С-Петербург, улица Тосина 3
+7 (812) 917-84-85
+7 (921) 316-27-00
Главная » Разное » Новый тип двигателя

Новый тип двигателя


Аркан-блог

У двигателя Ван Бларигана практически нет паразитных потерь, поскольку нет инерции вращающихся масс (по причине отсутствия этих самых масс), на поршень не действуют боковые силы, которые прижимают его к стенкам цилиндра. Нет подшипников коленвала, шатунов, поршневых пальцев, распредвала,  клапанов. Более того: на каждый цикл работы двигателя приходится два рабочих такта!

Запад окончательно и бесповоротно зациклился на идее экономии и экологии. В рекламных буклетах эти слова попадаются на каждой страничке, и порой не по разу. Гонка за чистоту давно перешагнула черту здравого смысла. «Светодиодный фонарь сэкономит топливо». «Солнечные батареи на крыше пополнят заряд аккумулятора и тем самым сэкономят бензин». И множество других «инноваций, построенных на новейших достижениях технологии». Ах ты, боже мой… Сколько топлива сэкономит светодиодный «поворотник» или «габарит»? Нет, спорить тут бессмысленно – он действительно сбережет бензин. Вопрос в количестве. Обычно в фонарях габаритных огней устанавливают четыре лампы: две 1-Ваттных спереди и две 5-Ваттных сзади. Итого 12 Вт. При мощности самого популярного 1.5-литрового двигателя 70-80 тысяч Вт. Не будем углубляться в тонкости работы электропитания, зарядки АКБ и т.д, здесь важно лишь примерное соотношение мощностей, поскольку речь идет об экономии топлива. Очевидно, что доля габаритных огней в балансе электросети автомобиля ничтожна, а в общем балансе распределения потока мощности (и, значит, экономии топлива) – того меньше. «Поворотник» потребляет электричества чуть больше, но и работает реже. Ну а солнечные батареи на крыше? Их мощности хватит разве что на то, чтобы крутить небольшой вентилятор в салоне. Тоже не ахти. Так сколько можно сэкономить бензина? Может быть, за всю жизнь автомобиля набежит целый литр. А может даже и два. Рублей этак 40-50 можно сберечь. А теперь прикинем. Сколько стоит обычная лампочка для «габаритов»? А светодиод? Вот и получается, что в деньгах никакой экономии нет. А раз ее нет в деньгах, то нет ее и в экологии. В конце концов, на производство тех же солнечных батарей или светодиодов ушло какое-то сырье, электроэнергия на его переработку и т.д. И чем больше затрат, тем дороже изделие. В конечном итоге можно перевести стоимость в киловатты. Это грубо, конечно, но по сути окажется не так уж далеко от истины. И выходит, что для того, чтобы сберечь природу не выбросить в атмосферу лишний миллиграмм СО2, нам предлагают деталь, для выпуска которого пришлось выкинуть в ту же самую атмосферу того же самого СО2 в несколько раз больше, чем было бы можно. Парадокс? Да нет, просто мода. Заботиться об экологии сейчас модно, только и всего. Политику, звезде, да любому публичному человеку лестно (да и выгодно) прослыть поборником борьбы за чистоту воздуха. Поэтому он будет покупать любые экологические примочки. А о том, что толк от них скорей обратный, можно и не думать, ведь явно этого не видно!

Будущее — за электротрансмиссиями

Между тем, отрицать пользу от введения евронорм глупо – во многом благодаря им автомобили стали действительно ощутимо чище и экономичнее. Дальнейшее ужесточение норм выхлопа не оставляет автопроизводителю выбора: автомобили неизбежно станут электрическими в самом ближайшем будущем. А вернее, с электрической трансмиссией (Почему в обозримом будущем невозможно нашествие электромобилей без ДВС – тема отдельная). Преимуществ у такой трансмиссии много. Взять хотя бы характеристики электромотора, идеальные для автомобиля. Он, к примеру, может выдавать максимальную мощность на любых оборотах. Как следствие, чем ниже обороты, тем больше крутящий момент. А максимума он достигает при оборотах равных нулю. Именно поэтому тепловозы могут сдвинуть с места состав массой многие тысячи тонн. Электромотор не надо запускать и заставлять его работать на холостом ходу – он всегда готов к работе. Становятся не нужны такие сложные и дорогостоящие агрегаты, как коробка передач или вариатор. И так далее.

Самый же значительный козырь – рекуперация, то есть способность запасать энергию торможения в аккумуляторе, что в условиях городского движения сильно экономит топливо.

Схема работы гибрида с электротрансмиссией проста: автомобиль всегда едет только на электротяге, а при разрядке аккумулятора запускает ДВС для пополнения заряда. К сожалению, массовый выпуск автомобилей с такой схемой сдерживается двумя факторами: во первых, промышленность не готова массово перейти к новой трансмиссии, а во вторых, пока еще нет недорогих аккумуляторов большой емкости. Однако перспективы вырисовываются радужные. Весьма скоро, с освоением технологий, электротрансмиссия станет дешевле автоматической коробки хотя бы в силу того, что она проще в изготовлении.

Мало того: с элетротрансмиссией сильно упростится ДВС. Поскольку он нужен только для зарядки аккумулятора, при пуске он должен сразу выходить на режим максимальной мощности либо – для экономии топлива – максимального момента. Это значит, что нет надобности организовывать его работу на переходных режимах, ту самую, которая и есть головная боль конструкторов, ради которой строят многоклапанные двигатели, впускные коллекторы переменной длины, управление фазами газораспределения, двойной наддув и прочее. Двигатель, работающий в узком диапазоне оборотов намного проще и, значит, дешевле. Можно вообще обойтись без клапанов, распредвалов, и даже без шатунов и коленвала!

Свободный поршень

Это называется «двигатель со свободным поршнем» (FPE). Его особенность в том, что движение поршня определяется не механической связью, а соотношением нагрузки к силе расширяющихся газов. Устроен он просто. По сути, это труба с глухими концами, внутри которой скользит поршень. На каждом конце трубы – форсунка, свеча, впускное и выпускное окно. Движущаяся деталь всего одна. Поршень в таком моторе движется линейно, возвратно-поступательно, между двумя камерами сгорания, как шарик пинг-понга.

КПД такого мотора теоретически больше 70%. Он легок и прост в производстве, а, значит, дешев. Но не смотря на то, что этот двигатель известен без малого почти сто лет, распространения он не получил. Причин тому несколько, и самая главная из них состоит в том, что до последнего времени было совершенно неясно, как снять мощность с поршня, летающего взад-вперед внутри трубы 20000 раз в минуту.

Решение нашел профессор Питер Ван Блариган. Он просто встроил в поршень мощные магниты из неодимового сплава, а на цилиндре поместил медную обмотку. Он построил даже опытный образец, двухтактный линейный генератор под названием FPLA, мощностью 40 кВт. Термический КПД генератора, работающего на пропане, 56%! Любопытно, что этот двигатель может работать не только на пропане, но и на бензине, водороде, солярке, спирте и т.д.

Но в каждой бочке меда встречается своя ложка дегтя. В случае с FPLA ею стала проблема  управления поршнем. Дело в том, что в обычном ДВС верхняя мертвая точка траектории поршня задается геометрией кривошипно-шатунного механизма, а в линейном она зависит от степени сжатия и скорости сгорания топливовоздушной смеси. Иными словами, поршень тормозит, создавая давление в камере. Получается, что  длительность тактов и верхняя мертвая точка могут меняться. А это значит, что при неточной работе форсунки поршень либо остановится, либо ударится в стенку.

Для такого двигателя нужна быстродействующая система управления. Это сложно, но выполнимо. В конце концов, процессоры сейчас весьма мощные и дешевые, а поршень можно тормозить магнитными катушками цилиндра, ведь внутри него мощные магниты. Не исключено, что полноценный прототип генератора с готовой системой управления будет готов к концу этого года. КПД обещан грандиозный — 50%.

Объяснить причины столь высокого КПД просто. У двигателя Ван Бларигана практически нет паразитных потерь, поскольку нет инерции вращающихся масс (по причине отсутствия этих самых масс), на поршень не действуют боковые силы, которые прижимают его к стенкам цилиндра. Нет подшипников коленвала, шатунов, поршневых пальцев, распредвала,  клапанов. Более того: на каждый цикл работы двигателя приходится два рабочих такта!

Разумеется, на моторе FPLA свет клином не сошелся, есть и другие интересные проекты. Факт в том, что автомобилестроение стоит на пороге революционных изменений: грядет упрощение ДВС и электрические трансмиссии. Что на самом деле можно назвать инновацией. В отличие от всевозможных бирюлек и фенечек, которые автопроизводители так любят нам с вами впаривать. Давайте будем отличать цветные стекляшки от бриллиантов.

Иллюстрации http://www.hybridcars.com/

Новые технологии в двигателях внутреннего сгорания

Опубликовано Мир науки и техники в 21 Июль, 2011 - 19:24.

На сегодняшний день двигатели внутреннего сгорания переживают не лучший период своей жизни. Постоянный рост цен на нефть, глобальное потепление, в котором винят и их тоже, а также растущие «зеленые» настроения в развитых странах не прибавляют авторитета двигателям внутреннего сгорания. Но, не смотря на все свои минусы, мы с ними не сможем распрощаться еще на протяжении многих десятилетий. Однако мы можем попытаться сократить немалые аппетиты наших любимцев, тратя меньше энергии на выделение тепла и выжимая из каждой капли топлива тот максимум, который позволяет нам физика.

И, правда, двигатель внутреннего сгорания совсем не безнадежен. В новых автомобильных разработках, и научных лабораториях по всему миру бензиновый двигатель испытывает что-то похожее на Ренессанс.

Защитники экологии не должны бояться этого возрождения двигателей внутреннего сгорания. Так как данные новшества не просто решительно уменьшают количество вредного топлива, они служат технологическим мостом, который приведет нас к полностью электрофицированому будущему.

Большинство таких технологий находиться все еще на стадии разработок, ожидая финансирования, или внедрены пока только в опытные образцы, для демонстрации своих возможностей. Не одно из данных решений не является панацеей, но каждое из них показывает, насколько меньше мы могли бы использовать топлива, делая автомобили намного эффективнее.

В прошлом веке бензиновые двигатели стали повсеместны, в этом столетии они станут еще и умными. Рассмотрим некоторые из новых технологий будущего двигателей внутреннего сгорания:

Двигатель Scuderi

Группа Scuderi представляет двигатель разделенного цикла – он делит четыре обычных поршневых цилиндра на два различных типа для более разумного использования каждой капли энергии, которую они могут выработать.

Принцип действия технологии заключается в соединение двух цилиндров между собой. В отличии от обычных двигателей, которые во время четвертого такта выбрасывают сжатые газы, двигатель Scuderi впрыскивает сжатый воздух во второй цилиндр, где проходит воспламенение и выхлоп.

Благодаря данной технологии мы можем использовать два цилиндра из четырех бесплатно. Как показывают компьютерные модели, двигатель Scuderi улучшает экономию по сравнению со своими обычными аналогами на 50 процентов.

Разделение двигателя на горячую и холодную части

Как и предыдущий данный двигатель делиться на две рабочие части, но по сравнению с Scuderi дополнительно использует температурами в разных частях, для достижения максимального КПД.

Большая проблема в обычном четырехтактном двигателе – первые два такта (впуск и сжатие) наиболее эффективны при холоде, в то время третий и четвертый такты работают лучше в холодных условиях. Как утверждают инженеры, если придерживаться данных требований, можно добиться до 40 процентов экономии. Просто отделив область высокой температуры радиатором.

Процесс проходит следующим образом: впуск и сжатие происходят в холодном цилиндре, гарантируя максимальную эффективность при этом, а сгорание и выхлоп сжатой в холодной части смеси происходят в горячем цилиндре. Данная технология дает до 20 процентов экономии топлива, но ученые надеются усовершенствовать систему и выжать из нее 50 процентов.

Двигатель Pinnacle

В данном виде двигателей поршни расположены противоположно друг к другу. Но в отличие от оппозитных двигателей, которые сейчас широко распространены, тут на одну головку цилиндра приходиться два поршня, соответственно взрыв горючей смеси происходит между двумя поршнями. При таком расположении поршней получается колоссальная экономия энергии, которая в привычных двигателях внутреннего сгорания тратиться на выделение высокой температуры.

Первые малолитражки с таким типом двигателей должны быть выпущены уже в 2013, а большие двигатели будут готовы к 2016. Инженеры ожидают увеличение эффективности данного двигателя до 50 процентов.

EcoMotors OPOC

Данная схема двигателя объединяет в себе конструкции известного многим оппозитного двигателя и описанного выше двигателя Pinnacle. В данной конструкции два поршня расположены в одной головке цилиндра, а два других находятся тоже вместе под углом 180 градусов.

В обоих цилиндрах сгорание происходит в центре, между поршнями, длинные шатуны соединяют наиболее удаленные поршни с коленчатым валом, который расположен посредине. Как и другие оппозитные двигатели, OPOC не нуждается в тяжелых головках цилиндров, снижая вес двигателя. Ход поршней в таком двигателе, меньше чем в обычных бензиновых двигателях.

Инженеры Ecomotors надеяться создать демонстрационный автомобиль с двигателем OPOC, который на 2 литрах топлива будет проезжать до 100км.

Двигатель на взрывных волнах

Поршни, клапана и распредвалы приводили в движение бензиновые двигатели на протяжении всего прошедшего столетия, но в будущем они могут оказаться ненужными. Исследователи Мичиганского университета разрабатывают новый вид бензинового двигателя, принцип действия которого базируется на взрывных волнах, которые поддерживают движение.

Концепция базируется на роторе, который содержит несколько радиальных каналов. Поскольку ротор вращается быстро, смесь топлива и воздуха поступает через серию каналов в его центре, заполняя отсек, в котором находиться ротор. Расположение отсеков и каналов в системе такое, что во время сжатия жидкости все выходные порты заблокированы, чтобы горючая смесь не могла вытечь. Смесь приливает в отсеки внезапно, производя ударную волну, которая сжимает оставшуюся горючую смесь дальше в центр. Дальше происходит зажигание и выхлоп, единственная проблема тут – это выбор времени.

Это, довольно радикальное решение, может сэкономить до 60 процентов топлива, а также дает возможность снизить общий вес автомобиля до 400 кг. Еще одним плюсом данного двигателя является то, что в нем мало движущихся частей, которые стираются в течении долгого времени.

Замена обычных свечей зажигания на лазеры

Лазеры стают все лучше, и теперь их можно использовать в двигателях внутреннего сгорания. В свечах, которые используются сегодня, есть одна проблема, для сжигания большего количества воздуха и меньшего количества топлива нужна сильная искра. Но если увеличить мощность искры, будут быстро изнашиваться электроды. Идеальным выходом из данной ситуации может быть использование лазеров. У лазеров есть большой плюс по сравнению с обычными свечами зажигания, их можно очень точно настроить: установить нужную мощность, угол зажигания, тем самым увеличив мощность и эффективность процесса сгорания.

Японские инженеры уже разработали керамические лазеры диаметром 9 мм специально для двигателей внутреннего сгорания. Такие нововведения будут достаточно эффективны и не требуют серьезных доработок в существующих двигателях.

Mazda Skyactiv-G

Mazda всегда славилась своими инновационными решениями. У них есть модели серийных автомобилей с роторными двигателями, а теперь они взялись за экономию топлива. Новый двигатель Skyactiv-G первый из серии Skyactiv и автомобили оборудованные данным двигателем будут выпускаться уже в следующем году.

Ожидается, что в конце этого года Мазда выпустит новую версию малолитражного автомобиля Mazda2. Она будет оснащена 1.3-литровым спортивным двигателем Skyactiv-G и вариаторной коробкой передач. У данного двигателя будет самая высокая степень сжатия, что довольно сильно будет повышать топливную экономичность - приблизительно на 15 процентов. В компании утверждают, что новая Mazda2 должна использовать чуть больше 3л бензина на 100 км.

Изобретен новый тип двигателя

Норман Хоссак (Norman Hossack), наиболее известным творением которого является подвеска Duolever на мотоциклах BMW, закончил разработку и создание действующего прототипа своего принципиального иного двухтактного двигателя внутреннего сгорания.

Сейчас двухтактные двигатели почти утратили свою популярность. Причина этого — низкий КПД и плохая экологичность. До 30% несгоревшей топливной смеси при работе двигателя выбрасывается в атмосферу. Противоположностью служат современные четырёхтактные двигатели, дожигающие остатки несгоревшей смеси в выпускном тракте посредством каталитического нейтрализатора.

Но не стоит забывать и о преимуществах двухтактников — в них меньше деталей, а, следовательно — выше надёжность. А так как за единицу времени происходит больше рабочих циклов, то, даже с учётом потерь при продувке, двухтактные двигатели мощнее четырёхтактников такого же объёма.

Норман сделал попытку избавить свой двигатель от недостатков традиционного двухтактного мотора. И, надо сказать — ему это удалось.

В отличие от традиционного ДВС, поршень которого имеет круглое сечение, поршень двигателя Хоссака — прямоугольный. Поршневой палец отсутствует, поршень составляет единое целое с шатуном. Отсутствие поршневого пальца облегчает конструкцию, а, следовательно, позволяет двигателю раскручиваться до больших оборотов.

За счёт того, что поршень не ходит поступательно, а как бы качается, перекладка поршня происходит при 30 градусах поворота коленвала в ВМТ и при 40 — в НМТ. В традиционном ДВС поршень останавливается и начинает двигаться снова дважды за цикл. В двигателе Хоссака поршень никогда не останавливается окончательно, а значит — нагрузка на детали меньше. Это позволяет облегчить детали и добиться больших оборотов.

Ну и главное — специфическая геометрия поршневой группы позволяет открывать выпускное окно чуть раньше, чем впускное, если расположить их «слева» и «справа». Результат — меньшие потери при продувке и снижение расхода топлива.

Изобретатель полагает, что его разработку ждёт большое будущее.

Разработан новый тип двигателя

То, что двухтактные двигатели почти полностью уступили место четырёхтактным, не мешает некоторым инженерам разрабатывать новые версии лёгких и мощных двухтактных силовых установок. Grail Engine Technologies разработала свою версию старого доброго двухтактника. Новый двигатель более экологичен, чем классические двухтактные моторы, и имеет больший КПД по сравнению с четырёхтактными.

Теперь подробнее о конструкции и принципе работы. В верхней части цилиндра расположены выпускной клапан, 3 свечи зажигания и форсунка впрыска топлива. Во время движения поршня вверх воздух поступает через лепестковый клапан в камеру предварительного сжатия, соединённую с картером двигателя. При последующем движении поршня вниз воздух сжимается, а после открытия впускного клапана, расположенного в поршне, поступает в цилиндр. Затем, при движении поршня вверх, происходит впрыск топлива в цилиндр и сжатие топливной смеси. После рабочего хода остатки сгоревшей топливной смеси покидают цилиндр через выпускной клапан.

Примечательно, что двигатель должен работать на различных видах топлива, в том числе и на биотопливе. Согласно расчётам, двигатель подобного типа при рабочем объёме в 1 л должен иметь мощность в 200 л.с. Понятно, что, пока не построен и не протестирован опытный образец, расчёты могут быть не точны. Но, в любом случае, интересно, не является ли эта разработка началом возвращения «в жизнь» мощных и компактных двухтактных двигателей?

Смотрите также

 

"Питер - АТ"
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453

Новости