Kuten Uusi-Seelanti totesi Duke-moottorit että niiden aksiaalimoottorit ovat edullisimmat ja kevyimmät. Yhtiön valmistamat voimayksiköt voidaan asentaa veneisiin ja kevyisiin lentokoneisiin. Mutta se ei ole kaikki. Lähitulevaisuudessa yhtiö lupaa julkaista vastaavia moottoreita.
Emme tiedä, voiko Duke Engines valmistaa hyviä ja korkealaatuisia moottoreita autoteollisuudelle. On mahdollista, että tulevaisuudessa tämä yritys muuttaa käsitystämme nykyaikaisten ajoneuvojen voimansiirroista. Mutta joka tapauksessa on syytä kiinnittää huomiota näihin moottoreihin. Ne näyttävät epätavallisilta, varsinkin jos, mikä osoittaa tämän epätavallisen voimayksikön toiminnan. Vaikuttava.
Moottorin toimintaperiaate on paitsi yllättävä myös kiehtova.
Moottorin suunnittelu on kulkenut pitkän matkan käsitteellisestä kehityksestä ensimmäisiin toimiviin prototyyppeihin. Huolimatta siitä, että moottorin kehitys jatkuu tällä hetkellä, se ei näytä olevan huonompi kuin nykyaikaiset moottorit.
Toistaiseksi tehoyksikkö on olemassa prototyyppinä. Siinä, kuten perinteisissä moottoreissa, on voitelujärjestelmä, jakotukki ja palotila. Kiinnitä kuitenkin huomiota kallistusmäntäjärjestelmään. Mielestämme et ole ennen nähnyt mitään tällaista.
Tänään muistamme todella harvat moottorikokoonpanot, sekä sylinterien lukumäärän että sylinterien järjestelyn suhteen. Ja mennään nousemaan ...
Yksisylinterinen moottori
Nyt nämä yksisylinteriset moottorit löytyvät vain mopoista, pienikokoisista moottoripyöristä, riksoista ja muista laitteista, joissa on etuliite "moto". Samaan aikaan viime vuosisadan 50- ja 60-luvuilla leijonanosa sodanjälkeisistä mikroautoista varustettiin niin yksinkertaisilla moottoreilla. Otetaan esimerkiksi brittiläinen Bond Minicar, jossa on Villiers-moottori: kyllä, vaikka se olisi kolmipyöräinen ja ahdas, mutta siinä on huppu, katto, täysimittainen ohjauspyörä - vähimmäisominaisuuksia on läsnä.
Haarukkainen kaksimäntäinen moottori
Tällainen moottori on mekanismi, jossa kaksi mäntää toimii rinnakkain kahdessa sylinterissä. Mutta on yksi törmäys - näiden sylinterien polttokammio on yksi, yhteinen. Täten saavutetaan ilma-polttoaineseoksen tehokkaampi palaminen tavanomaisiin yksisylinterisiin moottoreihin verrattuna, polttoainetehokkuus paranee ja teho kasvaa. Tämän tyyppistä moottoria käytettiin Länsi-Euroopassa ennen sotaa, mutta toisen maailmansodan jälkeen sitä kysyttiin paljon vähemmän. Yksi harvoista haarukkamoottorilla varustetuista autoista oli Iso Isetta, jonka 236 kuutiometrin moottori tuotti 9 hevosvoimaa.
V-muotoinen 2-sylinterinen moottori
Harley-Davidsonin ylpeys, toisin kuin linjassa olevat tai vastakkaiset 2-sylinteriset moottorit, ei juurtunut henkilöautoihin - ne tärisevät liikaa. V-muotoisia moottoreita, joissa on kaksi "ruukkua", löytyy vain erilaisista eksooteista, kuten 30-luvun kolmipyöräisestä "Morganista", samoin kuin joistakin sodan jälkeisen ajan kei-autoista. Yksi esimerkki on Mazda R360, jossa on pienikokoinen ilmajäähdytteinen V2. Myöhemmin hyötyajoneuvot B360 / B600 ilmestyivät sen pohjalle - myös V-muotoisilla "kaksosilla".
V-muotoinen 4-sylinterinen moottori
Kolmisylinterisiä V-muotoisia moottoreita ei löydy autoista (vain moottoripyörillä, ja silloinkin harvoin), mutta V-muotoiset ”neloset” ovat melko. Totta, suosion kannalta ne ovat huonompia kuin linja- ja nyrkkeilijämoottorit, joissa on sama sylinterien lukumäärä. Voit tavata tämän ulkomaisen voimalaitoksen nykyään esimerkiksi Zaporozhetsissa, LuAZ: issa, joissakin Ford Transitin varhaisissa versioissa sekä urheiluautoilla, kuten Saab Sonnet tai sekunnin ajan Le Mansin voitokkaalla Porsche 919 -hybridillä.
V-muotoinen viisisylinterinen moottori
Nyt rivissä olevat viiden sylinterin moottorit ovat uudestisyntymässä: nyt ne löytyvät 80-luvun keski-ikäisestä Audi 200 / Quattrosta, mutta myös nykyaikaisemmasta Audi TT-RS: stä. Mutta ennen V-muotoisen "viiden" elpymistä insinöörien kädet eivät ole vielä saavuttaneet. 90-luvulla Volkswagenin insinöörit ajattelivat tätä epätavallista mallia sahaamalla yhden sylinterin VR6-moottorista - muodollisesti Volkswagen V5 on täsmälleen VR5, koska moottorissa on vain yksi sylinterinkansi, jossa on pieni kohouma samoista sylintereistä. Miellyttävällä äänellä V5 asennettiin moniin 90-luvun lopun Volkswagen-malleihin: VW Golf, Bora, Passat ja Seat Toledo.
V-muotoinen kuusisylinterinen linjamoottori (VR6)
Muuten, VR6 on myös harvinainen kokoonpano. Ja sitä löytyy myös vain Volkswagen-konsernin autoista. VR6 oli hyvin pieni camber V6 (10,5 tai 15 astetta), vain yksi sylinterinkansi ja siksak-kuvio. Nyt moottorilla on kiistanalainen maine: se asennetaan 90-luvun voimakkaimpaan Volkswageniin (Golf VR6, Corrado VR6 ja jopa Volkswagen T4), se erottuu suurella vääntömomentilla ja samettisella mölyllä, mutta toimintahäiriön sattuessa se alkaa bensiinin nielemiseen - joissakin tapauksissa kulutus nousi yli 70 litraan 100 kilometriä kohden.
8-sylinterinen moottori
Ennen toista maailmansotaa linjassa olevat "kahdeksat" olivat amerikkalaisten premium-merkkien (Packard, Duesenberg, Buick) suosikkimoottorit, mutta ne olivat yhtä suosittuja tuolloin Euroopassa: Bugatti Type 35 voitti tällä moottorilla enemmän kuin tuhat kilpailua ympäri maailmaa Alkuperäinen 8-sylinterinen moottori loisti alkuperäisen Alfa Romeo 8C: n Mille Migliassa ja 24 tunnin Le Mansissa. Pitkän moottorin joutsenlaulu oli vuonna 1955, kun Juan Manuel Fangio tuli mestariksi toisen kerran ajoissa Mercedes W196: lla. Kuitenkin samana vuonna tapahtui kuuluisa tragedia Le Mansissa, kun Pierre Leveghin Mercedes 300 SLR (myös kahdeksan linjan kanssa) tappoi yli 80 katsojaa. Tämän tapahtuman jälkeen Mercedes jäi eläkkeelle moottoriurheilusta yli 30 vuotta.
Boxer 8-sylinterinen moottori
Vaikka nämä moottorit ovat yleisempiä ilmailussa, he kokeilivat kerralla niitä Porschessa - 60-luvulla rakennetut kilpa-autojen Porsche 907 ja 908 varustettiin 8-sylinterisillä nyrkkeilijöillä, jotka tuottivat suurta tehoa ja matalan painopisteen. Ei tarkoita sitä, että idea ei onnistunut, mutta yritys hylkäsi nopeasti tällaiset moottorit mieluummin vastustamalla "kuutta" kuin niitä, mutta paineistusjärjestelmällä. Elämänsä lopussa 908 - kuten se, jossa Yost ja X sijoittuivat toiseksi vuonna 1980 Le Mansin vuoden 24 tunnissa - olivat jo kuusisylinteriset.
W-muotoinen 8-sylinterinen moottori
W8-moottorin, joka löytyi vain Volkswagen Passat B5 +: sta, voidaan ajatella kahdeksi V4-moottoriksi, jotka on asennettu vierekkäin 72 astetta toisiinsa nähden. Siten saadaan neljä sylinteririviä, joille moottori oli nimeltään W8. Ennen Volkswagen Phaetonin ilmestymistä Passat W8 -malli oli yrityksen lippulaiva-sedan, joka kehitti 275 hevosvoimaa ja kiihtyi "satoihin" urheiluautossa 6 sekunnissa.
Boxer 10-sylinterinen moottori
Valitettavasti tämä idea osoittautui liian viileäksi tullakseen todellisuudeksi, vaikka GM työskenteli vastaavanlaisella moottorilla 60-luvulla perustuen 6-sylinteriseen "vastakkaiseen" Corvair-malliin. Oletettiin, että uusi 10-sylinterinen moottori tulee paikkansa General Motorsin täysikokoisissa sedanissa ja kevyissä pickupeissa, mutta projektia rajoitettiin nopeasti tuntemattomista syistä. Myöskään koneissa ei ollut 10-sylinterisiä moottoreita - lukuun ottamatta raskaita merikonttialuksia.
Inline 12-sylinterinen moottori
David Bergs Weisz toteaa kirjassaan The Illustrated Encyclopedia of the Automobiles of the World, että ainoa 12-sylinterisellä rivimoottorilla varustettu auto oli Corona, jota tuotettiin Ranskassa vuonna 1908. Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että idea ei houkutellut muita yrityksiä - esimerkiksi tiedetään luotettavasti, että Packard kokeili tämän tyyppisiä moottoreita. Juokseva kappale rakennettiin vuonna 1929, ja Warren Packard testasi sitä henkilökohtaisesti kuusi kuukautta ... kunnes hän kuoli lentokoneen onnettomuudessa. Hänen kuolemansa jälkeen ylellinen avoauto purettiin ja ainutlaatuinen 150 hevosvoiman moottori tuhoutui.
V-muotoinen 16-sylinterinen moottori
Bugatti Veyron / Chironin myötä 16-sylinteriset moottorit ovat enimmäkseen vain W-muotoisia, mutta näin ei aina ollut - viimeisen vuosisadan aikana 16 sylinteriä oli melkein aina rivissä kahdessa rivissä. Auto Union Type A, Cadillac V16, Cizeta V16T ovat vain muutamia esimerkkejä V16-ajoneuvoista. Mutta tällainen moottori saattaa hyvinkin esiintyä nykyaikaisissa Rolls-Royce-autoissa - Rolls-Royce Phantom Coupen, jossa on 9-litrainen V16, prototyyppi esiteltiin elokuvassa "Agent Johnny English: Reloaded".
Boxer 16-sylinterinen moottori
On selvää, että tällainen moottori voidaan luoda vain silmällä moottoriurheilua. Ironista on kuitenkin se, että 16-sylinterisiä nyrkkeilijöitä ei koskaan jahdettu: Porsche 917: n prototyyppi, jossa oli 16 sylinteriä, lähetettiin melkein välittömästi historian hyllylle ja valittiin 12 "ruukkua". Formula Lotuksen ja Brabhamin varustaminen 60-luvulla osoittautui niin epäluotettavaksi, että he pitivät parempana konservatiivisempaa V8: ta.
H-muotoinen 16-sylinterinen moottori
H-muotoinen moottori on kahden "nyrkkeilijän" "voileipä", joka vaikuttaa positiivisesti voimalaitoksen kompaktiuteen, mutta negatiivisesti - sen painopisteeseen. 60-luvulla BRM-formula-tiimi uskalsi rakentaa tällaisen moottorin ... ja tulokset olivat ristiriitaisia - moottori oli voimakas, mutta ei erityisen luotettava ja vaikea korjata. Jim Clarkin tällaisella moottorilla varustettu Lotus 43 ylitti kuitenkin ensimmäisenä maalilinjan Yhdysvaltain Grand Prix -kilpailussa vuonna 1966. Tämä oli H16: n ensimmäinen ja viimeinen voitto.
V-muotoinen 18-sylinterinen moottori
Kun näyttää siltä, ettei minne ole mihinkään muualle mennä, kuljetusautot astuvat näyttämölle ja osoittavat päinvastaisen. Auto, jossa on V18? Ja on olemassa sellaisia - kuten esimerkiksi BelAZ 75600, varustettu 78 litran Cummins QSK78 -dieselmoottorilla. Tämä "sydän" tuottaa 3500 hevosvoimaa 1500 kierrosta minuutissa ja sen vääntömomentti saavuttaa 13 770 Newton metriä. No, miten muuten voidaan siirtää 560 tonnia painava ladattu kolossi?
W-muotoinen 18-sylinterinen moottori
Todennäköisesti vain harvat muistavat, että Bugatti Veyronin piti alun perin olla 18-sylinterinen - alkuperäisessä konseptiautossa oli juuri sellainen voimalaitos. Bugatti ei kuitenkaan onnistunut saamaan moottoria toimimaan kunnolla (vaihteiden vaihtamisongelmia oli), joten Veyron päätyi 16-sylinteriseksi. Kerran Ferrarin ajattelija Franco Rocci ajatteli W18-moottoria, mutta hän ei edennyt suunnitelmaa pidemmälle.
V-muotoinen moottori
Näitä voimalaitoksia käytetään raskaissa aluksissa tai teollisina dieselgeneraattoreina, mutta joskus niitä käytetään myös kaivoskuorma-autoissa. Yksi tällainen 20-sylinterinen hirviö on Caterpillar 797F, jota käyttää 4000 hevosvoiman Cat C175-20 -moottori. Näin näyttää 106 litraa työtilavuutta. On monimutkaisempia monisylinterisiä moottoreita, mutta nämä ovat enimmäkseen kotitekoisia yksiköitä, jotka on luotu yhdistämällä useita 8- tai 12-sylinterisiä moottoreita.
X-muotoinen 32-sylinterinen moottori
W-muotoisissa moottoreissa on V-muotoiset lohkot, jotka yhtyvät terävässä kulmassa, kun taas X-muotoisissa moottoreissa ne sijaitsevat 180 asteen kulmassa. Täten muodostuu neljä riviä mäntiä ja sylintereitä, jotka muodostavat X-kirjaimen. Kerran Honda aikoi rakentaa tällaisen 32-sylinterisen moottorin Formula 1: lle, mutta muutokset säädöksissä ja pettymystestit saivat japanilaiset luopumaan rohkeasta kokeesta. Mutta moskvalaiset ja pääkaupungin vieraat voivat nähdä (ja kuulla) X-muotoisen moottorin pian maan pääaukiolla - loppujen lopuksi 12-sylinterinen ChTZ A-85-3A -moottori X-muotoisella järjestelmää käytetään Armata State Unitary Enterprise -yrityksessä.
Autojen höyrykoneet ja polttomoottorit ovat käytännössä samanikäisiä. Tämän muotoisen höyrykoneen hyötysuhde oli noina vuosina noin 10%. Lenoir-moottorin hyötysuhde oli vain 4%. Vain 22 vuotta myöhemmin, vuoteen 1882 mennessä, August Otto paransi sitä niin, että nykyisen bensiinimoottorin hyötysuhde saavutti ... peräti 15%
Vuodesta 1801 lähtien höyrykuljetusten historia kesti lähes 159 vuotta. Vuonna 1960 (!) Yhdysvalloissa rakennettiin edelleen höyrykoneilla varustettuja linja-autoja ja kuorma-autoja. Höyrykoneita on parannettu huomattavasti tänä aikana. Vuonna 1900 Yhdysvalloissa 50% pysäköintialueesta oli "höyryä". Jo noina vuosina kilpailu syntyi höyryn, bensiinin ja - huomio! - sähkövaunut. Fordin Model-T -markkinoiden menestyksen ja höyrykoneen näennäisen tappion jälkeen 1920-luvulla tapahtui uusi höyryautojen suosion nousu: polttoainekustannukset heille (polttoöljy, kerosiini) olivat huomattavasti alhaisemmat kuin kustannukset bensiiniä.
"Klassisen" höyrykoneen, joka vapautti pakokaasua ilmakehään, hyötysuhde on enintään 8%. Lauhduttimella ja profiloidulla virtausreitillä varustetun höyrykoneen hyötysuhde on kuitenkin 25–30%. Höyryturbiinin osuus on 30–42%. Yhdistetyn syklin laitosten, joissa kaasu- ja höyryturbiineja käytetään "rinnakkain", hyötysuhde on jopa 55–65%. Viimeksi mainittu seikka sai BMW-insinöörit aloittamaan vaihtoehtojen käyttämisen tämän järjestelmän käyttämiseksi autoissa. Muuten, nykyaikaisten bensiinimoottoreiden hyötysuhde on 34%.
Höyrykoneen valmistuskustannukset olivat aina alhaisemmat kuin kaasuttimen ja saman tehon dieselmoottoreiden kustannukset. Nestemäisen polttoaineen kulutus uusissa höyrykoneissa, jotka toimivat suljetussa syklissä ylikuumentuneella (kuivalla) höyryllä ja varustettu moderneilla voitelujärjestelmillä, laadukkailla laakereilla ja elektronisilla järjestelmillä toimintajakson säätämiseksi, on vain 40% edellisestä.
Höyrykone käynnistyy hitaasti. Ja se oli kerran ... Jopa Stanley-yrityksen tuotantoautot "tekivät pariskuntia" 10-20 minuutissa. Kattilan suunnittelun parantaminen ja kaskadilämmitystilan käyttöönotto vähensi valmiusajan 40-60 sekuntiin.
Höyryauto on liian rauhallinen. Tämä on väärin. Vuoden 1906 nopeusennätys - 205,44 km / h - kuuluu höyryautoon. Noina vuosina bensiinimoottoreilla varustetut autot eivät tienneet kuinka ajaa niin nopeasti. Vuonna 1985 höyryauto ajoi ympäri nopeutta 234,33 km / h. Ja vuonna 2009 ryhmä brittiläisiä insinöörejä suunnitteli höyryturbiinin "bolidin", jonka höyrykäyttö on 360 litraa. kanssa., joka pystyi liikkumaan ennätyksellisellä keskinopeudella kilpailussa - 241,7 km / h.
Mielenkiintoista on, että nykyaikainen tutkimus moottorivetypolttoaineiden alalla on synnyttänyt useita "sivuhaaroja": vety klassisten männän höyrykoneiden ja erityisesti höyryturbiinimoottoreiden polttoaineena varmistaa ehdoton ympäristöystävällisyys. Tällaisen moottorin "savu" on ... vesihöyryä.
Höyrykone on oikukas. Se ei ole totta. Se on rakenteellisesti paljon yksinkertaisempi kuin polttomoottori, mikä itsessään tarkoittaa suurempaa luotettavuutta ja vaatimattomuutta. Höyrykoneiden käyttöikä on useita kymmeniä tuhansia tunteja jatkuvaa käyttöä, mikä ei ole tyypillistä muun tyyppisille moottoreille. Tämä ei kuitenkaan ole loppu. Toimintaperiaatteiden vuoksi höyrykone ei menetä tehokkuuttaan, kun ilmanpaine laskee. Tästä syystä höyrykäyttöiset ajoneuvot soveltuvat erittäin hyvin käytettäväksi ylängöllä, vaikeilla vuoristosoluilla.
On mielenkiintoista huomata vielä yksi hyödyllinen höyrykoneen ominaisuus, joka muuten muistuttaa tasavirtaista sähkömoottoria. Akselin nopeuden lasku (esimerkiksi kuorman kasvaessa) aiheuttaa vääntömomentin kasvun. Tämän ominaisuuden vuoksi höyrykoneilla varustetut autot eivät periaatteessa tarvitse vaihdelaatikoita - ne itse ovat hyvin monimutkaisia ja joskus kapriiseja mekanismeja.
Männän polttomoottori on ollut tiedossa jo yli vuosisadan ajan, ja melkein samaa tai pikemminkin vuodesta 1886 lähtien sitä on käytetty autoissa. Saksalaiset insinöörit E. Langen ja N. Otto löysivät perustavanlaatuisen ratkaisun tämän tyyppiseen moottoriin vuonna 1867. Se osoittautui varsin onnistuneeksi, jotta tämän tyyppisille moottoreille voitaisiin tarjota johtava asema, mikä on säilynyt autoteollisuudessa tänään. Monien maiden keksijät pyrkivät kuitenkin väsymättä rakentamaan toisen moottorin, joka pystyy ylittämään männän polttomoottorin tärkeimmissä teknisissä indikaattoreissa. Mitkä ovat nämä indikaattorit? Ensinnäkin tämä on niin kutsuttu tehokerroin (COP), joka kuvaa kuinka paljon käytettyä polttoainetta sisältävä lämpö muuttuu mekaaniseksi työksi. Dieselpolttomoottorin hyötysuhde on 0,39 ja kaasuttimen - 0,31. Toisin sanoen tehokas hyötysuhde kuvaa moottorin taloudellisuutta. Erityisindikaattorit eivät ole yhtä merkittäviä: erityinen varattu tilavuus (hv / m3) ja ominaispaino (kg / hv), jotka todistavat rakenteen tiiviydestä ja kevyydestä. Yhtä tärkeä on moottorin kyky sopeutua erilaisiin kuormituksiin, samoin valmistuksen työllisyys, laitteen yksinkertaisuus, melutaso ja myrkyllisten aineiden pitoisuus palamistuotteissa. Kaikilla tietyn voimalaitoskonseptin positiivisilla puolilla aika teoreettisen kehityksen alusta sen käyttöönottoon massatuotannossa vie joskus paljon aikaa. Joten, pyörivän mäntämoottorin luoja, saksalainen keksijä F. Wankel, kesti jatkuvasta työstään huolimatta 30 vuotta saadakseen yksikön teolliseen muotoiluun. Paikalla sanotaan, että dieselmoottorin käyttöönotto tuotantoautossa kesti melkein 30 vuotta (Benz, 1923). Mutta tekninen konservatiivisuus ei aiheuttanut niin kauan viivästystä, vaan tarve laatia tyhjentävästi uusi muotoilu eli luoda tarvittavat materiaalit ja tekniikka sen massatuotannon mahdollisuudelle. Tällä sivulla on kuvaus eräistä epätavanomaisista moottoreista, mutta jotka ovat käytännössä todistaneet toimivuutensa. Männän polttomoottorilla on yksi merkittävimmistä haitoista - se on melko massiivinen kammen mekanismi, koska tärkeimmät kitkahäviöt liittyvät sen toimintaan. Tämän vuosisadan alussa yritettiin päästä eroon tällaisesta mekanismista. Siitä lähtien on ehdotettu monia nerokkaita malleja, jotka muuttavat männän edestakaisen liikkeen tämän mallin akselin pyörimisliikkeeksi.
Besshatunny-moottori S.Balandin
Männäryhmän edestakaisen liikkeen muutos pyörimisliikkeeksi suoritetaan mekanismilla, joka perustuu "tarkkuuskehikon" kinematiikkaan. Toisin sanoen nämä kaksi mäntää on kytketty jäykästi tangolla, joka vaikuttaa kampiakseliin, joka pyörii kampien hammaspyörillä. Neuvostoliiton insinööri S.Balandin löysi onnistuneen ratkaisun ongelmaan. 40- ja 50-luvuilla hän suunnitteli ja rakensi useita näytteitä lentokoneiden moottoreista, joissa männät muunninmekanismiin yhdistävä tanko ei aiheuttanut kulmavärähtelyjä. Tällainen saumattomasti muotoiltu rakenne, vaikkakin jossain määrin monimutkaisempi kuin mekanismi, vei vähemmän tilaa ja tuotti vähemmän kitkahäviöitä. On huomattava, että samanlaisen mallin moottori testattiin Englannissa 20-luvun lopulla. Mutta S.Balandinin ansio on, että hän harkitsi uudet mahdollisuudet muunnosmekanismille ilman kiertokangetta. Koska tällaisessa moottorissa oleva tanko ei heilahda männän suhteen, on mahdollista kiinnittää polttokammio männän toiselle puolelle rakenteellisesti yksinkertaisella sauvalla, joka kulkee kannensa läpi.
F.Wankelin pyörivä mäntämoottori
Siinä on kolmiomainen roottori, joka tekee planeetan liikkeen epäkeskoakselin ympäri. Roottorin seinämien ja kampikammion sisäontelon muodostamien kolmen ontelon vaihteleva tilavuus tekee mahdolliseksi suorittaa lämpömoottorin työjakso paisuttamalla kaasuja. Vuodesta 1964 lähtien tuotantoautoissa, joihin on asennettu pyörivät mäntämoottorit, mäntätoiminnon suorittaa kolmiomainen roottori. Vaadittu roottorin liike kotelossa epäkeskoakseliin nähden tapahtuu planeettojen vaihteiden sovitusmekanismilla (katso kuva). Tällainen moottori, jolla on sama teho kuin mäntämoottorilla, on pienempi (sillä on 30% pienempi tilavuus), kevyempi 10-15%, siinä on vähemmän osia ja se on paremmin tasapainossa. Mutta samalla se oli huonompi kuin mäntämoottori kestävyydeltään, työonteloiden tiivisteiden luotettavuudeltaan, se kulutti enemmän polttoainetta ja sen pakokaasut sisälsivät enemmän myrkyllisiä aineita. Mutta monien vuosien hienosäätöjen jälkeen nämä puutteet poistettiin. Pyörivillä mäntämoottoreilla varustettujen autojen massatuotanto on kuitenkin nykyään rajoitettua. F. Wankelin suunnittelun lisäksi tunnetaan lukuisat muiden keksijien (E. Kauertz, G. Bradshaw, R. Seirich, G. Ruzhitsky jne.) Pyörimäntämoottoreiden mallit. Objektiiviset syyt estivät kuitenkin heitä pääsemästä kokeiluvaiheesta - usein teknisten ansioiden puutteen vuoksi.
Kaksiakselinen kaasuturbiini
Polttokammiosta kaasut törmäävät kahteen turbiinin juoksupyörään, joista jokainen on kytketty itsenäisiin akseleihin. Keskipakokompressori ajetaan oikealta pyörältä, ja auton pyöriin kohdistuva teho otetaan vasemmalta. Sen pakottama ilma tulee polttokammioon, joka kulkee lämmönvaihtimen läpi, missä sitä pakokaasut lämmittävät. Samalla teholla varustettu kaasuturbiinivoimala on kompaktimpi ja kevyempi kuin männän polttomoottori, ja se on myös hyvin tasapainossa. Pakokaasut ovat myös vähemmän myrkyllisiä. Pitoominaisuuksiensa vuoksi kaasuturbiinia voidaan käyttää autossa ilman vaihteistoa. Ilmailuteollisuudessa on pitkään hallittu kaasuturbiinien tuotantotekniikkaa. Mistä syystä, kun otetaan huomioon yli 30 vuoden ajan jatkuneet kokeet kaasuturbiinikoneilla, eikö ne mene sarjatuotantoon? Tärkein syy on pieni, verrattuna männän polttomoottoreihin, tehokas hyötysuhde ja matala hyötysuhde. Myös kaasuturbiinimoottoreiden valmistus on melko kallista, joten niitä on tällä hetkellä vain kokeellisissa autoissa.Höyryn mäntämoottori
Höyryä toimitetaan vuorotellen männän kahdelle vastakkaiselle puolelle. Sen virtausta säätelee kela, joka liukuu sylinterin yli höyrynjakolaatikossa. Sylinterissä männänvarsi on tiivistetty holkilla ja kytketty riittävän massiiviseen poikkipään mekanismiin, joka muuntaa edestakaisen liikkeen pyörimisliikkeeksi.Stirlingin moottori. Ulkopolttomoottori
Kaksi mäntää (alempi - toimiva, ylempi - siirtymä) on kytketty kammen mekanismiin samankeskisillä sauvoilla. Männän ylä- ja alapuolella olevissa onteloissa oleva kaasu, joka lämmitetään vuorotellen sylinterikannen polttimesta, kulkee lämmönvaihtimen, jäähdyttimen ja takaosan läpi. Kaasun lämpötilan sykliseen muutokseen liittyy tilavuuden muutos ja vastaavasti vaikutus mäntien liikkumiseen. Samanlaiset moottorit käyttivät polttoöljyä, puuta, hiiltä. Niiden etuna ovat kestävyys, sujuva käyttö, erinomaiset pito-ominaisuudet, mikä tekee mahdolliseksi ilman vaihteistoa lainkaan. Tärkeimmät haitat: voimayksikön vaikuttava massa ja alhainen hyötysuhde. Viime vuosien kokeellinen kehitys (esimerkiksi amerikkalaisen B. Learin ja muiden) mahdollisti suunnitella suljetun syklin yksiköitä (täysin kondensoituneella vedellä), valita höyryä muodostavien nesteiden koostumuksia kannattavammilla indikaattoreilla kuin vesi. Yksikään tehdas ei kuitenkaan ole uskaltanut valmistaa höyrykoneilla varustettuja autoja viime vuosina. Kuumailmamoottori, jonka R. Stirling ehdotti jo vuonna 1816, kuuluu ulkoisiin polttomoottoreihin. Siinä työaine on heliumia tai vetyä paineen alla, jäähdytetään ja lämmitetään vuorotellen. Tällainen moottori (katso kuva) on periaatteessa yksinkertainen, sen polttoaineenkulutus on pienempi kuin polttomoottorimoottoreilla, se ei aiheuta kaasuja, joissa on haitallisia aineita käytön aikana, ja sen tehokas hyötysuhde on 0,38. R. Stirling -moottorin käyttöönottoa sarjatuotannossa estävät kuitenkin vakavat vaikeudet. Se on raskas ja erittäin iso, vauhtia hitaasti verrattuna männän polttomoottoriin. Lisäksi onteloiden luotettava sulkeminen on teknisesti vaikeaa. Epätavanomaisista moottoreista yksinään on keraaminen, joka rakenteellisesti ei eroa perinteisestä nelitahtimännän polttomoottorista. Vain sen tärkeimmät osat on valmistettu keraamisesta materiaalista, joka kestää 1,5 kertaa korkeammat lämpötilat kuin metalli. Vastaavasti keraaminen moottori ei vaadi jäähdytysjärjestelmää, joten sen toimintaan ei liity lämpöhäviötä. Tämä antaa mahdollisuuden suunnitella moottori, joka toimii niin kutsutulla adiabaattisella syklillä, mikä lupaa vähentää polttoaineen kulutusta. Samaan aikaan amerikkalaiset ja japanilaiset asiantuntijat tekevät vastaavaa työtä, mutta he eivät ole vielä poistuneet ratkaisujen löytämisvaiheesta. Vaikka kokeista erilaisilla epätavanomaisilla moottoreilla ei vieläkään ole pulaa, autojen hallitseva asema, kuten edellä todettiin, säilyy, ja mäntän nelitahtiset polttomoottorit säilyttävät sen mahdollisesti pitkään.Johdanto
Lenin kutsui liikennettä "koko taloutemme tärkeimmäksi tai kenties tärkeimmäksi perustaksi" 1. Liikenteen kehittäminen ja tieliikenteen työn parantamisen kysymykset - erityisesti maamme puolueen ja hallituksen päätöksissä kiinnitetään suurta huomiota. Kymmenennessä viisivuotissuunnitelmassa pysäköintialue täydennetään uusilla raskailla ajoneuvoilla. Vuonna 1980 valmistetaan 2,1-2,2 miljoonaa ajoneuvoa, mukaan lukien 800-825 tuhatta kuorma-autoa. Linja-autojen, raskaiden ajoneuvojen, perävaunujen ja puoliperävaunujen tuotanto kasvaa. Lisäksi kiinnitetään erityistä huomiota ajoneuvojen teknisten ja taloudellisten ominaisuuksien parantamiseen - niiden suorituskykyyn, käytön tehokkuuteen, materiaalikulutuksen vähentämiseen ja luotettavuuteen.
Jokaisen kuljetusyksikön sydän on moottori, ja kaikki nämä vaatimukset koskevat sitä. Moottoreiden polttoainetehokkuuden ja luotettavuuden parantaminen, niiden painon vähentäminen, yksinkertaisten ja teknisesti edistyneiden mallien luominen, pakokaasujen ja moottorin melun vähentäminen ovat nykyaikaisen moottorirakennuksen tärkeimmät tehtävät.
Neuvostoliiton keksijät, järkeistäjät ja tuotantoinnovaattorit edistävät merkittävästi kansantalouden tehtävien täyttämistä ja uusien tehokkaiden ratkaisujen kehittämistä. Heidän työnsä arvostettiin suuresti NLKP: n 25. kongressissa.
NLKP: n keskuskomitean pääsihteeri toveri Leonid I.Brežnev raportissa puolueen XXV-kongressissa "From
1 V.I.Lenin. Poly. kokoelma cit., jae 44, s. 302.
NLKP: n keskuskomitean Chet ja puolueen välittömät tehtävät sisä- ja ulkopolitiikassa "korostivat:
"... Olemme saavuttaneet huomattavan tieteellisen ja teknisen potentiaalin kasvun. Tieteellisen tutkimuksen rintama on laajentunut entisestään. Satojen tuhansien keksijien ja innovaattoreiden luovuus on saamassa vauhtia. "
Tämä esite on omistettu mahdollisille epätavallisille moottoreille lähitulevaisuudessa ja lähinnä kotimaisten keksijöiden työlle.
Jos katsot suosittuja aikakauslehtiä ja löydät artikkeleita moottoreista, kokematon lukija saa varmasti vaikutelman, että perinteisten polttomoottoreiden (ICE) päivät on numeroitu - sähköajoneuvoista, turbosta on viime aikoina kirjoitettu ja puhuttu niin paljon veturit ja jopa höyrykoneet. Tämä vaikutelma on väärä. Lukuisten ennusteiden mukaan vuonna 2000 tuotetaan 60–75 miljoonaa ajoneuvoa (kuva 1, käyrä 5) ja autokannan määrä nousee 500–750 miljoonaan yksikköön. Lähes 95% matkustajaliikenteestä ja lähes 90% tavaraliikenteestä tapahtuu maanteitse. Ja leijonanosa heistä putoaa ikääntymättömän mäntämoottorin harteille.
Ei ole epäilystäkään siitä, että polttomoottoriin tehdään merkittäviä muutoksia. Valtavat tiedemiesten ja insinöörien ryhmät etsivät tehokkaimpia ratkaisuja sekä perinteisille moottoreille että uuden tyyppisille moottoreille.
Mahdolliset kvantitatiiviset muodot erityyppisten moottoreiden vaikutusalueille maailman tuotannossa ennen vuotta 2000 on esitetty kuviossa. 1. Kirjoittaja uskoo, että kuuluisien "Wankelien" vaatimaton erä (käyrä 1) on odottamaton monille. Lähitulevaisuudessa ne syrjäyttävät enintään 5% tavanomaisista polttomoottoreista, ja niiden tuotanto vuoteen 1985 asti on enintään 2 miljoonaa yksikköä. vuonna. Jo voimme turvallisesti sanoa, että näiden moottoreiden pääasiallinen käyttöalue on moottoripyörät, veneet, moottorikelkat ja moottorikelkat. Vuoteen 1985 mennessä 50% tällaisten ajoneuvojen kalustosta varustetaan Rank-La-moottoreilla. Paljon vähemmän julkinen
"Stirling" yhdistettynä kaasuturbiiniin osoittaa ennennäkemättömän kasvunopeuden (käyrä 3). Niiden massatuotanto alkaa jo vuonna 1981 ja vuoteen 1985 mennessä se on 10% koko moottorituotannosta. Niiden pääasiallinen käyttöalue on alussa raskaat kuorma-autot. Stirling-moottoreiden kompaktimallien ja kaasuturbiinimoottoreiden (GTE) kehittämisen myötä niiden osuus kokonaismäärästä kasvaa tasaisesti.
Käyrällä 4 on voimakkain lentoonlähtö, mikä kuvaa parannettujen perinteisten polttomoottoreiden tuotantoa. Vuoteen 1980 mennessä valtaosassa ICE: itä tapahtuu esipoltto kerrostetulla varauksen jakautumisella, suoralla polttoaineen ruiskutuksella tai muilla työnkulun parannuksilla, joiden tarkoituksena on ensisijaisesti vähentää pakokaasujen myrkyllisyyttä. Käyrän 2 osalta se kuvaa sähköajoneuvojen tuotannon mahdollista dynamiikkaa. Sähköajoneuvokalustossa on jo kymmeniä tuhansia yksiköitä. Monissa maissa hallitukset tukevat sähköajoneuvojen kehitysohjelmia. Paristoja ja polttokennoja, joiden energiankulutus on kasvanut (yli 200 Wh / 1 kg), on kehitetty. Ja samalla korkeat kustannukset ja mikä tärkeintä
Riisi. 1. Ennuste autojen moottoreiden tuotannosta:
1 - Wankel-moottorit; 2 moottoria sähköajoneuvoihin; 3 - Stirling-moottoreiden kaasuturbiinit; 4 - tavanomaisen järjestelmän parannetut polttomoottorit; 5 - Autotuotannon dynamiikka, huomattavasti pienempi sähköliikenteen mittarilukema yhdellä latauksella (tankkauksella) pidättelee sen laajaa levitystä pitkään. Vuonna 1990 sähköajoneuvojen osuus on lähes 10% ja vuonna 2000 20-35%.
Ennustetiedot eivät missään tapauksessa vahvista mäntämoottorin aikakauden laskua. Se on pikemminkin eräänlainen mainonta sähköajoneuvoille, Wankeleille, kaasuturbiinimoottoreille.
Kaikki hyökkäykset olemassa olevaan autoon johtuvat pääasiassa pakokaasujen myrkyllisyydestä. Maantieliikenteen osuus ilmansaasteista on 35%. Luku on vaikuttava. Siksi kaikki pitkälle kehittyneet maat ovat viime vuosina antaneet ja hyväksyneet ajoneuvojen pakokaasujen myrkyllisyyttä koskevia standardeja. Autoyhtiöt ovat herättäneet hätää kutsumalla standardien vaatimuksia "mahdottomiksi", "kohtuuttomiksi", "erittäin koviksi". Kaikki 1975-autot täyttävät kuitenkin nämä vaatimukset. Jopa vähäinen myrkyllisyyden väheneminen standardien vaatimuksiin verrattuna käytetään kirkkaana mainos syötinä.
Yritykset ovat käyttäneet sanomalehtiä ja valituksia standardien ankaruudesta korottaakseen autojen hintoja keskimäärin 20-25%, vaikka kaikki muutokset rajoittuvat pääasiassa parannettujen kaasuttimien kehittämiseen, suorien polttoaineen ruiskutusjärjestelmien ja jälkipolttimien käyttöön. äänenvaimentimiin asennetut katalyytit.
Pohjimmiltaan uusia järjestelmiä, joiden ydin on esimerkiksi bensiinin muuttaminen höyrystilaan lämmönvaihtimella tai bensiinin alustava jakaminen ja muuttaminen palavaksi kaasuksi, kehitetään edelleen. Mutta edes nämä järjestelmät eivät pysty ratkaisemaan radikaalisti lupaavan auton ongelmaa, joka liittyy erottamattomasti moottorin polttoainetyypin valintaan.
Viime vuosina on työskennelty kaasupulloajoneuvoissa, joissa käytetään nestemäisten hiilivetykaasujen seosta, yleensä nestemäistä propaania ja butaania polttoaineena, mikä mahdollistaa myrkyllisyyden vähentämisen. Kaasupullosäiliöajoneuvojen laajaa käyttöä estää edelleen rajoitettu määrä kaasutankkausasemia.
sekä moottorin tehon lasku. 10 - 20%.
Nesteytetty maakaasu, metaani, on lupaavampi. Nesteytetyn maakaasun käyttö paitsi vähentää pakokaasujen myrkyllisyyttä voimakkaasti (polttoaineen homogeenisen koostumuksen ja kemiallisen rakenteen yksinkertaisuuden vuoksi), myös lisää merkittävästi käyttöikää tai moottorin tehoa. Nesteytetyn maakaasun alhainen lämpötila (- 160 ° C) edellyttää kuitenkin polttoainesäiliön valmistamista termoksen periaatteen mukaisesti, mikä ei ole vaikeaa kryogeenisen tekniikan nykyisessä tilassa.
Yhdysvalloissa on tehty paljon työtä ajoneuvokannan muuttamiseksi nesteytetyksi maakaasuksi. Kokeiluautoja valmistivat myös eurooppalaiset yritykset, kuten Steyer-Pooh (Itävalta), Mercedes-Benz (Saksa), Saviem (Ranska). Näiden autojen kalusto on jo kymmeniätuhansia.
Maassamme suurkaupunkien ilmapiirin parantamiseksi annettiin asetus merkittävän määrän kuorma-autojen siirtämisestä nesteytetylle maaöljylle, ja nesteytetyn maakaasun käyttö polttoaineena on käynnissä. Vuonna 1975 ensimmäiset nesteytetyllä kaasulla toimivat autot ilmestyivät Moskovan kaduille. Ne täytetään erityisissä kaasutankkausasemissa.
Kun otetaan huomioon nesteytettyjä kaasuja käyttävien autojen mahdollisuudet, ei voida mainita nestemäistä vetyä. Toistaiseksi sitä on käytetty menestyksekkäästi vain ohjuksissa. Tämä on kuitenkin epäilemättä autojen tulevaisuuden polttoaine, johtuen rajoittamattomista vetyvarastoista ja palamistuotteiden korkeimman puhtauden vuoksi (teoriassa vedyn palamistuotteet koostuvat vesihöyrystä).
Ensimmäinen onnistunut kokemus vedyn käytöstä dieselmoottoreiden polttoaineena suoraruiskutuksella tehtiin Oklahoman yliopistossa (USA) vuosina 1968 - 1970, jossa kolme kokeellista moottoria työskenteli osastolla kahden vuoden ajan, ja niiden teho-ominaisuudet pysyivät käytännössä muuttumattomana. Vedyn ainoa haittapuoli on tarve varastoida sitä nestemäisessä tilassa erittäin alhaisessa lämpötilassa - 250 ° C.Siksi ja myös
Koska vetyä pidetään räjähtävänä (muuten kohtuuttomasti), tämän tyyppisen polttoaineen käyttöönoton voidaan odottaa aikaisintaan kuin nesteytettyä metaania käyttävien autojen laajamittainen käyttö, toisin sanoen jossain vuoden 1990 ulkopuolella.
On totta, että äskettäin löydetty menetelmä vedyn varastoimiseksi joidenkin metallien jauhekoostumuksissa (esimerkiksi lantaaninikkelihydrideissä) tuo jonkin verran lähemmäksi tätä aikaa. Menetelmän ydin on hydridien valtavassa absorptiokyvyssä vedyn suhteen. Jauheen yksikkömäärässä melkein ilmanpaineessa vetyä varastoidaan melkein yhtä paljon kuin sylinterissä, jonka paine on 1000 kg / cm2!
Kiinnostavaa periaatetta käyttivät asiantuntijat Ukrainan SSR: n tiedeakatemian konetekniikan instituutista yhteistyössä Moskovan, Leningradin ja useiden unionin tasavaltojen kollegoiden kanssa. "Moskvichin" pohjalta he loivat kokeellisen mallin autosta, jonka moottoriin vaihdettiin bensiini. vety. Autolla on polttoainesäiliön sijasta minireaktori. Siinä oleva metallijauhe yhdistyy veteen. Kemiallinen reaktio tapahtuu, mikä johtaa vedyn vapautumiseen. Ilman kanssa sekoitettuna se syötetään moottorin sylinteriin. Polttoainejärjestelmä on räjähdyssuojattu.
Nesteytettyjen kaasujen ja vedyn mahdollisuudesta osoittaa se tosiasia, että nesteytetyn maakaasun kustannukset eivät jo nyt ylitä bensiinin kustannuksia ja nestemäisen vedyn hinta on lähellä sitä. Nestekaasua ja nestemäistä vetyä voidaan käyttää polttoaineena kaikentyyppisissä moottoreissa. Voidaan olettaa, että näiden polttoaineiden positiiviset ominaisuudet takaavat niiden vaiheittaisen käytön kaikissa uusissa ja parannetuissa moottorimalleissa.
Mutta "puhtainta" polttoainetta on tietysti sähkö. Siksi melkein poikkeuksetta sähköajoneuvoja koskevat artikkelit alkavat teesillä, että ympäristön pilaantumisen ongelma voidaan ratkaista kehittämällä. Vuodesta 1900 lähtien paristojen ominaisenergiaintensiteettiä on kuitenkin nostettu vain 15: stä 40: een - 50 W * h / kg, ja sähköajoneuvon kilpailukyvyn varmistamiseksi asiantuntijoiden mukaan vähintään 220 Wh / kg vaaditaan, ts. 4-5 kertaa suurempi kuin nykyiset tyypit.
On odotettavissa, että litium-, sinkki-ilma- ja natriumrikkiparistot ja polttokennot, joiden ominaisenergiapitoisuus on enintään 200 Wh / kg, eli vielä vähemmän kuin vaaditaan, yleistyvät vasta seuraavien 10 vuoden aikana. Siksi laajan sähköajoneuvojen tuotannon aloittamisen voidaan odottaa aikaisintaan vuonna 1985 ja sitten vain olettaen nopeutetun edistyksen akkutekniikassa. Lähitulevaisuudessa tämäntyyppisen liikenteen kehitystä rajoittavat alhainen energiaintensiteetti, merkittävä paino, rajoitettu akun käyttöikä ja monet muut syyt.
Akun käyttöiän pidentäminen 400-500 lataussykliin asti, mikä vastaa vain 2-3 vuoden käyttöaikaa, on edelleen käynnissä, ja tässä suhteessa näkymät ovat paljon vähemmän kirkkaat kuin energian intensiteetin kasvun suuntaan. Sähköajoneuvojen korotetut kustannukset ovat myös tärkeitä, minkä määrää paitsi virtalähteiden korkea hinta * myös suhteellisen kalliiden kevytmetallien ja muovien laaja käyttö rakennuksessa. Jälkimmäinen on välttämätön ainakin sähköajoneuvon kokonaispainon tuomiseksi lähemmäksi saman luokan polttomoottorilla varustetun ajoneuvon painoa.
Myöskään testatut yhdistettyjen voimalaitosten järjestelmät, joissa käytetään sähkömoottoreiden kanssa polttomoottoreita, eivät myöskään muuta asemaa. Yleensä tällaisissa järjestelmissä polttomoottori toimii yhdessä tilassa (pakokaasujen myrkyllisyyden vähentämiseksi) vain akkujen lataamiseksi. Mutta samalla energian häviöt saavuttavat 40%. Järjestelmällä ei siis ole erityisiä mahdollisuuksia.
Boschin (Saksa) toteuttama yhdistetyn voimalaitoksen järjestelmä, jossa polttomoottori erikoiskytkimen avulla voidaan liittää pyörien sähkökäyttöön oikeaan aikaan, on vähentänyt energian menetystä 10%. Tällaisen henkilöautoon tarkoitetun asennuksen paino on kuitenkin kasvanut 400 kg ja kustannukset ovat nousseet 30% verrattuna tavanomaisen polttomoottorin ajoon. "Tutkimus Bosch-yrityksestä ympäristönsuojelun alalla", yrityksen kilpailijat kutsuivat tätä mallia.
1 Neuvostoliitossa yhden henkilöauton akun hinta on noin 10% moottorin /
Joten kokeellisista ja jopa sarjasähköajoneuvoista huolimatta niitä ei voida pitää vakavana kilpailijana mäntämoottorilla varustetuissa autoissa.
Sama voidaan sanoa toistaiseksi eksoottisista gyro-autoista, joissa energianvaraaja on gyroskooppi (vauhtipyörä). Tutkimus- ja kehitystyö, mukaan lukien. ja anna meidän maassamme pitää tällaista liikennettä ensisijaisesti sähköajoneuvojen kilpailijana. Todellakin, kun vetopyörät ovat suhteessa jälkimmäiseen painon ja kilometrimäärän mukaan, ne voivat kompensoida energian puutteen melkein mistä tahansa pistorasiasta, mikä toimii niiden epäilemättömänä etuna.
On huomattava, että kaikki sähkö- ja gyroautoilla tehtävät työt kärsivät eräänlaisesta yksipuolisuudesta. Mainostaessaan tämän tyyppisen kuljetuksen "steriiliyttä" kirjoittajat eivät ota huomioon tarvetta tehdä kattava tieteellinen tutkimus niiden käytön ongelmasta. Itse asiassa sähköajoneuvot kuljettavat saasteiden lähdettä vain kaupunkien ulkopuolella, siirtäen ne sähköteollisuuden harteille. On arvioitu, että jos 14 miljoonaa autojen polttomoottoria (Jugoslavian liittotasavallassa vuoden 1974 taso) korvataan sähkömoottoreilla, joiden akkuja ladataan päivittäin klo 22–6, sähkönkulutus on noin 100 000 MW. Tällainen energiankulutus voidaan varmistaa esimerkiksi 500 (!) Ydinvoimalaitoksella, joiden kapasiteetti on 200 MW (!). Lämmön vapautuminen tällaisesta sähköjärjestelmästä on valtava. Tämän näkökohdan huomioon ottaminen sekä kunkin maan mahdollinen sähkön tasapaino (Yhdysvalloissa on jo pulaa sähköstä) johtaa todennäköisesti siihen, että vuoden 2000 jälkeen sähkö- ja gyroautot eivät tule olemaan tarkoittaa liikennemuotona vallitsevaa.
Tärkeä paradoksaaliselta vaikuttava tekijä on "voimalaitos - sähköajoneuvo" -järjestelmän energiankäytön alhainen hyötysuhde. Sen hyötysuhde ei ylitä 15%. Järjestelmän käyttö planeettamittakaavassa merkitsee energian tuhlaamista. Ihmiskunnalla on varaa tällaiseen ylellisyyteen vain äärimmäisissä olosuhteissa suurten kaupunkien elinkelpoisuuden säilyttämiseksi, joiden ilmapiiri on yhä enemmän myrkytetty pakokaasuilla.
zaai ICE. Ja vasta kun maapallon mineraalivaroja kulutetaan, sähkön ja sähköajoneuvojen tuotantomenetelmiä parannetaan, niiden määrä voi kasvaa voimakkaasti. Ehkä, koska harvat uskaltavat katsoa toistaiseksi toisen vuosituhannen rajan yli. Ja on mahdollista, että siihen aikaan syntyy ennennäkemätön yksittäinen kuljetusmuoto.
Maassamme palvelualasta tulee lähitulevaisuudessa suurin sähköajoneuvojen kuluttaja. Tutkijat ja insinöörit Moskovasta, Harkovasta, Kaliningradista, Jerevanista, Zaporožjeesta työskentelevät tähän suuntaan. Yksittäiskäyttöinen henkilöauto ryntää tielle aikaisintaan vuonna 1990.
Viime vuosina on voitu kuulla mielipide, että nyt on turhaa kehittää uudentyyppisiä moottoreita: Turbiinien ja sähkömoottoreiden vuosisata on tulossa. Tämä väite on täysin kumottu kuvion 1 tiedoilla. 1 jopa ennusteiden epätäydellisyys huomioon ottaen: vuoteen 2000 saakka ainakin puolet uusista (!) Moottoreista pysyy uskollisina viime vuosisadalla keksittyihin järjestelmiin: Otto, Diesel, Stirling. Yhteiskunnan nykyinen kehitystaso edellyttää kuitenkin merkittäviä parannuksia sekä näiden moottoreiden suunnittelussa että niiden toteuttamissa työprosesseissa tehokkuuden ja taloudellisuuden lisäämiseksi, painon vähentämiseksi ja haitallisten ympäristövaikutusten vähentämiseksi. Näkymät tietyille etsintä- ja kehitystöille, jotka tehdään sekä kansallisella tasolla että yksittäisten harrastajien keskuudessa, voidaan esittää seuraavassa järjestyksessä:
1. Parannukset perinteiseen ICE: hen.
2. Ulkopolttimoottoreiden ja kaasuturbiinien kehittäminen.
3. Ajoneuvojen sähkökäytön parantaminen.
4. Pyörivien mäntämoottoreiden luominen.
Tietenkin tämä jakelu on hyvin mielivaltaista. Tässä esitteessä, joka keskittyy pääasiassa mäntä- ja kiertomäntämoottoreihin, kirjoittaja mieluummin seuraa tätä järjestystä. Ja osoittamaan, kuinka historialliset
Tarve tehdä muutoksia niiden suunnitteluun sekä monien ratkaisujen jatkuvuus kutsuu lukijaa tutustumaan ensin lyhyesti moottorin historiaan.
Hieman historiaa
Kolme vuosisataa sitten, vuonna 1680, hollantilainen konetieteilijä Christian Huygens keksi "jauhemoottorin". Tämän ajatuksen mukaan pystysuoraan sylinteriin sijoitetun männän alle oli tarpeen laittaa ampuma ruutia ja sytyttää se tuleen pienen reiän läpi sylinterin seinässä. Palamistuotteet heittäisivät männän suurelle aukolle, joka viestii palotilan ilmakehän kanssa. Laskeutuessaan männän oli vedettävä lohkoihin ripustettu kuorma. Huygensin aikakaudelle se oli poikkeuksellinen "kolossi" (termejä "moottori" tai "kone" ei ollut vielä esiintynyt), koska silloin ainoa voimakas moottori oli vesipyörä.
Tuolloin H. Huygens itse kiinnostui jättimäisten teleskooppien linssien jauhamisesta, nykypäivän käsitteiden mukaan, polttovälin ollessa jopa 60 m. Siksi hän uskoi vaarallisen "kolossin" rakentamisen opiskelijalle - ranskalaiselle fyysikolle Denis Papin, joka toteutti idean metallissa. Hänen nimensä avaa myös lämpömoottoreiden historian. Laaja väite, jonka mukaan höyrykone ilmestyi ensimmäisenä, on virheellinen. D. Papenin "ruuti kone" on nykyaikaisen polttomoottorin prototyyppi, koska palaminen sylinterin sisällä on sen olennainen piirre.
Useiden vuosien ajan "kolossin" kanssa törmännyt Papen huomasi, että ruuti ei ole paras polttoaine. Kohtalo lähetti hänelle tuolloin uusia erinomaisia opettajia. Englannissa hän tapasi Robert Boylen, joka tutki kaasujen tilaa ja myöhemmin Saksassa matemaatikko Gottfried Leibnizin kanssa. On mahdollista, että heidän työnsä auttoi D. Papenia luomaan "höyry-ilmakehämoottorin", jossa mäntä nosti "tulen avulla saatu vesihöyryä". Kun lämmönlähde (tulipalo) poistettiin, höyry "tiivistyi jälleen veteen" ja mäntä painon ja ilmanpaineen1 (!) Vaikutuksen alaisena.
1 Kun höyry tiivistyy männän alle, muodostuu tyhjiö.
Ja vaikka täällä käytetään jo höyryä, uutta Papen-konetta ei voida kutsua höyryksi: siinä oleva neste ei poistu sylinteristä ja vain lämmönlähde sijaitsee ulkona. Siksi voimme sanoa, että polttomoottorin jälkeen Papen keksi ulkoisen polttomoottorin. Maailman ensimmäinen polttomoottori teki vain yhden iskun minuutissa, mikä ei edes täyttänyt vaatimattomia vaatimuksia noina aikoina. Ja Papen erotettuaan kattilan sylinteristä keksi höyrykoneen!
Maailman ensimmäinen höyry-atmosfäärikone putosi vesipyörän "oppisopimusoppilaaksi". D. Papenin kirjassa "Uusi taide tehokkaasti veden nostamiseen korkeuksiin käyttämällä tulta" sanotaan, että hän pumpasi vettä niin, että se ... pyöritti vesipyörää.
XVIII vuosisata. Hän ei tuonut uutta ICE-historiaa. Mutta Thomas Newcomen Englannissa (vuonna 1711), Ivan Polzunov (vuonna 1763) ja englantilainen James Watt (vuonna 1784) kehittivät D. Papfschin ajatuksia. Höyrykoneen itsenäinen elämä alkoi, sen voitollinen marssi. Myös polttamisen kannattajat ovat heränneet eloon. Eikö ole houkuttelevaa yhdistää sekä tulipesä että höyrykoneen kattila sylinteriinsä? Kerran Papen teki päinvastoin, mutta nyt ...
Vuonna 1801 ranskalainen F.Le Bon ehdotti, että valokaasu on hyvä polttoaine polttomoottorille. Idean toteuttaminen kesti 60 vuotta. Hänen maanmiehensä, kansalaisuudeltaan belgialainen Jacques Etienne Lenoir, käynnisti maailman ensimmäisen polttomoottorin vuonna 1861. Suunnittelunsa mukaan se oli kaksitoiminen höyrykone ilman kattilaa, joka oli sovitettu polttamaan siinä4 ilman ja paineella syötetyn ilman ja valokaasun seosta.
Ei voida sanoa, että Lenoir olisi ollut ensimmäinen. Yli 60 vuoden aikana patenttitoimistot ovat vastaanottaneet lukuisia "oikeuksia" koskevia hakemuksia epätavallisten lämpömoottoreiden rakentamiseksi. Esimerkiksi vuonna 1815 otettiin käyttöön Robert Stirlingin "ilmalämpömoottori", joka muutettiin vuonna 1862 kylmäkoneeksi. Polttomoottorin rakentamiseen oli muitakin yrityksiä.
Mutta vain Lenoirin moottori tuli laajalle levinneeksi huolimatta siitä, että se oli iso, kapriisi, imi paljon voiteluaineita ja vettä, mistä se sai jopa imartelemattoman lempinimen "pyörivä pekonipala". Mutta Jacques Lenoir hieroi käsiään - "pekonipalojen" kysyntä kasvoi. Hän ei kuitenkaan voittanut kauan. Pariisin maailmanmessuilla vuonna 1867, toisin kuin odotettiin, ensimmäinen palkinto myönnettiin Nikolaus Otton ja Hey gen Langenin Saksasta tuomalle "ilmakehän kaasumoottorille". Se kuurautti kävijöitä uskomattomalla törmäyksellä, mutta kulutti paljon vähemmän polttoainetta kuin Lenoir-moottori, ja sen hyötysuhde oli 10% parempi. Hänen menestyksensä salaisuus on alustava työseoksen puristus, jota ei ollut Lenoirin moottoreissa.
Vuonna 1824 ranskalainen insinööri Nicola Leonard Sadi Carnot julkaisi kirjan "Heijastuksia tulen voimasta ja koneista, jotka pystyvät kehittämään tätä voimaa". Ideoiden ilotulitus: Lämmönsiirron periaatteet, kriteerit kaikkien lämpösyklien vertailulle, moottoreiden termodynamiikan perusteet ja niiden joukossa esipuristus hajaantuivat tämän pienen kirjan sivuille. Kymmenen vuotta myöhemmin nämä ajatukset kehitti B. Clapeyron ja vähän myöhemmin - W. Thomson. Nyt nämä nimet ovat tuttuja kaikille. Mutta Lenoir, Otto ja Langen eivät tienneet mitään työstään. He pitivät parempana kokeilua kuin teoriaa. He eivät myöskään tienneet, että vuonna 1862 ranskalainen A. Beau de Roche oli jo patentoinut nelitahtisen syklin. Ja toinen vaihe peräkkäin on juuri työseoksen alustava puristus.
Nelitahtimoottorin, joka käytännössä ei eroa moderneista polttomoottoreista, Otto ja Lange toivat vain vuoden 1873 maailmanäyttelyyn. Sitä ennen keksijät käyttivät paitsi höyrykoneiden valmistuskokemusta myös sama venttiilin ajoitusmekanismi kuin heidän. Uudessa moottorissa oli venttiilit kelaventtiilin sijaan.
Höyrykoneen lähestymättömiä asentoja ravisteltiin. Polttomoottori meni hyökkäykseen. Työskenneltyään lyhyen aikaa lampun kaasulla, hän ryhtyi työskentelemään korkeammankalorisemmalla generaattorikaasulla. Ja sitten, ja aluksi se tuntui uskomattomalta, pääsin "epätavalliseen" nestemäiseen polttoaineeseen.
Höyrykone ei luovuttanut heti. Vuonna 1880 M.D.Mozhaisky tilasi koneelle kaksi höyrykonetta. Tietoja "ominaispainosta", joka on yhtä suuri kuin 5 kg / l. kanssa., polttomoottorin suunnittelijat tuolloin vain haaveilivat, ja M. Mozhaisky saavutti tämän ilman suurempia vaikeuksia. Mutta kahdeksan vuotta myöhemmin kumppanuus ilma-aluksen rakentamiseksi Rossiya aikoi asentaa ilmalaivaansa yhden maailman ensimmäisistä bensiinimoottoreista, jonka on rakentanut Ogneslav Kostovich. Hän saavutti mallin poikkeuksellisen keveyden: 1 litra. kanssa. moottorin teho oli vain 3 kg. Myös moottorin asettelu oli alkuperäinen. Pari vastakkaisia mäntiä sivuilla sijaitsevien keinuvarsien läpi kiertivät kampiakselia sylinterien yläpuolella (kuva 2). Moottori on säilynyt, ja voit tutustua siihen Moskovan ilmailutalossa. M. julkaisussa "Frunze.
XX vuosisadan vaihteessa. viimeinen kivi asetettiin ICE-rakennuksen rakentamiseen. Vuonna 1893 saksalainen insinööri Rudolf Diesel keksi väitteellisen ajatuksen "järkevästä lämpökoneesta höyrykoneen ja muiden olemassa olevien moottoreiden korvaamiseksi". Ensimmäinen moottorin näyte otettiin käyttöön vuonna 1897. Puutteiden massa kompensoitiin täysin ennennäkemättömän korkealla hyötysuhteella, joka oli 26%. Tämä on enemmän kuin tarpeeksi ensimmäiselle näytteelle. On mielenkiintoista, että dieselmoottoreiden parantaminen, niiden hienosäätö suoritettiin venäläisten insinöörien toimesta Pietarin Nobelin tehtaalla vuosina 1899 - 1902. Vasta sen jälkeen dieselistä tuli arvokas kilpailija kaasuttimelle ICE.
Polttomoottoreiden valtava leviäminen on muuttanut dramaattisesti ihmisen elämää. Moottorien möly alkoi kuulua kaikilta puolilta. Hän sai jalankulkijat painumaan pelokkaasti talon seiniin, uteliaasti nostamaan päätään, tuijottamaan tuntikausia erilaisten autojen manipulaatiota.
Retki moottorin historiaan olisi voinut päättyä siihen. Autoteollisuudessa siitä lähtien tähän päivään asti käytetään pääasiassa moottoreita, joiden sylinterit sijaitsevat yhdessä tai kahdessa rivissä, vuorotellen kulmassa (V-muotoinen) tai vastakkain (vastakkainen). . Epätavallisten suunnitelmien mukaan rakennetut moottorit ovat useimmiten velkaa syntymänsä ilmailulle. Wright Brothers-lentokoneiden yksisylinterisillä ilmajäähdytteisillä moottoreilla lentokoneiden valmistajat siirtyivät nopeasti monisylinterisiin ja linjaisiin.
Tähtien muotoiset olivat hyviä kaikille, mutta ensimmäisen lentokoneen nopeudella 40-60 km / h ne eivät silti toimittaneet tarvittavaa sylinterien jäähdytystä. Keksijät ohittivat tämän esteen saamalla sylinterilohkon pyörimään paikallaan olevan akselin ympäri ja samalla antamalla maailmalle termin "pyörivä moottori" (kuva 3).
Este tämän tyyppisten moottoreiden laajalle käytölle oli keskipakovoimien aiheuttama päämoottoreiden kuormituksen voimakas kasvu.
Maanmiehemme A.G.Ufimtsev yritti vähentää keskipakovoimien vaikutusta rakentamalla birotatiivisen moottorin. Akseli ja sylinterilohko alkoivat pyöriä eri suuntiin puolella nopeudella. Mutta pian tämä päätös tuli tarpeettomaksi - lentokoneen nopeus ylitti luvun 100. Potkurin ilmavirta puhalsi täydellisesti sivuille ulkonevat sylinterit, mutta ... (tämä "mutta" vaeltaa aina rakenteesta toiseen eikä todennäköisesti koskaan rauhoitu) merkittävä aerodynaaminen vastus.
Paino 80 kg. Nuolet osoittavat palavan seoksen virtaussuunnan.
Riisi. 4. Kaavio kaksitahtisesta lentokoneiden moottorista, AA Mikulin ja BS Stechkin (1916). Teho 300 hv kanssa. 1 - kevyen polttoaineen suora ruiskutus, tarjotaan ensimmäistä kertaa maailmassa!
Paina sylinterit akselia vasten! Tee niistä pienikokoisempia! Tämä estettiin ensisijaisesti kiertokangella. Sen pituus liittyy läheisesti männän iskuun ja halkaisijaan. Ratkaisu löydettiin pian. Sylinterit sijoitettiin akselin suuntaisesti, ja niiden tangot (ei kiertokanget!) Sidottiin akseliin kaltevaan aluslaattaan. Tuloksena on kompakti yksikkö, jota kutsutaan vino aluslaatan moottoriksi (kuva 4). Venäjällä sitä käytettiin vuodesta 1916 (suunnitellut A. A. Mikulin ja B. S. Stechkin) vuoteen 1924 (Starostinin moottori). Vuonna 1924 tehdyt yksityiskohtaiset testit paljastivat lisääntyneet kitkahäviöt ja suuret kuormitukset yksittäisille elementeille, mikä johtaa vinojen pesukoneiden suhteelliseen epäluotettavuuteen "ja tehottomuuteen.
Huomaavainen lukija huomasi, että sana kiertokanki korostettiin tekstissä. Siitä ei heti tullut välttämätön osa mäntämoottoreita.
Newcomenin höyrykoneessa ei ollut kiertotankoa, se palveli jo uskollisesti Ivan Polzunovia, ja Watt jopa patentoi useita mekanismeja samaan tarkoitukseen, koska kiertokanki oli jo patentoitu siihen aikaan.
Kiertokanki oli aikansa edistyksellisin ratkaisu, joka on säännöllisesti palvellut ihmisiä kahden vuosisadan ajan, jo vuosisadamme 20-luvulla aiheuttamaan valituksia moottorinrakentajilta. Sano, ja jonkinlainen nimi: "kiertokanki". Heiluttelee, heiluttaa, rikkoo kaiken. Ja gab-
rytmi ei salli laskua. Ja männät painetaan sylinterin yhdelle tai toiselle puolelle, ja inertiakuorma kasvaa. Yhdellä sanalla, kiertokangesta tuli huono kaikille. Mutta osoittautui vaikeaksi selviytyä hänen kanssaan.
Lentokoneiden moottoreiden rakentajat ovat väsymättä parantaneet mallejaan. Vuoteen 1940 mennessä kaikki pienet asiat otettiin huomioon, kaikki ylipaino poistettiin, käytettiin tuhansia temppuja, käytettiin eksoottisimpia materiaaleja. Ja vain perusjärjestelmään - kammen mekanismiin - ei ole tehty muutoksia. Tällä hetkellä ehkä kukaan ei voinut ennustaa suihkumoottoreiden tulevaa voittoa. Siksi kaikissa maissa tehtiin suuria töitä tehokkaiden pienikokoisten mäntämoottorimoottoreiden luomiseksi. Mutta intensiivisestä työstä huolimatta männän lentokoneen moottori, jonka tilavuus on yli 4000 litraa. kanssa. ei luotu missään ulkomaassa.
Englannissa Hiple kehitti moottorin, jossa oli vastakkaiset männät ja kampiakseli niiden yläpuolella. Keinuvarret olivat sivuilla. Toisin sanoen britit elvyttivät Kostovich-järjestelmän. Ja jos käännät vielä muutaman sivun historiaa, käy ilmi, että tämä on myös Newcomenin järjestelmä. Vain hänellä ei ollut lainkaan kampiakselia. Ikkunaan sidottu köysi vetää pumpun mäntää ylös ja alas. Kolmas sveitsiläinen yritys "Sulzer" ei ole kaukana. Sen moottori poikkesi Hipplestä vain keinuvarren muodosta. Jopa uusiseelantilaiset tekivät osansa: liikkeissään. keinuvarsien runko sijoitetaan mäntien sisään. Mutta sama kiertotanko on kytketty keinuvarsiin.
Kaikki tarvitsivat kammomekanismin kelvollisen jatko-osan, sitä tarvitaan edelleen tähän päivään asti. Siksi hänen etsintänsä ei pysähtynyt. Yksittäiset keksijät ja kokonaiset joukkueet alkoivat vaihdella sen sijaintia, koska ne eivät päässeet eroon kiertokangesta (kuva 5). Tällaisia moottoreita valmistaa pieni joukko yrityksiä ja niitä kutsutaan "moottoreiksi, joilla on monimutkaiset kinemaattiset piirit". Oli myös eksoottisempia malleja. Joten itävaltalaiset asettivat kuusi mäntää kolmion sivuille ja asettivat kampiakselin keskelle. Heidän moottorinsa "Fia la Fernbrag" erottui muiden joukosta vain soinnillisella nimellä. Sen ominaisuudet jättivät paljon toivomisen varaa.
Vastaavassa järjestelyssä, jota amerikkalaiset käyttävät, kaksoissylinterit sijoitetaan neliön kulmiin ja keskellä useita kiertokankeja ja kaksi kampiakselia. Suunnittelijat nimittivät "Dina-Starin" ideologiansa. Mutta jopa siinä vain nimi on täysin alkuperäinen.
Ei unohdeta ja vino aluslevy. Nyt sitä käytetään laajalti erilaisissa hydraulimoottoreissa. 50-luvun lopulla englantilainen keksijä Hugens esitteli johtavien moottorirakennusyritysten asiantuntijalautakunnalle "uusimman" kaksitoista sylinteriä sisältävän pyörivän moottorin. Se näytti tynnyriltä. Ja sama vino aluslevy piilotettiin sisälle. Ja vaikka Hügens väitti, että "moottori yhdistää polttomoottorin termodynaamisen tehon turbiinin etuihin" ja että "kiertohaarojen puuttumisesta johtuvat kitkahäviöt ovat 60% pienemmät" kuin polttomoottorissa, asiantuntijat ihmettelivät , tarkasti moottoria huolellisesti ja ... lisätietoja nm: stä ei ole kuultavissa. Sekä yksinäiset keksijät että jopa yritykset yrittävät silti luoda toimivan vinostipesukoneen. On raportoitu höyrykoneista, Stirlingsistä ja tavanomaisista polttomoottoreista, jotka käyttävät tätä järjestelmää. Tällaisia töitä tehdään myös maassamme, mutta niillä ei ilmeisesti ole erityisiä mahdollisuuksia. Syy on kitkahäviöissä, joita Hugens taisteli niin kovasti. Nopeissa kiertokangen polttomoottoreissa ja vinosti aluslevyissä 15-25% hyödyllisestä tehosta käytetään niihin. Ja epätavalliset "Hipla", "Fiala", "Dina" ja vielä enemmän.
Toinen moottoreiden "vihollinen", joka salakavalasti ilmestyy ylöspäin nousussa, on inertiavoimat. Ne eivät vain auta kitkavoimia, vaan yksinkertaisesti ylikuormittavat monia osia mahdottomasti.
On myös kolmasosa - sylinterin lämpöjännitys. Kierrosten lisääntyessä ja siten välähdysten määrän kasvaessa sylinterin seinämillä ei ole aikaa poistaa lämpöä. Ja sitten lisääntynyt kitka "lisää öljyä" jo lämmitettyyn sylinteriin.
Juuri näitä "vihollisia", kiertokangen lähimpiä sukulaisia, koko maailman keksijät eivät ole onnistuneet voittamaan tähän päivään saakka. Ei tietenkään pidä ajatella, että pienempien kitkahäviöiden ja alennetun nopeuden moottoreiden kehittäminen ratkaisee kaikki moottorirakennuksen ongelmat. Yksi päätehtävistä - pakokaasujen myrkyllisyyden vähentäminen - on nyt ratkaistu sekä parantuneen työnkulun ja muun tyyppisen polttoaineen käytön että moottorin alentamisen seurauksena.
Viime vuosina ulkomaiset suunnittelijat joutuivat tiukkojen ympäristönsuojeluvaatimusten vuoksi vähentämään kaasuttimen moottoreiden nopeutta ja puristussuhdetta. Ja tämä vaikutti väistämättä heidän teknisiin ja taloudellisiin indikaattoreihinsa. Joten amerikkalaisten automoottoreiden keskimääräinen litra on nyt 30-40 litraa. s. / l. Myös polttoaineen ominaiskulutus on kasvanut. Siksi autot on varustettu suuremmilla ja vähemmän tehokkailla moottoreilla. Siksi sellaisten mallien kehittämistä, jotka mahdollistavat moottoreiden tehokkuus- ja painoindikaattoreiden ylläpitämisen ainakin nykyisellä tasolla, voidaan pitää yhtenä päätehtävistä. Kuten jäljempänä osoitetaan, tämä ongelma voidaan ratkaista onnistuneesti luomalla kiertotankomoottoreita, joissa kitkahäviöt vähenevät voimakkaasti. Epäsuorasti tällainen päätös vaikuttaa parempaan suuntaan ja painoindikaattorien tehokkuuteen ja luotettavuuteen.
Toinen tapa on kehittää moottoreita, joiden rakenne on täysin erilainen - pyörivät ja eri lämpösykliin perustuvat moottorit. Tämän tyyppisissä moottoreissa monia ratkaisuja voidaan tehokkaasti käyttää perinteisten polttomoottoreiden parantamiseen.
Mäntämoottorit
Balandinin moottorit. Näiden moottoreiden työ alkoi toisen maailmansodan jälkeen. Noina vuosina Sergei Stepanovich Balandin työskenteli ainutlaatuisten mäntämoottorien parissa, jotka olivat suorituskykyisempiä kuin tuolloin lentokoneiden mäntämoottorit. Nämä moottorit olivat kevyempiä, tehokkaampia, taloudellisempia, yksinkertaisempia, luotettavampia ja halvempia kuin mikään tuolloin tunnettu. Vuoteen 1948 mennessä kehitettiin ja testattiin seitsemän tyyppistä moottoria, joiden kapasiteetti oli 100-3200 hv. kanssa., ja vuosina 1948 - 1951. ilmestyi erittäin tehokas mäntämoottori, jonka tilavuus oli 10000 litraa. kanssa., joiden ominaisindikaattorit ovat käytännöllisesti katsoen yhtä suuret kuin turboahtimoottoreiden.
Valmistetun, neljästä ristisylinteristä koostuvan perusvaiheen voima oli niin suuri, että herätettiin kysymys sen pienentämisestä, koska ei ollut lentokoneita, jotka tarvitsisivat niin voimakkaita moottoreita.
Jo ensimmäinen S. S. Balandinin moottorin näyte osoitti valtavia etuja. Se oli 1,5 kertaa tehokkaampi ja 6 (!) Kertaa kestävämpi kuin tähtimäinen M-11-lentokoneiden moottori vertailuun. Lisäksi hän ylitti hänet muilta osin. S. G. Balandin keskittyi kirjassa "Besshatunny-polttomoottorit" tärkeimpään näistä poikkeuksellisista moottoreista. Tämän pienen kirjan sisältöä on vaikea tiivistää. Jokainen sen sivu on löytö. Nämä luvut näyttävät uskomattomilta. Mutta heidän takanaan ovat todelliset, huolellisesti testatut näytteet.
Vuonna 1968 Inventor and Rationalizer -lehti nro 4 julkaisi artikkelin otsikolla "Pohjimmiltaan uusi moottori", jossa oli kyse "saumattomasta mekanismista edestakaisen liikkeen muuttamiseksi pyörimisliikkeeksi" (kirjoittajan todistus nro 164756). . Sen kirjoittaja on nuori Sevastopolin keksijä E. I.Lev. Artikkeli päättyi sanoihin: "... Haluan, että moottori rakennetaan ja testataan käytännössä." Ja kuusi kuukautta myöhemmin tuli tietoon tekijänoikeustodistuksen nro 118471 olemassaolosta, joka myönnettiin vuonna 1957 S. Balandinille "polttomoottorille, jossa oli kiertokankimekanismi".
Kummassakin formulaatiossa on sana "tangoton". Mutta mitä tämän sanan takana on? On vaikea vastata ilman huolellista kokeilua. EI Levin suunnittelemaa moottoria (kuva 6) ei ole vielä rakennettu - tekninen perusta on epäonnistunut. Mutta S. Balandinin teokset mahdollistavat rohkean sanomisen: molempien tekijänoikeustodistusten avainsanan takana sana ”yhdystanko” kätki lähitulevaisuuden epätavalliset moottorit. Kuluu useita vuosia, ja vain toivottomat konservatiivit suunnittelevat moottoreita, joissa on perinteinen kiertokangen kampi.
Kuinka S.Balandinin saumaton mekanismi toimii? Sen "kohokohta" on kampiakseli, ikään kuin se olisi leikattu kolmeen osaan (kuva 7, a). Keski-kampiosa 1, jonka säde on puolitettu tavalliseen säteen säteeseen verrattuna, pyörii vapaasti kahden saman säteen omaavan kampen 2 laakereissa. Keskiosa on peitetty sauvalaakerilla. Kaksi mäntää on kiinnitetty tankoon 3 (järjestelmän edut toteutuvat parhaiten vastakkaisilla männillä). Joten akselin keskiosan kaulojen voimat eivät siirry mäntiin, keskellä olevalla tangolla on erityinen ohjain 4, samanlainen kuin kompressorien ja höyrykoneiden ristipää. Vain tämä ristipää on moottorin keskellä. Kampien pyörimisen synkronointi tapahtuu akselilla 5, joka on kytketty niihin hammaspyörillä 6. Se on myös venttiilien ja muiden yksiköiden voimanottoakseli.
Tangon laakeri liikkuu suorassa linjassa. Keskellä, joka liikkuu vastavuoroisesti, kampiakselin aikakauslehdet kuvaavat niiden liikeratoja (ympyröitä). Ja koska kauloilla on liikerata - ympyrä, niin kammet seuraavat sujuvasti kaulaa. Joten moottorissa ei ole kiertotankoa. Siksi mäntiin voidaan syöttää voimakas öljyvirta poikkipään leveiden kanavien kautta sauvaa pitkin mäntiin, mikä varmistaa mäntien täydellisen jäähdytyksen, mikä puolestaan mahdollistaa moottorin nopean kiihdytyksen. Myös lämmitetty öljy palautetaan varren läpi. Tätä varten se on jaettu kahteen osaan putkella. Öljykalvolla liukuvan ristipään ansiosta S. Balandinin moottoreiden männät eivät käytännössä kulu. Kampiakselin akselien kuluminen vähenee 3-4 kertaa. Selitys on yksinkertainen. Tavanomaisissa polttomoottoreissa koko männän kaasupaineen voima siirtyy kaulaan, ja S. Balandinin moottoreissa on vain hyödyllinen ero vastakkaisten sylinterien voimissa.
Pienemmät pyörivien osien kuormitukset johtavat kitkahäviöiden kolminkertaistamiseen (!). S. Balandinin moottoreiden mekaaninen hyötysuhde on 94%! Vain 6% 15-25% sijaan käytetään kitkan voittamiseen! Ensimmäisten Balandin-moottorien mitat olivat pienempiä kuin M-11-moottorilla, ainakin kiertokangen pituudella, ja niiden litran teho (suurin teho jaettuna sylinterien työtilavuudella litroina) - tärkein moottorin ominaispiirteet olivat 1,5 kertaa korkeammat, ja nyt kaikkien moottorirakentajien suosima virstanpylväs - 100 hv. s. / l. Esimerkiksi voimme muistaa, että Zhiguli-auton moottorin litran tilavuus on täsmälleen puolet siitä.
S. S. Balandinin mukaan toistaiseksi "vain pinnalta" on otettu kiertokangen moottoreista. Esimerkiksi vain nämä moottorit mahdollistavat rakenteeltaan yksinkertaisen yksinkertaisen kaksipuolisen työprosessin toteuttamisen sylintereissä moottorin tehon lisäämiseksi tarkalleen kaksinkertaiseksi.
Kaksinkertainen toiminta on ikivanha termi. From kuului Lenoirin ensimmäiseen ICE: hen. Ja myöhemmin se melkein katosi teknisestä kirjallisuudesta. Ei vain siksi, että sen täytäntöönpanossa on monia rakentavia vaikeuksia. Harvalla olemassa olevalla kaksitoimisella moottorilla ei missään tapauksessa ole kaksinkertaista tehoa, ja erityisominaisuuksiensa suhteen ne ovat paljon huonompia kuin perinteiset polttomoottorit. Kiertokanki on syyllinen. Se vaatii ehdottomasti sen viereen asennetun poikkipään. Ja tämä johtaa koon kasvuun, painon kasvuun ja vastaavasti inertiaalikuormituksiin. Tuloksena - hankala, hidas rakenne, minkä vuoksi tätä järjestelmää käytetään nyt vain tehokkaissa meridieselmoottoreissa. Balandinin moottori ei vaadi liikkuvien osien massan kasvua lainkaan. Siinä sinun on vain pidennettävä vähän, jotta voit sijoittaa toisen sylinterin
Ki. Männän ylikuumenemisen vaara poistetaan loistavasti suunnitellulla männän jäähdytysrakenteella, jossa on voimakas öljyvirta.
Kaikki S.Balandinin erittäin tehokkaat moottorit, joiden joukossa on moottori, jonka tilavuus on 14 tuhatta litraa. kanssa. joiden paino oli 3,5 tonnia (0,25 kg / hv), ne olivat kaksitoimisia moottoreita, mukaan lukien moottorit, joissa oli kelaventtiilin ajoitus, mikä mahdollisti koon pienentämisen edelleen. Höyrykoneesta lainattu kela hylättiin polttomoottorin kehityksen alkaessa. Keloja käytetään nyt uudelleen. Vain edestakaisin liikkuvien kullojen sijasta käytetään pyöriviä, mutta niiden olemus on sama.
Mutta miksi kela? Kierrosnopeuden kasvaessa, ja mitä korkeammat ne ovat, sitä pienempi moottorin koko samalla teholla, kiertokanki-mäntäryhmän ja venttiilimekanismin osien inertiakuormat kasvavat voimakkaasti. Jälkimmäisessä lisääntyneet kuormat rikkovat venttiilin ajoitusta. Pyörivä kela ei ole vaarassa. Ei ole mikään, että moottorit, joissa on karaventtiilien ajoitus, ovat viime aikoina hämmästyttäneet maailmaa ennätyksillä litran tehosta. 200 litraa. s / l (GDR, 1960) jopa 300 hv HP / L (Japani, 1970) Kilpa-moottoripyörien puolaisten moottoreiden litratilavuus on kasvanut vuosikymmenen aikana.
S. S. Balandin edisti "ennätyshaltijoita" ainakin 20 vuodella luomalla suuria, valtavan tehoisia moottoreita. Muistakaamme, että kukaan maailmassa, vaikka tunnettujen yritysten asiantuntijat ryhtyivät asiaan, ei onnistunut kutsumaan koolle yli 4000 tuhannen litran mäntämoottorimoottoria. kanssa. Ja täällä kerralla 10 - 14 tuhatta, ja jos haluat, kaikki 20 tuhatta. Ja vain 24 sylinteriä. Balandinin moottoreiden keskimääräinen männänopeus saavutti ennennäkemättömän arvon - 80 m / s! (perinteisissä moottoreissa nopeus on 10-15 m / s, kilpa-ajoissa jopa 30 m / s). Ja korkea mekaaninen hyötysuhde ei häiritse sen nostamista vielä korkeammalle.
Parhaiden esimerkkien kiertotankomoottoreiden teho jopa keskimääräisellä männänopeudella, joka ylittää 30 m / s. vastustamattomasti nolla. Bessha-tunnelimekanismi ei käytännössä reagoi keskinopeuden kasvuun. S. Balandinin moottoreiden teho on 5 - 6 kertaa, ja kaksoisvaikutuksella se on 10 kertaa (!) Suurempi kuin kiertokankien. Pieni
S. Balandinin kirjassa annettu kaavio todistaa siitä puolueettomasti. Kaavio on rajoitettu männän keskinopeuden alueelle, joka on korkeintaan 100 m / s, mutta käyrät näyttävät taipuvan hajota siitä, ikään kuin korostaen tämän poikkeuksellisen järjestelmän piilotettuja mahdollisuuksia.
Keskinopeus on rpm, teho. Mutta nopeus on suurempi, inertiaalikuormitukset ja tärinä ovat suurempia. Ja tässä Balandinin moottorit ovat kilpailun ulkopuolella. Kolme tasoa otettujen voimakkaimpien näytteiden värähtelyn oskillogrammit (amplitudi 0,05 - 01 mm) vaikuttavat epätodennäköisiltä. Jopa turbiinien kanssa tärinä ei yleensä ole vähäisempää. Ihanteellinen tasapaino säilyy millä tahansa sylinterien lukumäärällä. Vaikka periaatteessa yksi- ja kaksisylinteriset moottorit ovat mahdollisia. Neljän sylinterin peruslohkoista, kuten kuutioista, voit lisätä mitä tahansa koostumuksia epäilemättä niiden erinomaisia ominaisuuksia.
Taloudesta on mahdotonta olla sanomatta. Balandin-moottorin ominaispolttoaineenkulutus on keskimäärin 10% pienempi kuin kiertokangen prototyyppien. Mutta se ei ole kaikki! Sammuttamalla polttoaineen syöttö yhteen tai useampaan sylinteriryhmään (ja tämä on tehty!), Moottorit voidaan saada toimimaan korkealla ja käytännöllisesti vakiona tehokkuudella tiloissa 0,25 - nimellistehon yläraja. Käyttötapa osakuormilla, joka on useimpien moottoreiden tärkein ja kummallakin tavalla vähiten tutkittu toimintatapa, on saanut viime aikoina eniten huomiota. Loppujen lopuksi perinteisten moottoreiden hyötysuhde on optimaalinen kapeilla teho- ja nopeusalueilla.
Monisylinterisillä yhdystankomoottoreilla ei ole käytännössä mitään vaikutusta niiden hyötysuhteeseen millä tahansa osakuormalla. Se on uskomatonta, mutta jälleen kerran on kokeellisesti todistettu tosiasia, että niiden ominaispolttoaineenkulutusta voidaan vähentää vielä vähintään 10%. Tämä saavutetaan käyttämällä niin sanottua laajennettua sykliä, ts. Pidemmällä männän iskulla. Tätä sykliä ei löydy sovelluksesta tavanomaisiin moottoreihin, koska on tarpeen lisätä niiden kokoa dramaattisesti. Saumattomissa moottoreissa vaadittu koon kasvu on täsmälleen puolet pienempi, ja kun otetaan huomioon niiden pieni koko, tällaisella askeleella ei yleensä ole mitään vaikutusta moottorin paino-ominaisuuksiin.
Ja viimeinen asia. S. Balandinin moottoreiden tasaisten prototyyppien tuotantokustannukset ovat keskimäärin 1,6 kertaa pienemmät kuin vastaavan tehoisten sarjamallien. Sama pätee uusiin malleihin. Avain tähän on sekä vähemmän osia että rakenteiden valmistettavuutta.
Schneiderin moottori. Epätavallisten moottoreiden joukossa on toinen, josta puuttuu myös kiertokanki. Sen on kehittänyt Riian dieselrakennustehtaan ryhmän johtaja L.I.Shneider.
Moottorin kehityksen sysäys oli Wankelin moottoreiden menestys. Konetekniikkana L.I.Schneider tiesi hyvin tämän suunnittelun eduista ja haitoista, ja yritti omassa kehityksessään yhdistää männän pyörimisen sen perinteiseen muotoon. Moottori osoittautui birotatiiviseksi. Se poikkesi kuitenkin vuosisadan alussa rakennetusta A.G.Ufimtsevin moottorista siinä, että sekä kampiakseli että sylinterilohko pyörivät samaan suuntaan ja että siinä ei myöskään ole tankoja.
Moottorin rakennekaavio on esitetty kuvassa. 8. Paikallisessa ohutseinäisessä kotelossa, joka muodostaa ilmajäähdytteisen vaipan, neljän ristin muotoisen sylinterin muotoinen kappale pyörii laakereissa. Sylinterit sisältävät kaksipuolisia mäntiä, joissa on litteät puhallussiivet 5 (kuva 8). Männät istuvat suoraan kampikammioissa. Akseli pyörii epäkeskeisissä laakereissa sylinterilohkon laakereihin nähden. Männät synkronoivat sylinterilohkon ja kampiakselin pyörimisen, ja lohko pyörii samaan suuntaan puolella nopeudella.
Puhallussiivet liikkuvat sylinterilohkon onteloissa ja varmistavat työseoksen imun kampikammiosta ja kaasuttimesta 4, sen alustavan puristuksen (kampikammion tilavuus on vakio) ja ohituksen työkammioihin. Kaasun jakelu varmistetaan ohitus / ja pakokaasujen 2 ikkunoiden ja puhallussiipien järkevällä järjestelyllä. Yhdelle sylinterilohkon kierrokselle tapahtuu jokaisessa työskentelyisku, ja kampiakseli tekee kaksi kierrosta.
Sylinterilohkon pyöriminen tarjoaa rikastuksen seokselle sylinterin kehällä sytytystulpan alueella, mikä on ominaista kaikille pyöriville moottoreille, ja polttoaineen nopeamman ja täydellisemmän palamisen. Polttaminen on tässä sama kuin sylintereissä, joissa on tasokerrosvarausjakauma. Siksi L. Schneiderin moottori täyttää nykyaikaiset vaatimukset pakokaasujen "puhtaudelle".
Moottorin ominaisuuksiin kuuluu erinomainen tasapaino, mahdollisuus sijoittaa ahdin 3 kampiakseli vauhtipyörälle, jonka hyötysuhde on kaksinkertaisen pyörimisnopeuden takia riittävän korkea, ja lohkopään kallistettujen reunojen imutoiminto , joka pyöriessään imee jäähdytysilmaa kotelon päissä olevien ikkunoiden läpi ja ohjaa sen kotelon keskelle on voluutti, jossa ilma sekoittuu pakokaasujen kanssa.
Moottori on voideltu toimivalla seoksella, kuten kaikissa moottoripyörämoottoreissa. Kaasutin sijaitsee kotelon päässä ahdinta vastapäätä. Sytytys - sähkökipinä. Sytytysjakaja on itse sytytystulppa.
Riian dieselrakennustehtaalla testattu moottorin prototyyppi painoi 31 kg ja työtilavuus 0,9 litraa. Kaasuttimen mallissa arvioitu moottorin ominaispaino on 0,6 - 1 kg / l. dieselpolttoaineella 1 - 2 kg / l. kanssa. Verrattuna perinteisiin
moottorit, joilla on samanlaiset parametrit L.Schneiderin moottori on paljon pienempi.
Moottori Kashuba - Korablev. Sevastopol-yhdistyksen "Yugrybkholodflot" kaksi keksijää - NK Kashuba ja IA Korablev - ehdottivat toista hanattomat moottoria. He suunnittelivat moottorin (kuva 9), jossa kiinteät männät asennetaan runkoon / ja sylinterilohko 2. liikkuu.Sen liike muutetaan pyörimiseksi hammaspyörillä vuorovaikutuksessa olevien hammaspyörien kanssa. Yksittäistä sauvaa 4 käytetään synkronointiin ja käynnistykseen. Koska vaihteiston häviöt ovat pieniä, moottorin mekaanisen hyötysuhteen on oltava korkeampi kuin perinteisissä monisauvaisissa rakenteissa. Moottorin paineilmamalli osoitti, että hyväksytty järjestelmä oli melko toimiva. Ja innoitetut keksijät suunnittelivat sen pohjalta matalan nopeuden meridieselmoottorin. Se osoittautui paljon pienemmäksi kuin tavallinen. Ja laivanrakennusinstituutin polttomoottoreiden osaston jatko-opiskelijoiden avulla tehdyt lukemat rakenteellisia elementtejä ja toimintajaksoa vahvistivat, että kirjoittajien toiveet moottorin eduista ovat varsin perusteltuja. Ne eivät herättäneet epäilyksiä moottoriprojektista palautetta antaneiden organisaatioiden keskuudessa.
Jopa nelisylinterisessä versiossa moottorilla on oltava suurempi litra, teho ja pienempi polttoaineenkulutus. Kun lisää sylintereitä, voitto kasvaa. Keskimäärin perusparametrien parantumisen arvioidaan olevan konservatiivisesti noin 10%. Tarpeetonta sanoa, kuinka tärkeää tämä on kaukomatkoja tekeville aluksille! Miellyttää laivanrakentajia ja lisää moottorin resursseja. Tämän epätavallisen muotoilun männät vapautetaan kokonaan sivuttaisvoimista. Nimittäin niiden kuluminen määrää usein auton kohtalon. Moottorin sivuttaisvoimat syntyvät vain tahdistavasta kiertokangesta. Ne ovat pieniä, ja lisäksi ne havaitaan kehyksessä, johon männät on kiinnitetty.
Ilmaa ja polttoainetta toimitetaan mäntien kautta, kaasun jakelu - ikkuna- ja ohituskanavien kautta, koska moottori on kaksitahtinen ahdettu moottori, kuten useimmissa laivanrakenteissa. Sylinterilohkon jäähdytys vedellä voidaan suorittaa kahden muun männän kautta. Sen liike ei häiritse jäähdytysjärjestelmän toimintaa. Hitauskuormituksen vähentämiseksi lohko on valmistettu kevyistä seoksista. Sen massa on hieman suurempi kuin tavanomaisten rakenteiden liikkuvien osien massa. Mallin laskelmat ja testit ovat osoittaneet, että tämä ei uhkaa komplikaatioita.
Liikkeen muunnosmekanismi on myös alkuperäinen moottorissa. Keksijät pääsivät eroon puolipallojen hampaiden iskukuormituksista, kun he tulivat kytkentään telineen kanssa käyttämällä automaattisesti ulottuvia hammaspyöriä. Niiden akselien pyöriminen on synkronoitu erityisellä vaihteistoparilla (ei esitetty kuvassa 9). Yleensä moottori on toinen mielenkiintoinen esimerkki tavojen etsimisestä klassisen järjestelmän parantamiseksi.
Moottori Guskov - Ulybin. Kiertotankomekanismien keksijät pyrkivät ensisijaisesti pääsemään eroon männän kitkasta sylinterin seinämää vasten, mikä on puolet (!) Kitkahäviöistä. Sama voidaan saavuttaa toisella tavalla. Polttomoottorin, jossa männän kitka sylinteriä vastaan suljetaan pois, kehitti Voronezh
keksijät G.G.Guskov ja N.N.Ulybin (ja .nro 323562). Tässä moottorissa perinteinen kiertotankomekanismi korvataan yhdellä P. L. Chebyshevin mekanismeista.
Ja 100 vuotta sitten luotu mekanismi avaa uusia mahdollisuuksia mäntämoottoreille. Kirjoittajien mukaan kitkahäviöiden päälähteen puuttuminen antaa mahdollisuuden lisätä nopeutta ja moottorin resursseja dramaattisesti, 1,5-kertaisesti hyötysuhdetta ja jopa yksinkertaistaa suunnittelua. Kirjoittajia voidaan epäillä riittämättömästä kriittisestä lähestymistavasta heidän ideologiaan, varsinkin kun sanat "suunnilleen suoraviivainen" ovat hälyttäviä, kun tutustut projektiin. Varovaiset ehdot puhuvat kuitenkin vain P.L.Chebyshevin tarkkuudesta mekanismien arvioinnissa. Poikkeama suorasta linjasta tietyssä moottorirakenteessa (kuvio 10) on paljon pienempi kuin "mäntä-sylinteri" -parin yleisesti hyväksytyt välykset. Liikeradan suoruuden lisäksi mekanismilla on toinen etu - mäntien painovoimien puuttuminen.
Nämä voimat - tärkein kitkalähde - absorboivat aputanko. Samanaikaisesti ylimääräisen kiertotangon kitkahäviöt ovat vain 5 - 6%, mikä sallii kierrosnopeuden nousun jopa 10 tuhanteen minuutissa tai enemmän.
Suurella nopeudella voit jättää ... männänrenkaat ja vaihtaa labyrinttitiivisteeseen (katso kuva 10). Kukaan ei sitoutu käynnistämään tavanomaista polttomoottoria ilman renkaita - puristusta ei tapahdu. Mutta jos jotenkin poistat renkaat käynnissä olevasta moottorista, kuvassa. 10.
Labyrinttitiiviste toimii parhaiten kuivana. Siksi voitelu puuttuu kokonaan tai on vähäistä, ja mahdollinen pisteytys estää männän ohjausvöiden vetämisen. Öljyn puute polttokammiossa johtaa vähemmän savua. Tarpeetonta sanoa, että tällä hetkellä, kun tupakointimoottoreiden täydellistä kieltämistä koskevia lakeja valmistellaan jo, tämä erityinen tosiasia on erittäin tärkeä.
Ja lopuksi vielä yksi mielenkiintoinen moottorin piirre, jonka Chebyshev-mekanismi sallii toteuttaa. Tämä on puristussytytys. Nopeuden kasvaessa sytytys yhden elektrodin tulpalla ei usein tuota haluttua seoksen palamislaatua. Kaksi pistoketta, monielektroditulpat, elektroninen tai etukammion polttimen sytytys tuottavat kaikki hyväksyttävämpiä tuloksia.
Puristussytytys on vieläkin tehokkaampaa: korkea - noin 30 - puristussuhde tarjoaa puristusiskun lopussa lämpötilan, joka riittää erittäin laihan1 seoksen itsesyttymiseen koko tilavuudessaan, mikä takaa täydellisen palamisen ja paremman moottorin hyötysuhteen. Puristussytytyksen käyttö edellyttää vaihtelevaa puristussuhdetta: kun palotila lämpenee, puristussuhdetta on pienennettävä. Monet kekseliäät yritykset ovat epäonnistuneet matkan varrella: kaikenlaiset rakenteen "joustavat" elementit eivät kyenneet kestämään "kovan" polton (dieselpoltto) lämpötiloja ja kuormituksia. Ja vain lentokonemallien puristamoottoreissa tätä menetelmää käytetään menestyksekkäästi, mutta mallinntaja itse säätää puristussuhteen heti moottorin käynnistämisen jälkeen.
Kirjoittajien laskelmat ovat osoittaneet, että Chebyshev-mekanismilla on erinomainen yhteensopivuus, mikä sallii, että suunnitteluun ei lisätä muita "elastomeerejä".
1 Sekoita ylimääräisen ilman kanssa.
staattiset "elementit ja samalla saada melko hyväksyttävä näennäisesti vaihteleva pakkaussuhde. Mekanismin osien keskinäisen järjestelyn ansiosta moottori mukautuu automaattisesti vaihteleviin käyttöolosuhteisiin.
Vähärasvaisen seoksen täydellinen palaminen yhdessä sylinterin voitelun puuttumisen kanssa vähentää haitallisten aineiden pitoisuutta pakokaasuissa (typpioksidia lukuun ottamatta). Moottorista kiinnostuneet asiantuntijat. Vuonna 1975 NAMI valmisti prototyypin.
Kuzminin moottori. Edellä kuvattu Chebyshev-mekanismin moottori on tarkoitettu moottoripyörille. Ja tämä ei ole ainoa uutuus keksijöiden säästöpossussa. VNIImotopromin johtavien työntekijöiden ryhmän kirjoittamassa "äskettäin julkaistussa kirjassa" Motorcycle "(SV Ivanitsky et ai., 1971) todetaan, että" voiteluaineen alhainen hyötysuhde alkoi hillitä kaksitahtimoottoreiden etenemistä. "klassisen voitelujärjestelmän erilaiset suunnittelumuutokset.
Erillisten voitelujärjestelmien edut kaksitahtimoottoreille, joissa on öljypumput - kampikammion osien parempi voitelu; hiilen muodostumisen, rengaskoksin ja moottorin savun vähentäminen; erillinen öljyn ja polttoaineen täyttö - sisältää Sevastopolin keksijän luoman voitelujärjestelmän. V.I. Kuzmin (ja. Nro 339633). Sillä on vielä vähintään kaksi positiivista ominaisuutta: monimutkaisen öljynsyöttöpumpun puuttuminen, joka määrittää järjestelmän yksinkertaisuuden ja lisääntyneen luotettavuuden, ja öljyn osittainen kierto sylinteri-öljysäiliöpiiriä pitkin, mikä parantaa jäähdytystä ja vähentää lämpöjännitystä moottorin.
Voitelujärjestelmän pääosat (kuva 11, a) ovat kaksi litran säiliö /, joka mahtuu moottoripyörän sivulaatikkoon, öljyputket 2 ja kaarevat urat 6 sylinteripeilissä, jotka on kytketty öljyjohtoihin reikiä. Öljy imetään sylinteriin tyhjiön vuoksi (pumppua ei tarvita!). Öljy pääsee alempaan uraan kolmen halkaisijaltaan olevan reiän 7 kautta! mm (kuva 11, b), kun mäntä liikkuu ylöspäin pohjakuollutuksesta (BDC) imuaukon aukkoon asti
vain silloin, kun kampikammiossa on korkein tyhjiö. Yläurassa öljy kulkeutuu alemmasta urasta Lorshnyan kitkatoiminnan avulla. Kun seos syttyy, osa männänrenkaan läpi murtautuneista kaasuista lukkiutuu sylinterin ja männän väliseen rakoon, joka puristaa öljyn ylemmästä urasta takaisin säiliöön.Säiliön paine kasvaa ja uusi osa öljyä pääsee alempaan uraan.
Männän iskun aikana BDC: hen viskoosista öljyä kulkeutuu alemman uran kaltevia osia pitkin, minkä vuoksi männän tapin alueelle syntyy runsaasti öljyä. Osa öljystä virtaa männän holkeissa (sormen alla) tehtyjen urien varrella ylempään ja painovoimien vaikutuksesta alempaan kiertokangen päähän. Toinen osa on viety pois männän reunasta kampiakselin laakereiden öljykakaon alueella. Öljynotto tapahtuu ennen kampikammion paineen nousua. Siten osia tuoretta öljyä syötetään syklisesti kammen mekanismin kaikkiin tärkeimpiin osiin.
Syötetty öljymäärä kytketään automaattisesti (!) Moottorin kierroslukuun ja kuormitukseen: mitä suurempi alipaine kampikammiossa on, sitä enemmän öljyä imetään alempaan uraan. Lisäsäätöä varten neulaventtiili 3 asennetaan öljynsyöttöjohtoon, jota ohjataan pyörivällä kaasunupilla. Toinen öljyjohto 4, jolla öljysäiliö on kytketty kaasuttimen takana olevaan imuputkeen, toimii tasoittamaan paine säiliössä. Tähän linjaan on asennettu pieni rikastinruuvi. Asentoa muuttamalla on mahdollista muuttaa öljyn syöttöä sylinteriin laajalla alueella.
Monet moottoripyörämoottorit tupakoivat paljon. Tämä johtuu osittain klassisen voitelujärjestelmän erityispiirteistä, jossa öljyä lisätään suhteessa 1 - 20-25 osaa bensiiniä, osittain kuljettajien lukutaidottomuuden vuoksi, koska he uskovat, että "puuroa ei voi pilata öljyllä "lisätä öljyn osuutta. Harvat kuljettajat tietävät, että tyhjäkäynnistä keskinopeuteen (kaasu puoliksi auki) suhde 1: 200 - 1:60 riittää moottorin voiteluun. Ja vain täydellä kuormituksella tarvitaan 1:20 koostumus. Luonnollisesti klassinen voitelujärjestelmä ei täytä näitä vaatimuksia. Ylimääräinen öljy pienillä kuormilla johtaa vain savuun.
Muutaman vuoden kuluttua pakokaasujen puhtauden lisääntyneet vaatimukset asettavat ylittämättömän esteen tälle järjestelmälle. GAI Uzh alkaa nyt poistaa numeroita erityisesti tupakoivista moottoripyöristä, ja kun otetaan huomioon väitteet klassiseen voitelulaatua koskevaan järjestelmään tulevina vuosina, meidän pitäisi odottaa laajamittaista kaksitahtimoottoria erillisillä voitelujärjestelmillä.
Siksi Kuzminin työ saattaa kiinnostaa moottoripyöräteollisuutta. Alkuperäinen voitelujärjestelmä pystyi varmistamaan IZH: n ja Kovrovtsevin vapaan myynnin ulkomaille. Saattaa olla tarpeen miettiä vain kiertokangen päälaakerin voitelun tehokkuuden lisäämistä. Kampiakselin laakereihin saapuvan öljyn runsas määrä osoittaa mahdollisuuden käyttää samanlaista laitetta kuin mitä on kuvattu kirjassa "Moottoripyörä", joka käyttää onnistuneesti keskipakovoimia. Kaikissa muissa suhteissa Neuvostoliiton keksijän järjestelmä on ylivoimainen ulkomaiseen.
Kuzmin asensi oman voitelujärjestelmän Kov-rovetsille. Ja nyt 50 tuhatta km on jo takana, ja männällä ja sylinterillä on ehdottoman puhdas pinta ilman pienintäkään hankausjälkeä. Moottoripyörä ei tupakoi, se vetää paremmin (vain puhdas bensiini palaa ja kaikki osat on voideltu täydellisesti). Männän tapissa tai kiertokangen ja kampiakselin laakereissa ei ole merkittävää kulumista, vaikka yleensä tällaisella kilometrimäärällä kiertokanki-mäntäryhmä on jo vaihdettava.
Luotettava voitelujärjestelmä lisää moottorin tehoa. Lisäksi V. Kuzmin yhdessä G. Ivanovin kanssa sovelsi alkuperäistä ratkaisua, johon heitä kannusti suositussa lehdessä ilmestynyt artikkeli tornadoista. Tornado pyörii, sekoittaa ilman. Moottoreissa seoksen täydellisempi painoarvo lisää polttoaineen palamisen täydellisyyttä, mikä johtaa tehon kasvuun. Muuttamalla polttokammion muotoa hitsaamalla ja veistämällä siihen kaksi pyörteen muodostavaa syvennystä, Kuzmin ja Ivanov yrittivät lisätä moottorin tehoa. Usean epäonnistuneen yrityksen jälkeen pyörteen muodostavien syvennysten järkevä muoto löydettiin ja "Kovrovtsan" moottoriteho nousi lähes 20 hevosvoimaan. kanssa.!
Moottorin hyötysuhde määräytyy monien indikaattoreiden joukossa, joista polttokammion lämpöhäviöt eivät ole viimeisessä paikassa. Ne ovat minimaalisia telttakammioissa (pallomaiset) ja niiden pinta on raja, johon suunnittelijat pyrkivät. Mahdolliset poikkeamat pallosta lisäävät pintaa ja lisäävät lämpöhäviötä. Meidän tapauksessamme palamisen lisääntyneestä hyötysuhteesta saatu hyöty ilmeisesti ylittää merkittävästi jonkin pinnan nousun aiheuttamat vahingot.
Lämpimästi eniten kuormitettu männän kruunu. Männän kruunu voi palaa voimakkaasti kasvattaessa voimaa ja siten lämpöjännitystä. Tämän estämiseksi tapahtuu monimutkainen kokoonpano-osa kuvatun moottorin kampikammioon (esipuristuskammiossa) - männänsiirtolaite, joka poistaa lämmitetyn seoksen männän alta. Tällä tavalla keksijät ovat saavuttaneet männän kruunun voimakkaan jäähdytyksen; turbulisoi seoksen kampikammiossa ja pienensi kampikammion tilavuutta, mikä lisäsi esipuristussuhdetta. Ja nyt "Kovrovetsillä" voit turvallisesti aloittaa minkä tahansa matkan.
Autonominen voitelujärjestelmä takaa luotettavan ja pitkäaikaisen toiminnan heikoimmalla lenkillä - kammen mekanismi / Kammio ja mäntämoottori parantavat seoksen muodostumista ja palamistehokkuutta, vähentävät polttoaineenkulutusta ja antavat suuren tehon - takuu moottoripyörän erinomaisista ajo-ominaisuuksista . Ja he ovat todella pitkiä. Tavallisen "Kovrovtsyn" määrä on 70 - 90 km / h, parannettu auto kehittyy helposti 100 - 110 km / h. Minun täytyi jopa tasapainottaa pyörät, koska suurella keskinopeudella epätasapainosta ravistelu, yleensä huomaamaton, tuli ärsyttäväksi. Saavutettuaan erinomaisia tuloksia suhteellisen yksinkertaisilla keinoilla, Sevastopolin keksijät haaveilevat keksintönsä toteuttamisesta. He ovat valmiita toimittamaan tietoja, myös moottoripyörän, kiinnostuneille organisaatioille.
Kehittämällä ja jalostamalla heidän ideoitaan on mahdollista suunnitella koneita, jotka ylittävät parhaiden ulkomaisten yritysten moottoripyörät. Ja tietysti Sevastopolin asukkaiden ratkaisut voivat löytää sovelluksen paitsi moottoripyörille myös muille moottoreille. Joten esimerkiksi äskettäin paljastettiin, että bensiinimoottoreiden suurin puristussuhde ei välttämättä ole 12, kuten tavallista, vaan 14,5 - 17,5. Tällöin moottorin lämpötehokkuus nousee melkein 15%, mutta tämän voiton saavuttamiseksi ilman, että polttoaineen oktaanilukua nostetaan yli 100: een, on ensin käytettävä potkureita, jotka sekoittavat voimakkaasti seosta. Kovrovetsin siirtolaite ja kammio ovat vain esimerkkejä tällaisesta laitteesta.
Joustava kiertokanki. Ajatuksemme useista yksityiskohdista ovat eräänlainen stereotypia. Sano, mikä on kiertokanki? Tämä on muotoinen levy, jossa on kaksi reikää. Viimeisenä keinona yksi tai molemmat reiät korvataan pallopääillä. Nämä kaksi rakennetta vaeltavat autosta autoon. Ja he piirtivät ja panivat heidät epäröimättä. Ja mikä voisi olla muuten?
Katsotaanpa katsomaan kiertokangetta sivulta. Sen on oltava tiukasti kohtisuorassa moottorin pituusakseliin nähden. Mutta kuvittele, että kampiakselin kiertokangen pidike ei ole hiukan yhdensuuntainen akselin kanssa. Kiertokangen pää liikkuu sivulle. Kuvittele nyt, että kiertokangen ala- ja yläpäässä olevat reiät ovat hieman vinossa. Tätä tapahtuu koko ajan, vaikka toleranssien rajoissa. Tämän seurauksena männän tapin akselin, jonka on oltava yhdensuuntainen moottorin akselin kanssa, ei melkein koskaan ole niin ihanteellisessa asennossa.
Ottaen huomioon sormen reiän reiän virheen ja sylinterilohkon kampikammioon asennuksen epätarkkuuden havaitsemme, että jopa erittäin korkean valmistustarkkuuden avulla on melkein mahdotonta varmistaa sylinterin yhdensuuntaisuus ja männän seinät!
Mutta miljoonat ICE: t toimivat! "Olisimme voineet työskennellä paremmin", sanoo VS Salenko, keksijä Kom-Somolsk-on-Dnepristä. Tätä varten kiertotanko on tehtävä kolmilenkkiseksi (kuva 12) siten, että mäntä itsensä kohdistaa sylinteriä pitkin ja alempi pää - kiertokangen pituutta pitkin. Sormiliitokset lisätään lähelle ylä- ja alatankovartta kohtisuoraan niiden reikiin.
On vaikea uskoa, että tällaisen yksinkertaisen yksityiskohdan komplikaatio on tarpeen. Mutta esimerkiksi jos jokin moottori puretaan useiden tuntien käytön jälkeen, käy selväksi, että "välttämättömyys" ei ole missään tapauksessa teoreettinen. Lähes kaikkien polttomoottoreiden männät ovat hieman elliptisiä: männän tapin suuntaan niiden koko on pienempi. Teoreettisesti sivuilla ei saa olla kulumista useiden tuntien käytön jälkeen. Itse asiassa se on useimmiten läsnä ja osoittaa männän väärän suuntauksen sylinterissä. Virhe ei aiheuta vain männän kulumista, vaan myös tapin ja kiertokangen laakerin kartion, epätasaisen kulumisen pituudelta. Pohjimmiltaan nämä prosessit tapahtuvat sisäänajon aikana. Sitten kaikki "turhat" poistetaan ja yksityiskohdat löytävät sijainnin, jossa ne toimivat pitkään ja säännöllisesti. Mutta sisäänkäynnin välykset väistämättä kasvavat.
Kiertokangen ja männän ryhmä määrittää moottorin resurssin. Kolmen linkin kiertotankoa käyttämällä kaikki "käynnin aikana pyyhittävät" turhat "voivat olla hyödyllisiä käyttöiän pidentämiseksi. VS Salenko valmisti useita kolminapaisia kiertokankeja moottoripyörille ja Moskvich-auton moottorille. Moskvich-moottori, joka koottiin käsityöläisolosuhteissa (!), Huolimatta siitä, että kaikkien nivelten aukot olivat halkaisijaltaan 0,005, se käynnistyi helposti sisäänajon aikana ja toimi selvästi ja tasaisesti pienimmällä nopeudella.
Ulkopolttomoottorit
Huomiota ulkoisiin polttomoottoreihin johtuu pääasiassa kahdesta syystä: siitä, että polttoaineen palaminen polttokammion ulkopuolella voi vähentää voimakkaasti pakokaasujen haitallisten epäpuhtauksien määrää ja että tällaisten moottoreiden hyötysuhde voi olla huomattavasti korkeampi kuin toiset.
Ensinnäkin nämä ovat mäntämoottorit, jotka toteuttavat Stirling- ja Erickson-syklit, ja ... höyrykoneet. Nyt tunnetuin on Stirling-sykli, joka eroaa Ericksonin syklistä siinä, että kaasun lämmitys ja jäähdytys suoritetaan tasaisella tilavuudella isokoreja pitkin, ei vakiopaineessa - isobaarin mukaan (kuva 13). . Yhtäläisillä ylemmillä ja alemmilla lämpötiloilla Stirlingin ja Ericksonin moottoreilla, joissa on regeneraattorit, on sama hyötysuhde, mutta "tyylin" hyötysuhde on korkeampi, koska vaadittu lämmönkulutus kaasun lämmittämiseksi isokoreen nähden on pienempi. Kuva. 13 tästä seuraa. hyödyllinen työ, T-S-kaaviossa syklin pinta-alalta luonnehdittu, on myös korkeampi Stirling-moottoreille.
On mielenkiintoista huomata, että molemmat moottorit ilmestyivät höyrykoneiden kukoistuspäivinä ja niitä tuotettiin merkittäviä määriä tämän vuosisadan alkuun saakka. Kukaan ei kuitenkaan onnistunut ymmärtämään etujaan tuolloin, ja pääasiassa äärimmäisen raskasta takia polttomoottori syrjäytti ne kokonaan.
Stirling-moottorin uudestisyntyminen tapahtui 50-luvulla. Ja jo ensimmäinen prototyyppi hämmästytti tekijöitä ennennäkemättömän korkealla hyötysuhteella, joka oli 39% (teoreettisesti jopa 70%). Tarkastellaan sen toiminnan periaatetta (kuva 14).
Moottorissa on kaksi mäntää ja kaksi kammiota: puristus (mäntien välillä) ja lämmitys (ylemmän männän yläpuolella). Tanko kulkee päämännän 1 keskuksen läpi, johon toinen mäntä 2 on kiinnitetty, nimeltään siirtomäntä.
Rinnakkaismittausmekanismin rakenteen vuoksi siirtomännän liike on vaiheen ulkopuolella päämännän liikkeen kanssa. Männät ovat nyt mahdollisimman lähellä ja siirtyvät sitten toisistaan. Männän välinen kaasun tilavuuden muutos on esitetty kuvassa kahdella katkoviivalla. Niiden välinen alue vastaa pidätetyn tilavuuden muutosta, ja alempi käyrä kuvaa tilavuusmuutosta työskentelymännän yläpuolella. Kun männät liikkuvat toisiaan kohti, puristuskammiossa oleva työkaasu puristuu (vain männän / ylöspäin suuntautuvan liikkeen vuoksi) ja siirretään samanaikaisesti jääkaappiin 3 ja sitten regeneraattorin 4 läpi lämmityskammioon. Uudistua on palauttaa. Regeneraattorissa kaasu absorboi lämmön, jonka regeneraattori on saanut kaasun osasta, joka on aiemmin kulkenut sen läpi vastakkaiseen suuntaan. Sitten kaasu pääsee koneen päähän (lämmityskammioon), jota lämmitetään jatkuvasti ulkoisella lämmönlähteellä. Täällä kaasu lämpenee nopeasti 600-800 ° C: n lämpötilaan ja alkaa laajentua. Laajentuva kaasu kulkee regeneraattorin ja jäähdyttimen läpi, jossa sen lämpötila laskee edelleen, puristuskammioon, jossa se suorittaa mekaanista työtä.
Ylöspäin liikkuva siirtomäntä työntää kaiken kaasun lämmityskammiosta puristuskammioon. Sen jälkeen sykli toistetaan. Joten kone pumppaus
lämpöä kuumennuskammiosta korkeassa lämpötilassa puristuskammioon ympäristön lämpötilassa. Lämmityskammiossa olevan kaasun hankkima energia muuttuu mekaaniseksi työksi, joka poistetaan moottorin akselilta.
Korkean hyötysuhteen ja steriiliyden lisäksi on välttämätöntä lisätä vielä yksi asia "kuohunnan" etuihin - kyky käyttää mitä tahansa polttoainetta tai lämpöenergiaa, meluttomuus ja sujuva toiminta. Nykyiset "stirlingit" ovat kiitollisia näistä ominaisuuksista etenkin ajamiselle.
Ensimmäisillä markkinoilla olevilla Stirlingsillä oli yksinkertainen kaksoispolvinen kampiakseli, jonka lehtiä oli siirretty noin 70 °. Tämä tarjosi hyvän työnkulun, mutta koneet tärisivät - tällaisen aseman tasapainottaminen oli täysin mahdotonta. Seuraavissa muunnoksissa ilmestyi suunnan suuntainen asema. Tärinä on melkein kadonnut (harvinaista onnea!), Mutta työnkulku on heikentynyt hieman. Kahdesta pahuudesta valitaan pienempi: ei tärinää - parempi luotettavuus.
Prosessin heikkeneminen selitetään sillä, että todellinen sykli eroaa merkittävästi teoreettisesta. Kuvassa Stirling-sykliä kuvaavan ihanteellisen rinnakkaispiirin sisällä 13 (koordinaateissa T - S) näkyy soikea - se näyttää todelliset prosessit. Kuvassa (kaavio IV) on esitetty sama sykli koordinaateissa P - V, jotka ovat moottorin käyttäjille tutumpia
Riisi. 14. Stirling-moottorin toimintakaavio:
1 toimiva mäntä; 2 - siirtomäntä; 3 - jääkaappi; 4 - regeneraattori
käyttö - tuoda soikea mahdollisimman lähelle ihanteellista muotoa heikentämättä moottorin mekaanisia ominaisuuksia.
Hollantilaisten insinöörien parantamalle mallille käyttämä suuntaissuuntainen käyttölaite täytti tämän ehdon vain osittain. Paljon paremman ratkaisun (kuva 15) ehdottivat uzbekistanilaiset tutkijat ja insinöörit T. Ya. Umarov, V. S. Trukhov, Yu. E. Klyuchevsky, N. V. Borisov, L. D. Merkushev - Fysiikan ja teknisen korkeakoulun Heliofysiikan osaston työntekijät. Uzbekistanin SSR: n tieteet.
Vanhassa vetolaitteessa (kuva 15, a) mäntien liikkeen määrittävien kampipisteiden liikerata on ympyrä. Uudessa vetolaitteessa (kuva 15, b) siirtomännälle - ympyrä, työntekijälle - ellipsi. Tämän avulla pystytään säilyttämään kaikki suuntaissuuntaisen vetolaitteen edut, saavuttamaan männän liikkeiden parempi koordinointi ja tuomaan todellinen sykli lähemmäksi ihanteita. Ratkaisu on suojattu tekijänoikeustodistuksella nro 273583.
Stirlingsin suurin haittapuoli on niiden kookkuus. 1 litraa kohti. kanssa. Rakennettujen rakenteiden teho on 4-5 kg verrattuna perinteisiin moottoreihin 0,5-1,5 kg. Useat T. Ya. Umarovin, V. S. Trukhovin ja Y. E. Klyuchevskyn keksinnöt voivat auttaa laihtua. Moottorissa a. kanssa. Nro 261028, siirtomäntä tietyissä liikkumisvaiheissa suorittaa toimivan männän toiminnot, toisin sanoen sitä käytetään tehokkaammin. Katso kuva. 15, c. Kun molemmat männät liikkuvat ylöspäin, molemmat ovat mukana puristuksessa. Tämä saavutetaan johtuen siitä, että työmäntä sijaitsee siirtomännän sisällä. Sama tapahtuu laajennuksen hetkellä - työtahti. Tämän seurauksena taajuusmuuttaja kuormitetaan tasaisemmin, työiskun osuus koko jaksossa kasvaa, koneen mitat ja sen seurauksena pienenevät.
Moottorin mitat ovat vielä pienemmät. kanssa. N: o 385065, samat kirjoittajat (kuvat 15, d). Sen lisäksi, että työmäntä sijoitetaan siirtomännän sisälle, jälkimmäinen on valmistettu suljetulla sisäontelolla, jossa on käyttölaite, joka koostuu kampiakselista ja viistehammasten parista. - Taškentin tutkijoiden kiinnostus ulkoisiin polttomoottoreihin ei ole vain harrastus muodikkaalle aihealueelle. He tarvitsevat niitä yhtenä yksinkertaisten, luotettavien ja tehokkaiden aurinkojärjestelmien elementteinä. Auringonsäteiden säteeseen kerätty liike käynnistää minkä tahansa mahdollisen mallin "tyylin", ja tällaisen järjestelmän tehokkuus ylittää merkittävästi aurinkoparistojen tai lämpöakkujen hyötysuhteen.
Polttosykliset moottorit tarjoavat hämmästyttäviä mahdollisuuksia. Ja voimme turvallisesti sanoa, että kekseliäiden ja suunnittelupiirien huomio heihin ei selvästikään riitä. Esimerkki tästä on insinööri V. I. Andreevin ja teknisten tieteiden tohtori A. P. Merkulovin kirjoittajan todistus nro 376590. Heidän moottorissaan (kuva 16) käytetään kiertokangemekanismia 6 S.S.Balandina. "Stirling" S. S. Balandinin mekanismin kanssa muuttui paljon pienemmäksi. Mutta tämä ei ole keksinnön ydin: uuden moottorin lämmityskammiot 7 on liitetty lämpöputkilla 5 - lämmön suprajohteilla. Niihin sijoitettujen aineiden haihdutus ja kondensoituminen aikaansaavat melkein välittömän valtavan lämpövirran siirron suhteessa putken päähän toiseen kokoon.
Putkien avulla keksijät löysivät oikean ratkaisun johonkin ulkoisten polttomoottoreiden ongelmiin - epätasaisen lämmönpoiston. Tavanomaisten polttomoottoreiden lämpöjaksoissa lämpöä syötetään tiukasti määriteltynä aikana. Ja polttomoottoreissa pää kuumenee jatkuvasti. Tämän seurauksena päähän ylikuumenee hetkinä, jolloin lämpöä ei tapahdu. Lämmityslämpötilaa on alennettava, ja tämä vaikuttaa suoraan hyötysuhteeseen: mitä matalampi lämpötila, sitä alhaisempi se on. On sääli, mutta ei ole mitään tekemistä: lämmönkestävien materiaalien käyttö vähentää lämmönsiirtokerrointa, lämmönjohtavien materiaalien käyttö vaatii pään sallitun lämmityslämpötilan laskua.
Andreevin ja Merkulovin moottori on kaksitoiminen. Kun männän toisella puolella oleva isku päättyy, lämpöputket "pumppaavat" ylimääräisen lämmön vastakkaiseen lämmityskammioon. Tällä tavoin lämmitysvyöhykkeen lämpötila tasaantuu ja sitä voidaan nostaa merkittävästi. Uusi "punta" on kaksisuuntaisen toimintansa velkaa S. Balandinin mekanismille. Kaikista tunnetuista mekanismeista vain S. Balandinin mekanismi sallii kaksisuuntaisen toiminnan, jolla on maksimaalinen hyöty pienimmällä mitan kasvulla ja suurimmalla mahdollisella mekaanisella tehokkuudella.
Andreev-Merkulov-moottorissa siirtomännät 2 ja päätyömännät 1 on asennettu erillisiin sylintereihin, ja männän kummallekin puolelle on sijoitettu itsenäinen kammio. Kammioita yhdistetään pareittain putkilinjoilla, joihin jääkaappien evät kiinnitetään. Jokaisessa kammioparissa suoritetaan yhden sylinterin "sekoitus" -sykli.
Yksisylinterisen "Stirling" -toimintaperiaatteen havainnollistava kaavio (katso kuva 14) osoittaa selvästi mäntien asynkronisen liikkeen, jonka tarjoaa suunnansuuntainen mekanismi. Sama vaikutus saavutetaan S.Balandinin ei-kytkentäsauvamekanismissa ja missä tahansa muussa monitanko-mekanismissa, jos kampiakselin napoja siirretään tietyllä kulmalla.
Jo rakennettujen ulkoisten polttomoottoreiden hyötysuhde on 40%. V.Andrejevin ja A.Merkulovin laskelmien mukaan sitä on mahdollista lisätä vähintään 15% vain käyttämällä lämpöputkia. S. Balandinin mekanismi ei anna vähemmän. Lähestyykö koneen todellinen hyötysuhde teoreettista - 70%? Tämä on melkein kaksinkertainen aikamme parhaisiin jääkoneisiin verrattuna. Lisää tähän Stirling-moottorin "steriiliys".
Henkilöauton polttomoottoria testattiin ulkomailla. Kävi ilmi, että CO: n pitoisuus pakokaasuissa pieneni 17-25 kertaa, typpioksidit - lähes 200 (!), Hiilivedyt - 100 kertaa.
"Stirling", suunnitellut V. Andreev ja A. Merkulov, tilavuus 50 litraa. kanssa. painaa 70 kg tai 1,4 kg / l. kanssa. - parhaiden esimerkkien kaasuttimella varustetuista moottoreista. Ja tämä ei ole liioittelua. SS Balandin -mekanismin käytön seurauksena kokoa pienennettiin, ja kirjoittajat pääsivät eroon kampikammion paineesta asentamalla tankoon vierintäkumikalvon, joka kestää jopa 60 kg / cm2: n paineita ( yleensä näiden moottoreiden mäntätilassa noin 40 kg / cm2). Lämpöputkien teho on kasvanut samoille mitoille. Pian saatuaan tekijänoikeustodistuksen keksijät löysivät hieman myöhemmin General Motorsille myönnetyn yhdysvaltalaisen patentin, jossa määrätään lämpöputkien käytöstä lämmön syöttämiseksi ulkoisen polttomoottorin sisätiloihin. Merkitys on sama, ydin on hieman erilainen.
Ulkopolttomoottorit ovat olleet tunnettuja yli 150 vuoden ajan. Ensimmäisen tehokkuus oli 0,14%! Voimme sanoa, että he ovat syntyneet etuajassa. Merkittävät puutteet ovat pitäneet ne "marginaalissa" pitkään. V. Andreevin ja A. Merkulovin ajatuksen kaltaiset teknisen ajattelun räjähdykset avaavat heille vihreän kadun.
On toinenkin mielenkiintoinen tapa tuoda Stirlingsin tehokkuus lähemmäksi teoreettista, jonka ovat löytäneet myös Neuvostoliiton tutkijat - BSSR: n tiedeakatemian ydinvoimatekniikan instituutin työntekijät. Useissa tekijänoikeustodistuksissa nro 166202, 213039, 213042, 201434. joiden tekijät ovat I. M. Kovtun, B. S. Onkin, A. N. Naumov, S. L. Kosmatov, hahmoteltiin tapoja kiertää termodynamiikan ikuinen kielto ja rakentaa lämpömoottoreita korkeammalla hyötysuhteella. kuin Carnot-syklin. Tämä lausunto, joka kumoaa kaikkien lämmitysinsinöörien tuntemat perustotuudet, kuulostaa paradoksaaliselta ensi silmäyksellä. Samanaikaisesti tällaiset koneet ovat mahdollisia. Kaiken kaikkiaan oletetaan, että poikkeuksetta lämpömoottoreille omistetuista perustyöistä oletetaan, että työkappaleiden - kaasujen ominaisuudet käytön aikana eivät muutu. Valkovenäläisten tutkijoiden ehdottaman polun ydin on muuttaa näitä ominaisuuksia. Jälkimmäinen on mahdollista, jos syklin aikana työkaasuissa tai niiden seoksissa tapahtuu palautuvia kemiallisia reaktioita. Joten esimerkiksi turbiinin lämpötehokkuutta voidaan kasvattaa kolminkertaiseksi, jos kuumennettuna työneste hajoaa ja jäähdytettynä se yhdistyy uudelleen. Tällaiset kappaleet voivat olla kaasumaista rikkiä, jodia, typpioksideja, kobolttia, alumiinitrikloridia.
Erityisesti alumiinitrikloridia pidetään jo lupaavana työskentelynesteenä avaruudessa toimivalle "heliostyrlingille". Suurin ongelma tässä tapauksessa on lämmön poisto jääkaapista. Ei ole muuta tapaa kuin lämpösäteily avaruuteen. Jotta tämä prosessi olisi tehokas, jääkaapin-jäähdyttimen lämpötilan on oltava riittävän korkea, vähintään 300 ° C.Lämpötilan yläraja on sama kuin maan päällä: 600-800 ° C. olemassa olevien materiaalien kestävyys. Näissä olosuhteissa tavanomaisen "Stirlingin" hyötysuhde vähenee merkittävästi, ja dissosiaatiokaasun käyttö ei vain lisää tehoa 2-3 kertaa, vaan myös suunnilleen kaksinkertaistaa hyötysuhteen.
Ei ole epäilystäkään siitä, että olisi synti luopua tällaisista eduista maan päällä. Siksi niitä, joiden toiminta liittyy lämpömoottoreihin, voidaan suositella tutkimaan huolellisesti valkovenäläisten tutkijoiden työtä. Ne peittävät myös mahdollisuuden luoda suuria
lämpömoottorit, joiden hyötysuhde on lähes 100%, ja perusta ennennäkemättömän tehokkaiden autojen ulkoisten polttomoottoreiden rakentamiselle.
Ensimmäiset positiiviset tulokset ovat jo saatavilla. Hollantilaiset insinöörit pakottivat Stirling-syklin aikana toimivan kylmäkoneen työaineen vaihemuutoksiin ja kaksinkertaistivat sen jäähdytyskapasiteetin. Nyt se on moottoreiden tehtävä!
Höyrykoneet. Ulkopolttomoottoreista puhumattakaan ei voida mainita höyrykoneita. Tämän tyyppistä asemaa, joka oli yleisin 100 vuotta sitten, pidetään nykyään eksoottisena. Ja tämä selittyy vain sillä, että polttomoottorit karkottivat käytännössä höyrykoneita autoista, vaikka pieniä lauttoja tuotettiin vuoteen 1927 asti.
Steam-harrastajat antavat monia syitä isoisiemme moottorin elvyttämiseen. Ensinnäkin huomio moottorin korkeasta "steriilisyydestä". Tässä suhteessa höyrykoneella on samat edut kuin Stirling-moottorilla: teoriassa palamistuotteissa on vain hiilidioksidia ja vesihöyryä, ja typpioksidin määrä voi olla vielä pienempi, koska vaadittu lämpötila on paljon alhaisempi . Täydellisemmän palamisen seurauksena "pakokaasujen" kokonaismäärä polttomoottoreihin verrattuna on noin 1% pienempi.
Nykyaikaisten höyrykoneiden hyötysuhde ei ole missään tapauksessa heikko. Se voidaan nostaa 28%: iin ja olla siten verrattavissa kaasuttimen ICE-tehokkuuteen. On huomattava, että esimerkiksi sähköajoneuvojen kokonaishyötysuhde (ottaen huomioon sähköntuotantoprosessi) ei ylitä 15%, toisin sanoen maailmanlaajuisesti stirling- ja lauttakulkuneuvot saastuttavat ilmakehää lähes puolet enemmän kuin vastaava sähköajoneuvokanta. Ja kun otetaan huomioon höyrykoneiden poikkeuksellinen suorituskyky, uusi kiinnostus niitä kohtaan ei enää näytä kohtuuttomalta. Aikakauslehden artikkelit ja "uudet" patentit ovat osoitus uudesta kiinnostuksesta, mutta myös höyrykoneiden patenttikauppa.
Kaaviokuva auton höyrykoneen yksipiiriversiosta on esitetty kuvassa. 17. Lämmönlähde / kiehuttaa kattilassa olevan työaineen kiehumispisteeseen 2. Se on "työneste", koska se voi olla paitsi vettä myös muita aineita, joilla on hyväksyttävät kiehumispisteet (kondensaatio) ja lämpötekniset parametrit. Yksi lupaavista aineista on esimerkiksi freoni-113, jonka kiehumispiste (48 ° C) on puolet vedestä.
Jakelumekanismin 3 kautta höyry pääsee itse höyrykoneeseen 4. Poistohöyry tiivistyy lauhduttimen 6 tuulettimen 5 ilmavirrasta, joka on aiemmin antanut osan talteenottolämmönvaihtimessa olevan nesteen lämmöstä. Pumppu 8 syöttää nestettä lämmönvaihtimeen ja sitten kattilaan. Sellaiset piirielementit kuten moottori 4, lauhdutin € (jäähdytin) ja pumppu 8 ovat osa mitä tahansa autoa. Vain kattila 2, jossa on lämmitin 1, ja lämmönvaihdin 7 lisätään.
Moottorina 4 voidaan käyttää melkein mitä tahansa mäntä- ja pyöriviä koneita tai jopa turbiineja. Siksi melkein kaikkia tässä esitteessä kuvattuja teknisiä ratkaisuja voidaan soveltaa höyrykäyttöön.
Kuvattujen mekanismien edut yhdessä höyrykoneiden ominaisuuksien kanssa mahdollistavat erittäin tehokkaiden ajoneuvokäyttöjen luomisen. Loppujen lopuksi nykyaikaisten autojen perusetut - äänettömyys, kaasuvipu, sujuva kulku - ovat suhteellisia. Lautat vastaavat täysin näiden sanojen todellista merkitystä. Niillä ei ole voimakasta muutosta pakokaasupaineessa, ja siksi ei ole päämelulähdettä ja samalla ei ole pakokaasun äänenvaimennusjärjestelmää. Harvat ihmiset ovat nähneet lauttavaunun viime aikoina. Mutta veturit muistavat todennäköisesti kaikki. Muistetaan, että jopa raskaalla junalla he alkoivat käydä aivan hiljaa ja poikkeuksellisen sujuvasti.
Lautta-autojen sujuva kulku ja poikkeuksellinen kaasuvipu selittyvät sillä, että höyrykoneen ominaisuudet ovat laadullisesti erilaisia kuin polttomoottorin. Jopa pienimmillä kierrosluvuilla sen vääntömomentti on vähintään 3-5 kertaa suurempi kuin polttomoottorilla, jonka teho on optimaalinen kierrosluku. Suuri vääntömomentti tarjoaa lauttavaunulle erinomaisen kiihtyvyysdynamiikan. Jos kaasuttimen polttomoottorit, joiden tilavuus on 50 litraa. kanssa. Varmista, että auto kiihtyy 100 km / h nopeuteen noin 20 sekunnissa, jolloin höyrykone tarvitsee puolet ajasta.
On myös tärkeää, että vaihdetta ei tarvitse vaihtaa kiihdytyksen aikana, höyrykoneen suuri vääntömomentti säilyy koko nopeusalueella - nollasta maksimiin. Vaihteistoja ei yksinkertaisesti tarvita täällä. Muista: samoilla höyryvetureilla ei koskaan ollut niitä. Höyrykoneen etuna on suhteellisen pieni nopeus, mikä puolestaan lisää kestävyyttä. Vaikka pyörien ja moottorin välinen välityssuhde olisi yhtä suuri, kierrosluvut eivät ylitä 2000 - 3000 minuutissa minuutissa miehistön nopeudella, joka on enintään 200 km / h (!). Ja moottorin tavanomainen kierrosväli on 3000 - 6000 kierrosta / min.
Pienestä nopeudesta huolimatta höyrykoneen ominaisindikaattorit ovat parempia kuin polttomoottorin. Hanki esimerkiksi 400–600 hv: n erityisteho höyrykoneesta. s / l (nopeudella 2500 - 3000 rpm) ei ole ollenkaan vaikeaa. Perinteisten polttomoottoreiden määrä on vain 50-100 litraa. s./l ja vain S. Balandinin mekanismilla varustetuilla yksittäisillä moottoreilla on samanlaiset indikaattorit.
Ja lopuksi, höyrykoneiden luotettavuus ei suinkaan ole viimeinen niiden etujen joukossa. Jopa nyt sivuraiteilta löytyy toimivia höyryvetureita, jotka on rakennettu vuosisadan alussa. Ja heidän höyrykoneensa ovat täydellisessä toimintakunnossa. Syyt tähän ovat - Pieni nopeus, lämpötilan pysyvyys (höyryn lämpötila), alhaiset maksimilämpötilat - 5-6 kertaa vähemmän kuin polttomoottorissa, sellaisten epämiellyttävien prosessien kuten hiilen muodostuminen ja koksin puuttuminen, ja suljetussa silmukassa kiertävän työaineen absoluuttinen puhtaus (polttomoottorissa täydellistä ilmanpuhdistusta ei voida suorittaa).
Luonnollisesti herää kysymys, mitkä ovat syyt, jotka estävät höyrykoneen jälleen ottamasta oikeutettua asemaansa nykyaikaisten moottoreiden joukossa?
Ensinnäkin, se on alhainen hyötysuhde ja sen seurauksena lisääntynyt polttoaineenkulutus 1,5 - 3 kertaa. Edestakaisin höyrykoneiden hyötysuhde voidaan nostaa vain 28%: iin, ja rakennetuissa näytteissä se on huomattavasti pienempi. Loppujen lopuksi höyryvetureiden, joista höyrykone oli olemassa pisimpään, tehokkuudesta on jo tullut synonyymi matalalle hyötysuhteelle: se saavutti tuskin 10% parhaissa malleissa, joissa höyry oli osittain käänteinen. Totta, höyrykone oli avoinna. Suljettujen syklien käyttö tehokkailla regeneratiivisilla lämmönvaihtimilla ylittää merkittävästi 10 prosentin kynnyksen. Ja yhdessä "uudelle" höyrykoneelle omistetuista viesteistä ilmoitettiin, että höyrygeneraattorin (kattilan) hyötysuhde on 90%. Polttomoottorin palamisprosessin tehokkuudelle on ominaista suunnilleen sama arvo. Mutta jopa korkeamman polttoaineenkulutuksen ansiosta lautan käyttökustannukset voivat olla lähellä sen kilpailijaa bensiinillä, koska halvinta polttoainetta voidaan polttaa.
Toinen syy on voimalaitoksen korkeat kustannukset. Kolmantena syynä pidetään
1 Suljetun piirin höyryturbiinien hyötysuhde on 29%.
kiertävä kone. Jo edellä esitetystä seuraa, että vertailtavien miehistöjen kokonaispaino on käytännössä sama. Tällä hetkellä ei ole mitään vakavia syitä, jotka estäisivät höyrykoneen ottamasta oikeutettua asemaansa epätavallisten moottoreiden joukossa.
Kiertomännän polttomoottorit
Tässä osassa puhumme moottoreista, joita lukuisien julkaisujen kirjoittajat lupaavat joskus valoisan tulevaisuuden. Ja tietysti Wankelin moottori on etusijalla.
Mutta ovatko sen mahdollisuudet todella niin ruusuiset? Kaikkien maiden taloustieteilijät ovat yksimielisiä siitä, että vain vähintään 25% pääindikaattoreiden edusta tarjoaa "uudelle tekniikalle" oikeuden korvata ehdottomasti "vanhan".
Yli 15 vuotta on kulunut Wankel-moottorin ensimmäisen teollisen mallin ilmestymisestä. Termi on merkittävä. Ja käy ilmi, että "Wankelin" edut painossa ovat vain 12-15%; Kustannuksissa tai kestävyydessä ei ole etuja, ja vain moottorin auton konepellin alla oleva tilavuus pienenee 30%. Samaan aikaan autojen kokoa ei käytännössä vähennetä.
Todellisuus kumoaa myös edelleen vallitsevat väitteet tämän moottorin "pienestä yksityiskohdasta". Yhdessä sen roottorista on 42 - 58 tiivistyselementtiä, kun taas vastaavassa polttomoottorissa on noin 25 venttiilit mukaan lukien.
Moniroottorimoottoreiden tilanne on vielä pahempi. Ne edellyttävät monimutkaisia kampikammioita, kallista jäähdytysjärjestelmää ja moniosaista käyttölaitetta. Jo vain kaksiroottorinen "Wankel" sisältää kuusi monimutkaisen kokoonpanon tilavuusvalua ja vastaavan mäntämoottorin - vain 2 - 3 paljon yksinkertaisempaa ja teknisesti edistyneempää.
Hienostunut epitrokoidin valmistustekniikka - jokaisen kampikammion sisäprofiili, staattoreiden ja lukuisien tiiviste-elementtien päällystäminen kalliilla materiaaleilla ja monimutkainen kokoonpano kumoavat kaikki Wankelien mahdolliset edut.
Ja vaikka autokaupoissa jo vuonna 1973 esiteltiin neliroottorinen moottori, jonka tilavuus oli 280 litraa. kanssa. (tilavuus 6,8 litraa; 6300 kierrosta / min), "Wankelien" laajuus säilyy yhden kahden roottorin mallina. Neliroottorisen mallin rakensi General Motors (USA) Chevrolet-Corvette-urheilumallille, jonka tuotannon on tarkoitus alkaa pieninä sarjoina vuonna 1976. Varastossa. Yhtiöllä on myös kaksiroottorinen näyte (4,4 litraa; 180 hv 6000 r / min). Nämä moottorit asennetaan kuitenkin vain ostajan pyynnöstä. Vuonna 1974 aloitettiin pienroottorisen kaksiroottorisen moottorin (1,2 l; 107 hv) ranskalaisen version valmistaminen Citroen-Biotor -mallille.
On huomattava, että nämä ovat käytännössä ainoat näytteet maailmassa, jotka ovat tuottaneet yritykset, jotka ovat panostaneet voimakkaasti lisenssien hankintaan sekä suunnittelu- ja tuotantoteknologian kehittämiseen. Kustannukset tietysti vaativat tuottoa, mutta mallien julkaisemisella todennäköisesti saavutetaan arvostettuja tavoitteita. Asiantuntijoiden mukaan mistä tahansa pyörivästä moottorista voi tulla kilpailukykyinen vain, jos niiden kustannukset ja polttoaineenkulutus vähenevät huomattavasti (!). Ja täällä "Wankelissa" asiat eivät ole kovin hyviä.
Mutta vaikka nämä vaatimukset täyttyisivät, esimerkiksi pyörivien moottoreiden massatuotannossa Amerikan teollisuus tarvitsee vähintään 12 vuotta. Ennustetiedot muun tyyppisten moottoreiden näkymistä osoittavat, että tätä siirtymistä ei tapahdu. Nämä syyt, kuten auto-jättiläiset, sekä Ford että Chrysler, käyttäneet paljon rahaa Wankelien kehittämiseen, käänsivät tämän aiheen kokonaan pois.
Viime vuosina on tullut monia mielenkiintoisia raportteja keksijän Ralph Saricin kehittämästä pyörivästä moottorista Australiassa. Toimittajat, ja oletettavasti, ei ilman kirjoittajan apua, onnistuivat peittämään viestin niin paljon vertailemalla moottoria turbiinien kanssa, Wankelin ja muiden moottoreiden kanssa, että on yksinkertaisesti tarpeen pysähtyä sen suunnitteluun .
Moottori perustuu pyörivän pumpun toimintaperiaatteeseen, jonka levyt rajaavat vaihtelevan tilavuuden kammioita. Rakennetuissa moottorinäytteissä on seitsemän työskentelykammiota (kuva 18, a), joihin on asennettu sytytystulpat ja tulo- ja poistoventtiilit (kuva 18, b). Roottori on valmistettu seitsemänpuoleiseksi ja se tuottaa epäkeskeisiä värähtelyjä keski-kampiakselin vaikutuksesta. Moottorin siivet ovat U-muotoisia (kuva 18, c). Säteittäissuunnassa ne värisevät kotelon urissa, ja roottori suhteessa teriin liikkuu samanaikaisesti tangentiaalisesti ympyrään nähden. Terien liikkeen ja terän alareunan tiukan kosketuksen varmistamiseksi roottoriin niiden teloihin asennetaan rullat, jotka on sijoitettu rungon erityiseen uraan.
Osien keskinäisen liikkumisen keskinopeudet ovat suhteellisen pienet ja teoriassa moottorin kierrosluku voi nousta 10 tuhanteen minuutissa. Jos verrataan tätä moottoria "Wankeliin", tiivistyselementin suurin mahdollinen kierrosta kohti kierrosta kohti on 685 ja 165 mm. Tiivistysjärjestelmässä on noin 40 osaa, mikä on verrattavissa Wankeliin.
Rakennetut näytteet nopeudella 4000 rpm ja paino 64 kg kehittävät 130 - 140 litraa. kanssa. Moottorin iskutilavuus
3,5 litraa, ts. Litran tilavuus on tavanomaisten moottoreiden tasolla ja noin 40 litraa. s. / l. Pakotettaessa tämä indikaattori voidaan suunnilleen kaksinkertaistaa.
Riisi. 18. R. Sarichin moottorin kaavio:
a - ristileikkaus; b - puristusisku yhdessä kammiossa; c - moottorin terä
Moottorin haittoihin kuuluu erittäin korkea lämpötiheys, joka vaatii paljon tehokkaampien vesi- ja öljyjärjestelmien käyttöä. Testien aikana paljastettiin, että eniten kuormitettu ja heikoin yksikkö on levytelat. Siksi lähitulevaisuudessa moottorin suorituskykyä tuskin voidaan parantaa merkittävästi.
Yleensä moottoripiiriä ei voida tunnistaa alkuperäisenä, koska monet sen kaltaisista on patentoitu, ja ne eroavat toisistaan vain pienissä yksityiskohdissa. Siksi R.Sarichin tärkein ansio on, että hän otti itselleen sen hienosäätötyön ja saavutti tiettyjä tuloksia. Hänen moottorinsa ei aiheuta mitään vallankumousta, ja ehkä tärkein asia R. Sarichin työssä on vain se, että hän kiinnitti insinööritoiminnan huomion pyörivien koneiden toimintaperiaatteeseen perustuviin järjestelmiin.
Myös maassamme on tämän järjestelmän harrastajia. Joten asukas kylässä Sary-Ozek, Taldy-Kurganin alue, G.I.Dyakov, jopa rakensi prototyypin tällaisesta moottorista pyörivällä roottorilla, ts. Suunnitelman mukaan, jossa levyjen työolot ovat huonommat. Moottoria ei ole vielä testattu.
Pallomaiset moottorit. Vuonna 1971 Inventor and Rationalizer -lehti julkaisi artikkelin Voronežin keksijän pallomoottorista
Riisi. 19. Kaavio Hooken saranan muuttumisesta pallomoottoriksi:
1 - poikkikappale; 2 - kalvo; 3 - haarukat; 4 - segmentit; 5 - pallomainen kuori
G. A. Sokolova. Moottori perustuu Hooken nivelliikkeen kykyyn muuttua mekanismiksi, jossa on neljä onteloa, joiden tilavuus muuttuu pyörimisnopeuden vähimmäisarvosta maksimiin. Yhdessä tai kahdessa ontelossa on mahdollista järjestää polttomoottorisykli. Esimerkki muunnoksesta on esitetty kuviossa. 19. Jos saranan poikkikappale 1 muunnetaan pyöreäksi kalvoksi 2, jolla on pallomainen ulkopinta, ja saranan haarukat 3 korvataan tasaisilla segmenteillä 4 ja nämä kolme elementtiä sijoitetaan pallomaiseen kuoreen 5, niin mekanismi kykenevät suorittamaan moottorin toiminnot. Tätä varten pallomaisen kuoren vastaavissa paikoissa on tehtävä vain tulo- ja poistoaukot ja ... SDHD on valmis.
Tätä epätavallista moottoria koskevan artikkelin jälkeen tuli yli 300 kirjainta. Professorit, opiskelijat, insinöörit, yritysten johtajat, eläkeläiset, mekaanikot ja muut puhuivat puolesta ja vastaan. Kymmenen tehdasta ilmoitti voivansa tuottaa moottorin. Vesiurheiluseurat lähettivät monia kirjeitä. SDHDD: n käytöstä tehtiin ehdotuksia hydraulimoottoriksi tai pumpuksi dieselvetureille, venemoottoriksi, pneumaattiseksi moottoriksi käsityökaluille, kompressoriksi ja voimalaitokseksi koetelineelle. Siksi lehden toimituskunta lähetti noin 40 kutsuja instituuteille, suunnittelutoimistoille, tehtaille ja aikakauslehtien toimituksille ehdotuksella kokoontua "pyöreän pöydän äärelle".
Toimituksen pääsihteeri kiinnitti kokouksessa yleisön huomion kahteen paradoksiin: tosiasia, että VNIIGPE vastusti vain viime vuosisadalla myönnettyjä patentteja, hylkäsi keksintöhakemuksen pääasiassa "hyödyllisyyden puutteen" vuoksi, ja se, että tekninen yhteisö ei tiedä tällaisten moottoreiden olemassaolosta.
Ennen tapaamista monet epäilivät nivelhaarukoiden toimivuutta, niiden voitelun mahdollisuutta, suurta kokonaistehoa (polttokammion epäedullisen uran muodon ja huonon täyttömäärän takia, koska tuore seos joutui kosketuksiin kuumakalvon kanssa) ja palotilojen tiiviys.
1 Keksijä V.A.Kogut ehdotti tämän tyyppisten moottorien kutsumista pallomaisiksi nivelletty-kalvomoottoreiksi (SDMD).
Halkaisijaltaan 150 mm olevan moottorin, joka kehitti 4500 kierrosta minuutissa sille syötetyn paineilman paineessa 14 kg / cm2, toimivan mallin demonstrointi vakuuttavasti mahdollisuudesta luoda tämän tyyppinen toimiva malli . Moottorin kääntötapin halkaisija voi olla jopa 60 mm. Näiden mittojen avulla kosketuspintojen ominaispaineet voidaan helposti vähentää mihin tahansa haluttuun rajaan. Prototyypin kalvon tiivisteen tehokkuus ei aiheuttanut epäilyksiä enemmistön läsnäolijoiden keskuudessa.
Esitettiin myös toinen moottori, jonka pallon halkaisija oli 102,8 mm. Sen rakensi keksijä A. G. Zabolotsky, joka ei tiennyt mitään G. A. Sokolovin työstä. Ilmamoottoritilassa sen rakenne toimi noin 40 tuntia kehittäen jopa 7000 kierrosta minuutissa. Tänä aikana ei havaittu lisääntynyttä tärinää tai kulumista. Pallon ja kalvon väliset aukot tässä mallissa olivat jopa liian pienet, koska "kuumien" testien aikana moottori jumiutui.
SDSD-tiivisteen luotettavuudesta käydyn keskustelun aikana kävi ilmi, että esimerkiksi Wankel-moottoreissa tiivistyslevyjen liukunopeus on paljon suurempi kuin perinteisten mäntämoottoreiden renkailla, ja samalla nämä moottorit toimivat melko onnistuneesti. Liukuva nopeus voi olla vielä pienempi SDSD-muistissa. Joten nykypäivän teollisuudelle, joka pystyy rakentamaan minkä tahansa moottorisuunnittelun, tiivisteiden luotettavuusongelma ei todennäköisesti ole ongelma. Tiivisteen luotettavuus riippuu suurelta osin pallomaisen kuoren sisäpinnan työstön tarkkuudesta. A.G.Zabolotskiyn kokemus, joka rakensi moottorin Verkhnedonskin hedelmätilan tilalle, jossa on vain sorvi, viittaa siihen, että pallon käsittelyssä tarvittava tarkkuus voidaan saavuttaa jopa puolityökaluissa. Pallon käsittelyn yksinkertaisuus vahvistettiin myös toisen pallomaisen moottorin valmistuksella Srednevolzhskyn työstökoneiden tehtaalla. Siellä työntekijät käyttivät sisäistä hiomakonetta pyörivällä pöydällä.
Pallomoottoreiden sarana-akselien välinen kulma on 35 - 45 °. Tässä tapauksessa kulmanopeuksien epätasa-arvoisuuden olisi pitänyt johtaa suurten merkkiä vaihtavien inertiamomenttien ilmaantumiseen ja sen seurauksena valtavaan tärinään. Prototyyppien testaus paineilmassa ei paljastanut vaarallisia tärinöitä. Jopa M3-ruuvit, jotka kiristivät pallonpuoliskot GA Sokolovin moottorissa, kesti kuormat. Khersonissa asuva V.I.Kuzmin ei pidä suuria kulmia vaarallisina, ja hänen ammattitoimintansa on liittynyt Hooken saranoihin 15 vuoden ajan. "Hyväksyn Sokolov-moottorin suunnittelun", hän lennätti "pyöreälle pöydälle".
Tärinän puuttuminen SDSD: stä suurella kulmalla akselien välillä (yli 10 ° kulmissa Hooken saranat yleensä vältetään) voidaan selittää työympäristön vaimennusvaikutuksella. Ja koska kuorma kohdistetaan vain saranan yhdeltä puolelta, akselin epätasainen pyöriminen kuormituksesta vapaana ei johda merkittävien inertiamomenttien esiintymiseen.
"Pyöreän pöydän" kokoontuneet tulivat siihen tulokseen, että SDDD: n edut ja haitat voidaan paljastaa vain kokeellisella todentamisella. Sama ajatus sisältyy Moskovan valtion teknillisen yliopiston ICE-osaston professorin kirjeeseen. Bauman A.S. Orlin. Hän toivoi kirjoittajalle "ideoidensa nopeinta toteuttamista metallissa ja testeissä", koska vain testit "antavat mahdollisuuden ratkaista kaikki kiistanalaiset kysymykset". Testit ja varsinkin moottoreiden prototyyppien rakentaminen ei ole kovinkaan helppoa: vain perinteisen moottorin hienosäätö jopa tehdasolosuhteissa kestää 4-5 vuotta.
Pyöreässä pöydässä esiteltiin valikoima pallomoottoreita koskevia patentteja. Vaikka tieteellinen ja tekninen kirjallisuus ei sisällä tietoa niistä, patenttiarkistot osoittavat, että G. A. Sokolov ja A. G. Zobolotsky eivät olleet ensimmäisiä, jotka huomasivat Hooken saranan merkittävän kyvyn muuttua moottoriksi tai pumpuksi. Ensimmäinen vastaava englantilainen patentti on vuodelta 1879, viimeinen - meidän aikanamme. Tätä mallia ei ole jätetty huomiotta kaikkien mäntämoottoreiden mahdollisten järjestelmien luokitustaulukossa, joka on annettu Wankelin kirjassa pyörivistä moottoreista.
Hooken saranaan perustuvilla pallomoottoreilla ei siis yksinkertaisesti ollut onnea.
Moottorirakennuksen historiassa ei ollut ketään, joka ottaisi vaivaa niiden hienosäätöön.
Tällä hetkellä G.Sokolov (Voronežin ammattikorkeakoulu) ja joukko muita harrastajia valmistautuvat tähän työhön yksityiskohtaisesti. Sokolov tarkensi erityisestä kitkanesteseoksesta (Baklan-seoksesta) valettua kaasunjakeluvaihetta (Baklan-seos) ja suoritti lukuisia laskelmia, jotka eivät paljastaneet mitään kohtuuttomia kuormia.
Toinen SDD: n rakentamisen keskus oli Kherson "Cardan Theorist", kuten häntä kutsuttiin pyöreän pöydän kokouksessa, Viktor Ivanovich Kuzmin kiinnostui niin epätavallisesta suunnitelmasta, että hän aloitti rakentamisen. Työhön hän houkutteli joukon työntekijöitä, opiskelijoita, jatko-opiskelijoita. Moottori on valmistettu metallista ja nyt se on testattavissa.
Vuonna 1974 tunnettiin toinen pallomoottori. Nuori asuu Tselinogradissa
Riisi. 20. V. A. Kogutin moottori. Työtila 1600 cm®; pallon halkaisija 210 mm; nopeus 2500 rpm; teho 65 hv kanssa.; paino 45-65 kg; akseleiden 30e kallistus:
1 - kalvo; 2 ja 3 - segmentit; 4 ja 5 - tiivisterenkaat; € “tiivistyslevyt; 7 - sormet; 8 - väliholkit; 9 - vauhtipyörä; 10 - ohitusputki; 11 - jäähdytyselementtitangot
maatalouskoneiden suunnittelija Valery Alvianovich Kogut pohti kauan sitten ajatusta tällaisesta moottorista ja oppinut Sokolovin työstä rakensi toimivan mallin (kuva 20). Moottori valmistettiin ilman jäähdytysjärjestelmää ja hienosäädön aikana se toimi useita minuutteja ylikuumenemiseen yli 2 tunnin kokonaisuudessaan.On huomattava, että tällainen toiminnan kesto on eräänlainen ennätys. Muiden kirjoittajien pallomootorit työskentelivät lyhyempää aikaa.
Moottori koostuu kalvosta 1 ja kahdesta segmentistä 2, 3, jotka on kytketty kääntyvästi kalvoon. Segmentin akselit pyörivät laakeriyksiköissä. Segmenttien ja kalvon tiivistys tapahtuu renkailla 4, 5, segmenttien ja kalvon välinen tiiviste on jousikuormitetuilla levyillä 6. Kalvon rungossa on neljä sormea 7, joihin segmentit 2, 3 ruuvataan väliholkeilla 8 (katso osa 1-1).
Moottorisykli on kaksitahtinen. Pallon vasemmassa puoliskossa (vauhtipyörän 9 sivulta) suoritetaan auton kaasuttimesta tulevan seoksen alustava puristus. Ohitusputken 10 kautta seos ohjataan pallon oikealle puoliskolle. Kuvassa esitetyssä asennossa puhallus tapahtuu yläosassa ja työisku alkaa alaosasta.
Oikea segmentti 3 ja kalvo / on voideltava ja jäähdytettävä öljyllä, joka syötetään oikean laakerikokoonpanon kautta. Lisäksi useat jousikuormitteiset lämpöä poistavat tangot 11 ovat kosketuksessa oikean segmentin päätypinnan kanssa, jota pitkin lämpövirta "virtaa" laakerikokoonpanon uurrettuun koteloon. Vasemmalla puolella kalvo jäähdytetään uudella työseoksella.
V. Kogutin moottorin testit, joiden aikana monet sen yksiköt modernisoitiin, osoittavat tämän piirin periaatteellisen toimivuuden. Rakenteellisesti ja teknisesti SDS on paljon yksinkertaisempi kuin Wankel-moottori. Todelliset edut käyvät ilmi lähitulevaisuudessa Sokolovin, Kuzminin ja Kogutin moottoreiden testaamisen jälkeen.
1 Puhdistus- ja poistoaukkojen sijainti kuvassa. 20 on esitetty tavanomaisesti.
Inventor and Rationalizer -lehden pyöreässä pöydässä Kuibyshevin keksijä VI Andreev kertoi pallomaisesta moottorista *, jonka kahden piirustuksen työpiirustusten kehittämisessä sekä valettujen osien laskennassa ja valmistuksessa VAZ: n työntekijät osallistuivat . Moottorin erikoisuus (kuva 21) on, että se koostuu kahdesta roottorista, ulkoisesta / ja sisäisestä 3, pyörivistä samaan suuntaan. Roottorien akselit ovat kaltevat, niiden kytkentä tapahtuu palloa pitkin. Pallon keskellä on kalvo - mäntä 2, joka jakaa työtilavuuden neljään itsenäiseen palokammioon.
Vieritä henkisesti vähintään yhtä kierrosta, ja äänenvoimakkuus ylemmän tulpan lähellä kasvaa maksimiin, mikä voi vastata työiskua tai ohitusta (moottorisykli on kaksitahtinen) ja sitten taas pienenee minimiin eli pakokaasuja tai puristuksia tapahtuu. Ilma on esipuristettu keskipakopuhaltimella 4.
Turboahtimesta ilma virtaa kaasuttimeen ja sitten onton akselin 6 läpi polttokammioon. Pakokaasu tapahtuu ulomman roottorin ikkunoiden 7 kautta, ja pakokaasujen energia toteutuu turbiinilla 5. Ulompi roottori pyörii kaksisarvisella voluutilla 8. Siksi terät suorittavat vuorotellen puhaltimen toimintoja ja turbiini. Pakokaasuja esiintyy yhdessä sarvessa (ei esitetty kuvassa), toista käytetään ahdin. Tämän vuoksi moottorin joutokäyntinopeus on suhteellisen korkea - vähintään 1500 kierrosta minuutissa.
Kaksitahtisessa toimintakierrossa diametraalisesti vastakkaisissa kammioissa samat prosessit tapahtuvat samanaikaisesti. Kuvassa Kuvassa 21 on hetki, jolloin työisku alkaa kammioissa / ja ///, ja puhdistus on käynnissä kammioissa (nuolien kiinteät viivat - työseos, katkoviivat - palamistuotteet).
Jos katsot moottoria oikealla, silloin kun roottori pyörii vastapäivään / ja / / / kammioissa, kiertokulmassa tapahtuu 110 °: n laajennus (isku), sitten pakokaasun ikkunat avautuvat ja vielä 8 ° - imuikkunat. Kammioiden 180 ° kiertämisen jälkeen kammioiden tilavuus / ja III ovat yhtä suuret kuin kammioiden II ja IV alkuasennossa oleva tilavuus, joka vastaa puhalluksen keskiosaa. Kun kääntökulma on 240 °, pakokaasun ikkunat sulkeutuvat ja toisen 8 °: n jälkeen imuikkunat. Tässä vaiheessa puristussykli alkaa (epäsymmetrinen sykli). Työiskun aikana ulomman roottorin evät pestään puhtaalla ilmalla (nuolet pisteistä), joka jäähdyttää roottorin, ja sitten tätä ilmaa käytetään paineistukseen. Kun evät ovat tyhjät, ne toimivat kuin turbiinilavat.
Arvioitu moottorin teho - 45 hv kanssa. Ensimmäisen tutustumisen yhteydessä kaasuttimen suhteettoman suuri koko on silmiinpistävä. Mutta käy ilmi, että kaasutin on jopa pienempi kuin perinteiset moottoripyörät, ja itse moottori on pieni. Yllätyt vielä enemmän, kun huomaat, että kaikkien osien työpiirustukset mahtuvat poikkeuksetta pieneen kansioon. Hän puhuu vakuuttavasti suunnittelun yksinkertaisuudesta, osien vähimmäismäärästä. Ja lukemisen jälkeen vertailuominaisuudet, jotka lukuisat vahvistavat
lasketut laskelmat - on yksinkertaisesti mahdotonta olla uskomatta tämän suunnittelun tulevaisuuteen. Tuomari itse.
Molemmat roottorit pyörivät samaan suuntaan. Siten osien keskinäisen liikkumisen nopeudet vähenevät voimakkaasti, ja tavalliset renkaat täyttävät täydellisesti tehtävänsä.
Suurten tiivistysnopeuksien takia Wankel joutui vähentämään moottorin kierroslukua 10-12 tuhannesta tavalliseen 6 tuhatta kierrosta minuutissa. Pallomoottorin kirjoittajien ei tarvinnut edes ajaa suuria kierroksia. Jopa 4–5 tuhatta kierrosta minuutissa niiden moottori ylittää Wankelin. Riittää, kun sanon, että tällä moottorilla on suurempi litran tilavuus - 97 hv. s / l nopeudella 4000 rpm, 2-3 kertaa suurempi vääntömomentti (25 kgm!) ja ominaispaino - 0,5 kg / l. kanssa. kilpailee lentokoneiden moottoreiden kanssa. Ja kaikki tämä koskee prototyyppiä! Koska roottorit ovat symmetrisiä pyörimisakseleiden suhteen, moottori on täysin tasapainossa. Tätä helpottavat samat prosessit, jotka tapahtuvat diametraalisesti vastakkaisissa kammioissa. Laskettu moottorin epätasaisuus on 2 ° 16 ", mikä on paljon pienempi kuin" Wankel "- tai männän polttomoottorin. Prosessien symmetria määrää lisäksi kalvon toiminnan, ikään kuin ripustetussa tilassa vähentäen voimakkaasti hankausparien kuormitusta.
Jos verrataan kalvotappien kuormitusta männän tapin kuormitukseen ja ulomman roottorin laakereiden kuormitukseen tavanomaisen saman tehon polttomoottorin kiertokangen napoihin kohdistuvaan kuormitukseen, ne kääntyvät 2 kertaa vähemmän. vertailua tehdään kaksisylinterisen männän polttomoottorin pääkaulaan).
Hankausparien määrän väheneminen ja kuormien alhainen suuruus johtavat ennennäkemättömän korkeaan mekaaniseen hyötysuhteeseen. Laskelmien mukaan se voi nousta 92%: iin! Yhdelläkään moottorilla, lukuun ottamatta S. Balandinin mekanismilla varustettuja moottoreita, on hyötysuhde jopa lähellä tätä arvoa.
V.I. Andreevin moottori on mielenkiintoinen myös siinä mielessä, että ulomman roottorin terät suorittavat tehostuskompressorin ja jäähdytyspuhaltimen sekä äänenvaimentimen (kaasujen nopeuden ja tilavuuden muuttamisen) ja turbiinin toiminnot. Tavanomaisissa moottoreissa 5-15% tehosta menee äänenvaimentimeen. Täällä vähintään 5% turbiinista palaa takaisin. Ajatus pakokaasujen käytöstä ei ole uusi. Mutta sen toteutus on monimutkaista: lisätään turbiini, kompressori, kaasuputket (kuva 22). V.I.Andrejevin ja L.Ya. Usherenkon moottorissa ei tarvita yhtä tarpeetonta osaa.
Turbiinin toimintaa on jo testattu hieman epätavallisissa olosuhteissa. Kylmäkäyttöä varten sähkömoottorin avulla moottori asennettiin telineelle Srednevolzhskyn työstökoneiden tehtaan korjaamoon, jossa sen osat valmistettiin ja koottiin. Kierto kesti 6 tuntia. Sisäänajo ei paljastanut tärinää, moottorin lämmitystä eikä hankauselementtien naarmuuntumista.
Kuumien testien aikana tapahtui kuitenkin tapaus. Liekki pakeni turbiinin poistoputkesta kuin suihkutason suuttimesta, mutta moottori ei antanut odotettua tehoa. Kun se irrotettiin, palotilat olivat täysin puhtaat. Syynä on se, että kynttilänpäät ovat liian lähellä kehoa ja kipinä liukastui läpi, mutta ei siellä, missä sen pitäisi olla. Joten ensimmäiset testit vahvistivat epäsuorasti vain turbiinin toimintakyvyn. Sytytysjärjestelmän jälleenrakentamisen ja kaikki hienosäätöön liittyvät ongelmat otti mekaanikko V.A.Artemyev.
Moottoreiden kehitys tulevina vuosikymmeninä on monimutkainen ja monitahoinen ongelma. On mahdotonta valaista sitä kokonaan pienessä esitteessä. Olisi tarpeen puhua yrityksistä parantaa perinteisten polttomoottoreiden työprosessia, tavoista neutraloida pakokaasut, moottorin komponenttien tasaisen lujuuden varmistamisesta, huoltotarpeen poistamisesta ja rakenteen mukauttamisesta diagnostiikkaan. Jokainen näistä ongelmista ansaitsee erillisen yksityiskohtaisen tarinan.
Tämän esitteen tarkoituksena on auttaa lukijaa siirtymään esillä olevaa asiaa koskevaan tietovirtaan ja kiinnittämään huomionsa keksijöiden suunnitelmiin, jotka varmasti tulevat paikkansa ihmisen tärkeimpien avustajien - moottorien - perheessä.
|||||||||||||||||||||||||||||||||
Kirjojen tekstintunnistus kuvista (OCR) - luova studio BK-MTGK.
