Бестопливные двигатели: обзор, принцип работы. Двигатель на магнитах. Двигатель альтернативныйИзучаем странные двигатели, застрявшие на обочине прогресса — ДРАЙВ Леонид Попов, 8 июля 2016. Иллюстрации компаний-производителей Авторы необычных моторов, как правило, сулят революцию. Однако даже когда у крупных компаний есть возможность начать с чистого листа, они отчего-то ставят на конвейер классические поршневые ДВС. Один из последних примеров — семейство двигателей Ingenium компании JLR. Двигатели Ванкеля, Стирлинга, разного рода газотурбинные установки так и не стали автомобильным мейнстримом. Ряд известных компаний (от Мазды до GM, от Мерседеса до Volvo) работали над ними десятки лет, упорствовали маленькие фирмы и отдельные изобретатели. Увы, в конце концов выяснялось, что подводных камней в той или иной конструкции намного больше, чем казалось вначале. Но это не значит, что развитие альтернативных агрегатов невозможно. Энтузиасты перебирают идею за идеей, и мне как инженеру-двигателисту интересно поделиться с вами рядом экзотических схем. Некоторые создатели перспективных двигателей решили, что комбинация из цилиндра, поршня, шатуна и коленвала отлично себя зарекомендовала более чем за столетие и, чтобы улучшить параметры ДВС, не надо изобретать её заново — достаточно лишь подправить кое-какие аспекты. Поэтому первый в нашем обзоре — мотор американской компании Scuderi Group, который имеет классические такты впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска, но происходят они не в одном и том же цилиндре, а в разных. Так называемый холодный цилиндр отвечает за впуск и сжатие, а второй, горячий — за рабочий ход и выпуск.
В простейшем моторе Scuderi цилиндров два: поршень в холодном цилиндре отстаёт на 30 градусов поворота коленвала от собрата в горячем. Пока в рабочем цилиндре идёт расширение газов, в холодном, компрессорном, — такт впуска. В рабочем — выпуск, в холодном — сжатие. В конце такта сжатия поршни приближаются к своим верхним мёртвым точкам, смесь через перепускной канал перебрасывается из холодного цилиндра в горячий и поджигается. Такой разделённый цикл (в принципе — тот же цикл Отто, пусть и модифицированный) американцы придумали в 2006 году, а в 2009-м построили опытный Scuderi Split Cycle Engine. У компрессорного и рабочего цилиндров могут быть разные диаметры и ходы поршней, что даёт гибко настраивать параметры — получается аналог цикла Миллера с дополнительным расширением газов.
Экспериментальный литровый мотор Scuderi на стенде работает плавно и относительно тихо — даже без глушителя!  По расчётам мотор Scuderi на 25% экономичнее обычного, а с турбонаддувом и теплообменником, передающим энергию выхлопных газов воздуху в перепускном канале, и того выше. В четырёхцилиндровом варианте один компрессорный цилиндр может загонять смесь в три рабочих. Если к каналу между цилиндрами добавить ответвление с клапанами и баллоном высокого давления, можно заставить такой мотор собирать энергию при торможении и использовать её при разгоне (этот режим показан на последней минуте первого ролика). Однако на протяжении уже ряда лет деятельность компании Scuderi Group ограничивается лишь опытными образцами и участием в выставках. Похоже, реальная экономичность тут всё же не может перебить высокую сложность конструкции.  Двухтактный агрегат Paut Motor использует принцип, подобный применённому в моторах Scuderi Group, — сжатие и рабочий ход тут происходят в разных цилиндрах, между которыми устроены перепускные каналы. К разделённому рабочему циклу обратились было и разработчики хорватской фирмы Paut Motor. Их «разнесённая» конструкция привлекла меньшим числом деталей, низким трением и сниженным шумом. А необходимость внешнего бака для системы смазки, вызванная тем, что в картере масла не предусмотрено, не испугала. Изобретатели построили несколько опытных образцов. Для рабочего объёма в семь литров их габариты (500×440×440 мм) и вес (135 кг) оказались чуть ли не вдвое ниже, чем у традиционных ДВС. А отдачу так и не выяснили. Последний прототип был собран в 2011 году, а затем проект заглох.
В агрегате Paut Motor — четыре рабочих камеры с поршнями диаметром 100 мм и четыре компрессионных (120 мм). Двухсторонние поршни передают усилия на коленвал, который, благодаря паре шестерён с внутренним зацеплением, совершает планетарное движение. Двухтактный двигатель Bonner (по имени спонсора, фирмы Bonner Motor), изобретённый в 2006 году в США Вальтером Шмидом, устроен ещё сложнее. Как и в проекте Paut Motor, цилиндры тут расположены буквой X, а коленвал тоже совершает планетарное движение за счёт системы шестерён.  Ключевое отличие от схемы фирмы Paut Motor — роль рабочих поршней играют подвижные цилиндры, соединённые с коленвалом (показаны красным). А с внешней стороны их закрывают неподвижные поршни (отмечены серым). За газораспределение в Боннере отвечают клапаны в донышках цилиндров и вращающиеся золотники в корпусе мотора. При этом внешние поршни могут немного смещаться под давлением масла, обеспечивая переменную степень сжатия. Запутанная схема! А всё — ради высокой мощности на единицу веса. В теории Bonner выглядит интересно, но на практике о нём уже давно нет никаких новостей — судя по всему, надежд он не оправдал.  Некий мистер Смоллбон получил американский патент на аксиальный мотор ещё в 1906 году. Но если бы такой агрегат был идеалом, через 110 лет все автомобили использовали бы его. Другие изобретатели не меняли рабочие циклы ДВС, а сосредотачивались на расположении его частей. Таковы, например, аксиальные моторы, которым уже больше ста лет (один из ранних патентов — на рисунке выше). Все они отличаются деталями, но объединены общим принципом — цилиндры располагаются, как патроны в барабане револьвера, с соосным выходным валом. За преобразование возвратно-поступательных движений поршней во вращение вала отвечают разные системы вроде наклонённых к продольной оси двигателя штифтов, косых шайб и тому подобного.
По такому принципу сегодня работают некоторые компрессоры. Добавив продуманное газораспределение и зажигание, можно превратить подобный блок в мотор...
...такой, как американский Dina-Cam 1960-х с полувековыми корнями. Благодаря хорошему соотношению веса и мощности аксиальные агрегаты прочили на роль моторов для лёгких самолётов. Разновидностью аксиальных агрегатов является новозеландский проект фирмы Duke Engines — пятицилиндровый четырёхтактник рабочим объёмом три литра. По сравнению с классическим ДВС того же литража этот был, по расчётам авторов, на 19% легче и на 36% компактнее. Ему сулили применение в самых разных областях, но мечты о завоевании целого мира остались мечтами.
Опытный образец мотора Duke был построен в 2012 году. Потом он мелькал на выставках, собирал призы, но вот уже несколько лет новостей о нём нет. Ещё более сложный аксиальный пример — двигатель RadMax канадской фирмы Reg Technologies. Здесь вместо цилиндров в общем барабане с помощью тонких лопастей организована дюжина отсеков. В прорезях ротора установлены пластины, которые сдвигаются вдоль них по мере его вращения. С торцов полученные переменные объёмы ограничивают изогнутые поверхности: они задают траекторию движения лопастей и заведуют газообменом.  Основные части мотора RadMax. За один оборот вала тут происходит 24 полных рабочих цикла. Схема RadMax позволяет создавать двигатели под разные виды топлива, хотя изначально изобретатели выбрали дизельное. В 2003 году был построен образец диаметром и длиной всего 152 мм. Он развивал 42 силы — в разы больше, чем схожий по габаритам ДВС. Позже фирма отчиталась о создании более крупных прототипов на 127 и 380 сил. Но, судя по релизам, вся её деятельность по-прежнему не выходит за рамки экспериментов. Ещё один пример превосходства теории над практикой — тороидальный мотор Round Engine (или VGT Engine) уже исчезнувшей канадской компании VGT Technologies. Первые прототипы двигателя с тором переменной геометрии (отсюда и буквы VGT — Variable Geometry Toroidal Engine) инженеры испытывали ещё в 2005 году.  Авторы кругового двигателя избавились от возвратно-поступательных движений. Отсюда — радикальное снижение вибраций. Плюсом можно назвать минимальное число деталей и хорошую расчётную экономичность. Тор здесь играет роль цилиндра, внутри которого вращается ротор с парой закреплённых на нём поршней. Необходимые для обеспечения рабочих тактов переменные объёмы образуются между поршнями с помощью тонкого распределительного диска с вырезом под поршни, который ремённым или иным приводом вращается поперёк тора. Этот диск ограничивает топливно-воздушную смесь в процессе сжатия и рабочего хода.
Система фирмы Garric Engines похожа на VGT, однако вместо поперечного распреддиска использовано шесть поворотных золотников. В 2009 году свой тороидальный мотор, принципиально повторяющий канадский, разработали американцы Гарри Келли и Рик Айвас (видео выше). По их оценке, тор полуметрового диаметра обеспечивал бы 230 л.с. и около 1000 Н•м всего при 1050 об/мин. Но… На сайте их фирмы Garric Engines сейчас висит заглушка «Спасибо за интерес. В будущем страница может быть обновлена». Возможно, чуть лучшая судьба ждёт так называемый нутационный двигатель, придуманный американцем Леонардом Мейером в 2006 году — его хотя бы построили в нескольких экземплярах.
Главный принцип нутационного диска: в процессе работы он не вращается вокруг вала, а качается из стороны в сторону. Добавив перегородки, получаем отсеки, в которых газ может сжиматься и расширяться. Нутация по-латински означает «кивать». Мейер сформировал четыре рабочие камеры переменного объёма между корпусом мотора и «кивающим» по сторонам диском, который играет роль поршня. Диск разрезан пополам вдоль своего диаметра и нанизан на Z-образный вал, с которого и снимается мощность. За газообмен отвечают каналы и клапаны в корпусе.  Рабочий диск показан в разрезе. Минимализму, уравновешенности и лёгкости нутационной конструкции позавидует даже двигатель Ванкеля. Прототипы мотора Мейера построила компания Baker Engineering и родственная ей Kinetic BEI. С единственным диском диаметром 102 мм агрегат развивает семь сил, а с парой дисков по 203 мм — уже 120! Длина двухдискового двигателя — 500 мм, диаметр — 300, а рабочий объём — 3,8 л. На килограмм веса — 2,5−3 «лошади» против одной-двух у массовых атмосферных ДВС (из немассовых некоторые моторы Ferrari выдают больше трёх сил на килограмм, но при высоченных 9000 об/мин). Литровая мощность, правда, не впечатляет. Ныне Baker и Kinetic вроде как доводят проекты до ума, хотя особой активности на их сайтах не видно.  За один оборот вала в двухдисковом нутационном агрегате происходят те же четыре рабочих хода, что и в восьмицилиндровом поршневом «четырёхтактнике». На фото — одно- и двухдисковые рабочие прототипы. (Кстати, из двух дисков в принципе можно создать и машину с разделённым циклом, одному отдать сжатие смеси, другому рабочий ход.)
В 2010 году нутационный мотор попал в зону интереса исследовательского центра ВВС США. Гарри Смит, менеджер лаборатории, демонстрирует внутренности мотора и объясняет, что особую ценность конструкция представляет для лёгкой авиации. Идея роторных агрегатов различного типа так часто привлекает новаторов, будто один лишь отход от знакомой схемы даёт существенное повышение характеристик. Так, Николай Школьник, выходец из СССР, давно перебравшийся в США, с сыном Александром разработал мотор, напоминающий двигатель Ванкеля, вывернутый наизнанку. Ротор арахисовой формы также вращается в треугольной камере, но в отличие от агрегата Ванкеля уплотнители закреплены не на поршне, а на стенках камеры.
В роторе LiquidPiston есть полость, играющая свою роль в газообмене. Процесс сгорания проходит при постоянном объёме, а затем идёт расширение — это один из факторов, повышающих КПД. Для развития конструкции Школьники основали фирму LiquidPiston, которой заинтересовалось оборонное агентство DARPA — теперь оно софинансирует эксперименты в расчёте на перспективы работы «арахисовых» агрегатов в лёгких летательных аппаратах, включая беспилотники, и в переносных генераторах. Опытный моторчик рабочим объёмом 23 см³ обладает неплохим для таких габаритов КПД в 20%. Теперь авторы нацелены на дизельный прототип весом около 13 кг и мощностью 40 л.с. для установки на гибридный автомобиль. Его КПД якобы вырастет уже до 45%.  Первый образец мотора Школьников можно положить на ладонь. Он весит 1,8 кг и может заменить вдесятеро более тяжёлый поршневой ДВС карта (показан слева). Мощность всего 3 л.с., но классический двигатель такого размера был бы ещё слабее. Последний рассмотренный нами мотор демонстрирует, что идея плоского агрегата (ротор ведь можно сделать очень узким) заманчива. Вместе с тем для её реализации сами роторы не так обязательны — достаточно «оквадратить» традиционный поршень и, соответственно, сделать прямоугольным на виде сверху цилиндр. Этой странной разработке фирмы Pivotal Engineering уже несколько лет, в течение которых создан ряд образцов, приводивших в движение мотоциклы и самолёты. Авторы адресуют так называемый качающийся поршень в первую очередь авиации. Помимо высоких выходных характеристик по отношению к весу и габаритам, такой двухтактный агрегат отлично поддаётся форсировке за счёт прохождения сквозь неподвижную ось поршня (рисунок ниже) жидкостного канала охлаждения. С иной схемой такой трюк затруднителен.  Задумка компании Pivotal Engineering из Новой Зеландии представляет собой мотор с качающимися прямоугольными (в плане) поршнями. Один их край закреплён на неподвижной оси, второй — связан с шатуном. Справа — четырёхцилиндровый образец на 2,1 л. За пределами нашего обзора осталось ещё много экзотических разработок вроде 12-роторного мотора Ванкеля, двигателя Найта или агрегатов со встречными поршнями, ДВС с изменяемой степенью сжатия или с пятью тактами (есть и такие!), а ещё роторно-лопастные агрегаты, в которых составные части ротора совершают движения, будто сходящиеся и расходящиеся лезвия ножниц.  Ещё пример чудачеств — H-образный двигатель, объединяющий в себе две рядные «пятёрки». Автор патента Луи Хернс полагает, что одну половину агрегата можно адаптировать под бензин, а другую — под метан и активировать их как врозь, так и вместе. Даже беглый экскурс за пределы классических ДВС показал, сколь большое количество идей не находит массового воплощения. Роторы часто губит проблема износа уплотнений. Роторно-лопастные варианты вдобавок страдают от высоких знакопеременных нагрузок, разрушающих механизм связи лопастей и вала. Это только одна из причин, почему мы не встречаем такие «чудеса» на серийных автомобилях. Вторая — в том, что и традиционные ДВС не стоят на месте. У последних бензиновых образцов с циклом Миллера термический КПД доходит до 40% даже без турбонаддува. Это много. У большинства бензиновых агрегатов — 20−30%. У дизелей — 30−40% (на крупных судах — до 50). А главное — глобальная альтернатива ДВС уже найдена. Это электромоторы и силовые установки на топливных элементах. Поэтому если изобретатели диковинок не решат все технические проблемы в самое ближайшее время, вырулить с обочины прогресса перед электричками они попросту не успеют. www.drive.ru Альтернативные двигателиНынешние цены на бензин заставляют активно искать альтернативу этому виду горючего. И если о массовом переходе на водород или топливные элементы пока говорить рано (в силу дороговизны и сложности подобных устройств), то замена бензина дровами – технология уже известная. Но оправданна ли она? Оборудовав ГАЗ-52 самодельной газогенераторной установкой, группа инженеров Житомирского агроэкологического университета не изобрела… Читать далее » Раздел: Альтернативные двигатели ТранспортМодель двигателя на постоянных магнитах. Гуляя просторами интернета я обратил внимание на странные споры вокруг так называемых вечных двигателей, причем основная часть авторов сайтов и комментаторов осациируют вечный двигатель с генераторами энергии, принцип работы которых основан на взаимодействии постоянных магнитов (двигателя на постоянных магнитах). Мое личное мнение – нет, и не может быть ничего… Читать далее » Раздел: Альтернативные двигателиВоздушный двигатель Идея этого альтернативного воздушного двигателясовершенно проста и не нова, основана на принципе работы простейшего парового двигателя. Напомню в краце, там для получения полезной энергии используется вода, которая вследствие нагревания превращается в пар, результатом чего является повышение давления. Затем этот пар (под высоким давлением) передается на турбину (или поршнь), с которой по средствам вала или редуктора… Читать далее » Раздел: Альтернативные двигатели ТранспортДвигатель Шаубергера своими руками В настоящее время двигатель Шаубергера пользуется большой популярностью и рассматривается как альтернативный двигатель. Что представляет собой подобное устройство, и в чем его преимущества. Как создать двигатель Шаубергера своими руками? Австрийский инженер Виктор Шаубергер работал над созданием электрогенератора, в котором турбина отличалась от конструкций обыкновенных водяных электростанций. Идея двигателя Шаубергера… Читать далее » Раздел: Альтернативные двигатели Изобретения Своими рукамиГидростатический двигатель Уважаемые участники сайта, позвольте предложить Вам тему связанную с альтернативной энергетикой — гидростатический двигатель. Возникла идея построить действующий гидростатический двигатель (описание и принцип действия для понимания сути идеи выложу ниже), но нужен взгляд со стороны и желательно не один, и критические замечания. Также нужны расчеты движущего элемента и маховика — для примера,… Читать далее » Раздел: Альтернативные двигатели Изобретения Водородный генератор-это вид оборудования, при правильной установке которого можно снизить расхода топлива мотоцикла, легкового или грузового автомобиля, а также сократить количество вредных выбросов в атмосферу. При помощи батареи питания и генератора постоянного тока вода разлагается на кислород и водородный газ (HHO), который попадает в двигатель и потом выделяется в атмосферу. HHO улучшает качество сгорания топлива… Читать далее » Раздел: Альтернативные двигатели Генератор Адамса относится к классу безтопливных самовосстанавливающихся зарядных устройств. Самым главным преимуществом данного устройства является абсолютная независимость от погодных условий (ветрогенераторам нужна постоянная и, желательно, сильная ветреная погода, а генераторы на солнечных элементах весьма критичны к яркости солнечного освещения и в ночное время обычно не работают). Конструкция генератора Адамса «Вега»: Конструкция генератора Адамса (как и перечисленных выше ветрогенератора и… Читать далее » Раздел: Альтернативные двигатели В настоящее время двигатель Шаубергера пользуется большой популярностью и рассматривается как альтернативный двигатель. Что представляет собой подобное устройство, и в чем его преимущества. Как создать двигатель Шаубергера своими руками? Австрийский инженер Виктор Шаубергер работал над созданием электрогенератора, в котором турбина отличалась от конструкций обыкновенных водяных электростанций. Идея двигателя Шаубергера заключалась в создании вихря внутри камеры,… Читать далее » Раздел: Альтернативные двигателиalternattiveenergy.com Альтернативные двигателиНеобходимость охраны среды обитания от загрязнения отработавшими газами автомобилей и требования топливной экономичности поставили перед конструкторами транспортных средств вопрос: насколько бензиновые (карбюраторные) двигатели перспективны для будущего автомобильного транспорта и какие двигатели могут прийти им на смену. В качестве альтернативных карбюраторному стали предлагаться дизели, роторный двигатель, газовая турбина, паровая поршневая машина, паровая турбина, двигатель «внешнего» сгорания (Стирлинга), инерционный двигатель и некоторые другие. Токсичность выхлопных газов у карбюраторного и дизельного двигателей
Дизельный двигатель. Считается, что в борьбе за уменьшение загрязнения воздушного бассейна дизельные двигатели могут сыграть существенную роль. Относясь к классу двигателей внутреннего сгорания, дизель отличается от карбюраторного двигателя: имеет более высокие степени сжатия, которые обеспечивают самовоспламенение топлива, ввиду этого отпадает надобность в системах электрического зажигания; вместо карбюратора используются топливные форсунки, осуществляющие под большим давлением впрыск топлива в цилиндры. Дизельный двигатель выделяет значительно меньше окиси углерода и углеводородов. В его отработавших газах содержится даже меньше окислов азота, если по этому компоненту его сравнивать с бензиновыми двигателями с особо высокой степенью сжатия. Однако крупными недостатками дизелей являются дымность, неприятный запах и более высокий уровень шума. Тем не менее более высокая тепловая экономичность дизелей (эксплуатационный к. п. д. 30—35% вместо 20—25% у карбюраторных двигателей), способность работать на более дешевом (дизельном) топливе, возможность получения относительно больших мощностей предопределили дизелю доминирующее положение в мировом грузовом автомобильном парке и парке автобусов. К этому следует добавить, что ряд автомобильных фирм уже в течение многих лет выпускает и легковые автомобили с дизельными двигателями, причем выпуск таких автомобилей возрастает. В нашей стране осуществляется дизелизация грузового и автобусного парков и разрабатываются меры по использованию дизелей на легковых автомобилях. Ведутся серьезные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по дальнейшему совершенствованию дизелей: повышению топливной экономичности, удельной мощности, надежности и долговечности, а также снижению металлоемкости, токсичности отработавших газов. Одна из важных мер, позволяющих достичь поставленных целей, — применение так называемого турбонаддува, т. е. постановка на дизель специального турбокомпрессора для нагнетания в цилиндры большего количества воздуха. На лучших образцах получен к. п. д., равный 45%. Основные выводы из исследований и опыта эксплуатации дизельных автомобилей, проведенных в СССР и за рубежом, сводятся к тому, что предстоит расширение производства этих автомобилей. Прогнозируется, что в мире к 1990 г. 10% всех легковых автомобилей будут иметь дизели, а к 2000 г. их удельный вес возрастет до 25—30%. Роторный двигатель. Это — бензиновый двигатель, имеющий принципиально иную конструкцию основного силового агрегата. У роторного двигателя нет цилиндров и шатунно-кривошипной группы. Вместо поршней с их возвратно-поступательными движениями он имеет вращающийся ротор, который передает крутящий момент через зубчатую передачу. В роторном двигателе нет клапанов, а лишь впускное и выпускное отверстия. Не разбирая подробно конструкционные и технико-экономические характеристики этого двигателя (меньшая масса, компактность, высокооборотность, большая удельная мощность на единицу массы, простота производства, отсутствие вибраций, способность работать на топливе с низким октановым числом и др.), отметим, что он дает несколько менее токсичный выхлоп в результате меньшего содержания окислов азота. В силу конструкционных особенностей и компактности роторный двигатель облегчает установку дополнительных приборов для очистки отработавших газов и улучшает протекание реакций в них ввиду более высокой температуры отработавших газов (несмотря на более низкую температуру сгорания). Давно запатентованный немецким механиком Ванкелем роторный двигатель в течение многих лет дорабатывался в ФРГ, где небольшое их производство было начато лишь в 1964 г. Японские промышленники, приобретшие лицензию на двигатель Ванкеля, затратили много времени на его доводку и лишь к середине 60-х годов создали работоспособную конструкцию. В 1967 г. фирма «Тойо Когио» начала серийный выпуск автомобилей «Мацуда» с роторным двигателем и к 1980 г. выпустила миллион таких автомобилей, часть которых была продана за границей. С 1970 г. автомобили с роторными двигателями начали выпускаться фирмой «Ситроен» во Франции. Концерн «Дженерал моторс», перекупивший лицензию у Японии, также проводил работы над усовершенствованием двигателя Ванкеля и намечал с 1974 г. расширить выпуск автомобилей с роторным двигателем. Однако позднее этот концерн отказался от продолжения работ над указанным двигателем. В связи с энергетическим кризисом производство автомобилей с роторными двигателями не получило большого развития, за исключением упомянутой выше фирмы в Японии, которая вложила в исследования и организацию производства этих двигателей большие капиталы и которая продолжает их выпуск, совершенствуя одновременно конструкцию. Главная причина лежит в меньшей экономичности роторного двигателя по сравнению с традиционным поршневым. Кроме этого, до конца не удалось преодолеть существенные конструкционные трудности с обеспечением необходимой плотности между корпусом (блоком) двигателя и ротором по мере износа их в процессе эксплуатации. В силу названных причин новые автомобили с роторными двигателями почти перестали появляться на выставках (салонах) автомобилей. Тем не менее ряд зарубежных фирм продолжают работы над этим двигателем. У нас в стране также проводятся исследования и разработка роторных двигателей. В течение ряда лет ведутся работы на Волжском автомобильном заводе, где совместно с Автомобильным и моторным институтом (НАМИ) разработаны и изготовлены экспериментальные образцы роторного двигателя, предназначенного для установки на автомобили ВАЗ «Жигули». Газотурбинный двигатель. В течение последних 25—30 лет проводятся исследования и экспериментальное конструирование газотурбинных двигателей для автомобилей. Газовые турбины, как известно, широко применяются на воздушном транспорте. Они имеют малую массу, рекордную удельную мощность, компактность, малое число подвижных частей, плавность работы и другие качества. Попытки применить газотурбинный двигатель на автомобиле предприняты давно. Еще в 1959 г. в СССР был создан экспериментальный автобус, оборудованный газотурбинным двигателем. Во время его испытаний были обнаружены существенные недостатки, среди которых важное место занимала низкая топливная экономичность двигателя, а также трудности приспособления его к условиям работы транспортного средства (малая приемистость, невозможность динамического торможения). Из зарубежных стран интерес к этому двигателю проявили США, Великобритания, Швеция. К настоящему моменту в мире построены сотни газотурбинных экспериментальных автомобилей. Многие конструкторы считают газовую турбину более перспективной для тяжелых грузовых автомобилей и автобусов, хотя имеются прецеденты создания и легковых автомобилей. Так, еще на выставке 1969 г. в Чикаго фирма «Шевроле» показывала легковой автомобиль «Астра-III» с газотурбинным двигателем мощностью 230 кВт при массе турбины 70 кг. В СССР в 1970 г. был изготовлен карьерный самосвал грузоподъемностью 120 т с газовой турбиной мощностью 880 кВт. Позднее на новой модели грузового автомобиля МАЗ-6422 проходил испытания новый отечественный газотурбинный двигатель мощностью 260 кВт. В 70-х годах компания «Вильямс» (США) разработала газовую турбину для массового легкового автомобиля мощностью 60 кВт. В качестве достоинств этого двигателя называли отсутствие вибрации, малошумность, возможность работы без системы водяного охлаждения и достаточно чистые отработавшие газы. Тогда же были опубликованы прогнозы, согласно которым в США в 1980 г. намечалось выпускать 50 тыс. автомобилей с газотурбинными двигателями. Однако прогнозы эти не оправдались. Основная причина заключается в меньшей экономичности созданных газовых турбин против карбюраторного двигателя и особенно дизеля. Недостаточный к. п. д. газовой турбины связан с относительно невысокой температурой рабочего процесса. Повышение этой температуры требует применения дорогих жаропрочных металлов и сложных конструкций турбинных лопаток. В этом смысле большой интерес представляют сообщения печати об испытании в Швеции экспериментального автомобиля с газовой турбиной, в конструкции которой использована жаропрочная керамика. Пока же газотурбинный двигатель остается сложным по конструкции и дорогим. Что касается отработавших газов, то результаты большинства испытаний говорят о существенно меньшей их токсичности в части окиси углерода и углеводородов. Об удельном весе окислов азота приводятся противоречивые данные: по одним сведениям окислов азота у газовых турбин меньше, чем у дизелей и карбюраторных двигателей, по другим — больше. Дальнейшие эксперименты позволят устранить это противоречие. Таким образом, пока недостаточно оснований считать газовую турбину серьезной альтернативой традиционным автомобильным поршневым двигателям внутреннего сгорания. Паровой двигатель. Требование сохранить в чистоте воздушный бассейн заставило некоторых конструкторов снова вернуться к почти забытой идее создания парового автомобиля. Во Франции и в ряде других, стран они появились более 100 лет назад. Тихоходные, но работоспособные паровые «омнибусы» в Париже совершали рейсы еще в 1873 г. Тогда же были созданы и легковые автомобили с паровыми двигателями. Один экземпляр такого автомобиля на четыре места, построенного французской фирмой «Жардне-Серполле», можно видеть сейчас в национальном музее в Праге. Паровая машина, размещенная под полом автомобиля, позволяла ему развивать скорость 65 км/ч. Паровые автомобили продолжали выпускаться и работать много лет спустя и после создания двигателя внутреннего сгорания и были окончательно сняты с производства в начале 30-х годов (в Великобритании). В США, Японии, Австралии и ряде европейских стран сделаны попытки создать образцы современных паровых автомобилей разных категорий. Так, в США еще в 1968 г. были построены две модели легковых автомобилей. Конструкция их включает водотрубный парогенератор, двигатель — паровую машину высокого давления, вспомогательную машину низкого давления (для приведения в действие водяного насоса и вентилятора радиатора). Однако усовершенствованная паровая машина, а позднее легкий бензиновый двигатель, высокоэкономичный дизель и, наконец, газовая турбина полностью вытеснили громоздкий, плохо сбалансированный (а потому шумный), неэкономичный воздушный двигатель. Сейчас этот двигатель возрождается на новой технической основе. Современный двигатель внешнего сгорания представляет собой герметически закрытый цилиндр, заполненный над поршнем сжатым гелием или водородом. При сгорании топлива газ через стенку цилиндра нагревается и опускает поршень. Отработавший газ направляется в камеру охлаждения, а поршень возвращается в исходное положение. После этого порция холодного газа поступает в камеру расширения (над поршнем) для нагрева и рабочего хода. Помимо высокого к. п. д., равного 35—40% и более, двигатель внешнего сгорания может работать на любом топливе и дает минимальное загрязнение воздуха окисью углерода и углеводородами, поскольку горелка работает в стабильном режиме с оптимальным соотношением топлива и воздуха. Он практически бесшумен. Полагают, что при использовании тепла, например, расплавленного лития, такой двигатель может вообще обходиться без сжигания топлива, что важно и реально при работе в черте города. Фирма «Филипс» разработала аккумуляторы тепла энергоемкостью до 23 кВт-ч. К настоящему моменту построено достаточно много опытных образцов двигателя Стирлинга мощностью от 7 до 265 кВт, предназначенных для автомобилей, автобусов, судов и в качестве стационарных. Испытания таких двигателей ведутся в СССР, США, ФРГ, Швеции, Нидерландах и других странах. К трудным и еще не полностью решенным проблемам относятся: сложность конструкции и необходимость обеспечения в течение срока эксплуатации двигателя полной герметичности для сохранения рабочего тела (гелия или водорода). Отмечается также высокая стоимость двигателя Стирлинга. Поэтому двигатель Стирлинга пока не может конкурировать с двигателями внутреннего сгорания. Инерционный двигатель (маховик) — самый древний двигатель, так как гончарный круг, которому более 5 тыс. лет, по существу является маховиком. Идея использования кинетической энергии маховика для движения не нова. Более 100 лет назад русский инженер В. И. Шуберский исследовал возможности маховика как транспортного двигателя. Однако реализацию эта идея получила в середине XX в. В этот период в Швейцарии было выпущено 17 городских «жиробусов», которые эксплуатировались в течение 16 лет в Швейцарии. Основу двигателя на этих машинах представлял маховик массой 1,5 т (10% от массы автобуса), который перед началом движения в течение 25 мин раскручивался электродвигателем до 3000 об/мин и «запасал» 9 кВт-ч энергии. После раскручивания обратимый электродвигатель, соединенный с маховиком, работал уже как динамомашина, питая тяговые двигатели жиробуса, который мог развивать скорость до 50 км/ч и проходить путь до следующей подзарядки (раскручивания) до 5 км. Фактически скорость жиробуса составляла 20—25 км/ч. На пути 2,5 км он расходовал 60% запаса энергии и требовал подзарядки. Поэтому зарядные устройства были размещены через 1,0—1,2 км, что соответствовало и требованиям размещения остановок для пассажиров. Большим преимуществом маховика является его экологическая чистота, имея в виду отсутствие токсичных отходов и практическую бесшумность, а также высокий к. п. д. Но самым главным недостатком следует признать его малую энергоемкость, а следовательно, незначительный пробег между подзарядками. Тем не менее исследования и эксперименты с этим типом двигателя продолжаются. В США, например, спроектирован супермаховик массой 100 кг, который, по расчетам авторов, при 30 000 об/мин может обеспечить пробег легковому автомобилю 160 км. Хотя реализация такого проекта принципиально возможна, предстоит решить немало сложных научно-технических задач и определить экономическую целесообразность его применения в массовом производстве. Оригинальный легковой автомобиль разработан и выпущен в конце 70-х годов в США. Автомобиль шестиместный с экономичным двигателем мощностью 44 кВт. В багажнике смонтирован тяжелый стальной маховик диаметром 950 мм и массой 231 кг. Вращаясь на магнитных подшипниках в вакууме, маховик при 15 000 об/мин развивает мощность 100 кВт. Через электрогенератор эта мощность передается тяговому электродвигателю, а затем на ведущие передние колеса. Начальная раскрутка маховика производится от внешней электросети. Данный автомобиль может работать как: обыкновенный на двигателе внутреннего сгорания при остановленном маховике; электромобиль от маховика, обеспечивающего запас хода в 36 км при скорости 48 км/ч; машина от двигателя внутреннего сгорания и маховика одновременно. В границах населенных пунктов водитель может выключать двигатель и использовать только энергию маховика, а за их пределами — экономичный двигатель внутреннего сгорания, резко повышая мощность силовой установки за счет подключения энергии маховика при кратковременной необходимости ускорить разгон или поднять скорость движения на крутом подъеме, при обгоне и в других ситуациях (до 151 км/ч). Нетрудно понять, что такой сложный автомобиль дорог как в устройстве, так и в эксплуатации. В Советском Союзе исследуется возможность использования маховиков как источников энергии для транспортных средств. В этом направлении, в частности, ведутся работы в Институте проблем механики АН СССР. Источник: И.Я. Аксенов, В.И. Аксенов. Транспорт и охрана окружающей среды. Изд-во «Транспорт». Москва. 1986 Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter. www.activestudy.info обзор, принцип работы. Двигатель на магнитахВозможность получения свободной энергии для многих учёных в мире является одним из камней преткновения. На сегодняшний день получение такой энергии осуществляется за счёт альтернативной энергетики. Природная энергия преобразовывается альтернативными источниками энергии в привычную для людей тепловую и электрическую. При этом такие источники обладают основным недостатком — зависимостью от погодных условий. Подобных недостатков лишены бестопливные двигатели, а именно — двигатель Москвина. Двигатель МосквинаБестопливный двигатель Москвина представляет собой механическое устройство, которое преобразует энергию наружной консервативной силы в кинетическую энергию, которая вращает рабочий вал, без потребления электроэнергии или какого-либо вида топлива. Такие устройства являют собой фактически вечные двигатели, работающие бесконечно долго до тех пор, пока прилагается усилие к рычагам, а детали не изнашиваются в процессе преобразования свободной энергии. В процессе работы бестопливного двигателя образуется бесплатная свободная энергия, потребление которой при подключении генератора является законным. Новые бестопливные двигатели представляют собой универсальные и экологически чистые приводы для различных механизмов и устройств, которые работают без вредных выбросов в окружающую среду и атмосферу. Изобретение в Китае безтопливного двигателя сподвигло учёных-скептиков на проведение экспертизы по существу. Несмотря на то, что многие аналогичные запатентованные изобретения находятся под сомнением по причине того, что их работоспособность в силу определённых причин не была проверена, модель бестопливного двигателя полностью работоспособна. Образец устройства позволил получить свободную энергию.
Бестопливный двигатель на магнитахРабота различных предприятий и оборудования, как и каждодневный быт современного человека, зависит от наличия электрической энергии. Инновационные технологии позволяют практически полностью отказаться от использования подобной энергии и устранить привязку к определённому месту. Одна из подобных технологий позволила создать бестопливный двигатель на постоянных магнитах. Принцип работы магнитного электрогенератораВечные двигатели делятся на две категории: первого и второго порядка. Под первым типом подразумевают оборудование, способное вырабатывать энергию из воздушного потока. Двигателям второго порядка для работы требуется поступление природной энергии, — воды, солнечных лучей или ветра — которая преобразуется в электрический ток. Несмотря на существующие законы физики, учёные смогли создать вечный бестопливный двигатель в Китае, который функционирует за счёт производимой магнитным полем энергии. Разновидности магнитных двигателейНа данный момент выделяют несколько видов магнитных двигателей, для работы каждого из которых требуется магнитное поле. Единственное различие между ними — конструкция и принцип работы. Двигатели на магнитах не могут существовать вечно, поскольку любые магниты теряют свои свойства спустя несколько сотен лет. Самая простая модель - двигатель Лоренца, который реально собрать в домашних условиях. Для него характерно антигравитационное свойство. Конструкция двигателя строится на двух дисках с разным зарядом, которые соединены посредством источника питания. Устанавливают её в полусферический экран, который начинает вращаться. Такой сверхпроводник позволяет легко и быстро создать магнитное поле. Более сложной конструкцией является магнитный двигатель Серла.
Асинхронный магнитный двигательСоздателем асинхронного магнитного двигателя был Тесла. Его работа строится на вращающемся магнитном поле, что позволяет преобразовывать получаемый поток энергии в электрический ток. На максимальной высоте крепится изолированная металлическая пластина. Аналогичная пластина зарывается в почвенный слой на значительную глубину. Через конденсатор пропускается провод, который с одной стороны проходит через пластину, а с другой — крепится к её основанию и соединяется с конденсатором с другой стороны. В такой конструкции конденсатор выполняет роль резервуара, в котором накапливаются отрицательные энергетические заряды. Двигатель ЛазареваЕдинственным работающим на сегодняшний день ВД2 является мощный роторный кольцар — двигатель, созданный Лазаревым. Изобретение учёного отличается простой конструкцией, благодаря чему его можно собрать в домашних условиях при помощи подручных средств. Согласно схеме бестопливного двигателя, используемую для его создания ёмкость делят на две равные части посредством специальной перегородки — керамического диска, к которому крепят трубку. Внутри ёмкости должна находиться жидкость — бензин либо обычная вода. Работа электрогенераторов такого типа основывается на переходе жидкости в нижнюю зону ёмкости через перегородку и её постепенном поступлении наверх. Движение раствора осуществляется без воздействия окружающей среды. Обязательное условие конструкции — под капающей жидкостью должно размещаться небольшое колёсико. Данная технология легла в основу самой простой модели электродвигателя на магнитах. Конструкция такого двигателя подразумевает наличие под капельницей колёсика с закреплёнными на его лопастях маленькими магнитами. Магнитное поле возникает только в том случае, если жидкость перекачивается колёсиком на большой скорости.
Двигатель ШкондинаНемалым шагом в эволюции технологий стало создание Шкондиным линейного двигателя. Его конструкция представляет собой колесо в колесе, которая широко применяется в транспортной промышленности. Принцип работы системы строится на абсолютном отталкивании. Такой двигатель на неодимовых магнитах может быть установлен в любом автомобиле. Двигатель ПерендеваАльтернативный двигатель высокого качества был создан Перендевым и представлял собой устройство, которое для производства энергии использовало только магниты. Конструкция такого двигателя включает в себя статичный и динамичный круги, на которые устанавливаются магниты. Внутренний круг беспрерывно вращается за счёт самооталкивающей свободной силы. В связи с этим бестопливный двигатель на магнитах такого типа считается наиболее выгодным в эксплуатации. Создание магнитного двигателя в домашних условияхМагнитный генератор можно собрать в домашних условиях. Для его создания используются три вала, соединённых друг с другом. Расположенный в центре вал обязательно поворачивается к остальным двум перпендикулярно. К середине вала крепится специальный люцитовый диск диаметром четыре дюйма. К другим валам крепятся аналогичные диски меньшего диаметра. На них размещают магниты: восемь посередине и по четыре с каждой стороны. Основанием конструкции может выступить алюминиевый брусок, который ускоряет работу двигателя.
Преимущества магнитных двигателейК основным достоинствам подобных конструкций относят следующее:
Недостатки двигателейНесмотря на имеющиеся преимущества, у бестопливных генераторов есть и свои минусы:
Двигатель АлексеенкоПатент на бестопливный двигатель Алексеенко получил в 1999 году от Российского агентства по товарным знакам и патентам. Для работы двигателю не требуется топливо — ни нефть, ни газ. Функционирование генератора строится на энергии магнитных полей, создаваемых постоянными магнитами. Обычный килограммовый магнит способен притягивать и отталкивать порядка 50–100 килограммов массы, в то время как оксидно-бариевые аналоги могут воздействовать на пять тысяч килограммов массы. Изобретатель бестопливного магнита отмечает, что настолько мощные магниты для создания генератора не требуются. Лучше всего подойдут обычные — один к ста либо один к пятидесяти. Магнитов такой мощности достаточно для работы двигателя на 20 тысячах оборотов в минуту. Мощность будет гаситься за счёт передающего устройства. На нём и располагаются постоянные магниты, энергия которых приводит двигатель в движение. Благодаря собственному магнитному полю ротор отталкивается от статора и приходит в движение, которое постепенно ускоряется из-за воздействия магнитного поля статора. Такой принцип действия позволяет развить огромную мощность. Аналог двигателя Алексеенко можно применять, к примеру, в стиральной машине, где его вращение будет обеспечиваться маленькими магнитами.
Создатели бестопливных генераторовСпециальное оборудование к автомобильным двигателям, которое позволяет машинам передвигаться только на воде без использования углеводородных добавок. Подобными приставками сегодня оснащаются многие российские автомобили. Использование подобного оборудования позволяет автомобилистам сэкономить на бензине и снизить количество вредных выбросов в атмосферу. Для создания приставки Бакаеву понадобилось открыть новый тип расщепления, который и использовался в его изобретении. Болотов — учёный XX века — разработал автомобильный двигатель, которому для запуска требуется буквально одна капля топлива. Конструкция такого двигателя не подразумевает цилиндров, коленчатого вала и любых других трущихся деталей — они заменены двумя дисками на подшипниках с небольшими зазорами между ними. Топливом является обычный воздух, который расщепляется на азот и кислород на высоких оборотах. Азот под воздействием температуры в 90оС сгорает в кислороде, что позволяет двигателю развить мощность в 300 лошадиных сил. Русские учёные, помимо схемы бестопливного двигателя, разработали и предложили модификации многих других двигателей, для функционирования которых требуются принципиально новые источники энергии — к примеру, энергия вакуума.
Мнение учёных: создание бестопливного генератора невозможноНовые разработки инновационных бестопливных двигателей получили оригинальные наименования и стали обещанием революционных перспектив в будущем. Создатели генераторов сообщали о первых успехах на ранних этапах тестирования. Несмотря на это, в научной среде до сих пор скептически относятся к идее бестопливных двигателей, и многие учёные высказывают свои сомнения на этот счёт. Одним из противников и главных скептиков является учёный из Калифорнийского университета, физик и математик Фил Плейт. Учёные из противоборствующего лагеря придерживаются мнения о том, что сама концепция двигателя, не требующего для работы топлива, противоречит классическим законам физики. Баланс сил внутри двигателя должен сохраняться всё то время, что создаётся тяга внутри него, а согласно закону импульса, такое невозможно без использования горючего. Фил Плейт не раз отмечал, что для ведения разговоров о создании подобного генератора придётся опровергнуть весь закон сохранения импульса, что нереально сделать. Проще говоря, для создания бестопливного двигателя требуется революционный прорыв в фундаментальной науке, а уровень современных технологий не оставляет и шанса на то, чтобы сама концепция генератора такого типа рассматривалась всерьёз. На аналогичное мнение наводит и общая ситуация, касающаяся подобного типа двигателя. Рабочей модели генератора на сегодняшний день не существует, а теоретические выкладки и характеристики экспериментального устройства не несут никакой существенной информации. Проведённые замеры показали, что тяга составляет порядка 16 миллиньютонов. При следующих измерениях данный показатель увеличился до 50 миллиньютонов. Британец Роджер Шоер ещё в 2003 году представил экспериментальную модель бестопливного двигателя EmDrive, разработчиком которой он и являлся. Для создания микроволн генератору требовалось электричество, добываемое посредством использования солнечной энергии. Данная разработка вновь всколыхнула в научной среде разговоры о вечном двигателе. Разработка учёных была неоднозначно оценена в NASA. Специалисты отметили уникальность, инновационность и оригинальность конструкции двигателя, но при этом утверждали, что добиться значимых результатов и эффективной работы можно только в том случае, если генератор будет эксплуатироваться в условиях квантового вакуума. fb.ru Альтернативные двигатели внутреннего сгорания | Проект Заряд
Известные альтернативные вариантыНаиболее известный альтернативный вариант двигателя внутреннего сгорания предложил в 1957 году изобретатель Феликс Ванкель. Мотор представляет собой четырехтактный механизм с ротором треугольной конфигурации. Придает вращающий момент ротору планерная передача, за счет чего объем камеры между треугольником и статором постоянно варьируется. Главным достоинством двигателя Ванкеля является экономичность конструкции агрегата – для него требуется более чем на треть меньшее количество деталей, чем для образца классического типа. Кроме того, такой мотор, сохраняя первоначальную мощность, весит в два раза меньше, нежели стандартный двигатель внутреннего сгорания. Главным недостатком изобретения Ванкеля следует признать малый рабочий ресурс, вызванный низким качеством уплотняющих материалов и большим расходом топлива. Еще один интересный альтернативный вариант кривошипно-шатунного двигателя предложил ученый А.С. Абрамов. Его разработка предлагает систему преобразования стандартного прямолинейного движения поршня во вращающий момент, за счет скольжения роликового механизма, прикрепленного к ротору. Подробные научные исследования данного варианта в настоящий момент должным образом не проведены, поэтому возможность работы такого двигателя при больших мощностях достоверно неизвестны. zaryad.com Альтернативные двигатели внутреннего сгорания от попаданцевТак случилось, что о некоторых технических новинках я узнал из художественных произведений про попаданцев, в том числе и про новые и не очень конструкции двигателей внутреннего сгорания, предлагаю их вашему вниманию. Двигатель Ибадуллаева В произведении с самиздата “Атоммаш” Макгваера Артура, в первой его версии, я впервые встретил упоминание про Двигатель Ибадуллаева, по сути это модификация обычного ДВС, отличающаяся более высокой степенью сжатия и немного измененным режимом работы, что позволяет увеличить мощность двигателя как минимум в 2 раза. Как известно именно недостаточная мощность авиадвигателей, заметно сказывающаяся на главных характеристиках боевых самолетах, была одной из главных проблем нашей авиации в начальный период Великой отечественной войны, такой двигатель тогда бы очень пригодился, да и танковый дизель можно было бы сделать компактнее и изменить конструкцию Т-34. http://www.youtube.com/watch?v=F9qlm16DU7c Встраивание запрещено пользователем ((( http://www.youtube.com/watch?v=zXkylKpeoIg http://www.youtube.com/watch?v=xy_r5fVYhJc Оппозитный турбо дизель с противоположно движущимися поршнями – OPOC. В произведении “Звоночек” Михаила Маришина - http://alternathistory.org.ua/mikhail-marishin-dizel-reshaet-vse-skachat ГГ решает двигать в СССР двигателестроение (извиняюсь за каламбур), и предлагает конструкцию оппозитного Дизеля, создание которого в нашем времени спонсирует Билл Гейтс, двигатель намного компактнее классического дизеля, и как минимум в 2 раза дешевле, так как 1 цилиндр заменяет 4 в классическом дизеле, что для встающего на ноги СССР очень важно. http://www.youtube.com/watch?v=uP7gGUCPJj0 http://www.youtube.com/watch?v=xJ3q6a78Oi0 http://www.youtube.com/watch?v=5Y8QqeuvArE Однако ГГ на этом не останавливается, когда промышленность не может увеличить выпуск топливной аппаратуры для дизелей, то “изобретает” Двигатель Кушуля, этот двигатель был разработан профессором Кушулем в начале 70-х, особенность этого двигателя в том что детонации в нем невозможны в принципе, что позволяет использовать в нем низкосортный бензин, и даже керосин, опят же в СССР тогда качественного бензина было мало. Подробная статья о двигателе - http://www.studiplom.ru/Technology/DVS_bez_dima.html http://www.youtube.com/watch?v=HTaaiur_DsM
alternathistory.com Альтернативный дизельный двигатель В-8 | Альтернативная ИсторияА не лепо ли ны бяшеть, братие, начати старыми словесы трудных повестий о дизельном двигателъ. О моторъ осьмицилиндровом V-образном, рекомом же В-8. В предыдущем материале так и остался неразрешенным один существенней вопрос – почему такой замечательный во всех отношениях танковый мотор М-100Т прожил такую яркую, но несправедливо короткую жизнь. Будучи принят на вооружение в 1939 году. Он уже в 1940 году уступил свое место в МТО уникальнейших танков дизелю В-8. Благодаря искренней и бескорыстной помощи нашего коллеги Юрия 27 этот досадный пробел в интереснейшей истории предвоенного танкостроения был заполнен.
Причины снятия с производства мотора М-100Т. В процессе обсуждения предыдущего материала с коллегами, и с учетом рекомендаций Юрия 27 о том, как правильно убить адаптировать авиационный двигатель для танка, был построен график мощности танкового двигателя М-100Т. С наложением на него упрощенных графиков реально существовавших танковых моторов. Графики предельно упрощенные. Кто учился в технических вузах, знает, что реальные точки снимаемых параметров редко ложатся на идеальную линию. Чаще всего они представляют собой замысловатый зигзаг бешено петляющего зайца. Но петляющего вокруг той самой идеальной линии теоретического графика.
А идеальный график зависимости мощности «длинноходного» поршневого двигателя от оборотов в минуту представляет собой графическое отображение логарифмической функции на большей части траектории, представляющей собой практически линейную зависимость. Плавный выгиб графика начинается только при приближении к максимально возможным значениям.
Поэтому в качестве опорных точек выбраны мощности на оборотах меньших максимально возможных для рассматриваемых двигателей. У М-100А согласно учебнику график зависимости мощности на подходе к 2400 об/мин тоже представляет собой прямую линию. Остается соединить начало координат и опорные точки - как известные, так и расчетные. Не айс, но кто может - пусть сделает лучше.
Что характерно – график мощности М-100А без ПЦН лежит в непосредственной близости от графиков дизелей серии В-2. Сказывается их близкое родство. А график дизеля В-2-34, развивающего 450 л.с. при 1750 об/мин ляжет буквально один в один. К глубокому сожалению не все рекомендации смогли быть использованы. Так Юрий 27 обоснованно настаивал на ещё большем изменении степени сжатия (Опубликовано Юра 27 в чт, 02/07/2015 - 14:03. " ... был М-17 со ст. сж. 6,0 и работал на 70-ом бензе, а со ст. сж. 7,3 уже на 85-ом бензе"). И учета при расчете затрат на центробежный вентилятор, чьи безвозвратные потери мощности на практике доходят до 16% (Опубликовано Юра 27 в Втр, 30/06/2015 - 12:02."...в танке мотор вращает немаленький центробежный вентилятор ...). Но куда уж дальше? Мотор М-100Т и так показал худшие расчетные характеристики в сравнении, как с реальными советскими моторами, так и британским Роллс-Ройсом. Даже древний «Либерти» и убитый «в не хочу» М-17Тд (дросселированный) выглядят на его фоне вполне респектабельно. Тем не менее, он худо-бедно, но смог бы работать. Чисто теоретически. Практика же с обычной бесцеремонностью показала, как далек обычный необразованный народ от лучших своих инженеров-конструкторов. Оказалось, что зависимость мощности двигателя от оборотов попирает фундаментальные физические законы. Чисто конкретно и в наглую. Максимальная мощность на зависть конструкторам Роллс-Ройса ушла в заоблачные высоты практически вертикально (Опубликовано Юра 27 в чт, 09/07/2015 - 15:55. "...макс. мощность М-100Т известна (915-950 л/с)..."). А картина расхода топлива после снятия ПЦН изменилась настолько причудливым образом, что продолжение разработок в том же направлении грозило составить конкуренцию грозненским нефтепромыслам. Поговаривали даже, что при определенных условиях М-100Т может переходить в жидкое и. возможно, газообразное состояние – надо только обнаружить «реперную точку» (Опубликовано Юра 27 в чт, 09/07/2015 - 15:55), то есть точку фазового перехода. Именно поэтому мотор в срочном порядке изъяли танковых частей, а документацию засекретили. Причем настолько серьёзно, что даже стоимость двигателя впоследствии пришлось определять с помощью гадания на кофейной гуще. Заодно в вековой пыли архивов похоронили и секрет того, «в одну повозку впрячь как можно быка и трепетную лань» – динамика мотора в пару раз превосходила возможности трансмиссии. На этом фоне совершенно затерялся вздох облегчения обычного пехотного Вани. И то, одно дело ручками и ножками разгонять под горочку относительно легкий БТ, и совершенно иной компот – работать бурлаком при более чем двадцати трех тонном Т-111. Новое сердце нового танка. Основным танковым мотором назначили V – образный восьмицилиндровый дизельный двигатель. «Новый дизель получается значительно проще, дешевле (в полтора раза), легче, меньше и экономичнее двенадцатицилиндрового В-2». Ибо если уж в РИ создали V12, то сделать V8 - да как два пальца об асфальт. Тем более, что «при условии производства мотора в СССР тридцатых годов, надёжность V-8, всегда будет выше таковой V-12». Потому, что такое «уменьшение даёт увеличение прочности, которым страдал В-2 в 38г. … за счёт меньшей длины нагруженных частей, ГБЦ, блока, КВ и РВ-ов». Создан на базе задела по дизельному двигателю В-2. Мощность – 340 л.с. при 1800 оборотах в минуту и весе порядка 600 кг. Мотор В-8 «можно легко форсировать до 400 л.с.». В то же время аналогичные мероприятия, проводимые с реальным В-2, приводили «к катастрофическому падению ресурса мотора». А тут имеем «резерв для повышения мощности при сохранении удовлетворительного ресурса в условиях войны». В общем информации о совершенно новом моторе – бездна. Давайте попробуем в неё шагнуть. Шаг № 1. Возможности производства, дефектации и доводки. Дизельный двигатель В-2 (он же БД-2) пилили с 1933 года. Под него создали опытовое производство. В 1938 году начали выпускать пробные серии. С подготовкой к развертыванию крупносерийного производства. Рыбинский завод НКАП выпускавший танковые моторы готовился к свертыванию непрофильных заказов – авиации во всевозрастающих количествах требовались моторы серии М-10Х, так как в серию предполагалось запускать истребители Як и ЛаГГ. В 1939 году опытовое производство В-2 разворачивается в отдельный серийный завод. Еще пару лет идет доводка серийного изделия. Из них – более чем полтора года мирного времени при широчайших возможностях набрать статистику при различных режимах эксплуатации на машинах массой от 15 до 50 тонн, от тихоходных тягачей до быстроходных танков, от сухопутной техники до речных судов. М-100Т сделан на базе мотора с ресурсом 50-100 часов в 1934 году. Не принят к производству. В 1939 году запускается в производство с моторесурсом в 250 часов. Кто, по чьему заказу, на какие средства и на какой технической базе занимался доводкой мотора? Климов? У него с 1934 по 1939 годы – М-100, М-100А, М-103, М-103А, М-105 с модификациями. Где производить? В Рыбинске? Завод зашивается с заказами НКАП. Для танковых моторов остается только бывший цех № 400, с 1939 года завод № 75 – производитель В-2. Так что дизель в чулан и работаем карбюраторный мотор. И забить о нем на года полтора. А через означенный срок с не меньшим итузизизмом возвращаемся к производству дизеля. В общем, завод плющит, колбасит и прет. Печаль. На конец 1940 года по дизелю ни опыта серийного производства и какой-либо статистики по выработке на отказ. Даже если принять за данность, завод в пятницу прекратил выпуск М-100Т, а в понедельник начал производство В-8, потерян целый год мирного времени на доводку двигателя. А июню 1941 года наработка статистики по эксплуатации откровенно убогая, как по времени, так и по режимам – исключительно танки и исключительно массой не выше 25 тонн. Так что при равном уровне «детских болезней» у В-8 намного меньше шансов стать в военные годы нормальным мотором, чем у реального В-2. Хотя может у него существуют конструктивные предпосылки для этого? Шаг № 2. Такой простой мотор. Что такое конструктивная простота? Это отсутствие в конструкции мотора элементов осложняющих его расчет, работу и изготовление. Так рядный двигатель всегда проще V-образного даже при одинаковом или большем количестве цилиндров. А дизельный мотор всегда проще карбюраторного – у него принципиально отсутствует целая система, система зажигания. Что имеем в сравнении В-8 с В-2? Оба дизели. Оба V-образные. Все системы идентичны. Технологическая простота определяется номенклатурой использованного для изготовления изделия оборудования и деталей, а не собственно количеством одноименных элементов. То есть, при одинаковых условиях принципиальной разницы по простоте-сложности между В-2 и В-8 нет. Но являются ли условия одинаковыми. Шаг № 3. Опыт. V-образные восьмерки в СССР перед войной делать пытались. Наиболее яркой попыткой в этом деле был МТ-5. 320 л.с. при весе в 920 кг. И его не менее массивный дизельный вариант ДМ-8(ДМТ-5). И если карбюраторная версия вполне успешно работала, то дизель всей сложности политического момента не осознал и работать нормально отказался наотрез. Видимо он не знал, что раз уж V12 В-2 работает. То ему сам Юра 27 велел. Хотя тут дело видимо попроще – за спиной у В-2 целая линейка серийных советских 12-ти цилиндровых V-образных двигателей, от М-5 до АМ-34. А из восьмерок только давно забытый еще в начале 30-х годов мотор М-6. В результате серийные дизельные V8 для тяжелых грузовиков появились в СССР только в 50-х годах ХХ века. Причем при мощности около 300 л.с. весили они более 1000 кг.
Шаг № 4. Использование задела по В-2. Если мы вспомним рядную шестерку В-4, то она взяла от своего прародителя максимум возможного. Фактически из крупных деталей новым был только верхний картер, даже коленвал ничем принципиально не отличался от используемого на В-2. От последнего «просто отцепили» поршневую группу прицепных шатунов вместе с цилиндрами, головкой блока и газораспределительным механизмом. И то поимели изрядный геморой. А вот у В-8 такого простого отцепления не получится. В результате уборки группы цилиндров изменяется длина мотора и соответственно длины обоих картеров, блоков цилиндров, ГРМ и коленчатого вала. Изменяются технологические карты и литьевые формы. Из-за изменения угла развала цилиндров изменяется и форма коленвала. Газораспределительный механизм также имеет меньшую длину и настроен под совершенно иной порядок работы цилиндров. Короче говоря, из задела по В-2 на В-8 можно использовать только вкладыши цилиндров, поршни и шатуны. Да ещё топливную и масленую системы, плюс генератор. Всё остальное придется проектировать заново. И сделать это за один год против пяти лет разработки В-2 несколько оптимистично. Ну, может хоть с надежностью все в порядке? Шаг № 5. Надежность. Начнем с коленчатого вала. Если исходить из того, что коленчатые валы лежат на двух опорах (в начале и конце) – то да, вал V12 легче сломать, чем более короткий V8. Проблема только в малом. В сущем пустяке. Каждое колено вала имеет собственную точку опоры – коренной подшипник. У V8 их пять, а у V12 – уже семь. В результате, что у В-8, что В-2 при идентичном режиме работы нагрузка на каждое колено вала будет абсолютно идентична. Та же самая история с верхним картером, основной несущей конструкцией мотора. Он имеет секционную структуру из-за поперечных стенок, к которым крепятся упомянутые коренные подшипники коленвала, дополнительно усиленную ребрами жесткости и упорами. В результате каждая секция воспринимает исключительно свою нагрузку. И трещины, возникавшие в картере БД-2 и повреждения коленчатых валов при работе, совершенно не имели отношения к длине деталей. Причина – вибрации. Причина вибраций – выход из строя коренных подшипников. Причина этой неисправности – плохая работа системы смазки. Из-за уменьшения длины мотора совершенно не исчезнут и дефекты, отправившие на свалку ни один дизельный мотор, том числе и упоминавшийся ДМ-8. Так анализ эксплуатационных данных различных видов дизельных двигателей (как рядных, так и V-образных) позволяет считать наиболее уязвимыми узлами: детали ЦПГ, топливную аппаратуру, органы управления выпуском. То есть поломки и износы поршневых колец, приводящие к задирам поршней во втулках; износ и деформация собственно цилиндровых втулок, трещины по перемычкам клапанных гнезд, отверстий под направляющую втулку, пробоины, прогорания; отказы вплоть до разрушения топливных и масленых насосов; выход из строя топливных, масленых и воздушных фильтров. В общем, проблемы надежности дизельных моторов В-8 и В-2 относятся к категориям одного порядка и не находятся в прямой зависимости от длины этих двигателей. Однако одно существенное конструкционное различие между этими моторами таки имеется. На В-8 по неизвестным причинам отказались от коренного и упорного подшипников рабочего конца (носка) коленвала. Соответственно все осевые и радиальные нагрузки от КПП танка принимаются на совершенно не предназначенный для этого пятый коренной подшипник в дополнение к нагрузкам от шатунно-поршневой группы. Как следствие – значительно более быстрый выход этой детали из строя, чем у В-2. Шаг № 6. Режимы работы. Поскольку мотор основан на цилиндро-поршневой группе В-2, с той же степенью сжатия, укомплектован теми же топливной, масленой и воздушной системами, работает на оборотах равных номинальному режиму В-2 и выдает мощность кратную уменьшению количества цилиндров – имеем полное основание говорить, что условия работы В-8 в целом идентичны условиям работы реального мотора В-2. То есть по мотору имеем точно такую же нагрузку на кривошипно-шатунный механизм, что и в реальности. Внешняя нагрузка если и изменилась, то не в лучшую сторону. Удельная мощность альтернативных танков: Т-10 – 17,17 л.с./т; Т-10М – 15,9 л.с./т; Т-11 – 14,4 л.с./т. А у Т-34-76 образца 1940 года – 19,5 л.с./т. Для моделей 1941/1942 годов – 17,54 л.с./т. То есть для дизельмотора В-2 в реальности имели место, хоть и незначительно, но более щадящие условия работы. Соответственно надежность мотора в строевых частях будет определяться исключительно трудом, вложенным в него в процессе разработки, наладки серийного производства и доводки уже серийного изделия. На июнь 1941 года мотор В-8 в этом отношении безоговорочно проигрывает реальному двигателю В-2 – полтора года против семи с половиной лет затраченного труда конструкторов, технологов, испытателей и строевых механиков. Шаг № 7. Возможности по форсированию. Тут вообще печаль. Предпосылок к тому, что на разгоне В-8 будет работать надежнее, чем В-2 нет никаких. Более того для достижения 400 л.с. альтернативный двигатель придется раскручивать до 2100 об/мин с соответственным снижением надежности по элементам кривошипно-шатунного механизма. А достижение мощности в 500 л.с. возможно лишь при раскручивании коленчатого вала до почти 2700 оборотов в минуту. Так все подшипники посыпятся. А поршня начнут снимать с цилиндров стружку. То есть при той же мощности, в сравнении с В-2, нагрузка на кривошипно-шатунный механизм увеличится в полтора раза. С соответственным снижением моторесурса. В общем, при сопоставимой мощности за то же время, что в РИ ушатывали два В-2, в альтернативе переведут на металлолом три В-8. Если судить по непонятно как рассчитанной цене – полный паритет в финансовых затратах. А если по весу – то два 750 кг В-2, выгоднее трех 600 кг В-8. Килограммов на триста металлоемкости. А это уже говорит, что уменьшение цены В-8 определено не верно. И всё это при том, что В-2 по своим габаритам спокойно становится на место убермотра М-100Т. Вывод: альтернативный дизельный восьмицилиндровый V-образный двигатель В-8 «создан» банальным масштабированием В-2 без учета элементарных последствий этого «инженерно-конструкторского» шага. Характеристики подвижности основных танков с В-8 хуже, чем в РИ с В-2. Применение по типам машин ограничено. Перспектив сравнимых с В-2 не имеет. В качестве силовой установки средних танков 50-х годов, и перспективных ОБТ не представляет ни какого интереса. alternathistory.com | |||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
Двигатель внутреннего сгорания был изобретен в далеком 1765 году. Его работа основана на преобразовании химической энергии топлива в механическую работу. Данный процесс становится возможным, благодаря сгоранию бензина или солярки, находящихся в рабочей зоне агрегата. Недостатки мотора подобного типа вполне очевидны – чрезмерно сложная система настройки глушителей, системы зажигания/впуска, а также низкий коэффициент полезного действия. Устаревший кривошипно-шатунный механизм, как правило, оказывается не в состоянии обеспечить КПД выше 35-40%. Однако и главное преимущество двигателя внутреннего сгорания выглядит весьма солидно – он экономичнее всех существующих моторов, за исключением некоторых экзотических образцов. Пытаясь максимально использовать преимущества двигателя подобного типа и стараясь устранить недостатки, люди издавна пытались разработать и применить его альтернативные версии.
