizarea presiunii din rezervor. În această linie este instalat un șurub mic de sufocare. Prin schimbarea poziției sale, este posibil să se varieze alimentarea cu ulei a cilindrului pe o gamă largă.
Multe motoare de motociclete fumează foarte mult. Acest lucru se datorează parțial particularităților sistemului clasic de lubrifiere, în care se adaugă ulei într-un raport de 1 la 20 - 25 părți de benzină, parțial din cauza analfabetismului șoferilor, care, crezând că „nu puteți strica terciul cu ulei”, crește proporția de ulei. Puțini șoferi știu că de la ralanti la viteză medie (accelerația pe jumătate deschisă), un raport de 1: 200 la 1:60 este suficient pentru a lubrifia motorul. Și numai la încărcare maximă, este necesară o compoziție 1:20. Desigur, sistemul clasic de lubrifiere nu îndeplinește aceste cerințe. Excesul de ulei la sarcini mici duce doar la fum.
În câțiva ani, cerințele sporite pentru curățenia eșapamentului vor pune o barieră de netrecut în calea acestui sistem. GAI Uzh începe acum să elimine numerele de pe motocicletele care fumează în special și ținând cont de pretențiile la schema clasică pentru calitatea lubrifierii în următorii ani, ar trebui să ne așteptăm la o distribuție largă a motoarelor în doi timpi cu sisteme de lubrifiere separate.
Prin urmare, munca lui Kuzmin ar putea interesa industria noastră de motociclete. Sistemul original de lubrifiere ar putea asigura vânzările nestingherite ale IZH și Kovrovtsev în străinătate. Poate fi necesar să ne gândim doar la creșterea eficienței lubrifierii lagărului principal al bielei. Abundența de ulei care intră în rulmenții arborelui cotit indică posibilitatea utilizării unui dispozitiv similar cu cel descris în cartea „Motocicletă”, care folosește cu succes forțe centrifuge. În toate celelalte privințe, sistemul inventatorului sovietic este superior celui străin.
Kuzmin și-a instalat propriul sistem de lubrifiere la Kovrovets. Și acum 50 de mii de km sunt deja în urmă, iar pistonul și cilindrul au o suprafață absolut curată, fără nici cea mai mică urmă de scufundări. Motocicleta nu fumează, trage mai bine (doar arde benzina pură și toate piesele sunt perfect lubrifiate). Nu există o uzură semnificativă nici pe bolțul pistonului, nici pe lagărele bielei și arborelui cotit, deși, de obicei, cu un astfel de kilometraj, grupul bielă-piston trebuie deja înlocuit.
Sistemul de lubrifiere fiabil permite creșterea puterii motorului. Și pentru aceasta, V. Kuzmin, împreună cu G. Ivanov, au aplicat o soluție originală, la care au fost induși de un articol despre tornade apărut într-o revistă populară. Tornada se învârte, amestecă aerul. La motoare, o depășire mai completă a amestecului crește completitudinea arderii combustibilului, ceea ce duce la o creștere a puterii. Prin schimbarea formei camerei de ardere prin sudarea și sculptarea a două depresiuni care formează vortex în ea, Kuzmin și Ivanov au încercat să crească puterea motorului. După mai multe încercări nereușite, s-a găsit forma rațională a depresiunilor de formare a vortexului, iar puterea motorului „Kovrovtsa” s-a apropiat de 20 CP. cu.!
Eficiența motorului este determinată de mulți indicatori, printre care pierderile de căldură din camera de ardere nu se află pe ultimul loc. Sunt minime în camerele de ardere (sferice) de cort și suprafața lor este limita spre care se străduiesc proiectanții. Orice abateri de la sferă măresc suprafața și duc la creșterea pierderilor de căldură. În cazul nostru, câștigul din eficiența crescută a arderii, aparent, depășește semnificativ daunele cauzate de o oarecare creștere a suprafeței.
Cea mai încărcată coroană a pistonului termic. Cu o creștere bruscă a puterii și, în consecință, a tensiunii termice, coroana pistonului se poate arde. Pentru a preveni acest lucru, o parte de configurație complexă este plasată pe carterul motorului descris (în camera de precompresie) - un deplasator cu piston, care îndepărtează amestecul încălzit de sub piston. Prin aceasta, inventatorii au realizat o răcire intensivă a coroanei pistonului; a turbulizat amestecul din camera manivelei și a redus volumul camerei manivelei, crescând astfel raportul de pre-compresie. Și acum pe „Kovrovets” vă puteți îmbarca în siguranță în orice călătorie.
Sistemul de lubrifiere autonom garantează funcționarea fiabilă și de lungă durată a celei mai slabe verigi - mecanismul manivelei / Camera și deplasatorul îmbunătățesc formarea amestecului și eficiența arderii, reduc consumul specific de combustibil și asigură o putere mare - o garanție a caracteristicilor excelente de conducere ale motocicletei . Și sunt foarte înalți. Lotul de „Kovrovtsy” obișnuit este de 70 - 90 km / h, mașina îmbunătățită dezvoltă cu ușurință 100 - 110 km / h. A trebuit chiar să echilibrez roțile, deoarece la o viteză medie mare tremuratul de la dezechilibru, de obicei insesizabil, devenea enervant. După ce au obținut rezultate excelente prin mijloace relativ simple, inventatorii de la Sevastopol visează să pună în aplicare invenția lor. Ei sunt gata să ofere orice informație, inclusiv motocicleta în sine, organizațiilor interesate.
Dezvoltând și rafinând ideile lor, este posibil să proiectăm mașini care depășesc motocicletele celor mai bune firme străine. Și, desigur, soluțiile rezidenților din Sevastopol pot găsi aplicații nu numai pe motociclete, ci și pe orice alte motoare. De exemplu, s-a dezvăluit recent că raportul maxim de compresie al motoarelor pe benzină poate să nu fie de 12, așa cum era obișnuit, ci de 14,5 - 17,5. În acest caz, randamentul termic al motorului crește cu aproape 15% I. Deplasatorul și camera "Kovrovets" sunt doar exemple ale unui astfel de dispozitiv.
Biela flexibila. Ideile noastre despre o serie de detalii sunt un fel de stereotip. Spuneți, ce este o bielă? Aceasta este o placă în formă cu două găuri. Ca ultimă soluție, una sau ambele găuri sunt înlocuite cu capete bile. Aceste două construcții rătăcesc din mașină în mașină. Și ei desenează, și le pun, fără ezitare. Și ce ar putea fi altfel?
Să aruncăm o privire la biela din lateral. Acesta trebuie să fie strict perpendicular pe axa longitudinală a motorului. Dar imaginați-vă că jambonul bielei arborelui cotit nu este ușor paralel cu axa. Capul bielei se va deplasa în lateral. Imaginați-vă acum că găurile din capetele inferior și superior ale bielei sunt ușor înclinate. Acest lucru se întâmplă tot timpul, chiar dacă se află în limitele toleranțelor. Drept urmare, axa știftului pistonului, care trebuie să fie paralelă cu axa motorului, nu ia aproape niciodată o poziție atât de ideală.
Ținând cont de eroarea din alezajul orificiului pentru deget și de inexactitatea instalării blocului cilindrului pe carter, constatăm că, chiar și cu o precizie de fabricație foarte mare, este aproape imposibil să se asigure paralelismul cilindrului. și pereții pistonului!
Dar milioane de ICE funcționează! „Am fi putut lucra mai bine”, spune V.S. Salenko, un inventator din Kom-Somolsk-on-Dnepr. Pentru a face acest lucru, biela trebuie făcută cu trei legături (Fig. 12), astfel încât pistonul să se autoalinieze de-a lungul cilindrului, iar capul inferior - de-a lungul jurnalului bielei. Îmbinările degetelor sunt adăugate lângă capetele bielelor superioare și inferioare perpendiculare pe găurile lor.
Este greu de crezut că este necesară o astfel de complicație a unui detaliu simplu. Dar, de exemplu, dacă, după câteva ore de funcționare, orice motor este dezasamblat, va deveni clar că „necesitatea” nu este adesea teoretică. Pistoanele aproape tuturor motoarelor cu ardere internă sunt făcute ușor eliptice: în direcția bolțului pistonului, dimensiunea lor este mai mică. Teoretic, nu ar trebui să existe nicio uzură pe lateral după câteva ore de funcționare. De fapt, este cel mai adesea prezent și indică o nealiniere a pistonului din cilindru. Nealinierea va atrage nu numai uzura pistonului, ci și conicitatea lagărelor știftului și a jurnalului bielei, uzura lor neuniformă pe lungime. Practic, aceste procese au loc în timpul rodajului. Apoi, toți „de prisos” vor fi șterse și detaliile vor găsi o poziție în care vor funcționa mult timp și regulat. Dar degajările de rodare vor crește inevitabil.
Grupul bielă-piston determină resursa motorului. Utilizând o bielă cu trei legături, tot „superfluul” șters în timpul rulării poate fi util pentru a crește durata de viață. VS Salenko a realizat mai multe biele cu trei legături pentru motociclete și motorul automobilului Moskvich. Motorul Moskvich, asamblat în condiții artizanale (!), În ciuda faptului că golurile din toate îmbinările articulate erau de 0,005 diametre, a pornit cu ușurință în timpul rulării și a funcționat clar și constant la cel mai mic rpm.
Motoare cu ardere externă
Atenția acordată motoarelor cu ardere externă se datorează în principal două motive: faptul că arderea combustibilului în afara camerei de ardere poate reduce drastic cantitatea de impurități nocive din gazele de eșapament și faptul că eficiența unor astfel de motoare poate fi semnificativ mai mare decât cea a alții.
În primul rând, acestea sunt motoare cu piston care implementează ciclurile Stirling și Erickson și... mașini cu abur. Acum cel mai faimos este ciclul Stirling, care diferă de ciclul Erickson prin faptul că încălzirea și răcirea gazului se efectuează la un volum constant de-a lungul izocorului și nu la presiune constantă - conform izobarului (Fig. 13) . La niveluri egale de temperatură superioară și inferioară, motoarele Stirling și Erickson cu regeneratoare au aceeași eficiență, dar eficiența „coafării” este mai mare, deoarece consumul de căldură necesar pentru încălzirea gazului prin izocor este mai mic. Smochin. 13 rezultă că. munca utilă, caracterizată în diagrama T - S de zona ciclului, este de asemenea mai mare pentru motoarele Stirling.
Este interesant de observat că ambele motoare au apărut în perioada de glorie a motoarelor cu aburi și au fost produse în cantități semnificative până la începutul acestui secol. Cu toate acestea, nimeni nu a reușit să-și realizeze avantajele în acel moment și, în primul rând datorită greutății lor extreme, au fost complet suplinite de motorul cu ardere internă.
Renașterea motorului Stirling a avut loc în anii 50. Și deja primul prototip i-a uimit pe creatori cu o eficiență fără precedent, egală cu 39% (teoretic până la 70%). Să luăm în considerare principiul funcționării sale (fig. 14).
Motorul are două pistoane și două camere: compresie (între pistoane) și încălzire (deasupra pistonului superior). O tijă trece prin centrul pistonului principal de lucru 1, pe care este fixat al doilea piston 2, numit piston cu deplasare.
Datorită designului mecanismului de paralelogram, mișcarea pistonului de deplasare este defazată cu mișcarea pistonului principal. Pistoanele sunt acum cât mai aproape posibil, apoi se îndepărtează unul de celălalt. Modificarea volumului de gaz dintre pistoane este prezentată în figură prin două curbe punctate. Zona dintre ele corespunde schimbării volumului spațiului restrâns, iar curba inferioară caracterizează schimbarea volumului deasupra pistonului de lucru. Când pistoanele se deplasează unul către celălalt, gazul de lucru din camera de compresie este comprimat (numai datorită mișcării pistonului / în sus) și în același timp este forțat în frigider 3 și apoi prin regenerator 4 în camera de încălzire . A regenera înseamnă a restaura. În regenerator, gazul absoarbe căldura pe care regeneratorul a primit-o din porțiunea de gaz care a trecut anterior prin el în direcția opusă. Gazul intră apoi în capul mașinii (camera de încălzire), care este încălzit constant de o sursă de căldură externă. Aici gazul se încălzește rapid până la o temperatură de 600 - 800 ° C și începe să se extindă. Gazul în expansiune va trece prin regenerator și răcitor, în care temperatura acestuia va scădea și mai mult, în camera de compresie, unde va efectua lucrări mecanice.
Pistonul de deplasare, deplasându-se în sus, va împinge tot gazul din camera de încălzire în camera de compresie. După aceea, ciclul se repetă. Deci mașina pompează
căldură de la camera de încălzire la temperatură ridicată la camera de compresie la temperatura ambiantă. Energia dobândită de gazul din camera de încălzire este transformată în lucru mecanic îndepărtat de arborele motorului.
Pe lângă eficiența ridicată și sterilitatea, trebuie adăugate avantajele „stirlingului” - capacitatea de a lucra cu orice tip de combustibil sau energie termică, precum și liniștea și netezimea muncii. „Stirling-urile” existente datorează aceste calități nu în ultimul rând unității.
Primele Stirlings de pe piață aveau o manevră simplă cu dublu genunchi cu jurnale schimbate cu aproximativ 70 °. Acest lucru a oferit un flux de lucru bun, dar mașinile au vibrat - a fost complet imposibil să se echilibreze o astfel de unitate. În următoarele modificări, a apărut o unitate de paralelogram. Vibrația aproape a dispărut (noroc rar!), Dar fluxul de lucru s-a deteriorat ușor. Dintre cele două rele, se alege cea mai mică: fără vibrații - fiabilitate mai mare.
Deteriorarea procesului se explică prin faptul că ciclul real diferă semnificativ de cel teoretic. În fig. 13 (în coordonatele T - S) în interiorul paralelogramului ideal care caracterizează ciclul Stirling, este prezentat un oval - acesta afișează procesele reale. Figura (diagrama IV) prezintă același ciclu în coordonatele P - V, care sunt mai familiare operatorilor de motoare
Orez. 14. Schema de funcționare a motorului Stirling:
1 piston de lucru; 2 - piston de deplasare; 3 - frigider; 4 - regenerator
drive - pentru a aduce ovalul cât mai aproape de forma ideală, fără a deteriora calitățile mecanice ale motorului.
Unitatea de paralelogram folosită de inginerii olandezi pentru modelul îmbunătățit a îndeplinit această condiție doar parțial. O soluție mult mai bună (Fig. 15) a fost propusă de oamenii de știință și ingineri uzbeci T. Ya. Umarov, V. S. Trukhov, Yu. E. Klyuchevsky, N. V. Borisov, L. D. Merkushev - angajați ai Departamentului de Heliofizică al Academiei Institutului Fizico-Tehnic din Științe ale RSS uzbece.
În vechiul antrenament (Fig. 15, a), traiectoria punctelor manivelei care determină mișcarea pistoanelor este un cerc. În noua transmisie (Fig. 15, b) pentru pistonul cu deplasare - un cerc, pentru muncitor - o elipsă. Acest lucru permite, păstrând în același timp toate avantajele unei acționări în paralelogram, să realizeze o mai bună coordonare a mișcărilor pistonului și să apropie ciclul real de ideal. Soluția este protejată de certificatul de copyright nr. 273583.
Principalul dezavantaj al Stirlings este volumul lor. Pentru 1 litru. cu. puterea în structurile construite este de 4 - 5 kg față de 0,5 - 1,5 kg la motoarele convenționale. Mai multe invenții ale lui T. Ya. Umarov, V. S. Trukhov și Yu. E. Klyuchevsky pot ajuta la slăbit. În motor pe a. cu. Nr. 261028, pistonul cu deplasare îndeplinește funcțiile unui piston de lucru în anumite etape ale mișcării sale, adică este utilizat mai eficient. Aruncă o privire la fig. 15, c. Când ambii pistoane se deplasează în sus, ambii sunt implicați în compresie. Acest lucru se realizează datorită faptului că pistonul de lucru este situat în interiorul pistonului cu deplasare. Același lucru se întâmplă în momentul expansiunii - o cursă de lucru. Ca urmare, antrenarea este încărcată mai uniform, proporția cursei de lucru în ciclul total crește, dimensiunile și, în consecință, greutatea mașinii sunt reduse.
Motorul are dimensiuni chiar mai mici. cu. Nr. 385065 de aceiași autori (Fig. 15, d). Pe lângă plasarea pistonului de lucru în interiorul pistonului cu deplasare, acesta din urmă este realizat cu o cavitate internă închisă în care se află o acționare, constând dintr-un arborele cotit și o pereche de roți dințate conice. - Interesul oamenilor de știință din Tașkent pentru motoarele cu ardere externă nu este doar un hobby pentru un subiect la modă. Au nevoie de ele ca unul dintre elementele sistemelor solare simple, fiabile și eficiente. Adunate într-un fascicul de raze solare vor pune în mișcare „stilizarea” oricărui design imaginabil, iar eficiența unui astfel de sistem va depăși semnificativ eficiența bateriilor solare sau a acumulatorilor de căldură.
Motoarele cu cicluri de ardere oferă posibilități uimitoare. Și putem spune cu siguranță că atenția cercurilor inventive și inginerești asupra lor nu este în mod clar suficientă. Un exemplu în acest sens este certificatul de autor nr. 376590 al inginerului V. I. Andreev și doctor în științe tehnice A. P. Merkulov. Motorul lor (Fig. 16) folosește un mecanism de biela 6 S. S. Balandina. „Stirling” cu mecanismul lui S. S. Balandin a devenit mult mai compact. Dar aceasta nu este esența invenției: camerele de încălzire 7 ale noului motor sunt conectate prin conducte de căldură 5 - supraconductori de căldură. Evaporarea și condensarea substanțelor plasate în ele asigură un transfer aproape instantaneu al unui flux de căldură uriaș în raport cu dimensiunea de la un capăt la celălalt al tubului.
Tuburile au permis inventatorilor să găsească soluția corectă la una dintre problemele motoarelor cu ardere externă - extracția neuniformă a căldurii. În ciclurile termice ale motoarelor convenționale cu ardere internă, căldura este furnizată la un moment strict definit. Și în motoarele cu ardere externă, capul este încălzit în mod constant. Ca urmare, în momentele în care nu există extracție de căldură, capetele se supraîncălzi. Este necesar să reduceți temperatura de încălzire și acest lucru afectează în mod direct eficiența: cu cât temperatura este mai scăzută, cu atât este mai scăzută. Este păcat, dar nu este nimic de făcut: utilizarea materialelor rezistente la căldură reduce coeficientul de transfer de căldură, utilizarea materialelor termoconductoare necesită o scădere a temperaturii de încălzire admisibile a capului.
Motorul lui Andreev și Merkulov este cu acțiune dublă. Când cursa de lucru pe o parte a pistonului se termină, conductele de căldură „pompează” căldura în exces în camera de încălzire opusă. În acest fel, temperatura zonei de încălzire este uniformizată și poate fi crescută semnificativ. Noul „sterlin” își datorează acțiunea bidirecțională mecanismului lui S. Balandin. Dintre toate mecanismele cunoscute, numai mecanismul lui S. Balandin permite o acțiune bidirecțională cu un beneficiu maxim, cu o creștere minimă a dimensiunilor și o eficiență mecanică maximă posibilă.
În motorul Andreev-Merkulov, pistoanele cu deplasare 2 și pistoanele principale de lucru 1 sunt instalate în cilindri separați, iar o cameră independentă este amplasată pe fiecare parte a pistonului. Camerele sunt conectate în perechi prin conducte, pe care sunt fixate aripioarele frigiderelor. În fiecare pereche de camere, se efectuează un ciclu de „stirling” cu un singur cilindru.
Diagrama care ilustrează principiul de funcționare al unui singur cilindru „Stirling” (vezi Fig. 14) arată clar mișcarea asincronă a pistoanelor, asigurată de mecanismul paralelogramului. Același efect se obține și în mecanismul fără biele al lui S. Balandin și în orice alt mecanism cu biele multiple, dacă fusele arborelui cotit sunt deplasate cu un anumit unghi.
Eficiența motoarelor cu ardere externă deja construite ajunge la 40%. Conform calculelor lui V. Andreev și A. Merkulov, este posibilă creșterea acestuia cu cel puțin 15% numai prin utilizarea conductelor de căldură. Mecanismul lui S. Balandin nu va da mai puțin. Eficiența reală a mașinii se va apropia de teoretic - 70%? Aceasta este aproape de două ori mai mare decât cea a celor mai bune ICE din vremea noastră. Adăugați la aceasta „sterilitatea” motorului Stirling.
Un motor cu ardere externă pentru un autoturism a fost testat în străinătate. S-a dovedit că concentrația de CO în gazele de eșapament a scăzut de 17 - 25 de ori, oxizii de azot - aproape 200 (!), Hidrocarburi - de 100 de ori.
„Stirling”, proiectat de V. Andreev și A. Merkulov, cu o capacitate de 50 de litri. cu. cântărește 70 kg sau 1,4 kg / l. cu. - la nivelul celor mai bune exemple de motoare cu carburator. Și aceasta nu este o exagerare. Ca urmare a utilizării mecanismului lui SS Balandin, dimensiunea a fost redusă, iar autorii au scăpat de presiunea din carter prin instalarea unei membrane de cauciuc rulante pe tijă, care este capabilă să reziste la presiuni de până la 60 kg / cm2 ( de obicei în spațiul pistonului acestor motoare aproximativ 40 kg / cm2). Heatpipes au putere crescută pentru aceleași dimensiuni. La scurt timp după primirea certificatului de drept de autor, inventatorii au descoperit un brevet SUA eliberat puțin mai târziu către General Motors, care stipulează utilizarea conductelor de căldură pentru a furniza căldură în interiorul unui motor cu ardere externă. Sensul este același, esența este oarecum diferită.
Motoarele cu ardere externă sunt cunoscute de peste 150 de ani. Eficiența primului dintre ei a fost de 0,14%! Putem spune că s-au născut din timp. Neajunsuri semnificative i-au ținut multă vreme în „marje”. Exploziile de gândire tehnică, similare cu ideea lui V. Andreev și A. Merkulov, le deschid o stradă verde.
Există o altă modalitate foarte interesantă de a aduce eficiența lui Stirlings mai aproape de cea teoretică, găsită și de oamenii de știință sovietici - angajați ai Institutului de Inginerie a Energiei Nucleare din Academia de Științe a BSSR. Într-un număr de certificate de copyright nr. 166202, 213039, 213042, 201434. autorii cărora sunt I.M. Kovtun, B.S. Onkin, A.N. Naumov, S.L. motoare termice cu o eficiență mai mare decât cea a ciclului Carnot. Această afirmație, care infirmă adevărurile elementare cunoscute de toți inginerii de încălzire, sună paradoxal la prima vedere. Și în același timp, astfel de mașini sunt posibile. În total, fără excepție, lucrările fundamentale dedicate motoarelor termice, se presupune că proprietățile corpurilor de lucru - gazele în timpul funcționării nu se modifică. Esența căii propuse de oamenii de știință din Belarus este schimbarea acestor proprietăți. Aceasta din urmă este posibilă dacă în timpul ciclului apar reacții chimice reversibile în gazele de lucru sau amestecurile acestora. De exemplu, eficiența termică a unei turbine poate fi mărită de trei ori dacă, atunci când este încălzit, fluidul de lucru se disociază și, atunci când este răcit, se recombină. Astfel de corpuri pot fi sulf gazos, iod, oxizi de azot, cobalt, triclorură de aluminiu.
În special, triclorura de aluminiu este deja considerată ca un fluid de lucru promițător pentru "heliostyrling", care va funcționa în spațiu. Principala problemă în acest caz este eliminarea căldurii din frigider. Nu există altă cale decât radiația de căldură în spațiu. Pentru ca acest proces să fie eficient, temperatura frigiderului-radiatorului trebuie să fie suficient de ridicată, nu mai puțin de 300 ° C. Limita superioară de temperatură este aceeași ca pe Pământ: de la 600 la 800 ° C. Este limitată de căldură rezistenta materialelor existente. În aceste condiții, eficiența „Stirling”-ului convențional este redusă semnificativ, iar utilizarea gazului de disociere nu numai că va crește puterea de 2 - 3 ori, ci și va dubla eficiența.
Nu există nicio îndoială că ar fi un păcat să renunți la astfel de avantaje pe Pământ. Prin urmare, celor ale căror activități sunt legate de motoarele termice li se poate recomanda să studieze cu atenție munca oamenilor de știință din Belarus. Ele ascund, de asemenea, posibilitatea de a crea mari
motoare termice cu o eficiență apropiată de 100% și baza pentru construcția motoarelor cu combustie externă auto de o eficiență fără precedent.
Primele rezultate pozitive sunt deja disponibile. Inginerii olandezi au forțat mediul de lucru al unei mașini frigorifice care funcționează pe un ciclu Stirling să sufere transformări de fază și și-au dublat capacitatea de refrigerare. Acum depinde de motoare!
Motoare cu aburi. Vorbind despre motoarele cu ardere externă, nu putem să nu menționăm motoarele cu abur. Acest tip de condus, care era cel mai comun acum 100 de ani, este considerat astăzi ca fiind exotic. Și acest lucru se explică doar prin faptul că motoarele cu ardere internă au eliminat practic motoarele cu aburi de la mașini, deși producția la scară mică a vagoanelor de feribot a existat până în ... 1927.
Pasionații de abur oferă multe motive pentru reînvierea motorului bunicilor noștri. Și în primul rând, considerații despre „sterilitatea” ridicată a motorului. În acest sens, un motor cu abur are aceleași avantaje ca și un motor Stirling: în teorie, în produsele de ardere sunt prezenți doar dioxid de carbon și vapori de apă, iar cantitatea de oxid de azot poate fi și mai mică, deoarece temperatura necesară este mult mai mică. . În plus, ca rezultat al unei arderi mai complete, cantitatea totală de „evacuare” în comparație cu un motor cu ardere internă este cu aproximativ 1% mai mică.
Eficiența motoarelor moderne cu abur nu este deloc scăzută. Poate fi mărit la 28% și, astfel, poate fi comparabil cu eficiența ICE-urilor din carburator. Trebuie remarcat faptul că, de exemplu, eficiența generală a vehiculelor electrice (luând în considerare procesul de generare a energiei electrice) nu depășește 15%, adică, la scară globală, o flotă de vehicule stirling și feribot ar polua atmosfera aproape jumătate ca o flotă similară de vehicule electrice. Și având în vedere performanțele excepționale ale motoarelor cu abur, interesul reînnoit față de acestea nu mai pare nerezonabil. Nu numai articolele de jurnal și brevetele „proaspete” sunt dovada unui interes reînnoit, ci și comerțul cu brevete pentru motoarele cu abur.
O diagramă schematică a unei versiuni cu un singur circuit a unui motor cu aburi pentru automobile este prezentată în Fig. 17. Sursa de căldură / aduce la fierbere fluidul de lucru din cazan 2. Este „fluidul de lucru”, deoarece poate fi nu numai apă, ci și alți agenți cu temperaturi de fierbere (condens) acceptabile și parametri termici. Unul dintre agenții promițători este, de exemplu, freonul-113, al cărui punct de fierbere (48 ° C) este jumătate din cel al apei.
Prin mecanismul de distribuire 3, aburul intră în motorul cu abur propriu-zis 4. Aburul evacuat este condensat de fluxul de aer de la ventilatorul 5 în condensatorul 6, degajând în prealabil o parte din căldura lichidului în schimbătorul de căldură recuperator 7. Lichidul este furnizat schimbătorului de căldură și apoi cazanului de către pompa 8. Elemente de circuit precum motorul 4, condensatorul € (radiator) și pompa 8 fac parte din orice mașină. Se adaugă numai cazanul 2 cu încălzitorul 1 și schimbătorul de căldură 7.
Ca motor 4, pot fi utilizate aproape orice piston și mașini rotative sau chiar turbine. Prin urmare, aproape toate soluțiile tehnice descrise în această broșură sunt aplicabile unității cu abur.
Avantajele mecanismelor descrise în combinație cu caracteristicile motoarelor cu abur vor face posibilă crearea unor acționări extrem de eficiente ale vehiculului. La urma urmei, avantajele elementare ale mașinilor moderne - lipsa de zgomot, răspunsul clapetei de accelerație, funcționarea lină - sunt relative. Vagoanele cu feribotul corespund pe deplin adevăratului sens al acestor cuvinte. Nu au o schimbare bruscă a presiunii de evacuare și, prin urmare, nu există o sursă principală de zgomot și, în același timp, nu există un sistem de amortizare a sunetului de evacuare. Puțină lume a reușit să vadă feribotul în ultima vreme. Dar locomotivele sunt probabil amintite de toată lumea. Să ne amintim că, chiar și cu un tren greu, au început absolut tăcut și excepțional de lin.
Funcționarea lină și răspunsul extraordinar la accelerație al vehiculelor cu feribotul se explică prin faptul că caracteristicile motorului cu abur sunt calitativ diferite de cele ale motorului cu ardere internă. Chiar și la rotații minime, cuplul său este de cel puțin 3 până la 5 ori mai mare decât cel al unui motor cu ardere internă cu putere comparabilă la rotația optimă. Cuplul ridicat oferă o dinamică excelentă de accelerație a vagonului de feribot. Dacă motoarele cu combustie internă cu carburator cu o capacitate de 50 de litri. cu. asigurați-vă că mașina accelerează la o viteză de 100 km/h în aproximativ 20 de secunde, apoi motorul cu abur are nevoie de jumătate din timp pentru aceasta.
De asemenea, este important să nu fie necesară schimbarea treptelor de viteză în timpul accelerației, cuplul ridicat al motorului cu abur fiind menținut pe întreaga gamă de turații - de la zero la maxim. Pur și simplu aici nu sunt necesare cutii de viteze. Nu uitați: aceleași locomotive cu aburi nu le-au avut niciodată. Avantajul motorului cu aburi este viteza relativ scăzută, care la rândul său duce la o durabilitate crescută. Chiar și cu raportul de transmisie de la roți la motor egal cu unul, rotațiile nu vor depăși 2000 - 3000 pe minut la o viteză a echipajului de până la 200 km / h (!), Iar intervalul obișnuit de rotații ale motorului este de 3000 - 6000 rpm.
Dar, în ciuda vitezei reduse, indicatoarele de putere specifice ale motorului cu abur sunt superioare celor ale motorului cu ardere internă. De exemplu, pentru a obține o putere specifică de 400 - 600 CP de la un motor cu aburi. sec / l (la 2500 - 3000 rpm) nu este deloc dificil. Lotul motoarelor convenționale cu ardere internă este de numai 50 - 100 litri. sec / l și numai motoarele individuale cu mecanismul lui S. Balandin au indicatori similari.
Și, în sfârșit, fiabilitatea motoarelor cu abur nu este în niciun caz ultimul dintre avantajele lor. Chiar și acum, pe margini găsești locomotive cu abur funcționale construite la începutul secolului. Și motoarele lor cu abur sunt în perfectă stare de funcționare. Motivele pentru aceasta sunt - Viteza redusă, constanța regimului de temperatură (temperatura aburului), nivelul scăzut al temperaturilor maxime - de 5-6 ori mai puțin decât într-un motor cu ardere internă, absența completă a unor astfel de procese neplăcute precum formarea carbonului și cocsificarea, și puritatea absolută a agentului de lucru, care circulă într-o buclă închisă (în motorul cu ardere internă, curățarea completă a aerului nu poate fi efectuată).
Bineînțeles, se pune întrebarea, care sunt motivele care împiedică motorul cu aburi să își ia din nou locul potrivit printre motoarele moderne?
În primul rând, aceasta este o eficiență scăzută și, ca urmare, a crescut consumul de combustibil de 1,5 - 3 ori. Eficiența motoarelor cu abur alternativ poate fi crescută doar la 28%, iar în probele construite este semnificativ mai mică. La urma urmei, eficiența locomotivelor cu abur, pe care motorul cu abur a existat cel mai mult timp, a devenit deja sinonimă cu randamentul scăzut: abia a ajuns la 10% la cele mai bune modele cu condensare parțială inversă a aburului. Adevărat, ciclul motorului cu aburi era deschis. Utilizarea ciclurilor închise cu schimbătoare de căldură regenerative eficiente va depăși semnificativ pragul de 10%. Și într-unul dintre mesajele de pe „noul” motor cu aburi, s-a indicat că eficiența generatorului de abur (cazan) este de 90%. Eficiența procesului de ardere a unui motor cu ardere internă este caracterizată de aproximativ aceeași valoare. Dar chiar și cu un consum mai mare de combustibil, costurile de exploatare ale unui feribot pot fi apropiate de concurentul său pe benzină, deoarece cel mai ieftin combustibil poate fi ars.
Al doilea motiv este costul ridicat al centralei electrice. Al treilea motiv este considerat a fi greutatea mare a
1 Turbinele cu abur cu buclă închisă au o eficiență de 29%.
mașină de mișcare. Cu toate acestea, deja din cele de mai sus rezultă că greutatea totală a echipajelor comparate va fi practic aceeași. Astfel, în prezent nu există motive serioase care să împiedice motorul cu abur să-și ocupe locul cuvenit în linia motoarelor neobișnuite.

Motoare cu combustie internă cu piston rotativ
În această secțiune, vorbim despre motoare, cărora autorii numeroaselor publicații le promit uneori un viitor strălucit. Și, desigur, motorul Wankel este primul.
Dar sunt perspectivele sale atât de roz? Economiștii din toate țările sunt unanimi în opinia că doar cel puțin 25% din avantajul principalilor indicatori oferă „noii tehnologii” cu dreptul de a înlocui necondiționat „vechea”.
Au trecut mai bine de 15 ani de la apariția primului design industrial al motorului Wankel. Termenul este semnificativ. Și se pare că avantajele „Wankel” în greutate sunt de numai 12 - 15%; nu există avantaje în ceea ce privește costul sau durabilitatea și doar volumul ocupat de motorul sub capota mașinii este redus cu 30%. În același timp, dimensiunea mașinilor practic nu este redusă.
De asemenea, realitatea infirmă afirmațiile încă predominante despre „micul detaliu” al acestui motor. Unul dintre rotorul său are 42 - 58 de elemente de etanșare, în timp ce un motor comparabil cu ardere internă are aproximativ 25, inclusiv supape.
Situația este și mai gravă cu motoarele cu mai multe rotoare. Acestea necesită carteri complexe, un sistem de răcire costisitor și o unitate cu mai multe piese. Deja doar un „Wankel” cu două rotori conține șase piese turnate volumetrice cu o configurație complexă și un motor cu piston echivalent - doar 2 - 3 mult mai simplu și mai avansat tehnologic.
Tehnologia sofisticată de fabricare a epitrocoidului — profilul interior al fiecărui carter, acoperirea statoarelor și a numeroaselor elemente de etanșare cu materiale scumpe și asamblarea complicată anulează toate avantajele potențiale ale Wankels.
Și, deși deja la reprezentanțele auto din 1973, a fost prezentat un motor cu patru rotori cu o capacitate de 280 litri. cu. (volum 6,8 litri; 6300 rpm), domeniul de aplicare al „Wankels” va rămâne modele cu unul cu doi rotori. Modelul cu patru rotori a fost construit de General Motors (SUA) pentru modelul sportiv Chevrolet-Corvette, a cărui producție în serie mică este planificată să înceapă în 1976. În stoc la. compania are, de asemenea, o probă cu doi rotori (4,4 litri; 180 CP la 6000 rpm). Cu toate acestea, aceste motoare vor fi instalate numai la cererea cumpărătorului. În 1974 a început producția la scară mică a versiunii franceze a motorului cu două rotori (1,2 l; 107 CP) pentru modelul sport Citroen-Biotor.
Trebuie remarcat faptul că acestea sunt practic singurele eșantioane din lume produse de firme care au investit puternic în achiziționarea de licențe și dezvoltarea tehnologiei de proiectare și producție. Desigur, costurile necesită o întoarcere, dar lansarea modelelor este probabil să urmărească obiective prestigioase. Potrivit experților, orice motor rotativ poate deveni competitiv numai dacă costul și consumul de combustibil sunt reduse semnificativ (!). Și aici, la "Wankel", lucrurile nu sunt tocmai bune.
Dar chiar dacă aceste cerințe sunt îndeplinite, pentru producția de masă a motoarelor rotative, de exemplu, industria americană va avea nevoie de cel puțin 12 ani. Datele prognozate privind perspectivele pentru alte tipuri de motoare indică faptul că această tranziție nu va fi realizată. , din aceste motive, astfel de giganți auto, atât Ford, cât și Chrysler, după ce au cheltuit mulți bani pentru dezvoltarea Wankels, au dezactivat complet acest subiect.
În ultimii ani, au apărut multe rapoarte interesante despre tipărirea motorului rotativ dezvoltat în Australia de către inventatorul Ralph Saric. Jurnaliștii și, probabil, nu fără ajutorul autorului, au reușit să ascundă atât de mult mesajele, comparând motorul "cu turbine și cu" Wankel "și cu alte motoare pe care este pur și simplu necesar să ne oprim asupra proiectării sale .
Motorul se bazează pe principiul de funcționare al unei pompe rotative, ale cărei plăci delimitează camere cu volum variabil. Probele de motor construite au șapte camere de lucru (Fig. 18, a), fiecare cu bujii și supape de admisie și ieșire (Fig. 18, b). Rotorul este realizat pe șapte fețe și produce vibrații excentrice sub influența arborelui central al manivelei. Lamele motorului au formă de U (Fig. 18, c). În direcția radială, acestea oscilează în canelurile carcasei, iar rotorul în raport cu lamele se deplasează simultan tangențial la cerc. Pentru a asigura mișcarea palelor și contactul strâns al marginii inferioare a lamei cu rotorul, pe benzile acestora sunt instalate role, plasate într-o canelură specială din corp.
Vitezele medii de mișcare reciprocă a pieselor sunt relativ scăzute și, teoretic, turația motorului poate ajunge la 10 mii pe minut. Dacă comparăm acest motor cu „Wankel”, atunci distanța maximă parcursă pe rotație de către elementul de etanșare, respectiv, va fi de 685 și 165 mm. Sistemul de etanșare conține aproximativ 40 de părți, ceea ce este comparabil cu un Wankel.
Probele construite la 4000 rpm și o greutate de 64 kg dezvoltă 130 - 140 litri. cu. Cilindrul motorului
3,5 litri, adică capacitatea de litri este la nivelul motoarelor convenționale și este de aproximativ 40 de litri. s. / l. La forțare, acest indicator poate fi aproximativ dublat.
Orez. 18. Schema motorului lui R. Sarich:
a - tăietură încrucișată; b - cursa de compresie într-una din camere; c - lama motorului
Dezavantajele motorului includ o densitate de căldură foarte mare, care necesită utilizarea unor sisteme de apă și ulei mult mai puternice. În timpul testelor, s-a dezvăluit că cea mai încărcată și mai slabă unitate este rolele cu plăci. Prin urmare, în viitorul apropiat, performanța motorului cu greu poate fi îmbunătățită semnificativ.
În general, circuitul motorului nu poate fi recunoscut ca fiind original, deoarece au fost brevetate foarte multe similare cu acesta, care diferă doar în detalii minore. Prin urmare, principalul merit al lui R. Sarich este că și-a asumat munca de reglare fină și a obținut anumite rezultate. Motorul său nu va face nicio revoluție și, poate, cel mai important lucru din opera lui R. Sarich este doar că a atras atenția comunității inginerilor asupra schemelor bazate pe principiul funcționării mașinilor rotative.
Există entuziaști ai acestei scheme și în țara noastră. Deci, un locuitor al satului Sary-Ozek, regiunea Taldy-Kurgan, G.I.Dyakov, a construit chiar și un prototip al unui astfel de motor cu un rotor rotativ, adică conform unei scheme în care condițiile de lucru ale plăcilor sunt mai proaste. Motorul nu a fost încă testat.
Motoare sferoidale. În 1971, revista Inventor and Rationalizer a publicat un articol despre motorul sferoidal al inventatorului Voronezh
Orez. 19. Schema de transformare a balamalei lui Hooke într-un motor sferoidal:
1 - traversă; 2 - diafragmă; 3 - furci; 4 - segmente; 5 - înveliș sferic
G. A. Sokolova. Motorul se bazează pe capacitatea articulației pivot a lui Hooke de a se transforma într-un mecanism care are patru cavități, al căror volum se modifică de la minim la maxim în timpul rotației. În una sau două cavități, este posibil să se organizeze un ciclu de motor cu ardere internă. Un exemplu de transformare este prezentat în Fig. 19. Dacă traversa 1 a balamalei este transformată într-o diafragmă circulară 2 cu o suprafață exterioară sferică, iar furcile 3 ale balamalei sunt înlocuite cu segmente plate 4 și aceste trei elemente sunt plasate într-o carcasă sferică 5, atunci obțineți un mecanism capabil să îndeplinească funcțiile unui motor. Pentru a face acest lucru, în locurile corespunzătoare ale învelișului sferic, este necesar doar să faceți ferestre de intrare și ieșire și ... SDHD este gata.
După articolul despre acest motor neobișnuit, au venit peste 300 de scrisori. Profesori, studenți, ingineri, directori de întreprinderi, pensionari, mecanici și alții s-au pronunțat pro și contra. Zece fabrici au raportat că ar putea produce un motor. Multe scrisori au fost trimise de cluburile de sporturi nautice. Au existat propuneri de utilizare a SDHD ca motor hidraulic sau pompă pentru locomotive diesel, un motor de barcă, un motor pneumatic pentru unelte de mână, un compresor și o centrală electrică pentru un stand experimental. Prin urmare, redacția revistei a trimis aproximativ 40 de invitații la institute, birouri de design, fabrici și redacții ale revistelor, cu propunerea de a se aduna la o „masă rotundă”.
La ședință, secretarul executiv al redacției a atras atenția audienței asupra a două paradoxuri: faptul că VNIIGPE, opunându-se doar brevetelor eliberate în secolul trecut, a respins o cerere de invenție în principal din cauza „lipsei de utilitate”. și faptul că comunitatea de ingineri nu știe despre existența unor astfel de motoare.
Înainte de a se întâlni, mulți s-au îndoit de operabilitatea furcilor articulate, de posibilitatea lubrifierii lor, de puterea totală mare (datorită formei dezavantajoase cu fante a camerei de ardere și de umplerea slabă din cauza contactului amestecului proaspăt cu o diafragmă fierbinte) și etanseitatea camerelor de ardere.
1 Inventatorul V.A.Kogut a propus să numească motoare de acest tip motoare cu diafragmă sferoidal-articulată (SDMD).
Demonstrarea unui model de funcționare a unui motor cu o sferă cu diametrul de 150 mm, care a dezvoltat 4500 rpm la o presiune de aer comprimat furnizat acestuia de 14 kg / cm2, a mărturisit convingător posibilitatea creării unui design funcțional de acest tip . Diametrul pivotului motorului poate fi de până la 60 mm. Cu aceste dimensiuni, presiunile specifice pe suprafețele de contact pot fi reduse cu ușurință la orice limită dorită. Eficiența etanșării diafragmei prototipului nu a cauzat îndoieli în rândul majorității celor prezenți.
A fost prezentat și un alt motor cu diametrul sferei de 102,8 mm. A fost construit de inventatorul A. G. Zabolotsky, care nu știa nimic despre opera lui G. A. Sokolov. În modul motor cu aer, designul său a funcționat aproximativ 40 de ore, dezvoltând până la 7000 rpm. Nu s-au găsit vibrații sau uzuri crescute în acest timp. Iar golurile dintre sferă și diafragmă din acest model au fost chiar prea mici, deoarece în timpul testelor „fierbinte” motorul s-a blocat.
În timpul discuției despre fiabilitatea sigiliului SDSD, sa dovedit că, de exemplu, la motoarele Wankel, viteza de alunecare a plăcilor de etanșare este mult mai mare comparativ cu inelele motoarelor convenționale cu piston și, în același timp, aceste motoare funcționează destul de cu succes. Vitezele de alunecare pot fi și mai mici în SDSD. Deci, pentru industria de astăzi, capabilă să construiască orice proiectare a motorului, problema fiabilității sigiliului nu este probabil o problemă. Fiabilitatea etanșării va depinde în mare măsură de precizia prelucrării suprafeței interioare a carcasei sferice. Experiența lui A.G. Zabolotsky, care a construit motorul în atelierul fermei de fructe Verkhnedonsk, care are doar un strung, sugerează că precizia necesară în prelucrarea unei sfere poate fi obținută chiar și în condiții semi-artizanale. Simplitatea procesării sferei a fost confirmată și de fabricarea unui alt motor sferoidal la uzina de mașini-unelte Srednevolzhsky. Acolo muncitorii au folosit o mașină de șlefuit interioară cu masă rotativă.
Unghiul dintre axele balamalei din motoarele sferoidale atinge 35 - 45 °. În acest caz, inegalitatea vitezelor unghiulare ar fi trebuit să ducă la apariția unor momente inerțiale mari care alternează semnele și, în consecință, la o vibrație uriașă. Testarea prototipurilor în aer comprimat nu a relevat vibrații periculoase. Chiar și șuruburile M3, care au strâns emisferele motorului lui GA Sokolov, au rezistat sarcinilor. V.I.Kuzmin, care locuiește în Kherson, nu consideră unghiurile mari periculoase, iar activitatea sa profesională este asociată cu balamalele lui Hooke de 15 ani. „Aprob proiectarea motorului Sokolov”, a telegrafiat el la „masa rotundă”.
Absența vibrațiilor în SDSD cu un unghi mare între axe (la unghiuri mai mari de 10 °, balamalele lui Hooke sunt de obicei evitate) poate fi explicată prin efectul de amortizare al mediului de lucru. Și deoarece sarcina este aplicată doar de pe o parte a balamalei, rotația neuniformă a arborelui liber de sarcină nu duce la apariția unor momente de inerție semnificative.
Cei adunați la „masa rotundă” au ajuns la concluzia că avantajele și dezavantajele SDDD pot fi dezvăluite doar prin verificare experimentală. Aceeași idee este conținută în scrisoarea profesorului departamentului ICE al Universității Tehnice de Stat din Moscova. Bauman A.S. Orlin. I-a urat autorului „cea mai rapidă implementare a ideilor sale în metal și teste”, deoarece numai testele „vor permite să rezolve toate problemele controversate”. Testele și cu atât mai mult construcția de prototipuri de motoare este departe de a fi o chestiune ușoară: doar reglarea fină a unui motor convențional, chiar și în condițiile din fabrică, durează 4 - 5 ani.
O selecție de brevete pe motoare sferoidale a fost prezentată la masa rotundă. Deși literatura științifică și tehnică nu conține informații despre acestea, arhivele de brevete indică faptul că G. A. Sokolov și A. G. Zobolotsky nu au fost primii care au observat capacitatea remarcabilă a balamalei lui Hooke de a se transforma într-un motor sau pompă. Primul brevet similar englezesc datează din 1879, ultimul - în vremea noastră. Această schemă nu a fost ignorată în tabelul de clasificare a tuturor schemelor imaginabile ale motoarelor cu pistoane rotative, care este prezentat în cartea lui Wankel privind motoarele rotative.
Astfel, motoarele sferoidale bazate pe balamaua lui Hooke au avut pur și simplu ghinion.
Nu a existat nicio persoană în istoria ingineriei auto care să-și facă grija de a le regla fin.
În prezent, G. Sokolov (Institutul Politehnic Voronej) și o serie de alți entuziaști se pregătesc pentru această lucrare în detaliu. Sokolov a rafinat fazele de distribuție a gazului, turnate dintr-un aliaj special antifricțiune (aliaj Baklan) emisferă, a efectuat numeroase calcule care nu au dezvăluit sarcini inacceptabile.
Al doilea centru pentru construcția SDD a fost Kherson „Cardan Theorist”, așa cum a fost chemat la întâlnirea de la masa rotundă, Viktor Ivanovici Kuzmin a devenit atât de interesat de această schemă neobișnuită încât a preluat construcția. Pentru a lucra, a atras un grup de muncitori, studenți, studenți absolvenți. Motorul este fabricat din metal și acum este până la testare.
În 1974, un alt motor sferoidal a devenit cunoscut. Tânăr care locuiește în Tselinograd
Orez. 20. Motorul V. A. Kogut. Volum de lucru 1600 cm®; diametru sferă 210 mm; viteza 2500 rpm; putere 65 CP cu.; greutate 45 - 65 kg; înclinarea axelor 30e:
1 - diafragmă; 2 și 3 - segmente; 4 și 5 - inele de etanșare; € „plăci de etanșare; 7 - degete; 8 - manșoane distanțier; 9 - volant; 10 - conductă de ocolire; 11 - tije radiator
designerul pentru mașini agricole Valery Alvianovich Kogut a meditat cu mult timp în urmă ideea unui astfel de motor și, aflând despre munca lui Sokolov, a construit un model de lucru (Fig. 20). Motorul a fost realizat fără sistem de răcire și, în timpul reglajului fin, a funcționat câteva minute până la supraîncălzire într-o complexitate totală de peste 2 ore.De remarcat că o astfel de durată de funcționare este un fel de record. Motoarele sferoidale ale altor autori au funcționat pentru un timp mai scurt.
Motorul este format dintr-o diafragmă 1 și două segmente 2, 3, conectate pivotant la diafragmă. Arborii segmentali se rotesc în unități de rulment. Etanșarea segmentelor și a diafragmei se realizează prin inele 4, 5, etanșarea între segmente și membrană se face prin plăci cu arc 6. În corpul diafragmei există patru știfturi 7, la care segmentele 2, 3 sunt înșurubate cu manșoane distanțiale 8 (a se vedea secțiunea 1-1).
Ciclul motorului este în doi timpi. În jumătatea stângă a sferei (din partea laterală a volantului 9), se efectuează o comprimare preliminară a amestecului provenit din carburatorul automobilului. Prin conducta de bypass 10, amestecul este direcționat către jumătatea dreaptă a sferei. În poziția prezentată în figură, suflarea are loc în partea superioară, iar cursa de lucru începe în partea inferioară.
Segmentul 3 corect și diafragma / trebuie lubrifiate și răcite cu ulei furnizat prin ansamblul rulmentului drept. În plus, mai multe tije de îndepărtare a căldurii încărcate cu arc 11 sunt în contact cu suprafața de capăt a segmentului drept, de-a lungul căreia fluxul de căldură „curge” către carcasa cu nervuri a ansamblului de rulmenți. Pe partea stângă, diafragma este răcită cu un amestec de lucru proaspăt.
Testele motorului lui V. Kogut, în timpul cărora multe dintre unitățile sale au fost modernizate, dovedesc funcționalitatea de principiu a acestui circuit. Structural și tehnologic, SDS este mult mai simplu decât motorul Wankel. Avantajele reale vor deveni clare în viitorul apropiat după testarea motoarelor Sokolov, Kuzmin, Kogut.
1 Amplasarea orificiilor de purjare și evacuare din fig. 20 este prezentat convenţional.
La masa rotundă a revistei Inventor and Rationalizer, inventatorul Kuibyshev V.I. Particularitatea motorului (Fig. 21) constă în faptul că este alcătuit din două rotoare, externe / și 3 interne, care se rotesc în aceeași direcție. Axele rotorului sunt înclinate, împerecherea lor se realizează de-a lungul sferei. În centrul sferei se află o diafragmă - piston 2, care împarte volumul de lucru în patru camere de ardere independente.
Derulați mental rotoarele cel puțin o rotație, iar volumul din apropierea mufei superioare va crește la maxim, ceea ce poate corespunde cu cursa de lucru sau bypass (ciclul motorului este în doi timpi) și apoi din nou va fi redus la un minim , adică va avea loc evacuarea sau compresia. Aerul este pre-comprimat de o suflantă centrifugă 4.
Din supraîncărcător, aerul curge în carburator și apoi prin arborele gol 6 în camera de ardere. Eșapamentul are loc prin ferestrele 7 din rotorul exterior, iar energia gazelor de eșapament se realizează pe turbină 5. Rotorul exterior se rotește într-o volută cu două cornuri 8. Prin urmare, lamele îndeplinesc alternativ funcțiile unei suflante și o turbină. Eșapamentul are loc într-un claxon (nu este prezentat în figură), celălalt este utilizat pentru supraalimentator. Din această cauză, turația la ralanti a motorului este relativ mare - cel puțin 1500 rpm.
Într-un ciclu de funcționare în două timpi în camere diametral opuse, aceleași procese au loc simultan. În fig. 21 arată momentul în care începe cursa de lucru în camerele / și ///, iar purjarea este în desfășurare în camerele // și /// (linii continue de săgeți - amestec de lucru, linii punctate - produse de ardere).
Dacă priviți motorul din dreapta, atunci când rotorul se rotește în sens invers acelor de ceasornic în camerele / și ///, va avea loc o expansiune (cursă) de 110 ° în unghiul de rotație, atunci geamurile de evacuare se vor deschide și după alte 8 ° - geamurile de admisie. După o rotație de 180 °, volumul / și III ale camerelor vor fi egale cu volumul în poziția inițială a camerelor II și IV, care corespunde cu mijlocul aerului. La un unghi de cotitură de 240 °, geamurile de evacuare se vor închide, iar după încă 8 °, geamurile de admisie. În acest moment, va începe ciclul de compresie (ciclu asimetric). În timpul cursei de lucru, aripioarele rotorului exterior sunt spălate cu aer curat (săgeți din puncte), care răcește rotorul, iar apoi acest aer este utilizat pentru presurizare. Când sunt epuizate, aripioarele acționează ca palele turbinei.
Puterea estimată a motorului - 45 CP cu. La prima cunoaștere a acestuia, dimensiunea disproporționat de mare a carburatorului este izbitoare. Dar se pare că carburatorul este chiar mai mic decât cel al motocicletelor convenționale, iar motorul în sine este mic. Sunteți și mai surprins când aflați că desenele de lucru ale tuturor pieselor, fără excepție, încap într-un folder minuscul. Ea vorbește în mod convingător despre simplitatea designului, numărul minim de piese. Și după ce ați citit caracteristicile comparative, confirmate de numeroase
calcule calculate - este pur și simplu imposibil să nu credeți în viitorul acestui design. Judecați singuri.
Ambii rotori se rotesc în aceeași direcție. Astfel, vitezele de mișcare reciprocă a pieselor sunt reduse brusc, iar inelele obișnuite își vor îndeplini perfect funcțiile.
Din cauza vitezelor mari de etanșare, Wankel a trebuit să reducă turația motorului de la 10-12 mii la 6 mii rpm obișnuite. Autorii motorului sferoidal nici măcar nu au avut nevoie să urmărească turații mari. Chiar și la 4 - 5 mii rpm, motorul lor depășește Wankels. Este suficient să spunem că acest motor are o capacitate mai mare de litri - 97 CP. sec / l la 4000 rpm, cuplu de 2 - 3 ori mai mare (25 kgm!) și greutate specifică - 0,5 kg / l. cu. concurează cu motoarele de aeronave. Și toate acestea se aplică prototipului! Datorita faptului ca rotoarele sunt simetrice fata de axele de rotatie, motorul este perfect echilibrat. Același lucru este facilitat de cursul unor procese identice în camere diametral opuse. Inegalitatea estimată a motorului este de 2 ° 16 ", care este mult mai mică decât cea a unui motor" Wankel "sau a unui motor cu combustie internă. Simetria proceselor, în plus, determină funcționarea diafragmei, așa cum ar fi, într-o stare suspendată, reducând brusc sarcina pe perechile de frecare.
Dacă comparăm sarcina știfturilor diafragmei cu sarcina știftului pistonului și sarcina „pe rulmenții rotorului exterior cu sarcina pe jantele tijei de legătură ale unui motor convențional cu ardere internă de aceeași putere, atunci acestea se vor întoarce pentru a fi de 2 ori mai puțin. comparația se face cu gâtul principal al unui motor cu combustie internă cu piston cu doi cilindri).
Reducerea numărului de perechi de frecare și magnitudinea redusă a sarcinilor duc la o eficiență mecanică fără precedent. Potrivit calculelor, poate ajunge la 92%! Nici un singur motor, cu excepția motoarelor cu mecanism S. Balandin, nu are o eficiență chiar apropiată de această valoare.
Motorul lui V.I. Andreev este, de asemenea, interesant prin faptul că lamele de pe rotorul exterior îndeplinesc funcțiile de compresor boost și ventilator de răcire, precum și de eșapament (schimbând viteza și volumul gazelor) și turbină. La motoarele convenționale, 5 până la 15% din putere este irosită în toba de eșapament. Aici, cel puțin 5% din turbină revine înapoi. Ideea de a folosi gazele de eșapament nu este nouă. Dar implementarea sa este dificilă: se adaugă o turbină, un compresor, conducte de gaz (Fig. 22). În motorul lui V.I. Andreev și L. Ya. Usherenko, acest lucru nu necesită o singură parte suplimentară.
Funcționarea turbinei a fost deja testată în circumstanțe oarecum neobișnuite. Pentru rodarea la rece cu ajutorul unui motor electric, motorul a fost instalat pe un stand în magazinul de scule al fabricii de mașini-unelte Srednevolzhsky, unde au fost fabricate și asamblate piesele sale. Rotația a durat 6 ore. Rodajul nu a scos la iveală nicio vibrație, nicio încălzire a motorului, nicio zgârietură a elementelor de frecare.
Cu toate acestea, în timpul testelor „fierbinte”, a avut loc un incident. Un snop de flacără a scăpat din țeava de refulare a turbinei ca dintr-o duză a unui avion cu reacție, dar motorul nu a dat puterea așteptată. Când a fost demontat, camerele de ardere erau complet curate. Motivul este că capetele lumânărilor sunt situate prea aproape de corp și scânteia a strecurat, dar nu unde ar trebui să fie. Deci, primele teste au confirmat indirect doar operabilitatea turbinei. Reconstrucția sistemului de aprindere și toate necazurile pentru reglarea fină au fost preluate de mecanicul V.A.Artemyev.

Dezvoltarea motorului pentru următoarele decenii este o problemă complexă și multifacetică. Este imposibil să îl luminați complet într-o broșură mică. Ar fi necesar să vorbim despre încercările de îmbunătățire a procesului de lucru al motoarelor convenționale cu ardere internă, despre modalitățile de neutralizare a gazelor de eșapament, despre asigurarea rezistenței uniforme a componentelor motorului, eliminarea necesității de întreținere și adaptarea structurii la diagnosticare. Fiecare dintre aceste probleme merită o poveste detaliată separată.
Scopul acestei broșuri este de a ajuta cititorul să navigheze în fluxul de informații cu privire la problema pusă în discuție și de a-i atrage atenția asupra proiectelor inventatorilor, care cu siguranță le vor lua locul în familia celor mai importanți ajutoare umane - motoarele.

|||||||||||||||||||||||||||||||||
Recunoașterea textului de carte din imagini (OCR) - studio de creație BK-MTGK.

Povestea creatorilor celui mai puternic motor cu ardere internă din lume. Cum să multiplicați eficiența unui motor, care este diferența dintre noua unitate și motoarele rotative cunoscute și care este avantajul educației sovietice față de american - în materialul Departamentului de Știință.

Tehnologia avansează constant. Puteți citi despre cum să vă protejați cablajul electric pe site-ul magazinului online Electrica Shop.

Un originar din URSS, care locuiește în SUA, împreună cu fiul său au inventat, brevetat și testat cel mai puternic și eficient motor cu ardere internă din lume. Noul motor va depăși semnificativ cele existente în ceea ce privește eficiența și va avea o greutate inferioară.
În 1975, la scurt timp după absolvirea Institutului Politehnic din Kiev, tânărul fizician Nikolai Shkolnik a plecat în Statele Unite, unde a obținut o diplomă științifică și a devenit fizician teoretic - era interesat de aplicațiile legate de relativitatea generală și specială. După ce a lucrat în domeniul fizicii nucleare, tânărul om de știință a deschis două companii în Statele Unite: una care se ocupa de software, cealaltă dezvoltând roboți ambulanți. Ulterior a petrecut zece ani consiliant companii cu probleme de inovare tehnologică.
Cu toate acestea, în calitate de inginer, Shkolnik era îngrijorat în mod constant de o întrebare - de ce sunt atât de neeconomice motoarele moderne de automobile?

Și într-adevăr, în ciuda faptului că motorul cu combustie internă cu piston a fost îmbunătățit de omenire timp de un secol și jumătate,
Eficiența motoarelor pe benzină astăzi nu depășește 25%, diesel - aproximativ 40%.

Între timp, fiul lui Shkolnik, Alexander, a intrat în MIT și și-a luat doctoratul în informatică, a devenit specialist în domeniul optimizării sistemelor. Gândindu-se la creșterea eficienței motorului, Nikolai Shkolnik și-a dezvoltat propriul ciclu termodinamic al motorului HEHC (ciclu hibrid de înaltă eficiență), care a devenit o etapă cheie în realizarea visului său.
„Ultima dată când s-a întâmplat acest lucru a fost în 1892, când Rudolf Diesel a propus un nou ciclu și și-a creat propriul motor”, a explicat Shkolnik Jr. într-un interviu.

Inventatorii s-au așezat pe un motor rotativ, al cărui principiu a fost propus la mijlocul secolului al XX-lea de inventatorul german Felix Wankel. Ideea unui motor rotativ este simplă. Spre deosebire de motoarele cu piston convenționale, în care există multe piese rotative și mobile care reduc eficiența, motorul rotativ Wankel are o cameră ovală și un rotor triunghiular care se rotește în interiorul său, care, prin mișcarea sa, formează diverse secțiuni în camera în care este injectat combustibilul. , comprimat, ars și eliberat ...
Avantajele motorului sunt puterea, compactitatea, absența vibrațiilor. Cu toate acestea, în ciuda eficienței mai mari și a caracteristicilor dinamice ridicate, motoarele rotative nu au găsit o aplicare largă în tehnologie timp de o jumătate de secol. Unul dintre puținele exemple de instalare în serie

Punctele slabe ale unor astfel de motoare au fost nefiabilitatea asociată cu rezistența scăzută la uzură a garniturilor, datorită căreia rotorul se apropie strâns de pereții camerei și respectarea scăzută a mediului.
Lucrând deja pentru LiquidPiston, pe care l-au fondat, școlarii și-au creat propria lor reîncarnare complet nouă a ideii de motoare rotative.
Punctul fundamental în el a fost că în motorul Shkolnikov, nu o cameră, ci un rotor seamănă cu o piuliță în formă, care se rotește într-o cameră triunghiulară.

Acest lucru a permis rezolvarea unui număr de probleme insurmontabile ale motorului Wankel. De exemplu, sigiliile notorii pot fi acum făcute din fier și fixate pe pereții camerei. În același timp, uleiul este furnizat direct acestora, în timp ce mai devreme a fost adăugat în aer însuși și, arzând, a creat un eșapament murdar și a fost lubrifiat prost.
În plus, când motorul Shkolnikov funcționează, are loc așa-numita combustie izocorică a combustibilului, adică arderea la un volum constant, ceea ce crește eficiența motorului.
Inventatorii au creat, unul după altul, cinci modele ale unui motor fundamental nou, ultimul dintre care a fost testat pentru prima dată în iunie - a fost pus pe un kart sport. Testele au îndeplinit toate așteptările.

Motorul în miniatură are dimensiunea unui smartphone și cântărește mai puțin de 2 kg și are o putere de doar 3 CP. Motorul este de mare viteză, funcționează la o frecvență de 10 mii rpm, dar poate ajunge la 14 mii.Eficiența motorului este de 20%. Este mult, având în vedere că un motor cu piston convențional de același volum de 23 de "cuburi" ar avea o eficiență de doar 12%, iar un motor cu piston de aceeași masă ar da doar 1 CP.
Dar, cel mai important, eficiența unor astfel de motoare crește brusc odată cu creșterea volumului lor.

Deci, următorul motor al lui Shkolnikov va fi un motor diesel de 40 CP, în timp ce eficiența acestuia va fi deja de 45%, ceea ce este mai mare decât eficiența celor mai bune motoare diesel ale camioanelor moderne.
Va cântări doar 13 kg, în timp ce omologii săi cu piston de aceeași putere astăzi cântăresc sub 200 kg.

Acest motor este deja planificat să fie instalat pe un generator care va roti roțile unei mașini diesel-electrice. „Dacă construim un motor și mai mare, putem obține o eficiență de 60%”, explică Shkolnik.

În viitor, este planificată utilizarea unor motoare compacte, pline de resurse și puternice pentru școlari, unde aceste proprietăți sunt deosebit de importante - atunci când proiectăm drone ușoare, ferăstraie cu lanț, mașini de tuns iarba și generatoare electrice.

În timp ce motorul a funcționat timp de 15 ore, însă, conform standardelor, pentru a intra în producție, acesta trebuie să funcționeze continuu timp de 50 de ore. În același timp, industria auto necesită fiabilitatea motorului pentru 100 de mii de kilometri de rulare, ceea ce este încă un vis, recunosc designerii.

„Acesta este cel mai economic și mai puternic motor nu numai dintre motoarele rotative, ci și dintre toate motoarele cu ardere internă.

Acest lucru este demonstrat de măsurătorile noastre și ceea ce obținem pe motoare mai mari, le-am modelat deja pe computere ”, se bucură Shkolnik Jr.
Faptul că cifrele anunțate nu sunt fantezii ale inventatorilor confirmă seriozitatea intențiilor investitorilor. Astăzi, startup-ul a investit deja 18 milioane de dolari în investiții de risc, dintre care 1 milion de dolari a fost dat de agenția americană de dezvoltare avansată DARPA.

Interesul armatei este de înțeles aici. Faptul este că armata SUA folosește în principal combustibil JP-8 în aviație. Iar armata vrea ca toate echipamentele militare să funcționeze cu acest tip de combustibil, care, de altfel, poate fi folosit și de motoarele diesel.

Dar motoarele diesel moderne sunt voluminoase, motiv pentru care DARPA urmărește atât de activ dezvoltarea școlarilor.

Alexander crede că educația pe care tatăl său a primit-o înapoi în URSS a ajutat parțial la crearea unui astfel de motor revoluționar. „Gândește diferit, nu ca un inginer obișnuit din Statele Unite. Imaginația sa este limitată doar de fizică. Dacă fizica spune că ceva este posibil, atunci el crede că este așa și se gândește doar cum se poate face ”, a adăugat Alexander.
Însuși Nikolai Shkolnik povestește în felul său despre povestea sa de succes și despre avantajele educației sovietice.
„În SUA, eram îngrijorat că, având o specialitate în inginerie mecanică, nu voi avea o pregătire suficientă în fizică și, mai ales, în matematică.
Aceste temeri au fost în zadar datorită pregătirii excelente pe care am primit-o în școala sovietică.

Această pregătire solidă mă ajută în continuare aici în munca noastră cu noul motor rotativ. Din punctul meu de vedere, există două mari diferențe între inginerii americani și cei care au fost educați în Rusia. În primul rând, inginerii americani sunt incredibil de eficienți în ceea ce fac. De obicei este nevoie de doi sau trei ingineri ruși pentru a înlocui un inginer american. Cu toate acestea, rușii au o viziune mai largă asupra lucrurilor (asociate cu educația, cel puțin pe vremea mea) și capacitatea de a atinge obiective cu un minim de resurse, așa cum se spune, pe genunchi ”, Nikolai Shkolnik și-a împărtășit reflecțiile.

Inginerii au venit cu un motor nou în 2003. Până în 2012, a fost construit primul prototip, despre care a fost scris în revista Popular Mechanics. În 2015, compania a semnat nu numai un contract cu DARPA, dar a început și dezvoltarea unei mini-versiuni a motorului.