Stūmoklinis vidaus degimo variklis žinomas jau daugiau nei šimtmetį, beveik tiek pat, o tiksliau nuo 1886 metų, jis buvo naudojamas automobiliuose. Esminį šio tipo variklių sprendimą 1867 m. rado vokiečių inžinieriai E. Langenas ir N. Otto. Tai pasirodė gana sėkminga, siekiant suteikti tokio tipo varikliams lyderio pozicijas, kurios automobilių pramonėje išliko iki šių dienų. Tačiau daugelio šalių išradėjai nenuilstamai siekė sukurti kitokį variklį, galintį pranokti stūmoklinį vidaus degimo variklį svarbiausiais techniniais rodikliais. Kokie tai rodikliai? Visų pirma, tai yra vadinamasis efektyvusis našumo koeficientas (COP), apibūdinantis, kiek šilumos, buvusios sunaudotame kure, paverčiama mechaniniu darbu. Dyzelinio vidaus degimo variklio naudingumo koeficientas yra 0,39, o karbiuratoriaus - 0,31. Kitaip tariant, efektyvus efektyvumas apibūdina variklio efektyvumą. Konkretūs rodikliai yra ne mažiau svarbūs: savitasis užimtas tūris (AG / m3) ir savitasis svoris (kg / AG), kurie rodo konstrukcijos kompaktiškumą ir lengvumą. Ne mažiau svarbus yra variklio gebėjimas prisitaikyti prie įvairių apkrovų, taip pat gamybos sudėtingumas, įrenginio paprastumas, triukšmo lygis, nuodingų medžiagų kiekis degimo produktuose. Atsižvelgiant į visus teigiamus konkrečios elektrinės koncepcijos aspektus, laikotarpis nuo teorinės plėtros pradžios iki jos įvedimo į masinę gamybą kartais užtrunka labai ilgai. Taigi, rotorinio stūmoklinio variklio kūrėjas, vokiečių išradėjas F. Wankel, nepaisant nuolatinio darbo, prireikė 30 metų, kad savo agregatą pritaikytų pramoniniam dizainui. Beje, bus pasakyta, kad prireikė beveik 30 metų, kol serijiniame automobilyje buvo pristatytas dyzelinis variklis (Benz, 1923). Tačiau tokį ilgą vėlavimą lėmė ne techninis konservatyvumas, o būtinybė visapusiškai parengti naują dizainą, tai yra sukurti reikalingas medžiagas ir technologijas, kad būtų galima masiškai gaminti. Šiame puslapyje aprašomi kai kurių netradicinių variklių tipai, kurie praktiškai įrodė savo gyvybingumą. Stūmoklinis vidaus degimo variklis turi vieną reikšmingiausių trūkumų – tai gana masyvus alkūninis mechanizmas, nes pagrindiniai trinties nuostoliai yra susiję su jo veikimu. Jau mūsų amžiaus pradžioje buvo bandoma atsikratyti tokio mechanizmo. Nuo to laiko buvo pasiūlyta daug išradingų konstrukcijų, kurios paverčia stūmoklio grįžtamąjį judesį į šios konstrukcijos veleno sukimosi judesį.
Švaistiklio bevielis variklis S. Balandin
Stūmoklinės grupės grįžtamasis judėjimas paverčiamas sukamuoju judesiu mechanizmu, pagrįstu „tikslios tiesios linijos“ kinematika. Tai yra, du stūmokliai yra standžiai sujungti strypu, veikiančiu alkūninį veleną, besisukantį su krumpliaračių ratlankiais alkūnėse. Sėkmingą problemos sprendimą rado sovietų inžinierius S. Balandinas. 1940-1950 metais jis suprojektavo ir pagamino kelis lėktuvų variklių modelius, kuriuose stūmoklius su konvertuojančiu mechanizmu jungęs strypas nesvyravo. Tokia švaistiklio konstrukcija, nors ir tam tikru mastu sudėtingesnė už mechanizmą, užėmė mažesnį tūrį ir sumažino trinties nuostolius. Reikia pažymėti, kad panašios konstrukcijos variklis buvo išbandytas Anglijoje dvidešimtojo dešimtmečio pabaigoje. Bet S. Balandino nuopelnas yra tai, kad jis svarstė naujas transformuojančio mechanizmo be švaistiklio galimybes. Kadangi tokio variklio strypas nesisuka stūmoklio atžvilgiu, tada kitoje stūmoklio pusėje taip pat galima pritvirtinti degimo kamerą su struktūriškai paprastu koto sandarikliu, einančio per jo dangtelį.
Rotorinis stūmoklinis variklis F. Wankel
Jame yra trikampis rotorius, kuris planetiniu judesiu aplink ekscentrinį veleną. Trijų ertmių, kurias sudaro rotoriaus sienelės ir karterio vidinė ertmė, kintantis tūris leidžia vykdyti šilumos variklio veikimo ciklą plečiant dujas. Nuo 1964 metų masinės gamybos automobiliuose, kuriuose sumontuoti sukamieji stūmokliniai varikliai, stūmoklio funkciją atlieka trikampis rotorius. Korpuse reikalingas rotoriaus judėjimas ekscentrinio veleno atžvilgiu užtikrinamas planetinės pavaros derinimo mechanizmu (žr. pav.). Toks variklis, kurio galia lygi stūmokliniam, yra kompaktiškesnis (turi 30% mažesnį tūrį), 10-15% lengvesnis, turi mažiau detalių ir yra geriau subalansuotas. Tačiau tuo pat metu jis buvo prastesnis už stūmoklinį variklį savo patvarumu, darbo ertmių sandariklių patikimumu, sunaudojo daugiau degalų, o jo išmetamosiose dujose buvo daugiau nuodingų medžiagų. Tačiau po daugelio metų tobulinimo šie trūkumai buvo pašalinti. Tačiau masinė automobilių su sukamaisiais stūmokliniais varikliais gamyba šiuo metu yra ribota. Be F. Wankelio konstrukcijos, žinoma daugybė kitų išradėjų (E. Cauertz, G. Bradshaw, R. Seyrich, G. Ruzhitsky ir kt.) rotorinių stūmoklinių variklių konstrukcijų. Tačiau objektyvios priežastys nesuteikė jiems galimybės išeiti iš eksperimentinės stadijos – dažnai dėl nepakankamų techninių privalumų.
Dujinė dviejų velenų turbina
Iš degimo kameros dujos patenka į du turbinos sparnuotės, kurių kiekviena yra prijungta prie nepriklausomų velenų. Iš dešiniojo rato varomas išcentrinis kompresorius, o iš kairiojo – į automobilio ratus nukreipta galia. Jo įpurškiamas oras per šilumokaitį patenka į degimo kamerą, kur jį įkaitina išmetamosios dujos. Tokios pat galios dujų turbininė jėgainė yra kompaktiškesnė ir lengvesnė už stūmoklinį vidaus degimo variklį, taip pat gerai subalansuota. Mažiau toksiškų ir išmetamųjų dujų. Dėl savo traukos charakteristikų ypatumų dujų turbina gali būti naudojama automobilyje be pavarų dėžės. Dujų turbinų gamybos technologija jau seniai įvaldyta aviacijos pramonėje. Dėl kokios priežasties, atsižvelgiant į jau virš 30 metų vykstančius eksperimentus su dujų turbininėmis mašinomis, jos nepereina į masinę gamybą? Pagrindinė priežastis – mažas efektyvumas ir mažas efektyvumas, lyginant su stūmokliniais vidaus degimo varikliais. Be to, dujų turbininių variklių gamyba yra gana brangi, todėl šiuo metu jie randami tik eksperimentiniuose automobiliuose.Stūmoklinis garų variklis
Garai pakaitomis tiekiami į dvi priešingas stūmoklio puses. Jo tiekimą reguliuoja ritė, kuri slysta per cilindrą garų paskirstymo dėžėje. Cilindre stūmoklio strypas yra užsandarintas įvore ir sujungtas su gana masyviu kryžminiu mechanizmu, kuris jo grįžtamąjį judesį paverčia sukimu.R. Stirlingo variklis. Išorinio degimo variklis
Du stūmokliai (apatinis - darbinis, viršutinis - stumdomas) yra sujungti su švaistiklio mechanizmu koncentriniais strypais. Dujos, esančios ertmėse virš ir žemiau stūmoklio, pakaitomis kaitinamos iš cilindro galvutėje esančio degiklio, praeina per šilumokaitį, aušintuvą ir atgal. Ciklinį dujų temperatūros pokytį lydi tūrio pasikeitimas ir atitinkamai poveikis stūmoklių judėjimui. Panašūs varikliai veikė mazutu, mediena, anglimi. Jų privalumai – ilgaamžiškumas, sklandus veikimas, puikios traukos charakteristikos, dėl kurių galima apsieiti visai be pavarų dėžės. Pagrindiniai trūkumai: įspūdinga jėgos agregato masė ir mažas efektyvumas. Pastarųjų metų eksperimentinė raida (pavyzdžiui, amerikietis B. Learas ir kt.) leido suprojektuoti uždarojo ciklo įrenginius (su visišku vandens kondensavimu), parinkti garus formuojančių skysčių kompozicijas, kurių rodikliai yra palankesni už vandenį. Nepaisant to, pastaraisiais metais ne viena gamykla išdrįso masiškai gaminti automobilius su garo varikliais. Karšto oro variklis, kurio idėją dar 1816 metais pasiūlė R. Stirlingas, priklauso išorinio degimo varikliams. Jame darbinis skystis yra helis arba vandenilis, kuris yra spaudžiamas, pakaitomis aušinamas ir kaitinamas. Toks variklis (žr. pav.) iš principo yra paprastas, turi mažesnes degalų sąnaudas nei vidaus degimo stūmokliniai varikliai, eksploatacijos metu neišskiria kenksmingų medžiagų turinčių dujų, taip pat turi aukštą efektyvųjį naudingumą, lygų 0,38. Tačiau pradėti masinę R. Stirlingo variklį stabdo rimti sunkumai. Jis sunkus ir labai talpus, pamažu įgauna pagreitį, palyginti su stūmokliniu vidaus degimo varikliu. Be to, techniškai sunku užtikrinti patikimą darbo ertmių sandarinimą. Tarp netradicinių variklių išsiskiria keramika, kuri struktūriškai nesiskiria nuo tradicinio keturtakčio stūmoklio vidaus degimo variklio. Tik svarbiausios jo dalys pagamintos iš keraminės medžiagos, kuri gali atlaikyti 1,5 karto aukštesnę nei metalo temperatūrą. Atitinkamai, keraminiam varikliui nereikia aušinimo sistemos, todėl nėra šilumos nuostolių, susijusių su jo veikimu. Tai leidžia sukurti variklį, kuris veiktų vadinamuoju adiabatiniu ciklu, o tai žada žymiai sumažinti degalų sąnaudas. Tuo tarpu panašius darbus atlieka amerikiečių ir japonų specialistai, tačiau kol kas jie nepaliko sprendimų paieškos etapo. Nors vis dar netrūksta eksperimentų su įvairiais netradiciniais varikliais, dominuojanti padėtis automobiliuose, kaip minėta aukščiau, išlieka ir, galbūt, dar ilgai išliks, kad būtų stūmokliniai keturtakčiai vidaus degimo varikliai.Galingiausio pasaulyje vidaus degimo variklio kūrėjų istorija. Kaip kelis kartus padidinti variklio efektyvumą, kuo skiriasi naujasis agregatas nuo gerai žinomų rotorinių variklių ir koks sovietinio išsilavinimo pranašumas prieš amerikietišką - mokslo katedros medžiagoje.
Technologijos nuolat tobulėja. Apie tai, kaip apsaugoti elektros laidus, galite pasiskaityti „Elektros parduotuvė“ internetinės parduotuvės svetainėje.
SSRS kilęs, JAV gyvenantis, kartu su sūnumi išrado, užpatentavo ir išbandė galingiausią ir efektyviausią vidaus degimo variklį pasaulyje. Naujasis variklis bus daug kartų pranašesnis už esamus efektyvumu ir našumu.
1975 m., vos baigęs Kijevo politechnikos institutą, jaunasis fizikas Nikolajus Školnikas išvyko į JAV, kur įgijo mokslinį laipsnį ir tapo fiziku teoretiku – domėjosi su bendruoju ir specialiuoju reliatyvumu susijusiomis aplikacijomis. Po darbo branduolinės fizikos srityje jaunasis mokslininkas JAV atidarė dvi įmones: viena užsiima programine įranga, kita kuria vaikščiojančius robotus. Vėliau jis dešimt metų ėmėsi konsultavimo problemų turinčioms technologijų inovacijų įmonėms.
Tačiau, būdamas inžinieriumi, Shkolnik nuolat nerimavo dėl vieno klausimo – kodėl šiuolaikiniai automobilių varikliai tokie neekonomiški?
Iš tiesų, nepaisant to, kad žmonija pusantro amžiaus tobulina stūmoklinį vidaus degimo variklį,
Benzininių variklių efektyvumas šiandien neviršija 25%, dyzelinių – apie 40%.
Tuo tarpu Shkolniko sūnus Aleksandras įstojo į MIT ir įgijo kompiuterių mokslų daktaro laipsnį, tapdamas sistemų optimizavimo specialistu. Galvodamas apie variklio efektyvumo didinimą, Nikolajus Školnikas sukūrė savo termodinaminį variklio HEHC ciklą (High-efficiency hybrid cycle), kuris tapo pagrindiniu žingsniu įgyvendinant jo svajonę.
„Paskutinį kartą tai nutiko 1892 m., kai Rudolfas Dieselis pasiūlė naują ciklą ir sukūrė savo variklį“, – interviu paaiškino Shkolnik Jr.
Išradėjai apsigyveno prie rotorinio variklio, kurio principą XX amžiaus viduryje pasiūlė vokiečių išradėjas Feliksas Wankelis. Rotorinio variklio idėja paprasta. Skirtingai nuo įprastų stūmoklinių variklių, kuriuose yra daug besisukančių ir judančių dalių, mažinančių efektyvumą, Wankel rotorinis variklis turi ovalią kamerą ir jos viduje besisukantį trikampį rotorių, kuris savo judėjimu formuoja įvairias kameras dalis, kuriose yra įsiurbimo anga, vyksta kuro suspaudimas, degimas ir išmetimas.
Variklio pliusai - galia, kompaktiškumas, vibracijos nebuvimas. Tačiau nepaisant didesnio efektyvumo ir aukštų dinaminių charakteristikų, rotoriniai varikliai jau pusę amžiaus nebuvo plačiai pritaikyti technikoje. Vienas iš nedaugelio serijinio diegimo pavyzdžių
Tokių variklių silpnosios vietos buvo nepatikimumas, susijęs su mažu sandariklių atsparumu dilimui, dėl kurio rotorius yra glaudžiai greta kameros sienų, ir žemas ekologiškumas.
Jau dirbdami įmonėje LiquidPiston, kurios įkūrėjais jie tapo, Moksleiviai sukūrė savo, visiškai naują rotacinių variklių idėjos reinkarnaciją.
Esminis dalykas buvo tai, kad Shkolnikov variklyje tai buvo ne kamera, o graikinio riešuto formos rotorius, kuris sukosi trikampėje kameroje.
Tai leido išspręsti daugybę neįveikiamų Wankel variklio problemų. Pavyzdžiui, dabar žinomi antspaudai gali būti pagaminti iš geležies ir pritvirtinti prie kameros sienų. Šiuo atveju alyva jiems tiekiama tiesiai, o anksčiau buvo pilama į patį orą ir degant susidarė nešvarios išmetamosios dujos, o prastai sutepama.
Be to, veikiant Shkolnikov varikliui, vyksta vadinamasis izochorinis kuro degimas, tai yra degimas pastoviu tūriu, o tai padidina variklio efektyvumą.
Išradėjai vieną po kito sukūrė penkis iš esmės naujo variklio modelius, iš kurių paskutinis pirmą kartą buvo išbandytas birželį – buvo uždėtas ant sportinio kartingo. Bandymai pateisino visus lūkesčius.
Miniatiūrinis variklis yra išmaniojo telefono dydžio, sveria mažiau nei 2 kg, o jo galia siekia vos 3 AG. Variklis greitas, veikia 10 tūkst. aps./min. dažniu, bet gali siekti 14 tūkst.. Variklio efektyvumas 20 proc. Tai yra daug, turint omenyje, kad įprasto tokio pat tūrio 23 „kubų“ stūmoklinio variklio naudingumo koeficientas siektų tik 12%, o tokios pat masės stūmoklinio variklio – tik 1 AG.
Tačiau svarbiausia, kad padidėjus jų tūriui, tokių variklių efektyvumas smarkiai išauga.
Taigi, kitas „Shkolnikov“ variklis bus 40 AG dyzelinis, o jo efektyvumas jau bus 45%, o tai viršija geriausių šiuolaikinių sunkvežimių dyzelinių variklių efektyvumą.
Jis svers tik 13 kg, nepaisant to, kad šiandien tokio pat galios stūmokliniai analogai sveria mažiau nei 200 kg.
Šį variklį jau planuojama dėti ant generatoriaus, kuris suks dyzelinio-elektrinio automobilio ratus. „Jei sukursime dar didesnį variklį, galime pasiekti 60 % efektyvumą“, – aiškina Shkolnik.
Kompaktiškus, apsukas ir galingus Školnikovo variklius ateityje planuojama naudoti ten, kur šios savybės ypač svarbios – projektuojant lengvus dronus, rankinius grandininius pjūklus, žoliapjoves ir elektros generatorius.
Kol variklis buvo varomas 15 valandų, tačiau pagal standartus, kad jis būtų pradėtas gaminti, jis turi veikti nepertraukiamai 50 valandų. Tuo pačiu metu automobilių pramonė reikalauja variklio patikimumo 100 000 mylių, o tai vis dar yra svajonė, pripažįsta dizaineriai.
„Tai ekonomiškiausias, galingiausias variklis ne tik tarp rotorinių, bet ir tarp visų vidaus degimo variklių.
Tai rodo mūsų matavimai, o tai, ką gauname ant didesnių variklių, jau imitavome kompiuteriuose“, – džiaugiasi Shkolnik Jr.
Tai, kad paskelbti skaičiai nėra išradėjų fantazijos, patvirtina investuotojų ketinimų rimtumą. Šiandien į startuolį jau investuota 18 mln. USD rizikos investicijų, iš kurių 1 mln. USD skyrė Amerikos pažangių tyrimų agentūra DARPA.
Kariškių susidomėjimas čia suprantamas. Faktas yra tas, kad JAV kariuomenė aviacijoje daugiausia naudoja JP-8 kurą. O kariškiai nori, kad visa kariuomenės technika veiktų tokio tipo degalais, kuriais, beje, gali veikti ir dyzeliniai varikliai.
Tačiau šiuolaikiniai dyzeliniai varikliai yra nepatogūs, todėl DARPA taip aktyviai žiūri į Shkolnikovo vystymąsi.
Aleksandras mano, kad išsilavinimas, kurį jo tėvas gavo dar SSRS, padėjo sukurti tokį revoliucinį variklį. „Jis mąsto kitaip, o ne kaip paprastas inžinierius JAV. Jo vaizduotę riboja tik fizika. Jei fizika sako - kažkas įmanoma, tada jis tiki, kad taip yra, ir tik galvoja, kaip tai galima padaryti “, - pridūrė Aleksandras.
Pats Nikolajus Školnikas savaip pasakoja apie savo sėkmę ir sovietinio švietimo naudą.
„JAV nerimavau, kad turėdamas mechanikos inžinerijos specialybę neturėsiu pakankamai fizikos ir ypač matematikos žinių.
Šios baimės pasirodė bergždžios dėka puikaus mokymo, kurį gavau sovietinėje mokykloje.
Šis tvirtas išsilavinimas man vis dar padeda dirbant su naujuoju rotaciniu varikliu. Mano požiūriu, tarp Amerikos inžinierių ir Rusijoje išsilavinusių inžinierių yra du dideli skirtumai. Pirma, amerikiečių inžinieriai yra neįtikėtinai efektyvūs tuo, ką daro. Paprastai vienam amerikiečiui pakeisti prireikia dviejų ar trijų rusų inžinierių. Tačiau rusai turi platesnį požiūrį į dalykus (susijusius su švietimu, bent jau mano laikais) ir gebėjimą pasiekti tikslus su minimaliais ištekliais, kaip sakoma, ant kelių“, – mintimis dalijosi Nikolajus Školnikas.
Naują variklį inžinieriai sugalvojo dar 2003 m. Iki 2012 metų buvo pastatytas pirmasis prototipas, apie kurį buvo rašoma žurnale „Populiarioji mechanika“. 2015 metais įmonė ne tik pasirašė sutartį su DARPA, bet ir pradėjo kurti mini variklio versiją.
Nesvarbu, kam jie buvo sukurti, bandant sukurti ekonomiškiausią variklį arba atvirkščiai – galingiausią. Svarbus ir kitas faktas – šie varikliai buvo sukurti ir egzistuoja tikromis darbinėmis kopijomis. Džiaugiamės tuo ir kviečiame savo skaitytojus kartu su mumis pažvelgti į 10 beprotiškiausių automobilių variklių, kuriuos pavyko rasti.
Norėdami sudaryti 10 beprotiškų automobilių variklių sąrašą, laikėmės kelių taisyklių: į jį pateko tik masinės gamybos automobilių jėgainės; jokių lenktyninių variklių ar eksperimentinių modelių, nes jie pagal apibrėžimą yra neįprasti. Taip pat nenaudojome variklių iš kategorijos „labiausiai“, didžiausias ar galingiausias, išskirtinumas buvo skaičiuojamas pagal kitus kriterijus. Tiesioginis šio straipsnio tikslas – pabrėžti neįprastą, kartais beprotišką variklio dizainą.
Ponai, užveskite variklius!
8,0 litrų, virš 1000 AG W-16 yra galingiausias ir sunkiausiai gaminamas variklis istorijoje. Jame yra 64 vožtuvai, keturi turbokompresoriai, o sukimo momento pakanka Žemės sukimosi krypčiai pakeisti – 1500 Nm esant 3000 aps./min. Jo W formos, 16 cilindrų, iš esmės kelių variklių kombinacija, niekada anksčiau neegzistavo, ir joks kitas modelis, išskyrus naująjį automobilį. Beje, šis variklis garantuotai dirbs visą savo tarnavimo laiką be gedimų, tai tikina gamintojas.
„Bugatti Veyron W-16“ (2005–2015 m.)
„Bugatti Veyron“ yra vienintelis automobilis, kuriame matomas W formos monstras. Bugatti atidaro sąrašą (nuotraukoje 2011 m. 16.4 Super Sport).
Praėjusio amžiaus pradžioje automobilių inžinierius Charlesas Knightas Jeilis išgyveno epifaniją. Jis svarstė, kad tradiciniai vožtuvai buvo per sudėtingi, o grąžinimo spyruoklės ir stūmikliai per neveiksmingi. Jis sukūrė savo tipo vožtuvus. Jo sprendimas buvo pramintas „spyruokliniu vožtuvu“ – velenu varoma stumdoma įvorė aplink stūmoklį, kuri atidaro įleidimo ir išmetimo angas cilindro sienelėje.
Knight Sleeve Valve (1903–1933)
Keista, kad pavyko. Ritinių vožtuvų varikliai pasižymi dideliu darbinio tūrio, mažo triukšmo ir vožtuvo užstrigimo pavojaus. Trūkumų buvo keletas, įskaitant padidėjusį naftos suvartojimą. Knightas užpatentavo savo idėją 1908 m. Vėliau jį pradėjo naudoti visos markės – nuo „Mercedes-Benz“ iki „Panhard“ ir „Peugeot“ automobilių. Technologijos tapo praeitimi, kai klasikiniai vožtuvai geriau atlaikė aukštą temperatūrą ir didelius sūkius. (1913-Riteris 16/45).
Įsivaizduokite, kad šeštajame dešimtmetyje esate automobilių gamintojas, bandantis sukurti naują automobilio modelį. Kažkoks vokietis, vardu Feliksas, ateina į jūsų biurą ir bando jums parduoti idėją apie trikampį stūmoklį, besisukantį ovalios dėžutės viduje (specialaus profilio cilindras), kad tiktų jūsų būsimam modeliui. Ar sutikote su tuo? Tikriausiai taip! Šio tipo variklių veikimas yra toks užburiantis, kad sunku atsiplėšti nuo šio proceso apmąstymo.
Neatsiejamas visko neįprasto minusas yra sudėtingumas. Šiuo atveju pagrindinis sunkumas buvo tas, kad variklis turi būti neįtikėtinai subalansuotas, su tiksliai sumontuotomis dalimis.
„Mazda“ / „NSU Wankel Rotary“ (1958–2014 m.)
Pats rotorius yra trikampis su išgaubtomis briaunomis, trys jo kampai yra viršūnės. Kai rotorius sukasi korpuso viduje, jis sukuria tris kameras, kurios yra atsakingos už keturias ciklo fazes: įsiurbimą, suspaudimą, galios taktą ir išmetimą. Kiekviena rotoriaus pusė, kai variklis veikia, atlieka vieną iš ciklo etapų. Nenuostabu, kad sukamieji stūmokliniai varikliai yra vienas efektyviausių vidaus degimo variklių pasaulyje. Gaila, kad nepavyko pasiekti normalių Wankel variklių degalų sąnaudų.
Neįprastas variklis, ar ne? Ir žinote, kas dar keisčiau? Šis variklis buvo gaminamas iki 2012 m. ir buvo dedamas ant sportinio automobilio! (1967-1972 m. Mazda Cosmo 110S).
Konektikuto Eisenhuto bežirgių transporto priemonių kompaniją įkūrė Johnas Eisenhuthas, Niujorko gyventojas, kuris teigė išradęs benzininį variklį ir turėjęs bjaurų įprotį sulaukti ieškinių iš savo verslo partnerių.
Jo 1904–1907 m. sudėtiniai modeliai išsiskyrė trijų cilindrų varikliais, kuriuose du išoriniai cilindrai buvo varomi uždegimu, vidurinis „negyvas“ cilindras buvo varomas pirmųjų dviejų cilindrų išmetamosiomis dujomis.
Eizenhuto junginys (1904–1907)
Eisenhuthas pažadėjo 47 % pagerinti degalų efektyvumą, palyginti su standartiniais tokio paties dydžio varikliais. XX amžiaus pradžioje humaniška idėja iškrito iš palankumo. Tuo metu niekas negalvojo apie taupymą. Rezultatas – bankrotas 1907 m. (nuotraukoje 1906 m. Eisenhuth junginio modelis 7.5)
Palikite prancūzams galimybę sukurti įdomius variklius, kurie iš pirmo žvilgsnio atrodo įprasti. Žinomas Gali gamintojas Panhard, dažniausiai prisimenamas dėl to paties pavadinimo Panhard reaktyvinio strypo, savo pokario automobiliuose sumontavo oru aušinamų bokserių variklius su aliuminio blokeliais.
Panhard Flat-Twin (1947-1967)
Tūris svyravo nuo 610 iki 850 cm3. Galia siekė 42 AG. ir 60 AG, priklausomai nuo modelio. Geriausia automobilių dalis? Panhardo dvynys kada nors yra laimėjęs 24 valandų Le Mano lenktynes. (nuotraukoje 1954 m. Panhard Dyna Z).
Žinoma, keistas pavadinimas, bet variklis dar keistesnis. 3,3 l Commer TS3 buvo kompresinis, plokščio stūmoklio, trijų cilindrų, dviejų taktų dyzelinis variklis. Kiekviename cilindre yra du stūmokliai, nukreipti vienas į kitą, viename cilindre yra viena centrinė žvakė. Jis neturėjo cilindro galvutės. Buvo naudojamas vienas alkūninis velenas (dauguma boksinių variklių turi du).
Commer/Rootes TS3 „Commer Knocler“ (1954–1968)
Rootes Group sukūrė šį variklį savo Commer markės sunkvežimiams ir autobusams. (Autobusas Commer TS3)
Lanchester Twin-Crank Twin (1900-1904)
Rezultatas buvo 10,5 AG. esant 1250 aps./min. ir nėra pastebimų vibracijų. Jei kada nors susimąstėte, pažiūrėkite į šio automobilio variklį. (1901 m. Lančesteris).
Kaip ir Veyron, riboto leidimo Cizeta (pavardė Cizeta-Moroder) V16T superautomobilį apibūdina jo variklis. 560 arklio galių 6,0 litrų V16 Cizeta įsčiose buvo vienas labiausiai išpopuliarėjusių to meto variklių. Intriga buvo ta, kad „Cizeta“ variklis iš tikrųjų nebuvo tikras V16. Tiesą sakant, tai buvo du V8 varikliai, sujungti į vieną. Dviem V8 buvo naudojamas vienas blokas ir centrinis laikas. Tai, kas nepadaro to dar beprotiškesnio, yra vieta. Variklis sumontuotas skersai, centrinis velenas tiekia galią galinius ratus.
„Cizeta-Moroder“ / „Cizeta V16T“ (1991–1995)
Superautomobilis buvo gaminamas nuo 1991 iki 1995 metų, šis automobilis turėjo rankinį surinkimą. Iš pradžių buvo planuota per metus pagaminti 40 superautomobilių, vėliau ši kartelė buvo nuleista iki 10, tačiau galiausiai per beveik 5 gamybos metus buvo pagaminta vos 20 automobilių. (1991 m. Cizeta-16T Moroder nuotrauka)
„Commer Knocker“ varikliai iš tikrųjų buvo įkvėpti šių priešingų stūmoklių prancūziškų variklių, kurie iki XX a. 20-ųjų pradžios buvo gaminami dviejų, keturių, šešių cilindrų, šeimos. Štai kaip tai veikia dviejų cilindrų versijoje: dvi stūmoklių eilės viena prieš kitą bendruose cilindruose, kad kiekvieno cilindro stūmokliai judėtų vienas kito link ir sudarytų bendrą degimo kamerą. Alkūniniai velenai yra mechaniškai sinchronizuoti, o išmetimo velenas sukasi prieš įsiurbimo veleną 15-22 °, galia paimama iš vieno arba abiejų.
Gobronas-Brillié priešinosi stūmokliui (1898-1922)
Serijiniai varikliai buvo gaminami nuo 2,3 litro „dviejų“ iki 11,4 litro šešių. Taip pat buvo siaubinga 13,5 litro keturių cilindrų lenktyninė variklio versija. Automobilyje su tokiu varikliu lenktynininkas Louisas Rigoli pirmą kartą pasiekė 160 km / h greitį 1904 m. (1900 m. Nagant-Gobron)
Adamsas-Farwellas (1904–1913)
Jei mintis apie gale besisukantį variklį neklysta, Adams-Farwell automobiliai jums puikiai tiks. Tiesa, sukosi ne visi, tik cilindrai ir stūmokliai, mat šių trijų ir penkių cilindrų variklių alkūniniai velenai buvo statiški. Radialiai išdėstyti cilindrai buvo aušinami oru ir veikė kaip smagratis, kai variklis užsivedė ir pradėjo veikti. Varikliai savo laikui buvo lengvi, 86 kg svėrė 4,3 litro trijų cilindrų variklis ir 120 kg - 8,0 l variklis. Vaizdo įrašas.
Adamsas-Farwellas (1904–1913)
Patys automobiliai buvo su užpakaliniu varikliu, o keleivių salonas buvo priešais sunkų variklį – idealus išdėstymas, kad avarijos metu būtų kuo daugiau žalos iš keleivių. Automobilių pramonės aušroje nebuvo galvojama apie kokybiškas medžiagas ir patikimą konstrukciją, pirmuosiuose savaeigiuose vežimuose senoviniu būdu buvo naudojama mediena, varis, o kartais ir ne pačios aukščiausios kokybės metalas. Tikriausiai nebuvo labai patogu jausti už nugaros iki 1000 aps./min besisukančio 120 kg sveriančio variklio darbą. Tačiau automobilis buvo gaminamas 9 metus. (1906 m. Adams-Farwell 6A Convertible Runabout nuotrauka).
Trisdešimt cilindrų, penki blokai, penki karbiuratoriai, 20,5 litro. Šis variklis Detroite buvo sukurtas specialiai karui. „Chrysler“ sukūrė A57, kad galėtų užpildyti tanko variklio užsakymą Antrajam pasauliniam karui. Inžinieriai turėjo dirbti paskubomis, kiek įmanoma išnaudodami turimus komponentus.
BONUSAS. Neįtikėtini negaminiai varikliai: Chrysler A57 Multibank
Variklį sudarė penki lengvųjų automobilių 251 kubinių centimetrų šešiakampiai, išdėstyti radialiai aplink centrinį išėjimo veleną. Galia buvo 425 AG. naudojamas M3A4 Lee ir M4A4 Sherman tankuose.
Antroji premija yra vienintelis lenktyninis variklis, įtrauktas į apžvalgą. 3,0 litrų variklis, naudojamas BRM (British Racing Motors), 32 vožtuvų H-16 variklis, iš esmės sujungiantis du plokščius aštuntukus (H formos variklis – variklis, kurio cilindrų bloko konfigūracija yra „H“ raidė vertikaliai arba horizontaliai. H formos varikliu galima laikyti du priešingus variklius, vienas ant kito arba vienas šalia kito, kiekvienas iš jų turi savo alkūninį veleną). 60-ųjų pabaigos sportinio variklio galia buvo daugiau nei didelė, daugiau nei 400 AG, tačiau H-16 svoriu ir patikimumu buvo gerokai prastesnis už kitas modifikacijas. kartą matė podiumą JAV Grand Prix, kai Jimas Clarkas laimėjo 1966 m.
BONUSAS. Neįtikėtini negaminiai varikliai: British Racing Motors H-16 (1966-1968)
16 cilindrų variklis nebuvo vienintelis, prie kurio dirbo BRM vaikinai. Jie taip pat sukūrė 1,5 litro V16 su kompresoriumi. Jis sukasi iki 12 000 aps./min. ir išvysto maždaug 485 AG. Tikriausiai būtų šaunu tokį variklį sumontuoti į Toyota Corolla AE86, apie tai ne kartą pagalvojo entuziastai iš viso pasaulio.
Kitas ciklas
XX amžiaus pradžioje tylūs varikliai be vožtuvų buvo montuojami daugelyje prestižinių modelių. Pavyzdžiui, po šio prašmatnaus „Daimler Double Six 40/50“ gaubtu buvo kaip tik toks variklis.
„Mazda Millenia/Xedos 9“ yra vienas iš nedaugelio masinės gamybos automobilių, kurie buvo aprūpinti Atkinsono varikliu.
ĮPRASTAS 4 taktų variklis veikia pagal ciklą, kurį dar 1876 metais išrado vokiečių inžinierius Nikolaus Otto: tam tikromis sąlygomis cilindre pakaitomis vyksta tam tikri procesai – įsiurbimas, suspaudimas, galios eiga ir išmetimas. 1886 metais britų inžinierius Jamesas Atkinsonas bandė patobulinti šią schemą.
Iš pirmo žvilgsnio jo variklis mažai skyrėsi nuo pirmtako – ta pati ciklų tvarka, panašus veikimo principas... Tačiau iš tiesų skirtumų būta daug. Pavyzdžiui, dėl specialaus alkūninio veleno su išstumtais tvirtinimo taškais Atkinsonui pavyko sumažinti trinties nuostolius cilindre ir padidinti variklio suspaudimo laipsnį.
Taip pat tokiuose varikliuose yra ir kitų vožtuvų paskirstymo. Jei įprastame vidaus degimo variklyje įsiurbimo vožtuvas užsidaro beveik iš karto po to, kai stūmoklis praeina per apatinį negyvąjį tašką, tai Atkinsono cikle įsiurbimo eiga yra daug ilgesnė - vožtuvas užsidaro tik pusiaukelėje iki viršutinio stūmoklio negyvojo centro, kai suspaudimo eiga jau įsibėgėja Otto cikle.
Ką tai davė? Svarbiausia – geresnis balionų užpildymas dėl sumažėjusių vadinamųjų siurbimo nuostolių. Nesileidžiant į technines smulkmenas, tiesiog pasakykime, kad dėl to Atkinsono variklis yra maždaug 10% efektyvesnis (ir ekonomiškesnis) nei įprastas vidaus degimo variklis.
Tačiau serijiniuose automobiliuose varikliai, veikiantys pagal Atkinsono schemą, dar neseniai nebuvo pastebėti. Faktas yra tas, kad toks variklis gali tinkamai veikti ir užtikrinti gerą našumą tik esant dideliam greičiui. O tuščiąja eiga, priešingai, jis stengiasi sustoti. Norint išspręsti cilindrų užpildymo mažu greičiu problemą, tokiuose varikliuose turi būti sumontuoti mechaniniai kompresoriai (tokia schema kartais ne visai teisingai vadinama „Miller varikliu“), o tai dar labiau apsunkina ir padidina konstrukcijos kainą. Be to, kompresoriaus pavaros nuostoliai praktiškai paneigia neįprasto variklio pranašumus.
Todėl serijinės gamybos automobilius su Atkinsono varikliais galima suskaičiuoti ant vienos rankos pirštų. Tipiškas pavyzdys yra „Mazda Xedos 9 / Millenia“, kuris buvo gaminamas 1993–2002 metais ir buvo aprūpintas 210 arklio galių 2,3 litro V6.
Tačiau gryniausia forma Atkinson varikliai pasirodė esą labai tinkami hibridiniams modeliams, tokiems kaip garsusis „Toyota Prius“ ar naujausia „Mercedes-Benz“ S klasė, kuri netrukus bus pradėta masiškai gaminti. Juk važiuojant nedideliu greičiu tokie automobiliai daugiausia juda elektrine trauka, o benzininis variklis pajungiamas tik įsibėgėjant arba esant didelėms apkrovoms. Ši schema, viena vertus, leidžia išlyginti būdingus Atkinsono variklio trūkumus ir, kita vertus, maksimaliai išnaudoti jo teigiamas savybes.
Tylios ritės
Dėl didelio degalų taupymo Atkinsono ciklo varikliai šiandien vis dažniau naudojami hibridinėse transporto priemonėse, tokiose kaip Toyota Prius.
Vožtuvo laikas yra vienas sudėtingiausių ir triukšmingiausių tradiciniame variklyje. Todėl daugelis išradėjų bandė jo visiškai atsikratyti ar bent jau gerokai modernizuoti.
Bene sėkmingiausias alternatyvus dizainas buvo variklis, kurį XX amžiaus pradžioje sukūrė amerikiečių inžinierius Charlesas Knightas. Šiame variklyje nebuvo pažįstamų vožtuvų ir jų didelės pavaros - jie buvo pakeisti specialiomis ritėmis, sudarytomis iš dviejų įvorių, esančių tarp cilindro ir stūmoklio. Originalios pavaros pagalba ritės judėjo aukštyn žemyn ir reikiamu momentu atsidarė langai cilindro sienelėje, pro kuriuos pateko šviežias degus mišinys ir išmetamosios dujos buvo pašalintos į atmosferą.
Tokį variklį buvo sunku pagaminti ir gana brangu, tačiau jis buvo labai tylus, pagal to meto standartus beveik tylus. Todėl daugelis vadovaujančių automobilių įmonių savo modeliuose pradėjo montuoti Knight variklius. Pirkėjai buvo pasirengę permokėti dėl didelio komforto. Praėjusio amžiaus pradžioje tokius variklius naudojo tokios žinomos kompanijos kaip „Daimler“, „Mercedes-Benz“, „Panhard-Levassor“.
Tačiau pradinis džiaugsmas tyliu „Knight“ variklių veikimu netrukus tapo nusivylimu. Konstrukcija pasirodė nepatikima, be to, dėl didelės trinties tarp ritių ir cilindro sienelių ji išsiskyrė padidėjusiu benzino ir alyvos sąnaudomis, kuri kelis kartus padidėjo padidėjus alkūninio veleno greičiui. Todėl už automobilių su tokiais varikliais visada vingiavo būdinga pilka migla.
Knight variklių era baigėsi 30-aisiais, kai rinkoje pasirodė varikliai su patobulintu vožtuvų paskirstymo mechanizmu, kurie beveik atsikratė per didelio triukšmo. Nepaisant to, retkarčiais pasigirsta pranešimų apie įvairius be vožtuvų variklių prototipus, tad gali būti, kad ateityje tokius variklius dar išvysime ant serijinių automobilių.
Kintamasis suspaudimo laipsnis
Suspaudimo laipsnis yra viena iš svarbiausių variklio savybių. Kuo didesnis šis parametras, tuo didesnė benzininio variklio maksimali galia, ekonomiškumas ir efektyvumas. Tačiau neribotą laiką padidinti suspaudimo laipsnio neįmanoma - cilindruose įvyks detonacija, tai yra sprogstamasis, nekontroliuojamas darbinio mišinio degimas, dėl kurio padidės dalių ir mechanizmų susidėvėjimas.
Ši problema yra dar opesnė kuriant variklius su kompresoriumi, kurie pastaruoju metu išplito. Faktas yra tas, kad tokių variklių dalys dirba sunkesnėmis sąlygomis, todėl labiau įkaista, o detonacijos rizika yra didesnė. Taigi suspaudimo laipsnį reikia sumažinti. Tuo pačiu atitinkamai mažėja variklio efektyvumas.
Idealiu atveju suspaudimo laipsnis turėtų keistis sklandžiai, priklausomai nuo variklio veikimo režimo. Norint gauti kuo daugiau naudos, ją reikia didinti, kai variklio apkrova nedidelė, o vėliau palaipsniui mažinti, didėjant pasipriešinimui judėjimui.
Pirmieji variklių su kintamu suspaudimo laipsniu projektai pasirodė XX amžiaus antroje pusėje, tačiau konstrukcijos sudėtingumas dar neleidžia plačiai naudoti masiniuose modeliuose. Nepaisant to, daugelis automobilių gamintojų stengiasi patobulinti šią schemą.
Pavyzdžiui, 2000 m. SAAB pristatė eksperimentinį eilinį 5 cilindrų SVC variklį („Saab Variable Compression“), kuris dėl kintamo suspaudimo laipsnio, esant nedideliam 1,6 litro darbiniam tūriui, sukuria neblogus 225 AG. Švediškas variklis yra horizontaliai padalintas į dvi dalis, vienoje pusėje sukabintas viena su kita. Apatinėje yra alkūninis velenas, švaistikliai ir stūmokliai, o viršutiniame cilindrai ir jų galvutės sujungiami į vieną monobloką. Speciali hidraulinė pavara gali šiek tiek pakreipti monobloką, keičiant suspaudimo laipsnį nuo 14 vienetų tuščiąja eiga iki 8 vienetų esant dideliam greičiui, kai įjungtas pavaros kompresorius. Šis dizainas pasirodė efektyvus, bet labai brangus, todėl netrukus po premjeros SVC projektas buvo uždarytas iki geresnių laikų.
Ekspertų teigimu, perspektyvesnė atrodo kita schema. Toks variklis praktiškai nesiskiria nuo įprasto, išskyrus originalų alkūninį mechanizmą. Alkūninis velenas yra prijungtas prie stūmoklio per specialią svirtį. Jis, savo ruožtu, yra pritvirtintas prie specialaus veleno, kurį galima pasukti naudojant elektrinę arba hidraulinę pavarą. Kai svirtis pakreipiama, pasikeičia stūmoklio padėtis cilindre, taigi ir suspaudimo laipsnis. Šio susitarimo pranašumai yra santykinis paprastumas - iš esmės jis gali būti sukurtas beveik bet kurio variklio pagrindu.
Taigi šiuolaikinės technologijos jau leidžia sukurti variklį su kintamu suspaudimo laipsniu. Belieka tik išspręsti tokių projektų brangumo problemą.
Ne hibridas
Galbūt artimiausiu metu GM transporto priemonėse pamatysime variklius, kuriuose derinami tiek dyzelinių, tiek benzininių variklių pranašumai.
Šiuolaikiniuose automobiliuose daugiausia naudojami dviejų tipų varikliai – benzininis ir dyzelinis. Pirmieji išsiskiria didele galia, antrieji – gera trauka ir ekonomiškumu.
Dabar daugelis automobilių gamintojų stengiasi sukurti variklį, kuris apjungtų abu šiuos privalumus. Iš esmės įprastų benzininių agregatų konstrukcija jau tapo labai panaši į dyzeliną: tiesioginis degalų įpurškimas leido padidinti suspaudimo laipsnį iki 13–14 vienetų (palyginti su 17–19 dyzelinių variantų).
Eksperimentiniuose modeliuose suspaudimo laipsnis yra dar didesnis - 15-16 vienetų. Tačiau to ne visada pakanka nuolatiniam mišinio savaiminiam užsidegimui. Todėl užvedant variklį, taip pat esant didelėms apkrovoms, degalai užsidega įprastine žvake. Vienodai judant, jis išsijungia, o variklis persijungia į „dyzelino“ režimą, sunaudodamas mažiausiai degalų. Visą sistemą valdo elektronika, kuri stebi važiavimo sąlygas ir joms pasikeitus duoda atitinkamas komandas pavaroms. Kūrėjų teigimu, tokie varikliai yra labai ekonomiški ir praktiškai neteršia aplinkos. Tačiau jau dabar aišku, kad automobilių su tokiais varikliais savikaina bus gana didelė. Ar jie ras savo vietą rinkoje, kol kas sunku pasakyti.
