Кпд роторного двигателя: Тема КПД | Роторные двигатели

Содержание

Тема КПД | Роторные двигатели

КПД (коэффициент полезного действия) — это степень эффективности использования энергии топлива в моторе, чем он выше, тем больше тепловой энергии от сограния топлива преобразуется в двигателе в механическую энергию вращения главного вала. Тем меньше потребляет топлива мотор на единицу выдаваемой мощности.

СТАТЬЯ №1

 

КПД ДВИГАТЕЛЯ – ТЮНИНГ ГЛОБАЛЬНЫХ ИДЕЙ,
Есть ли перспективы совершенствования двигателей?

 

Современные двигатели внутреннего сгорания еще много десятилетий назад – с появлением непосредственного впрыска и систем турбонаддува поступающего в цилиндры воздуха, достигли сегодняшних значений КПД и топливной эффективности. Поэтому на сегодняшний день мировые корпорации – производители двигателей для автомобилей и прочей техники тратят огромные деньги и многие годы усилий, чтобы за счет больших затрат и значительного усложнения конструкции двигателей повысить КПД всего на 2 – 3 %. Усилия и затраты оказываются совершенно не сравнимы с получаемым результатом. Итог всего этого — как в известной пословице – «гора родила мышь».

Кстати именно поэтому во всех крупных странах действует целая индустрия «тюнинга двигателя», т.е. огромное количество мелких фирм, полукустарных мастерских и отдельных спецов, которые берутся как-то довести стандартные двигатели массовых марок машин до более высоких показателей мощности, тяговитости и пр. Т.е. подвергают двигатель доводке, доработке, форсироанию и проч. ухищрениям, которые в народе определяеются как тюнинг двигателя.

Но все эти мероприятия и технические дествия над моторами очень стандартны по своей сути и всем этим тюнинг — идеям уже минимум по пол-сотни лет. Напомню, что турбонаддув поступающего в двигатель воздуха был успешно применен еще в 20-х годах прошлого века, а первый патент в США на такое устройство получил швейцарский инженер Альфред Бюхи аж в 1905 году… А системы прямого впрыска топлива в цилиндры массово применялись в поршневых моторах военной авиации уже в начальный период 2-й мировой войны.

Т.е. всем современным «передовым» техническим системам борьбы за повышение КПД и топливной эффективности двигателей уже под сто лет, или даже более того. При всех этих ухищрениях общий КПД лучших бензиновых двигателей (с искровым принудительным зажиганием) не превышает 25-30 %, а КПД лучших дизельных моторов в их самых экономичных крупногабаритных вариантах (у которых множество сложных дополнительных устройств) многие десятилетия ни как не может перевалить за 40-45 %. У малых дизелей КПД процентов на 10 ниже.

В этой статье мы постараемся коротко и популярным языком изложить основные задачи и определить теоретические возможности создания двигателя внутреннего сгорания с уверенным КПД выше 50%.

* * *     Итак – КПД двигателя, если судить по учебникам для технических ВУЗов состоит из двух значений: термодинамического КПД и механического КПД
.

Первое значение указывает, какая часть выделяемого в двигателе тепла превращается в полезную работу, а какая зазря уходит в окружающее пространство. Механический КПД же указывает, какая часть активной работы двигателя бесполезно тратиться на преодоление различных механических сопротивлений и привод дополнительной техники в самом двигателе.

Но почему-то во всех учебниках в понятие общего КПД не вводят понятие «топливная эффективность». То есть значение, которое будет показывать, какое количество топлива полезно сгорает и превращается в итоге в тепло и объем рабочих газов, а какое количество топлива не сгорает и идет на выхлоп в виде паров топлива или продуктов его неполного сгорания. Именно эту, несгоревшую часть топлива, в современных «высокоэффективных» автомобилях дожигают в катализаторах, которые устанавливаются в выхлопных трубах. Т.е. выхлоп за счет применения этих систем оказывается достаточно чистым, но топливную эффективность и КПД двигателя эта система ни как не повышает. А наоборот снижает – ибо чтобы «прокачать» порцию выхлопных газов сквозь «густую сетку» каталитических поверхностей, двигателю приходится работать как солидному насосу и тратить на это дело немалую часть своей мощности.

Конечно, в формулах подсчета КПД эта категория как-то присутствует, но присутствует не явно и робко. Например в такой форме, как, например, в одной из формул общего теплового баланса имеется составляющая «Q н.с. — тепло, получаемое при неполном сгорании». Но все эти подходы страдают некоей нечеткостью, поэтому я постараюсь изложить все предельно четко и максимально системно.

Итак, общий КПД двигателя будет раскладываться на 3 основные части:

  • топливная эффективность;
  • термический КПД;
  • механический КПД;

 

Суть этих значений такова:

Топливная эффективность — показывает, какое количество топлива эффективно сгорело в двигателе и превратилась в объем рабочих газов высокой температуры и высокого давления, а какая часть топлива так и не была сожжена и в виде продуктов неполного сгорания, обугленных частиц (в виде дыма, копоти и сажи), или вообще практически в виде чистых паров топлива, прошла двигатель напрямую и вылетела в выхлопную трубу. Когда вы стоите рядом со старым работающим отечественным автомобилем, особенно с грузовиком, и чувствуете сильный запах бензина – этот результат как раз дает такой неэффективных тип частичного сгорания топлив;.
    Термический КПД – показывает, какое количество тепла, полученого от сжигания топлива, превращается в полезную работу, а какое – бесполезно рассеивается в окружающем пространстве;
    Механический КПД

– показывает, какое количество механической работы превращается в силу крутящего момента на главном валу и передается потребителю, а какое – бесполезно расходуется на трение или затрачивается на привод обеспечивающих механизмов;

Рассмотрим, кратко все эти позиции:
    Топливная эффективность – на эту тему внятных данных, ни в старых советских учебниках по теории и расчету ДВС, ни в бесконечных ресурсах современного интернета найти не удалось.
Внятные и осмысленные данные удалось обнаружить в тех сведениях по расчету каталитических дожигателей несогоревшего топлива для современных автомобилей. Ведь им же надо четко расчитывать производительность своих дожигателей на некий объем поступающих несгоревших в двигателях углеводородов. Так вот, из этих данных следует, что поршневые моторы (дизели тоже) сжигают в среднем не более 75% топлива, а вот 25% паров топлива и продуктов его неполного сгорания идет в выхлопную трубу и нуждается в услугах дожигателя (чтобы не отравлять окружающую среду). Т.е. в существующих на сегодня двигателях полноценно сгорает и переводится в тепло не более 75% топлива. Для 2-х тактных двигателей это значение еще меньше.

Термический КПД – в среднем поршневые двигатели обладают этим КПД в размере 35-40%. Т.е. около 65 % вырабатываемого тепла выбрасывается без пользы в окружающюю среду через систему охлаждения и с выхлопными газами.

    Механический КПД – в среднем 10% работы двигателя уходит на трение между собой его деталей и на привод вспомгательных механизмов двигателя.

В итоге – по сумме термических и механических потерь современные поршневые двигатели небольших размеров и мощностей имеют КПД не более 30%.
В крупных двигателях, типа судовых дизелей или больших двигателей железнодорожных локомотивов и грузовых автомоилей, энергию экономить проще, но о них мы говорить не будем.

Но – значение КПД в 30% не учитывает долю не сгоревшего топлива, т.е. не принимает во внимание полноценность сгорания паров топлива в двигателе. Полагаю, что с учетом этого параметра, значение реального КПД поршневых бензиновых двигателей будет не выше 20%, а дизелей — чуть больше, примерно на 5-7 %.

Результат — это лучше чем паровые машины на угле с их 7-8% КПД, но все равно еще очень мало.
Задумаемся – почему в понятие КПД не вошла указанная «топливная эффективность»? Почему понятие КПД явно пропускает мимо своего внимания долю топлива, которая не дает «взнос» своей части в процесс горения и образования тепла? Т.е. из понятия КПД выпадает большая часть потерь современных двигателей и цифры современных значений КПД без учета этих потерь явно завышены?

Истина кроется в самом значении термина «коэффициент полезного действия».

Т.е. это определение доли полезной работы – «действия», и доли бесполезной работы. Какая- то работа или выделение энергии идет на пользу, а какая-то (например – на преодоление трения, или энергия тепла, теряемая с выхлопом) – идет без пользы, но она есть и эта энергия осязаема и учитываема. Но вот потери от не сгоревшего топлива не проявляются ни в виде бесполезного тепла или не целевой работы. Эти «минусы баланса» — это никак не потери работы или убытки тепла. Это потери, топлива в чистом виде. Т.е. это потери ни в джоулях, ни в атмосферах, а в граммах и литрах. А к таким потерям нельзя применить измерение или учет по категории потерянное давление или упущенное тепло, бесполезное действие или излишне затраченная работа.

Поэтому чисто по правилам формальной логики КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ и не должен учитывать эти потери. Для этой цели должен быть иной индикатор и определитель, но его в широком употреблении такого четкого и внятного параметра нет. Вот мы и получаем заведомо урезанный и излишне благостный показатель эффективности современных двигателей – показатель КПД, который учитывает только часть потерь…

А на самом деле суммарная эффективность современных ДВС оказывается заметно ниже, чем постулируемый повсеместно КПД в 35-40 % эффективности. Ведь учитывается только и полезное действие и теряемая зря энергия и лишняя работа, производимая за счет сгоревшей части топлива. А вот потери не сгоревшей части топлива из общего баланса топлива, поступившего в двигатель, так полноценно и не определяются…

РЕВИЗИЯ И ИНВЕНТАРИЗАЦИЯ ПОТЕРЬ В ПОРШНЕВОМ ДВСПостараемся кратко рассмотреть и проанализировать все потери энергии, заключенной в топливе, поочередно по позициям, изложенным выше. И затем — обдумать возможности избавления от этих потерь. Т.е. постараемся сформулировать концепцию и набросать общие черты совершенного двигателя.
* * *

     Первый уровень потерь – неполное сгорание топлива в камерах сгорания двигателя. Все специалисты знают – что топливо в современных двигателях сгорает неполноценно и часть его идет на выхлоп с отработавшими газами. Именно поэтому современные ДВС отравляют воздух продуктами неполного сгорания углеводродов и для получения «чистого выхлопа» в выхлопную трубу современных авто ставят каталитический дожигатель, который «дожигает» топливо на поверхностях своих активных элементов. В итоге- топливо, не сгревшее в цилиндрах, бесполезно окисляется в этих катализаторах. Зато выхлоп становится чище. Но и цена этих катализаторов с поверхностями из родия и платины- весьма высока и работают они ограниченный срок.

    Задача – получить двигатель ПОЛНОСТЬЮ сжигающий топливо в своих камерах сгорания и полностью переводящий энергию химических связей топлива в тепло и большой объем простых газов горения, типа водяного пара и СО2.

Анализ сегодняшнего неблагоприятного положения: Вначале рассмотрим — почему в традиционных поршневых двигателях топливо сгорает не полностью. Что мешает реализации процесса полноценного сгорания?

Основная трудность в поршневых двигателях на эту тему – нехватка кислорода для горения, а так же осуществление процесса горения в одном технологическом такте с расширением газов горения. Последнюю ситуацию можно описать и другими словами- Рабочей Смеси не хватает времени для полноценного сгорания. Эти «родовые болезни» поршневых двигателей практически неизлечимы, поэтому инженерная мысль за более 120 лет попыток от них избавиться так и не нашла способа сделать это.

Рассмотрим подробно этот недостаток: итак при нахождении поршня в Верхней Мертвой Точке (ВМТ), сжатая Рабочая Смесь (РСм) поджигается. Начинается процесс горения, который течет какое –то время. Примерное горание Рабоч СМеси в современном высокооборотном моторе длиться около миллисекунды – 0,001 сек. А вообще все 4 такта происходят за 0,02-0,04 сек.

Известно, что для полноценного и полного сгорания паров топлива желательны высокая температура и высоке давление. Но сразу после прохождения поршнем ВМТ он начинает движение вниз со значительным увеличением объема надпоршневого пространства. Т.е. по мере распространения фронта горения Рабочей Смеси (РСм) в камере сгорания первые порции сгоревшей РСм будут гореть при высокой температуре и большом давлении. Но вот последние порции горящей РСм оказываются в условиях резко снижающегося давления и падающей температуры. Соответственно – полноценность горения резко падает, а то и прекращается вообще. По этой причине часть РСм сгореть не успевает или сгорает не полноценно. Поэтому часть паров топлива идет в выхлопную трубу и в выхлопных газах непременно присутствуют продукты не полного сгорания углеводородов топлива. Итог – часть топлива не сгорает и не превращает свою энергию в тепло, а затем — во вращение главного вала двигателя, а только загрязняет и отравляет окружающий воздух.

Устранить этот недостаток практически невозможно, так как сама принципиальная конструкция поршневого двигателя предполагает важнейшим принципом соединение в одном технологическом такте «горение – расширение» двух разных процессов: горения и расширения продуктов горения. Эти процессы трудно объединить, так как каждый из них оптимально протекает в условиях взаимоисключающих оптимальные условия для другого процесса.

Действительно – процесс сгорания сжатого заряда РСм будет лучше всего происходить в запертой камере неизменного объема. В термодинамике этот процесс определяется как «изохорный» процесс. Т.е. заряд РСм будет сгорать полностью и переводить в тепло и давление всю энергию химических связей углеводородов топлива в замкнутой камере в условиях резко нарастающих давления и температуры.
А процесс расширения будет лучше всего происходить в условиях невысокой температуры (для обеспечения смазки скользящих и трущихся поверхностей рабочих элементов двигателя), при легком движении главного рабочего органа (поршня).
Как видим – в поршневых двигателях оба эти условия полноценно не могут соблюдаться, поэтому объединенный процесс «сгорания- расширения» идет по «компромисному сценарию», когда для каждого из процессов создаются мало подходящие условия, но в итоге- они все же позволяют как-то реализовывать течение этих совместных процессов хотя бы на 50% эффективности. В итоге – процесс работы современного поршневого двигателя- это технологии сплошных трудных компромиссов и значительных потерь.

В итоге такого «компромисного брачного союза» с потерями для обеих участвующих в деле сторон мы получаем следующий результат:
горение происходит в условиях резкого расширения камеры сгорания, да еще при значительно низкой температуре стенок цилиндра. В итоге- топливо сгорает не полноценно и малоэффективно, да еще и часть тепла от сгоревшего топлива теряется при нагреве холодных стенок охлаждаемого цилиндра. Т.е. горение происходит в крайне неэффективных условиях.
расширение происходит в условиях высоких температур от совмещенного с расширением процесса горения. Именно поэтому стенки цилиндра приходится охлаждать, ибо масло для смазки трущихся поверхностей поршня и цилиндра при температуре более 220 С°, теряет свои «скользкие свойства» и трение начинается «на сухую», а обугленное масло спекается в твердые частицы, которые еще больше начинают мешать этому процессу.


Отчасти выход из тупика процесса «горения – расширения» находят, устраивая «раннее зажигание», чтобы как можно меньшая часть горения РСм происходила на линии скоростного расширения и высокого увеличения объема камеры сгорания. Но это вынужденная и чреватая иными побочными неприятностями схема. Так как «ранее зажигание» предполагает поджиг РСм и создание начального этапа рабочего давления газов горения еще до прихода поршня в ВМТ, т.е. на завершающем этапе такта «сжатие». Следовательно, инерции работы кривошипно-шатунного механизма (КШМ) приходится преодолевать это возникающее давление горящей РСм и сжимать за счет инерции вращения КШМ или работы других поршней, начавшую расширяться горящую РСм. Итог этого компромисса- резкое увеличение нагрузок на коленвал, поршни, шатуны и пальцы КШМ, как и уменьшение КПД. Т.е. двигатель оказывается ареной противоборства разнонаправленных сил.

Другая трудная тема поршневых двигателей – это нехватка кислорода. Правда, она характерна только для бензиновых двигателей (двигателей работающих с принудительным искровым зажиганием), дизели (двигатели работающие с воспламенением от сжатия) лишены этого недостатка. Но зато дизели взамен приобрели немало иных трудностей — большой вес, громоздкость и внушительные габариты. Действительно – эффективного дизеля приемлемых габаритов объемом менее 1,2 литра никому создать не удалось… Это двигатель самого маленького дизельного автомобиля Audi-А2. А уход дизелй в совсем малые габариты имеет печальный результат. Так — малые дизеля Владимирского тракторного завода Д-120 (они ставятся на мини-трактора) при мощности 25-30 л.с. имеют вес 280-300 кг. Т.е. на одну лошадиную силу мощности приходится 10 кг веса. У других производителей во всем мире положение похожее.
Итак, топливо сгорает не полностью, когда РСм «богатая», т.е. в ней много паров топлива и мало воздуха (кислорода). Такая РСм не имеет шансов сгореть полностью, для окисления углеводородов топлива просто не хватает кислорода. Итог — не сгоревшие по этой причине пары топлива идут на выхлоп. Но зато такая РСм горит быстро, хотя и неполноценно. Значит большая часть паров топлива все же сгорает и дает нужное давление и температуру.

Можно пойти другим путем — сделать «бедную смесь», т.е. в РСм будет много воздуха (кислорода) и мало паров топлива. В итоге в идеальном случае такая РСм будет иметь возможность сгореть полностью — все пары топлива сгорят на 100% с полным КПД. Но у такой РСм есть большой недостаток – она горит гораздо медленнее «богатой смеси» и в условиях реально действующего поршневого двигателя, где горение идет на линии скоростного увеличения объема, такая РСм просто не успевает полноценного сгорать. Так как значительная часть горения такой РСм попадает за счет малой скорости в условия резкого нарастания объема камеры сгорания и падения температуры. Итог – РСм опять сгорает не полностью даже в варианте «бедной смеси» и заметная ее часть идет не сгорев на выхлоп.

И опять топливная эффективность такого режима работы поршневого двигателя оказывается весьма низкой.
На малую обеспеченность процесса горения РСм кислородом играет так же способ управления карбюраторными двигателями- «количественный способ». Для того чтобы сбросить обороты двигателя и уменьшить его «тягу», водитель прикрывает дроссельную заслонку, тем самым он ограничивает доступ воздуха в карбюратор. В итоге- опять нехватка воздуха для горения топлива и опять плохая топливная эффективность… Инжекторные двигатели отчасти лишены такого недостатка, но остальные беды поршневого мотора в них проявляются «по полной программе».

Путь избавления от этого недостатка:
Нужно разделить два предельно противоречивых рабочих технологических процесса — «горение – образование рабочих газов высокого давления и температуры» и «расширение рабочих газов высокого давления и температуры». Тогда оба этих процесса можно начать осуществлять в специализированных камерах и устройствах при наиболее оптимальных параметрах. Т.е. горение будет происходить «изохорно» — в запертом объеме, при нарастающем давлении и увеличивающейся температуре. А расширение можно будет производить в условиях невысоких температур.

В принципе идея совершить такое «великое разделение» формулировалась различными изобретателями и инженерами различных стран достаточно давно. Например- разработки немецкой фирмы «DIRO Konstruktions GmbH & Co. KG», на тему поршневого двигателя с обособленной камерой сгорания. Но вот предложить теоретически красивую и технически работоспособную для реализации в металле схему, так пока никому не удалось. Та же немецкая фирмя «DIRO Konstruktions GmbH & Co. KG» начала получать патенты на свои разработки около 15 лет назад, но о реальных успехах в деле создания реально действующего двигателя у нее так и не слышно.

Итак- нужно обеспечить длительный процесс горения заряда РСм в запертом объеме – «изохорный процесс». В этих условиях можно будет сжигать заведомо «бедную смесь», с большим коэффициентом избытка воздуха, когда пары топлива будут сгорать полностью, давать максимально возможное количество тепла и газов горения, и при этом на выхлоп будут идти минимально токсичные продукты горения. Но это возможно сделать, лишь обеспечив достаточно длительное время горения заряда «бедной» РСм в запертом объеме при нарастающем давлении и значительной температуре. Что в поршневом двигателе обеспечить практически не возможно.

* * *
Второй уровень потерь – значительные потери тепла, полученного от сгорания «усвоенного двигателем топлива».
Тепловой баланс бензинового двигателя складывается таким образом :
1) – тепло переводимое в полезную работу: 35%;
2) – тепло теряемое с выхлопными газами : 35%;
3) – тепло теряемое от потерь через систему охлаждения: 30%;

Задача – получить двигатель имеющий минимальные потери тепла во внешнюю среду. В идеале можно поставить задачу создать двигатель с термическим КПД в 80%. Но даже если удастся добиться этого показателя в 65-70%, вместо 35 % на сегодня, это будет огромный скачок вперед. Т.е. двигатель той же мощности при таком КПД начнет расходовать в 2 раза меньше топлива, чем прежде.

Анализ сегодняшнего неблагоприятного положения: Вначале рассмотрим — почему в традиционных поршневых двигателях такие большие потери тепла «на сторону»? Что приводит к такому печальному положению?

Первая категория тепловых потерь — потери тепла с отводом через стенки цилиндров с системой охлаждения. Вообще для повышения значения термического КПД охлаждать двигатель не следует совсем. От этого температура деталей двигателя сразу поднимется- и от этого обуглится масло (которое создает пленку для легкого скольжения на поверхностях трения), и поршень перестанет легко двигаться в цилиндре и двигатель скоро заклинит. Здесь мы снова напарываемся на противоречия совмещения в одном такте двух процессов – горения и расширения. Температура во время вспышки горения в начальном периоде поджига РСм – достигает 3000 С°. А предельная температура масла, когда оно еще смазывает и спасает от трения, это 200 – 220 градусов. При превышении этого температурного порога масло начинает «гореть» и обугливаться. Для обеспечения высокого КПД двигатель охлаждать не разумно, но для обеспечения возможности движения основного рабочего органа – поршня, смазка жизненно необходима… Т.е. система охлаждения, позволяющая поршню двигаться в цилиндре — резко снижает термический КПД двигателя. Это осознанное и необходимое уменьшение КПД.

Вторая категория тепловых потерь – потери тепла с выхлопными газами. Температура выхлопных газов на выходе из цилиндров для разных типоразмеров и двигателей колеблется от 800 до 1100 С°. Поэтому в работающем на высоких оборотах двигателе выхлопные коллекторы порой начинают раскаляться до малинового свечения… Это значит только одно — энергия горения топлива, превратившаяся во внутреннюю энергию газов горения в виде их высокой температуры, теряется безвозвратно и совершенно бесполезно. Именно через этот канал «тепловых убытков» современные ДВС теряют около 35% энергии горения топлива. И превратить эту энергию в полезную работу чрезвычайно сложно, максимум, что удалось сделать – это вставить в выхлопной тракт турбину, которая крутит компрессор турбонадува. Этим достигается повышение давления воздуха, попадающего в цилиндры. И этим немного увеличивается КПД. Но – надо понимать, что турбина «улавливает» не повышенную температуру, а избыточное давление газов, покидающих цилиндр. Т.е. это немного другая тема и экономия иного рода.

Таким образом оказывается, что поршневой мотор плохо «перерабатывает» не только температуру, но и высокое давление рабочих газов. На самом деле – на выхлоп идут рабочие газы с избыточным давлением в 8 – 10 атмосфер. Это очень немало, стоит только вспомнить, что первые паровые машины в начале 19-го века имели рабочее давление в 3 или 3,5 атмосферы и успешно работали на угольных шахтах и в металлургических заводах, как и двигатели первые паровозы.

Тут все дело кроется в одинаковых геометрических размерах объема сжатия и объема расширения. У поршневого двигателя они равны, и ничего тут не поделаешь. В идеале – эти объемы должны быть разными. Ухищрение типа цикла Аткинсона, когда в поршневых двигателях объем сжатия оказывается меньше, чем объем расширения, малоэффективны, так как резко снижают силу крутящего момента двигателя.

Но увеличение объема камеры расширения позволит лишь превращать в полезную работу весь излишек избыточного давления, а вот повышенную температуру раскаленных газов горения топлива этим методом утилизировать не удастся. Единственно, что пришло на ум инженерам, так это для превращения высокой температуры в работу — впрыскивать в цилиндры воду. По идее: вода, превращаясь в пар высокого давления, будет резко повышать давление образовавшейся паро-газовой смеси и при этом значительно понижать её температуру. Но, в поршневом двигателе за более чем 80 лет усилий в этом направлении так ничего эффективного и работоспособного создать и не получилось. Поршневая схема двигателя внутреннего сгорания оказалась очень враждебной этой идее и не позволила встроить в цикл работы двигателя паровой такт или паровую фазу.


Надо сказать, что по основополагающему закону термодинамики, сформулированному почти 200 лет назад С. Карно, тепловой двигатель с предельно возможным КПД должен иметь максимальную температуру рабочих газов в начале рабочего цикла, и минимальную температуру рабочих газов в конце цикла.
Но в поршневом двигателе внутреннего сгорания максимально высокую температуру газов на первом этапе цикла мешает получить система охлаждения, а минимально избыточную температуру газов в конце цикла мешает получить невозможность встроить в схему двигателя паровую составляющую. В итоге мы сегодня пользуемся двигателями с термическим КПД около 35%, не многим лучше, чем 60 или 70 лет назад…

Путь избавления от этого недостатка: необходимо создать конструкцию двигателя, позволяющую проводить процесс сгорания топлива в теплоизолированной камере сгорания (для достижения максимальной температуры в начале рабочего цикла), а так же позволяющую включать на завершающем этапе работы горячих газов горения паровую фазу (для достижения минимальной температуры в конце рабочего цикла). Так же такая конструкция двигателя позволит обходиться без обособленной и громоздкой системы охлаждения, которая бы «выкидывала» тепло во внешнюю среду.

Заодно — двигателю не нужна будет громоздкая и тяжелая выхлопная труба, которая в традиционных поршневых моторах гасит грохот от отработавших газов, вылетающих «выстрелами» с избыточным двлением в 8-10 атмосфер. Ибо в предлагаемой конструкции избыточное давление выхлопных газов будет минимальным.

* * *
Третий уровень потерь – заметные потери мощности на преодоление сил трения, как и сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс, как и потери на привод вспомогательных механизмов. Эти потери определяются как механические потери. Они зависят от кинематической схемы двигателя. Но кроме собственно на механические потери, кинематическая схема и ее конструкция так же влияют на другой важнейший показатель работы, который не имеет прямого отношения к КПД: это режим и величина крутящего момента.

Задача – получить двигатель, имеющий минимальные механические потери. А так же обладающий постоянно действующим крутящим моментом высокого значения при небольших размерах самого двигателя. Высокий и стабильный крутящий момент позволяет обходиться без такой громоздкой и сложной системы транспортного средства как коробка переключения скоростей. Пример – транспорт с электродвигателями и паровыми двигателями.

 


Анализ сегодняшнего неблагоприятного положения: в стандартном поршневом (тронковом) двигателе реакция шатуна (поперечная составляющая этой реакции относительно оси цилиндра) на давление рабочих газов все время прижимает поршень то к одной стороне цилиндра, то к другой. Эта система работы двигателя требует постоянной смазки сильно трущихся поверхностей, и затрат на преодоление этих сил трения. Кроме того, при вращении кривошипа КШМ, проекция плеча, создающего крутящий момент, к вектору движения поршня все время меняется от «ноля» до «максимума» и обратно каждый рабочий ход. Такой все время скачкообразно пульсирующий режим крутящего момента малопригоден для привода исполнительных механизмов. И только на высоких оборотах поршневых двигателей сила крутящего момента заметно увеличивается. Но, высокие обороты (порядка 3-4 тыс. об. в мин.) не нужны большинству потребителей. Поэтому и приходится делать сложную и громоздкую коробку переключения передач, которая является неотъемлемой частью автомобилей, мотоциклов и пр.
&nbsp Кроме того механический КПД заметно уменьшается за счёт отбора мощности двигателя на привод его вспомогательных механизмов — помпы системы охлаждения, вентилятора охлаждения, распредвалов и клапанов газораспределения, электрогенератора и пр. А еще заметные потери мощности вызывает необходимость сжатия рабочей смеси, и чем выше степень сжатия, тем эти потери выше. Кроме того, заметные потери мощности может вызывать излишне ранее зажигание, когда двигатель вынужден, в конце 2-го такта «сжатие», сжимать начинающие расширяться продукты горения.

Путь избавления от этого недостатка: необходимо создать конструкцию двигателя, в котором бы давление рабочих газов не прижимало главный движущийся рабочий орган к неподвижному корпусу. При этом двигатель должен отличаться такой конструкцией, которая бы позволяла иметь постоянное плечо крутящего момента на всем пути движения главного рабочего органа двигателя. При этом на таком пути давление рабочих газов должно осуществляться как можно дольшее время, в идеале – стремиться к 100%. Напомню, что у 4-х тактных двигателей из полного цикла двигателя из 2-х оборотов вала, давление на поршень действует лишь пол оборота, да и то в режиме передачи этого давления с нестабильным плечом крутящего момента.

 

ИТОГ:

ИТАК- сформулируем условия, которые выдвигает научный подход, для того чтобы создать двигатель с высоким КПД:
1) Основные технологические процессы двигателя «горение» и «расширение» должны быть разделены и разнесены для реализации в разные технологические камеры. При этом сгорание должно происходить в запертой камере, в условиях нарастающей температуры и увеличивающегося давления.
2) Процесс сгорания должен происходить достаточное время и в условиях избытка воздуха. Это позволит на 100% сжигать рабочую смесь.
3) Объем камеры расширения должен быть значительно больше камеры сжатия, минимум на 50%, Это нужно для полноценного перевода давления рабочих газов в работу на главном рабочем органе.
4) Должен быть создан механизм перевода высокой температуры выхлопных газов в работу на главном рабочем органе. Для этого есть только одна реальная возможность – подача воды для превращения высокой температуры газов горения в давление получаемого пара.
5) Рабочий орган и вся кинематика двигателя должны быть устроены таким образом, чтобы как можно больший период цикла двигателя рабочий орган воспринимал давление рабочих газов, а плечо перевода силы этого давления все время было максимально возможным.

После внимательной работы с этими требованиями теоретических подходов физики и механики на тему создания двигателя с высоким КПД, оказывается, что создать поршневой двигатель под такие задачи совершенно невозможно. Поршневой ДВС не удовлетворяет ни одному из этих требований. Из этого факта следует следующий вывод – необходимо искать более эффективные, альтернативные поршневой схеме, конструкции двигателя. И самая близкая к необходимым требованиям оказывается схема роторного двигателя.

В своей работе над концепцией совершенного роторного двигателя я как раз исходил из попытки учесть при создании концептуальной схемы двигателя необходимости реализации всех указанных выше теоретических предпосылок. Надеюсь, мне это удалось сделать.

 

Сравним содержание основных возможностей главных механизмов и технических принципов, применяемых в различных типах двигателей. Существующие моторы я буду сравнивать с концепцией совершенного роторного двигателя, над созданием которой тружусь уже некоторое количество времени.

 


 

 

СТАТЬЯ №2-1
РАЗМЫШЛЕНИЕ О СТЕПЕНИ СЖАТИЯ:
ВСЕ ХОРОШО В МЕРУ

Все мы привыкли к тому, что экономичный и мощный двигатель должен иметь высокую степень сжатия. Поэтому на спортивных автомобилях двигатели всегда имеют высокую степень сжатия, а тюнинг двигателей (форсирование) для повышения мощности стандартных моторов массовых серий предполагает прежде всего увеличение их степени сжатия.
Поэтому в широком массовом мнении закрепилась идея — чем выше степень сжатия двигателя, тем лучше, так как это ведет к увеличению мощности мотора и повышению его КПД. Но — к сожалению, это положение верно лишь отчасти, а точнее, оно верно не боле чем на 50%.
История техники говорит нам, что когда в 1860-х годах появился первый ДВС Ленуара (который работал без сжатия), он лишь едва-едва превосходил по КПД паровые машины, а когда (через 15 лет) появился 4-х тактный ДВС Отто, работающий со сжатием, то КПД такой модели сразу превзошел на голову по экономичности все существовавшие тогда двигатели.
Но сжатие – не такой уж простой и однозначный процесс. Тем более, что достигать очень высоких степеней сжатия, не имеет смысла, да и это очень трудно технически.
Первое: чем выше степень сжатия – тем больше рабочий ход поршня в цилиндре. Следовательно – больше линейная скорость движения поршня на высоких оборотах. Следовательно – тем больше инерционные знакопеременные нагрузки, действующие на все элементы кривошипно-шатунного механизма. При этом — еще и повышаются уровни давления в цилиндре. Поэтому у двигателя с высокой степенью сжатия и длинным рабочим ходом все элементы и детали мотора должны быть повышенной прочности, т.е. толстыми и тяжелыми. Именно поэтому дизеля не бывают маленькими и легкими. Поэтому не создано малых дизелей для мотоциклов, для подвесных лодочных моторов, легкой авиации и пр. Именно поэтому подвергнутые серьезному тюнингу – «пережатые» стандартные авто моторы имеют столь малый моторесурс.
Второе: чем выше степень сжатия, тем сильнее риск детонации со всеми вытекающими разрушительными последствиями. Заправка бензином с невысоким качеством может попросту разрушить такой мотор. О детонации – читайте в специальной СТАТЬЕ. Т.е. на определенной степени сжатия приходится применять все более дорогой и специальный бензин или особые присадки к нему. В пятидесятые — шестидесятые годы магистральной линией двигателестроения, особенно в США, было повышение степени сжатия, которая к началу семидесятых на американских двигателях нередко достигала 11-13:1. Однако, это требовало соответствующего бензина с высоким октановым числом, что в те годы могло быть получено лишь добавлением ядовитого тетраэтилсвинца. Введение в начале семидесятых годов экологических стандартов в большинстве стран привело к остановке роста и даже снижению степени сжатия на серийных двигателях.
Однако – достигать предельно возможных степеней сжатия нет никакого смысла. Дело в том, что термический КПД двигателя нарастает с повышением степени сжатия, но не линейно, а с постепенным замедлением. Если при увеличении степени сжатия от 5 до 10 он повышается в 1,265 раза, то от 10 до 20 — только в 1,157 раза. Т.е. после достижения определенного порога степени сжатия ее дальнейшее повышение не имеет смысла, ибо выигрыш будет минимальным, а нарастающие трудности – огромными.

* * *       При внимательном анализе возможностей работы разных типов двигателей и поиске путей повышения их эффективности можно найти возможности, отличные от постоянного повышения степени сжатия. И они будут гораздо более эффективными и качественными, чем высокое повышение степени сжатия.
Для начала разберемся – а что дает собственно высокая степень сжатия. А дает она следующее:
— дает высокую длину рабочего хода, т.к. в поршневом двигателя длина хода сжатия равна ходу длины расширения;
— сильное давление в заряде рабочей смеси, при котором происходит сближение молекул кислорода и топлива. От этого процесс горения подготавливается лучше и
идет быстрее.

По первой позиции можно дать такие комментарии: действительно, экономичность дизелей во многом обязана тому, что они имеют большую длину рабочего хода. Т.е. увеличение длинны хода расширения значительно более серьезно влияет на повышение эффективности и экономичности двигателя, чем повышение длины хода сжатия. Это дает возможность снимать с давления рабочих газов больше пользы – газы работают на большее перемещение поршня. И если в «бензиновых» моторах диаметр поршня примерно равен длине рабочего хода, с соответствующей «степенью сжатия» и «степенью расширения», которые привязаны к длине хода поршня, то в дизельных двигателях этот параметр заметно больше. У классических низкооборотистых дизельных двигателей ход поршня больше, чем диаметр поршня на 15-30%. В судовых дизелях эта разница приобретает вообще вопиющий размер. Например, у огромного 14-цилиндрового дизельного двигателя для супертанкера производства финской фирмы Wartsila, рабочим объёмом 25 480 литров и мощностью 108 920 л.с. при 102 об/мин., диаметр цилиндра составляет 960 мм., при ходе поршня — 2500 мм.

При этом напомню- что такие судовые дизеля работают на сырой нефти, которая может выдерживать очень высокую степень сжатия при таком огромном ходе поршня.

Но увеличение степени сжатия имеет и свои неприятные стороны – требует применения дорогих высокооктановых сортов бензина, увеличения веса мотора, а так же немалых затрат мощности двигателя на процесс сильного сжатия.
Попробуем разобраться – а не получится ли достичь близкого, и даже большего эффекта в наращивании мощности и увеличения КПД двигателя иными способами, т.е. без излишнего увеличения степени сжатия с нарастанием присущего подобному процессу негатива. Оказывается, что такой путь возможен. Т.е. всех обоих положительных аспектов от наращивания степени сжатия можно получить иными путями и без присущих для наращивания степени сжатия неприятностей.

Рассмотрение первой позиции – большая длинна рабочего хода. Главное для экономичности – это большая длинна рабочего хода, чтобы все рабочие газы по максимуму передали давление на поршень. А в поршневом моторе рабочий ход равен длине хода сжатия. Вот как-то и закрепилось мнение, что важнее всего – степень сжатия, а не степень расширения. Хотя в поршневом двигателе — эти значения равны. Поэтому и разделять их не имеет особого смысла.

Но в идеале – лучше сделать эти длинны хода разными. Так как повышение хода сжатия ведет к массе неприятных последствий, то его сделать умеренным. А вот ход расширения, как отвечающий по максимуму за экономичность и эффективность, сделать максимально большим. Но в поршневом моторе это сделать практически невозможно (или сделать очень трудно и сложно- пример двигатель Кушуля). Зато есть масса схем роторных двигателей, которые позволяют без особого труда разрешить эту дилемму. Т.е. возможность двигателю иметь умеренную степень сжатия и при этом значительную длину рабочего хода.

Рассмотрение второй позиции – активизация и высокая эффективность процесса сгорания топлива. Его высокая скорость и полнота. Это важное условие качества и экономичности работы двигателя. Но, оказывается, степень сжатия (обеспечение высокого давления) является не единственным, и даже не самым лучшим способом достижения такого результата.

Тут я позволю себе цитату из академической книги по теории двигателей для ВУЗов советского периода: «Автомобильные двигатели», под ред. М.С.Ховаха. Москва, «Машиностроение», 1967г.
Как видно из приведенной цитаты, качество и скорость сгорания больше зависит от температуры сгорания, и в меньшей степени от давления. Т.е. если удастся обеспечить предельно высокую температуру среды сгорания, то полноценность сгорания будет максимальной, и нужда в предельно высоком давлении перед процессом сгорания (в степени сжатия) отпадет.

Из всех выше описанных теоретических подходов, можно сделать один вывод – мощный двигатель с высоким КПД может обойтись и без высокой степени сжатия, со всеми присущими для нее трудностями. Для этого в двигателе степень расширения должна быть заметно выше степени сжатия, а сгорание заряда свежей рабочей смеси должно происходить в предельно нагретой камере сгорания. При этом в процессе сгорания давление и температура должны повышаться за счет их естественного увеличения за счет энергии процесса горения. Т.е. камера сгорания должна герметично запираться и не менять свой объем в процессе сгорания. Следовательно: скоростного увеличения объёма камеры сгорания — с соответствующим падением давления и температуры (как это происходит в поршневом моторе) быть не должно.
Кстати- во время сгорания топливной смеси давление в запертой камере сгорания неизменного объема будет повышаться, т.е.сгорающие «второй серией» (более 60% от массы заряда) порции топлива будут сгорать при очень высокой степени сжатия (давление около 100 атм.) давление которого будет создано сгоранием первой части топлива. Тут надо зметить, что давление завершения такта сжатия даже у дизелей (этих нынешних рекродстменов по КПД) состалвяет не более 45-50 атм.
Но оба этих вышеупомянутых условия в поршневом двигателе с кривошипно-шатунным механизмом соблюсти и обеспечить невозможно. Поэтому и работают поршневые двигатели на повышенных степенях сжатия, со всеми вытекающими трудностями, и никак не могут преодолеть планку КПД в 40% уже почти 100 лет.

ИТОГ этой статьи таков – высокоэффективный двигатель большой мощности с высоким КПД может иметь умеренную степень сжатия, если будет иметь ход расширения, заметно больше чем ход сжатия. А сгорание рабочей смеси будет происходить в запираемой на время сгорания и не охлаждаемой камере (изохорный адиабатический процесс) при нарастающих температуре и давлении от энергии самого процесса сгорания.
В рамках идеи поршневого двигателя такую конструкцию создать невозможно, а вот в поле идей роторных двигателей подобные конструкции создать вполне реально. Чем и занимается автор этого текста и этого сайта.

 

СТАТЬЯ №2-2
РАЗМЫШЛЕНИЕ О СТЕПЕНИ СЖАТИЯ-2:

ВЗГЛЯД В ИСТОРИЮ

26.01.13г.

В первой части статьи я показал – что непрерывное повышение степени сжатия в поршневом двигателе с кривошипно-шатунным механизмом — единственный путь небольшого увеличения КПД двигателя, имеет четкие пределы своих возможностей. На степенях сжатия, приближающихся к 16, Рабочая Смесь с парами бензина даже октанового числа 100 начинает сгорать в режиме детонации, а детали и корпус двигателя становятся очень громоздкими и толстостенными (как в дизеле), чтобы выдерживать повышенные давления и великие инерционные нагрузки. Но огромные силы детонационного сгорания даже такие громоздкие и массивные детали разрушают очень быстро.

Но есть другие пути повышения КПД двигателя – это:
А) – увеличение температуры сгорания Рабочей Смеси (температуры в камере сгорания), чтобы добиться полного и быстрого сгорания паров бензина. При этом выделяется максимальное количество тепла и Рабочее Тело будет сильнее давить на поршень — т.е. совершать большую работу.
По этому пути поршневые двигатели с кривошипно-шатунным механизмом и совмещенным процессом «горения-расширения» (3-й такт) идти не могут, так как масло (смазывающее стенки кинематической пары «поршень — цилиндр») при температуре 220 градусов уже начинает обугливаться и перестает смазывать. Именно поэтому цилиндр и поршень двигателя надо охлаждать, а это приводит в резкому снижению теплового КПД двигателя.
Б) – увеличение объема (степени) расширения Рабочего Тела (длины хода расширения) для полноценного расширения газов Рабочего Тела. Это позволит полностью использовать их избыточное давление. В современных поршневых двигателях на выхлоп идут газы с давлением в 5-8 атмосфер, что является значительными потерями. И это при том, что среднее эффективное давление поршневого двигателя составляет всего 10 атмосфер. Увеличить величину «срабатывания» этого давления мешает малая длина рабочего хода поршневого двигателя с КШМ (кривошипно-шатунным механизмом).
Если увеличить степень расширения газов Рабочего Тела в двигателе, то его КПД значительно увеличится и без необходимости повышения степени сжатия.

 

Первый в истории двигатель внутренего сгорания — двигатель Ленуара. 1860г

Итак, тема этой статьи: для повышения КПД можно и нужно увеличивать степень расширения Рабочего Тела (рабочих газов) без увеличения степени сжатия. Это должно привести к значительному повышению эффективности работы двигателя.Давайте в этой статье обоснуем именно такую возможность.

В оптимуме надо иметь: степень сжатия может быть совсем невеликой – примерно 3-х кратной, это соответствует давлению в заряде сжатой Рабочей Смеси в 4 атмосферы, но степень расширения (длина линии рабочего хода) должна превосходить эту небольшую степень сжатия примерно в 6-8 раз.
Такая постановка вопроса может показаться странной и неразумной всем знатокам традиционных схем двигателей, которые привыкли к высоким степеням сжатия в поршневых моторах. Но именно о таком парадоксальном положении дел в реальности свидетельствует внимательное изучение конструкций двигателей внутреннего сгорания, которые создавались и работали на заре появления таких двигателей, т.е. в эпоху создания первых ДВС.

Итак, первое заблуждение, которое работает на упрочнение мифа о необходимости создания высокой степени сжатия в двигателе, обосновывается тем, что первые двигатели внутреннего сгорания, которые создавались 150 лет назад, не сжимали предварительно Рабочую Смесь перед ее поджигом и поэтому имели совершенно мизерный КПД — почти такой же как и у примитивных паровых машин.
Действительно, первый действующий двигатель внутреннего сгорания конструкции Жана Ленуара (патент 1859 года) не имел предварительного сжатия Рабочей Смеси и работал с КПД в 4%. Всего 4 % — это как и прожорливые и громоздкие паровые машины того времени.
А вот первый образец 4-х тактного двигателя Николауса Отто, созданный в 1877 году, работал с предварительным сжатием Рабочей Смеси и при работе показал КПД в 22 процента, что для того времени было феноменальным достижением. При этом степень сжатия и степень расширения (как у всех нынешних поршневых ДВС с КШМ) у него были равны между собой.
На основании этих данных:
— КПД двигателя Ленуара без сжатия – 4%;
— КПД двигателя Отто со сжатием – 22 %;

делаются простые и ясные выводы – двигатель работающий с предварительным сжатием Рабочей Смеси работает по принципиально более эффективному режиму, и – чем больше степень сжатия – тем лучше. Этот вывод за 140 последних лет приобрел характер прописной истины и последние 100 лет двигателестроение идет по пути наращивания значения степени сжатия, которая сегодня уже достигла предельных значений.

НО в изложении этой информации- есть одно большое НО…
Оказывается тот же Николаус Отто, прежде чем создать свой знаменитый 4-х тактный двигатель со сжатием в 1877 году, немного раньше – в 1864 году создал, выпускал и успешно продавал многими сотнями другое свое изобретение – атмосферный двигатель внутреннего сгорания, работающий без предварительного сжатия. КПД этого двигателя составлял 15%… Такой высокий КПД совершенно не укладывается в теорию, что сильное предварительное сжатие Рабочей Смеси совершенно необходимо для достижения значительных показателей КПД двигателя.
Что-то в этой теме было не так, чего-то не хватало для понимания очень важных сфактов, и я решил изучить эту ситуацию. И вот к каким выводам я пришел:
-совершенно ужасный – мизерный – КПД двигателя Ленуара получался потому, что он имел совершенно недопустимо малую СРЕПЕНЬ РАСШИРЕНИЯ рабочих газов;
— а очень достойным КПД в 15 % атмосферный двигатель Отто, работающий без сжатия, обладал от того, что имел очень большую СТЕПЕНЬ РАСШИРЕНИЯ рабочих газов;
Правда этот двигатель Отто имел очень плохой крутящий момент и очень неровный режим вращения главного вала, поэтому и потом был быстро вытеснен 4-х тактными дви-гателями. Но вот со значением КПД у него было очень прилично.


Давайте внимательно посмотрим на габариты рабочих органов двигателя Ленуара и сделаем некоторые грубые расчеты. Диаметр поршня — 120 мм и ход поршня — 100 мм. Описания двигателя того времени сохранили данные о том, что на всасывание газа и воздуха отводилось расстояние примерно в половину длины «линии расширения». Затем клапан подачи закрывался и электросвеча давала искру. Т.е. на процесс расширения, вернее на объединённый процесс «горение-расширение» оставалось менее полвины длины рабочего хода… Искра поджигала смесь газа и воздуха, происходила вспышка, температура и давление газов в цилиндре резко увеличивалось и рабочее давление с усилием гнало поршень дальше. Максимальный пик рабчего давления газов на поршень составлял 5 атмосфер. Но надо понимать- что Рабочая Смесь поджигалась в условиях все углубляющегося падения давления – ведь поршень продолжал двигаться создавая разрежение ниже атмосферного давления… В таких условиях поджигаться могла только очень «богатая» смесь, перенасыщенная газом. Соответственно — сгорание в таком режиме было крайне неполным, да еще и расшириться продуты сгорания вряд ли могли полноценно – ведь длина рабочего хода была крайне малой. Т.е. для поршня диаметром в 120 мм. длина рабочего хода составляла менее 50 мм. Можно смело считать, что на выхлоп шли газы весьма высокого давления, да еще и перенасыщенные не сгоревшим светильным газом. Соответственно двигатель таких параметров имел мощность всего 0,5 лошадиной силы при частоте вращения вала в 120-140 оборотов в минуту.Итак – смотрим на двигатель Ленуара. Этот двигатель работал по 2-х тактному циклу. Вначале на линии рабочего хода поршень втягивал в себя светильный газ и воздух (Рабочую Смесь). Затем клапан подачи закрывался. Электрическая свеча давала искру — и Рабочая Смесь вспыхивала, и горячий газ усиленного давления толкал поршень дальше. Затем при обратном ходе поршень выталкивал продукты горения из цилиндра, и затем все повторялось вновь.
Т.е. в одном рабочем такте — на «линии расширения» — были совмещены ТРИ рабочих процесса:
— впуск Рабочей Смеси;
— горение Рабочей Смеси;
— расширение Рабочего Тела;

ВЫВОД— двигатель Ленуара имел такой низкий КПД и такую малую мощность прежде всего по причине очень малой длины рабочего хода (когда рабочие газы просто не имели возможности сработать) и очень неэффективной организации рабочих процессов, когда предельно «богатая» Рабочая Смесь поджигалась при давлении заметно ниже атмосферного в условиях активного расширения объема. Т.е. этот двигатель следовало обозначить, как двигатель, работающий с ПРедварительным РАСШИРЕНИЕМ (разрежением) Рабочей Смеси….

ДАЛЕЕ – рассмотрим схему работы другого двигателя, работавшего без предварительного сжатия Рабочей Смеси, но имевшего КПД в 15 %. Это атмосферный двигатель Отто образца 1864 года. Это был очень необычный двигатель. Он по своей кинематике казался чем-то совершенно уродливым и не пригодным к работе, но при «корявой» кинематической схеме, он действовал по весьма рациональной схеме организации рабочих процессов и поэтому имел КПД в 15%.
Цилиндр этого двигателя был установлен вертикально и поршень двигателя двигался вверх- вниз. При этом в этом двигателе не было КШМ, а поршень имел направленную вверх очень длинную зубчатую рейку, которая входила своими зубьями в зацепление с шестерней и вращала её.

Атмосферный двигатель Отто образца 1864года. Справа на фото выставлен поршень с длинной зубчатой рейкой, которая дает представление о длине рабочего хода. При этом, когда под поршнем взрывалась Рабочая Смесь, и поршень мгновенно взлетал вверх – то шестеренка вращалась вхолостую, ибо специальный механизм отсоединял ее от маховика машины. Затем, когда поршень и рейка достигали крайней верхней точки, и давление рабочих газов в поршне переставало действовать, поршень и рейка под своим весом начинали путь вниз. В этом момент шестерня присоединялась к валу маховика, и начинался рабочий ход. Таким образом — двигатель действовал рывковыми импульсами и имел очень плохой режим кутящего момента. Двигатель к тому же имел малую мощность, так как усилие создавали только вес поршня и рейки (т.е. работала сила тяжести), а так же давление атмосферного воздуха, когда остывающими газами и поднятым вверх поршнем в цилиндре создавалось разряжение. Именно поэтому двигатель назывался атмосферным, ибо в нем вместе с силой тяжести работала и сила атмосферного давления.

Но зато – в такой конструкции двигателя были крайне удачно организованы рабочие процессы.
Рассмотрим, как были организованы и действовали рабочие процессы в этом двигателе.
Вначале специальный механизм поднимал поршень на 1/10 высоты цилиндра, в результате чего под поршнем образовывалось разрежённое пространство и туда происходило всасывание смеси воздуха и газа. Далее поршень останавливался. Затем смесь воспламенялась открытым пламенем через особую трубку. При взрыве горючего газа давление под поршнем скачкообразно поднималось до 4 атм. Это действие подбрасывало поршень вверх, объём газа в цилиндре увеличивался и давление под ним падало, так как внутренний объем поршня не имел связи с атмосферой и был в этот момент герметично закрыт. При подбрасывании взрывом поршня специальный механизм отсоединял рейку от вала. Поршень сначала под давлением газа, а потом по инерции поднимался до тех пор, пока под ним не создавалось значительное разрежение. В данном случае рабочий ход оказывался максимальной длинны, и продолжался до тех пор, пока вся энергия сгоревшего топлива (в виде избыточного давления Рабочего Тела) полностью не израсходовалась на подъем поршня. Заметьте, что на фотографии двигателя видно – длинна рабочего хода (высота цилиндра) многократно — в 6-8 раз больше диаметра поршня. Вот какой длины был у него рабочий ход. В то время как в современных поршневых моторах диаметр поршня примерно равен рабочему ходу. Только в дизелях – этих современных чемпионах экономичности – рабочий ход примерно на 20-30 процентов больше диаметра цилиндра. А тут – больше в 6 или даже 8 раз….
Далее- поршень устремлялся вниз и начинался рабочий ход поршня под нагрузкой собственного веса и под действием атмосферного давления. После того, как давление сжимаемого в цилиндре газа на пути поршня вниз достигало атмосферного, открывался выпускной вентиль, и поршень своей массой вытеснял отработанные газы. Все это время длинная зубчатая рейка крутила шестерню, соединенную валом с маховиком. Именно так производилась мощность двигателя. После возвращения поршня в нижнюю точку траектории движения все повторялось снова — спец механизм плавно поднимал его вверх и происходило всасывание свежей порции Рабочей Смеси.


Есть еще одна особенность – которая играла на заметный рост КПД. Это особенности не было ни в двигателе Ленуара, нет ее и в современных 2-х и 4-х тактных двигателях.В такой необычной схеме двигателя по причине предельно полного расширения нагретого Рабочего Тела КПД этого двигателя был значительно выше, чем КПД двигателя Ленуара и поэтому достигал 15 %. Кроме того – поджигание рабочей смеси в атмосферном двигателе Отто происходило при атмосферном давлении, тогда как в двигателе Ленуара этот процесс происходил в условиях нарастающего разрежения, т.е. в условиях нарастающего падения сил давления, когда давление оказывалось заметно меньше атмосферного.
Еще нужно сказть, что по принципиильной схеме близкой к схеме этого двигателя сегодня работают копры — дизель-молоты. Правда подача и поджигание топлива в них устроено иначе, но общая принципиальная схема движения рабочего органа- та же самая.

В атмосферном двигателе Отто в момент поджигания Рабочей Смеси поршень стоял на месте, и при горении первых порций топлива в объеме сгорания создавалось нарастающее давление, т.е. порции топлива, которые сгорали во вторую, в третью и в последующую очередь – они сгорали в условиях нарастающего давления, т.е. сжатие Рабочей Смеси происходило за счет нарастаний давления от вспышки и выделения тепла первых порций горящего заряда. При этом инерционность давящей сверху на горящий газ системы – поршня, длинной рейки и атмосферного давления, создавала сильное сопротивление первому импульсу движения вверх, что и приводило к заметному повышению давления в среде горящего газа. Т.е. в атмосферном двигателе Отто горение Рабочей Смеси происходило в условиях резкого сжатия основного объема еще не начинающей гореть части заряда горючего газа. Хотя предварительного сжатия поршнем и не было. Именно это появляющееся во время горения заряда Рабочей Смеси фактическое сжатие значительной величины большей части паров топлива (вместе с рабочим ходом большой длинны) и играло на значительный КПД атмосферного двигателя Отто образца 1864 года.

А вот современные поршневые двигатели, как и двигатель Ленуара 150 лет назад, вынуждены поджигать свежий заряд Рабочей Смеси и условиях резко расширяющегося объема, когда поршень (а его очень мощно движет шатун и коленвал) отчаянно убегает от донышка цилиндра и расширяет объем «камеры сгорания». Для справки — скорость движения поршня в современных двигателях – 10-20 метров в секунду, а скорость распространения фронта пламени в сильно сжатом заряде паров топлива – 20-35 метров в секунду. Но в современных двигателях для устранения этого неприятного положения можно пробовать под-жечь заряд Рабочей Смеси «рано» — т.е. до достижения движущимся поршнем на линии завершения предыдущего такта Верхней Мертвой Точки (ВМТ), или в положении около этой точки. А вот в двигателе Ленуара это было невозможно, ибо после достижения поршнем ВМТ начинался процесс всасывания свежей порции горючего газа и воздуха, а ее поджигание возможно только в условиях резко увеличивающегося объема «камеры сгорания» и резкого падения давления в свежей порции Рабочей Смеси ниже атмосферного. Именно поэтому двигатель Ленуара и имел такой предельно низкий КПД.

Можно предположить, что если бы атмосферный двигатель Отто имел искровое электрическое зажигание (как более ранний двигатель Ленуара), то его КПД мог бы вполне приблизиться к 20%. Дело в том, что при зажигании заряда Рабочей Смеси в цилиндре открытым пламенем через особую трубку при вспышке некоторая часть горящего заряда вылетала в атмосферу через эту трубку и это были заметные потери… Если бы такие потери удалось исключить, то КПД этого двигателя был бы заведомо выше.
Но Отто не обладал знаниями в области электротехники (как Ленуар), поэтому он и установил на свой атмосферный двигатель такую примитивную и уменьшающую КПД систему зажигания.

ВЫВОДЫ из этой статьи таковы:

1) – устоявшееся мнение о возможности достижения предельно высокого КПД двигателя преимущественно за счет максимально возможной степени предварительного сжатия Рабочей Смеси справедливо только для конструкций поршневых двигателей , где стремительно движущийся от «донышка» цилиндра в сторону коленвала поршень (за счет принудительного привода от коленвала) с огромной скоростью расширяет объем «камеры сгорания» и уменьшает давление поджигаемого (и горящего- тоже) заряда Рабочей Смеси. В поршневом двигателе Ленуара, работающем без предварительного сжатия Рабочей Смеси, этот недостаток поршневых двигателей проявлялся особенно ярко. Что и приводило к его предельно низкому КПД.
В современных поршневых двигателях всех типов для устранения именно этого конструктивного «родового» недостатка в организации рабочих процессов как раз и применяется предельно высокая степень предварительного сжатия – именно для того, чтобы заставить свежий заряд Рабочей Смеси гореть при достаточно высоких давлениях и температуре (не смотря на скоростное увеличение объема камеры сгорания и соответствующее падение давления в этой камере), что является залогом относительно полноценного горения заряда Рабочей Смеси и создания Рабочего Тела высокого давления и высокой температуры.
2) – в истории техники существуют конструкции двигателей иных кинематических схем и иного способа организации рабочих процессов, где даже без предварительного сильного сжатия свежего заряда Рабочей Смеси можно достигнуть неплохих значений КПД даже при очень примитивной конструкции. Пример – атмосферный двигатель Отто образца 1864 года, с КПД в 15 %.
3) – можно создать высокоэффективный двигатель внутреннего сгорания, в котором процессы сгорания свежего заряда Рабочей Смеси и создания Рабочего Тела высоких параметров будут происходить путем естественного сжатия горящего заряда за счет самих сил горения в условиях камеры сгорания неизменного объема. Тем более, что процесс предварительного сжатия до высоких значений (в 20-30 атмосфер), который характерен для современных поршневых двигателей, требует затрат значительного количества энергии двигателя и применения массивных, громоздких и тяжелых деталей.
При этом основной вклад в достижение высокого КПД сделает большой параметр объема расширения (длинный рабочий ход), который будет значительно больше объема сжатия.

ИМЕННО ТАКОЙ двигатель, не требующий затратного и громоздкого Предварительного Сжатия свежего заряда Рабочей Смеси высокого значения, автор данной статьи в настоящее время и создает. В этом двигателе предварительное сжатие будет осуществляться до невысоких значений, а основное сжатие заряда Рабочей Смеси в камере сгорания неизменного объема будет происходить за счет сил первого этапа самого горения. В идеале это будет детонационное горение: вспышка — взрыв. Далее Рабочее Тело высокого давления будет расширяться до конца своих возможностей в секторе расширения большого объема.

Николай и Александр Школьники разработали перспективный двигатель роторного типа X1 с высоким КПД

Роторный двигатель X1

Компания LiquidPiston, занимающаяся разработкой двигателя роторного типа по новой технологии, получила финансирование от агентства передовых оборонных исследований DARPA. Новый двигатель получил кодовое название X1. Во главе исследований и разработки стоит два человека — отец и сын, Николай и Александр Школьники, работы ведутся в городе Блумфилд, штат Коннектикут.

По их заявлениям, разработанный новый тип роторного двигателя значительно превосходит КПД обычных двигателей внутреннего сгорания, так, тепловой КПД двигателя X1 достигает 50%, при том, что КПД двигателя внутреннего сгорания не превышает 20-30%.

Добиться 50-ти процентного КПД у двигателя внутреннего сгорания можно, для этого придется добавить в дизельный двигатель турбонаддув с промежуточным охлаждением, но такая система станет слишком габаритной для комерчесеского применения.

В своем анонсе Александр Школьник сравнивает размеры двигателей и их мощность, размер обычного дизельного генератора на 3 кВт составляет 100?60?60 см и весит более 70 кг, а разработанный ими генератор на основе роторного двигателя с такой же мощностью будет весить всего 15 кг при габаритных размерах 30?30 см.

Разработчики постарались взять лучшее от разных тепловых циклов и уменьшить потери энергии двигателя. Теоретический предел КПД нового двигателя — 75%, но пока инженеры трудятся над достижением реального показателя в 57%. 

Работа двигателя X1 напоминает процесс работы известного роторного двигателя Ванкеля, вывернутый наизнанку. Ротор закреплён на эксцентрическом валу, и содержит в себе каналы для впуска газовой смеси и выпуска отработавших газов. Расположенные по углам равностороннего треугольника свечи отрабатывают по разу за один оборот вала. Двигатель работает на прямом впрыске и обеспечивает высокую степень сжатия — 18:1. Не меняющийся во время сгорания объём камеры позволяет сжигать топливо дольше и полнее. Отработавшие газы достигают почти атмосферного давления перед выходом, в связи с чем успевают отдать почти всю свою энергию ротору.

Высокая эффективность также позволяет отказаться от водяного охлаждения двигателя. Работая под нагрузкой, двигатель может пропускать циклы зажигания и засасывать воздух, который будет охлаждать его. Рассматривается даже вариант впрыска в камеру сгорания воды, которая будет охлаждать двигатель, уменьшать выбросы отработавших газов и одновременно превращаться в пар, толкающий ротор.

Компактность и мощность двигателя заинтересовали военных, которым требуются портативные энергетические системы. В случае успешного внедрения двигатель найдёт множество применений — переносной электрогенератор, двигатель для беспилотных аппаратов, и многое другое.
Инженеры придумали новый двигатель ещё в 2003 году. К 2012 году был построен первый прототип, о котором написали в журнале «Популярная механика». В 2015 году компания не только заключила контракт с DARPA, но и приступила к разработкам мини-версии двигателя.

Новый ДВС? — Записки капитана-очевидность, умные и абсолютно без — ЖЖ

Компания LiquidPiston получила для финансирования своего проекта средства от DARPA. Проект представляет собой улучшенный мотор внутреннего сгорания роторного типа под названием X1. Во главе компании, работающей в городе Блумфилд штата Коннектикут, стоят инженеры, отец и сын, Николай и Александр Школьники.

Изобретатели заявляют множество уникальных свойств своего изделия. Например, тепловой КПД их мотора равен 50% (по сравнению с 20-30% обычного бензинового ДВС). Правда, если взять дизельный двигатель, добавить в него турбонаддув и промежуточное охлаждение, мы также получим КПД порядка 50%. Но при этом дизельный двигатель будет очень много весить.


Как утверждает Александр Школьник, типичный дизельный генератор на 3 кВт имеет размеры 100х60х60 см и весит более 70 кг. При этом генератор на основе двигателя X1 аналогичной мощности будет весить 15 кг (сам мотор – 4 кг), а размер его будет составлять 30х30 см. Фактически, такой генератор будет умещаться в рюкзаке.

Изобретатели постарались взять лучшее от разных тепловых циклов и уменьшить потери энергии двигателя. Теоретический предел КПД нового двигателя – 75%, но пока инженеры трудятся над достижением реального показателя в 57%.

Работа двигателя X1 напоминает процесс работы известного роторного двигателя Ванкеля, вывернутый наизнанку. Ротор закреплён на эксцентрическом валу, и содержит в себе каналы для впуска газовой смеси и выпуска отработавших газов. Расположенные по углам равностороннего треугольника свечи отрабатывают по разу за один оборот вала.

Двигатель работает на прямом впрыске и обеспечивает высокую степень сжатия — 18:1. Не меняющийся во время сгорания объём камеры позволяет сжигать топливо дольше и полнее. Отработавшие газы достигают почти атмосферного давления перед выходом, в связи с чем успевают отдать почти всю свою энергию ротору.

Высокая эффективность также позволяет отказаться от водяного охлаждения двигателя. Работая под нагрузкой, двигатель может пропускать циклы зажигания и засасывать воздух, который будет охлаждать его. Рассматривается даже вариант впрыска в камеру сгорания воды, которая будет охлаждать двигатель, уменьшать выбросы отработавших газов и одновременно превращаться в пар, толкающий ротор.


Слева — двигатель Ванкеля, справа — X1

Компактность и мощность двигателя заинтересовали военных, которым требуются портативные энергетические системы. В случае успешного внедрения двигатель найдёт множество применений — переносной электрогенератор, двигатель для беспилотных аппаратов, и многое другое.

Инженеры придумали новый двигатель ещё в 2003 году. К 2012 году был построен первый прототип, о котором написали в журнале «Популярная механика». В 2015 году компания не только заключила контракт с DARPA, но и приступила к разработкам мини-версии двигателя.
http://geektimes.ru/post/249518/

Непреодолимое желание пышаться.: peremogi — LiveJournal

Выпускник Киевского политехнического института Николай Школьник, который еще в 1975 году эмигрировал в США, стал автором уникального изобретения. Он вместе со своим сыном создал двигатель, который по КПД значительно превосходит все имеющиеся сейчас аналоги.

Школьник в США занимался вопросами теоретической физики. Его волновал вопрос низкой эффективности поршневых двигателей. Ведь КПД бензиновых моторов сегодня не превышает 25%, а дизельных — порядка 40%. Вдвоём с сыном ИТ-шником они начали разрабатывать более современный силовой агрегат.

За основу изобретатели взяли роторный двигатель Ванкеля. Идея роторного двигателя проста: в отличие от обычных поршневых моторов, в которых много вращающихся и движущихся частей, снижающих КПД, роторный двигатель Ванкеля имеет овальную камеру и вращающийся внутри нее треугольный ротор, который своим движением образует в камере различные участки, где происходит впуск, сжатие, сгорание и выпуск топлива. В результате мощность двигателя растет, он становится более компактным, экономичным и не создает вибраций.

Слабыми местами роторных моторов являлись ненадежность, связанная с низкой износостойкостью уплотнителей, благодаря которым ротор плотно примыкает к стенкам камеры, и низкая экологичность.

Уже работая в фирме LiquidPiston, основателями которой они стали, Школьники создали свою, абсолютно новую реинкарнацию идеи роторных моторов. Принципиальным в ней было то, что в двигателе Школьников не камера, а ротор напоминает по форме орех, который вращается в треугольной камере. Это позволило решить ряд непреодолимых проблем двигателя Ванкеля. Например, пресловутые уплотнители теперь можно делать из железа и крепить их неподвижно к стенкам камеры. При этом масло подводится прямо к ним, в то время как раньше оно добавлялось в сам воздух и, сгорая, создавало грязный выхлоп, а смазывало плохо.

Кроме того, при работе двигателя Школьников происходит так называемое изохорное горение топлива, то есть горение при постоянном объеме. В результате удалось добиться уникальных результатов — КПД моторов может достигать 60%.

Изобретатели создали один за другим пять моделей принципиально нового мотора, последняя из которых в июне была впервые протестирована — ее поставили на спортивный карт. Испытания оправдали все ожидания. Миниатюрный двигатель размером со смартфон, массой менее 2 кг имеет мощность всего 3 л.с. Двигатель высокооборотистый, работает на частоте 10 тыс. об./мин., но может достигать и 14 тыс. КПД мотора составляет 20%. Это много, учитывая, что обычный поршневой мотор такого же объема в 23 «кубика» имел бы КПД лишь 12%, а поршневой мотор такой же массы дал бы всего 1 л.с.

Но главное, КПД таких моторов резко растет при увеличении их объемов. Так, следующий двигатель Школьников будет дизельным мотором мощностью 40 л.с., при этом его КПД составит уже 45%, а это выше, чем эффективность лучших дизелей современных грузовиков. Этот мотор уже планируется ставить на генератор, который будет вращать колеса дизель-электрического автомобиля. «Если же мы построим еще больший двигатель, мы можем достичь КПД в 60%», — поясняет Школьник.

В перспективе компактные, оборотистые и мощные моторы Школьников планируется использовать там, где эти свойства особенно важны — при конструировании легких дронов, ручных бензопил, газонокосилок и электрогенераторов.

«Это самый экономичный, мощный двигатель не только среди роторных, но и всех двигателей внутреннего сгорания. Это показывают наши измерения, а то, что мы получим на более крупных моторах, мы уже смоделировали на компьютерах», — радуется Школьник-младший.

То, что озвученные цифры — не фантазии изобретателей, подтверждает серьезность намерений инвесторов. Сегодня в стартап уже вложено $18 млн венчурных инвестиций, $1 млн которых дало американское агентство передовых разработок DARPA.

источник

Двигатель с самым большим количеством цилиндров. Школьники изобрели самый мощный двигатель в мире

История создателей самого мощного в мире двигателя внутреннего сгорания. Как увеличить в разы КПД мотора, в чем отличие нового агрегата от известных роторных двигателей и в чем преимущество советского образования перед американским — в материале отдела науки.

Технологии неуклонно развиваются. О том, как защитить свою электропроводку, можно читать на сайте интернет-магазина «Электрика Шоп».

Выходец из СССР, живущий в США, вместе с сыном изобрел, запатентовал и испытал самый мощный и эффективный в мире двигатель внутреннего сгорания. Новый мотор будет в разы превосходить существующие по КПД и уступать по массе.
В 1975 году вскоре после окончания Киевского политехнического института молодой физик Николай Школьник уехал в США, где получил научную степень и стал физиком-теоретиком — его интересовали приложения, связанные с общей и специальной теорией относительности. Поработав в области ядерной физики, молодой ученый открыл в США две компании: одну — занимающуюся программным обеспечением, вторую – разрабатывающую шагающие роботы. Позже он на десять лет занялся консультированием проблемных компаний, занимающихся техническими инновациями.
Однако как инженера Школьника постоянно волновал один вопрос — почему современные автомобильные моторы такие неэкономичные?

И действительно, несмотря на то что поршневой двигатель внутреннего сгорания человечество совершенствует уже полтора века,
КПД бензиновых моторов сегодня не превышает 25%, дизельных — порядка 40%.

Между тем сын Школьника Александр поступил в MIT и получил степень доктора в области компьютерных наук, стал специалистом в области оптимизации систем. Думая над увеличением КПД двигателя, Николай Школьник разработал собственный термодинамический цикл работы двигателя HEHC (High-efficiency hybrid cycle), который стал ключевым этапом в реализации его мечты.
«Последний раз такое происходило в 1892 году, когда Рудольф Дизель предложил новый цикл и создал свой двигатель», — пояснил в интервью Школьник-младший.

Изобретатели остановились на роторном двигателе, принцип которого был предложен в середине XX века немецким изобретателем Феликсом Ванкелем. Идея роторного двигателя проста. В отличие от обычных поршневых моторов, в которых много вращающихся и движущихся частей, снижающих КПД, роторный двигатель Ванкеля имеет овальную камеру и вращающийся внутри нее треугольный ротор, который своим движением образует в камере различные участки, где происходит впуск, сжатие, сгорание и выпуск топлива.
Плюсы двигателя — мощность, компактность, отсутствие вибраций. Однако, несмотря на более высокий КПД и высокие динамические характеристики, роторные двигатели за полвека не нашли широкого применения в технике. Одним из немногих примеров серийной установки

Слабыми местами таких моторов являлись ненадежность, связанная с низкой износостойкостью уплотнителей, благодаря которым ротор плотно примыкает к стенкам камеры, и низкая экологичность.
Уже работая в фирме LiquidPiston, основателями которой они стали, Школьники создали свою, абсолютно новую реинкарнацию идеи роторных моторов.
Принципиальным в ней было то, что в двигателе Школьников не камера,а ротор напоминает по форме орех, который вращается в треугольной камере.

Это позволило решить ряд непреодолимых проблем двигателя Ванкеля. Например, пресловутые уплотнители теперь можно делать из железа и крепить их неподвижно к стенкам камеры. При этом масло подводится прямо к ним, в то время как раньше оно добавлялось в сам воздух и, сгорая, создавало грязный выхлоп, а смазывало плохо.
Кроме того, при работе двигателя Школьников происходит так называемое изохорное горение топлива, то есть горение при постоянном объеме, что увеличивает КПД мотора.
Изобретатели создали один за другим пять моделей принципиально нового мотора, последняя из которых в июне была впервые протестирована — ее поставили на спортивный карт. Испытания оправдали все ожидания.


Миниатюрный двигатель размером со смартфон, массой менее 2 кг имеет мощность всего 3 л.с. Двигатель высокооборотистый, работает на частоте 10 тыс. об./мин., но может достигать и 14 тыс. КПД мотора составляет 20%. Это много, учитывая, что обычный поршневой мотор такого же объема в 23 «кубика» имел бы КПД лишь 12%, а поршневой мотор такой же массы дал бы всего 1 л.с.
Но главное, КПД таких моторов резко растет при увеличении их объемов.

Так, следующий двигатель Школьников будет дизельным мотором мощностью 40 л.с., при этом его КПД составит уже 45%, а это выше, чем эффективность лучших дизелей современных грузовиков.
Весить он будет всего 13 кг, притом что его поршневые аналоги такой же мощности сегодня весят под 200 кг.

Этот мотор уже планируется ставить на генератор, который будет вращать колеса дизель-электрического автомобиля. «Если же мы построим еще больший двигатель, мы можем достичь КПД в 60%», — поясняет Школьник.

В перспективе компактные, оборотистые и мощные моторы Школьников планируется использовать там, где эти свойства особенно важны — при конструировании легких дронов, ручных бензопил, газонокосилок и электрогенераторов.

Пока мотор гоняли 15 часов, однако по нормативам, чтобы пойти в производство, он должен отработать непрерывно 50 часов. При этом для автомобильной промышленности требуется надежность мотора на 100 тыс. миль пробега, что пока остается мечтой, признают конструкторы.

«Это самый экономичный, мощный двигатель не только среди роторных, но и всех двигателей внутреннего сгорания.

Это показывают наши измерения, а то, что мы получим на более крупных моторах, мы уже смоделировали на компьютерах», — радуется Школьник-младший.
То, что озвученные цифры — не фантазии изобретателей, подтверждает серьезность намерений инвесторов. Сегодня в стартап уже вложено $18 млн венчурных инвестиций, $1 млн которых дало американское агентство передовых разработок DARPA.

Интерес военных тут понятен. Дело в том, что военными США в авиации применяется в основном топливо JP-8. И военные хотят, чтобы вообще вся армейская техника работала на этом виде топлива, на котором, кстати, могут работать и дизельные моторы.

Но современные дизельные двигатели громоздки, поэтому DARPA так активно присматривается к разработке Школьников.

Александр считает, что создать столь революционный двигатель помогло отчасти образование, которое получил его отец еще в СССР. «Он думает по-другому, не так, как обычный инженер в США. Его фантазия ограничена только физикой. Если физика говорит — что-то возможно, то он верит, что это так, и лишь думает, как это можно сделать», — добавил Александр.
Сам Николай Школьник по-своему рассказывает об истории своего успеха и преимуществах советского образования.
«В США я переживал, что, имея специальность «машиностроение», я не буду иметь достаточного бэкграунда по физике и, особенно, математике.
Эти опасения оказались напрасными благодаря превосходной подготовке, которую я получил в советской школе.

Эта солидная образовательная подготовка до сих пор помогает мне здесь в нашей работе с новым роторным двигателем. С моей точки зрения, есть два больших отличия между американскими инженерами и получившими образование в России. Во-первых, американские инженеры невероятно эффективны в том, что они делают. Обычно требуется два-три русских инженера, чтобы заменить одного американского. Однако русские имеют более широкий взгляд на вещи (связанный с образованием, по крайней мере в мое время) и способность достигать целей с минимумом ресурсов, что называется, на коленке», — поделился размышлениями Николай Школьник.

Инженеры придумали новый двигатель ещё в 2003 году. К 2012 году был построен первый прототип, о котором написали в журнале «Популярная механика». В 2015 году компания не только заключила контракт с DARPA, но и приступила к разработкам мини-версии двигателя.

Статья о 10 самых мощных автомобилей в мире, их особенности и характеристики. В конце статьи — видео самого мощного легкового автомобиля на планете!

Содержание статьи:

Человечество всегда стремилось к совершенству. Поэтому совсем не удивительно, что ежегодно ставятся различные рекорды и создаются совершенные шедевры человеческой и технологической мысли. Автопроизводители всегда были в авангарде этого процесса. Ежегодно они радуют автолюбителей лучшими автомобилями. В этой статье будут рассмотрены самые мощные машины на сегодняшний день. Их обладатели действительно понимают, что такое неограниченные возможности.

Самые мощные автомобили в мире

В этом рейтинге не будет машин с мощностью менее 1000 л.с. — такие автомобили сейчас уже нельзя назвать самыми мощными. В автопроме лидеры меняются очень быстро. Итак, приступим. Автомобили в ТОПе будут располагаться в порядке возрастания их мощности.


Этот очень мощный гиперкар будет доступен лишь шести счастливчикам, которые имеют 2 млн. долларов. Кстати, владелец компании Кристиан фон Кенигсегг заявил, что производство одного спорткара стоит дороже, чем два миллиона долларов, однако компания идет на незначительные убытки, чтобы повысить узнаваемость и престиж своего бренда.

Скорее всего, у инженеров компании хорошее чувство юмора, так как вес авто равен его мощности. Гиперкар весит 1360 килограмм и выдает мощность 1360 л.с.. Такой мощностью могут похвастаться лишь болиды, драгстеры и некоторые гоночные либо рекордные автомобили. Но в этих машинах нет той роскоши, которая присуща Koenigsegg One:1.

Кстати, название гиперкару было придумано не просто так. 1360 л.с. ассоциируется с одним мегаваттом мощности, поэтому авто и назвали One:1.


В One:1 реализован ряд инновационных решений по увеличению производительности мотора и возможной скорости. Все элементы интерьера выполнены из углеволокна. Кузов представляет собой карбоновый монокок с задней рамой из стали. Нет никакой пластмассы, только сталь, алюминий, титан, карбон и прочие высококачественные материалы.

До сотни авто разгоняется за 2,5 секунды, а максималка составляет 430 км/ч.


Если разговор заходит о тюнинге Porsche, вряд ли кто-то сможет составить конкуренцию немецкой мануфактуре 9ff. Эта замечательная компания создала спорткар GT9, который показали публике на выставке Essen Motor Show. Все посетители были в восторге. Следует отметить, что модель GT9 Vmax – это обновленный вариант предыдущего спорткара, который был также создан на базе Porsche 911. Но новинка получилась более мощной.

Оригинальные модификации GT9 обладали мощностью до 973 «лошадок», версия GT9-R генерировала до 1120 л.с.. А GTR9 Vmax скрывает под капотом 6-цилиндровый оппозитный двигатель объемом 4,2 л., который способен развивать мощность 1381 л.с.

Такая мощность заставляет крутиться колеса через 6-тупенчатую секвентальную коробку передач. Водитель может переключать ступени с помощью рычагов, расположенных на рулевом колесе. До сотни авто разгоняется за 3,1 секунды, а через 13 секунд на спидометре уже будет 300 км/ч. Максимальная скорость спорткара – 437 км/ч. При этом его вес составляет 1340 кг.

В этом автомобиле впечатляет не только его мощность, но и цена. Желающему обладать таким «монстром» придется раскошелиться на 895 тысяч евро.


Американская тюнинговая компания Hennessey Performance Engineering представила спорткар Venom GT Spyder. В этом автомобиле используется кузов от Lotus Exige и мотор Chevrolet Corvette Z06. Этот спорткар был создан в честь установления мирового рекорда скорости (февраль 2014). Продажи начались лишь в этом году. При этом было выпущено только три экземпляра.

Автомобиль оборудован 7-литровым мотором V8 и двумя турбинами. Такая компоновка позволяет генерировать мощность 1400 л.с. Автомобиль разгоняется до 466 км/час. Это самый быстрый серийный спорткар. В феврале 2014 года на испытаниях стрелка спидометра показала отметку 435.31 км/ч, что позволило данному автомобилю занять достойное место в книге рекордов Гиннесса.


На салоне в Женеве . Новинка оборудована 8-литровым мотором W16, который с легкостью выдает полторы тысячи «лошадок». При этом максимальная скорость авто – 420 км/ч. До сотни суперкар сможет разогнаться за две секунды, поэтому производители уверены, что их детище станет самым быстрым автомобилем в мире, и эксклюзивное царство гиперкаров скоро получит нового короля.

Чтобы прокатиться с ветерком, водителю придется задействовать специальный ключ, который активирует функции, улучшающие аэродинамику машины. Электроника ограничивает скорость гиперкара 380 км/ч. В Chiron можно отключать цилиндры и наддув с электроприводом, что, по замыслу производителей, должно сократить расход топлива до 20 литров на 100 километров в комбинированном цикле.

Кузов машины сделан из углеволокна. Причем разработчики внесли ряд улучшений, если сравнивать с предыдущей моделью Bugatti Veyron. Также разработчики усовершенствовали шасси авто. Оно может работать при разных условиях езды.

Всего планируется выпустить 500 экземпляров Chiron, причем треть уже продана, несмотря на то, что цена этого авто весьма внушительная – 2,6 млн. долларов.


Если вы хотите порулить действительно мощным автомобилем, вам нужно приобрести очень мощный спорткар Nissan Alpha 12 GT-R, тюнинг которого выполнен студией AMS Performance. Это авто нельзя назвать самым скоростным по разгону до сотни, однако четверть мили он проезжает за 8.8 секунд. При этом скорость составляет 275 км/час.

Компания по тюнингу авто AMS Performance давно уже работает с машинами Nissan. Однако выпуск Nissan Alpha 12 GT-R можно назвать настоящим пиком совершенства.


В версии Alpha 12 была заменена базовая головка блока цилиндров и модернизирован двигатель. Итогом таких преобразований стал сбалансированный гоночный спорткар, оснащенный 4-литровым мотором. Автомобиль на бензине выдает 1100 л.с. мощности, но если впрыснуть в бак гоночного топлива, мощность мотора увеличится до 1500 «лошадок»! До сотни гиперкар разгоняется за 2.4 сек. А чтобы прибавить еще сотню, понадобится всего 3.3 сек. При этом многим гоночным болидам останется лишь глотать пыль из-под задних колес этого автомобиля.

Следует отметить, что в скором времени AMS Performance обещает модернизировать мотор двигателя до 1700 «лошадей».


Конструкторы оснастили Koenigsegg Regera тремя электромоторами, которые совместно с 5-литровым битурбированным двигателем выдают мощность 1509 «лошадок».

Чтобы компенсировать увеличенный вес от трех электромоторов, разработчики убрали из Регеры коробку передач. Осталась только главная пара с передаточным числом, которое соответствует наивысшей ступени в традиционной трансмиссии. При движении в городе на низких оборотах связь двигателя с колесами отключается, поэтому суперкар передвигается как последовательный гибрид.

Вес Koenigsegg Regera равен 1628 кг, что не мешает гиперкару набирать 400 км/ч примерно за 20 сек. До сотни авто может разогнаться всего за 2,8 сек.

Уникальный гиперкар стоит 1 млн. 890 тысяч долларов. Его будут выпускать 5 лет. За это время планируют сделать 80 машин. Эта цифра у шведов означает доминирование.


Тюнинг-студия Mansory любит экспериментировать с Lamborghini Aventador. Вот и сейчас неугомонные немцы представили новую версию гиперкара, который назвали «Carbonado GT». Из двигателя в 6,5 литров разработчики смогли выжать целых 1600 «лошадок»!

Тюнеры изрядно потрудились над мотором. Они оснастили автомобиль инновационными поршнями, шатунами, коленвалом и головкой цилиндров. Естественно, появилась парочка нагнетателей и была улучшена выхлопная система. Именно это и позволило получить дополнительно 900 лошадок, если сравнивать с моделью Aventador LP700-4. До сотни разгоняется за 2,1 сек, а максималка составляет 370 км/ч.

Интерьер авто отделан кожей двух цветов и большим количеством карбона. Наверное, потому модель и назвали «Карбонадо».


Не мог рейтинг самых мощных авто обойтись без Мерседеса. Мощность мотора этого автомобиля — 1600 «лошадок». При этом суперкар показывает максимальную скорость в 350 км/ч. До сотни машина может разогнаться за две секунды. Вес – 1750 кг. Стать владельцем этого шикарного автомобиля может человек, имеющий два миллиона долларов. Именно столько стоит суперкар.


Теперь пошли настоящие монстры. На втором месте находится авто Dagger GT. Его мотор в 9,4 литра работает на смеси бензина, метанола и этанола и способен развить мощность 2028 л.с. Динамические характеристики автомобиля впечатляют. Разгон до сотни занимает только 1,7 сек, тогда как максимальная скорость – 483 км/ч.

Как уточнили разработчики, машина на максимальной скорости может проехать всего 6 минут. Причина кроется не в износе резины, а в расходе топлива. За это время «в трубу» вылетит полный бак топлива. При активной езде суперкар тратит 20 л. смеси в минуту.

Для этого автомобиля была построена собственная платформа. Раму изготовили из стальных хромированных труб, а кузов – из карбона. Салон авто изобилует шикарной кожаной отделкой, карбоном и алькантарой.

При этом стоимость сверхмощного Dagger GT вполне лояльна – 360 тысяч евро.


Как вы думаете, какую мощность выдает лидер нашего рейтинга? 2500, 3000 «лошадок»? Не угадали! Самый мощный на сегодняшний день легковой автомобиль способен выдать запредельные 4515 л.с. Такая мощность поражает и вызывает уважение.

Devel Sixteen Engine Dyno был представлен на автосалоне в Эмиратах пару лет назад. Но до сих пор он удивляет автолюбителей своей мощью.

Объём двигателя – 12,3 л, максималка – 560 км/ч в час, разгон до сотни – за 1,8 сек. Такие цифры впечатляют, однако не понятно, где такую машину можно использовать в реальной жизни. Мало кто сможет справиться с управлением авто и обуздать эти 4,5 тысячи «коней». Тем не менее, именно этот гиперкар на сегодняшний день считается самой мощной машиной на нашей планете. Стать владельцем самого мощного в мире автомобиля можно за миллион долларов, что, кстати, не так уж и дорого.

Сила и мощность вызывает восхищение и привыкание. Особенно, если дело касается автомобилей. Когда человек садится за руль, наступает момент, когда он хочет получить от автомобиля максимальный драйв. Причем совершенно не важно, за руль какого автомобиля он садится. В какой-то момент он начинает желать еще большего. Поэтому, скорее всего, данный ТОП в ближайшие годы несколько изменится. Ведь тюнинговые ателье не зря кушают свой хлеб. И авто с 1000 или даже 2000 «лошадками» уже не смогут считаться мощными машинами.

Видео самого мощного автомобиля в мире — смотрим:

С момента появления первого двигателя внутреннего сгорания силовые агрегаты достаточно быстро эволюционировали. Благодаря глобальной популяризации моторы различных производителей с каждой новой версией становились более технологичными, производительными и мощными.

Также в значительной мере увеличилась надежность ДВС сравнительно с первыми образцами, в лучшую сторону изменялись важнейшие характеристики и т.д. При этом в истории двигателестроения на разных этапах появлялись установки, которые можно было считать не просто очередным двигателем с рядом доработок и улучшений, а настоящим прорывом.

Другими словами, такие агрегаты в большей или меньшей степени оказали влияние на автоиндустрию в целом. Далее мы поговорим о том, какие лучшие моторы в мире в разное время становились очередной отправной точкой для дальнейшего развития и эволюции .

Читайте в этой статье

Лучший двигатель автомобиля: наиболее выдающиеся моторы

10. Начнем с более привычных современных агрегатов, благодаря которым сегодня произошло повсеместное уменьшение рабочего объема (даунсайзинг) одновременно с увеличением мощности и крутящего момента. Не трудно догадаться, что речь идет о .

При этом следует особо выделить двигатель Audi 1.8 T, который появился в далекие 90-е. Такой мотор обеспечивал впечатляющие характеристики при относительно скромном объеме, а его появление можно считать началом постепенного отказа от большеобъемных ДВС.

Силовой агрегат для своего времени оказался достаточно развитым в техническом плане, так как одновременно с турбонаддувом получил 5 клапанов на цилиндр, систему изменения фаз газораспределения, кованые поршни из алюминия и целый ряд других решений.

9. На девятое место в списке попал (двигатель Ванкеля), который был доработан японскими инженерами из Mazda для своих спортивных моделей серии RX. С момента появления двухсекционного роторно-поршневого мотора 13В в 1975 году, этот двигатель и его модификации в дальнейшем стали самыми массовыми РПД в мире.

Благодаря целому ряду инноваций роторный мотор, который на начальном этапе имел всего лишь около 100 л.с., позже выдавал около 300 «лошадей» на форсированных стоковых версиях. Двигатель оснащался турбонаддувом, имел развитую систему управления топливного впрыска и т.д.

Даже с учетом того, что такой агрегат имеет сниженный ресурс и сильно расходует масло и топливо, он отличается небольшим весом и рабочим объемом, раскручивается до 10 тыс. об/мин, позволяет добиться низкого центра тяжести. Такие особенности позволили модели Мазда RX-7 с РПД стать лидером гонок в 80-е годы.

8. Далее речь пойдет о двигателе Chevrolet V8 из линейки Small Block. Этот двигатель встречается под капотами моделей GM и является самой массовой «восьмеркой» за все времена, так как его модификации с незначительными изменениями ставились на авто с 1955 по 2004 годы.

За это время было изготовлено около 90 миллионов таких ДВС, а первые версии создавались для легендарного спорткара «Корветт» в качестве замены слабому рядному шестицилиндровому агрегату.

В различных модификациях этот V8 не имел объема ниже 4.3 л. Также встречаются версии с впечатляющими 6.6 литра. Двигатель отличается невысоким , так как изначально он создавался для того, чтобы уместиться под капотом Шевроле Корветт.

При этом мотор получился настолько удачным, что его затем начали ставить на все модели GM, для которых предполагалось наличие V8. Главными плюсами этого агрегата является производительность, надежность, простая конструкция, не особенная требовательность к качеству топлива и масла.

7. На седьмое место попали моторы BMW, а именно рядная «шестерка». Благодаря стараниям немецких инженеров шесть цилиндров, расположенные в ряд, стали символом целой эпохи, а также изменили представление о том, как должен работать мощный и производительный рядный двигатель.

Первая «шестерка» БМВ появилась в 1968 году, а венцом стал легендарный гоночный атмосферный S54 2000 года на BMW М3. При сравнительно скромном объеме 3.2 литра мотор отдавал 340 л.с., что для атмосферника является выдающимся достижением.

При этом именно баварцы даже на фоне отказа других производителей от установки рядных 6-цилиндровых моторов в пользу более компактных V6 продолжали вопреки всему долго и активно использовать рядный ДВС с 6 цилиндрами на своих моделях. Благодаря этому решению автолюбители по всему миру смогли по достоинству оценить плавность работы, минимум вибраций и способность мотора быстро раскручиваться до максимальных оборотов.

6. Ближе к середине списка оказался легендарный V8 HEMI, который собирался с 1964 до 1971 года. Свое название мотор получил благодаря уникальной камере сгорания в виде полусферы. При этом не стоит путать этот мотор с теми одноименными аналогами, которые выпускаются сегодня. Версия 64-го года является настоящим спортивным V8 с рабочим объемом 7.0 л, мощность составляет около 425 л.с. Двигатель с нижним расположением распредвала, имеет два клапана на цилиндр и минимум сложных конструкторских решений.

Отличительной чертой такого ДВС стало то, что это действительно неубиваемые двигатели с поразительным запасом прочности. Вес мотора около 400 кг, конструкция очень простая и предельно надежная, способная выдерживать крайне высокие нагрузки даже с учетом максимальной форсировки. Не удивительно, что такой двигатель сегодня стоит очень дорого, так как представляет особую ценность для любителей уличных гонок, спортсменов, коллекционеров и т.д.

5. На пятое место заслуженно попадает высокотехнологичный мотор W16, который был создан для возвращения на рынок суперкаров Бугатти. Этот двигатель на начальном этапе получил головокружительную мощность больше 1000 л.с., являясь витком эволюции VR-образных ДВС от Volkswagen.

Минимальный угол развала цилиндров (15 градусов) позволил ставить одну на два ряда цилиндров. Также мотор получил уникальную систему самодиагностики, чтобы быстро найти проблему в одном из 16 цилиндров. Что касается конструктива, кроме 4 турбонагнетателей и нескольких радиаторов охлаждения, также были использованы из титана, маслонасос из алюминия и другие крайне дорогие детали.

В результате масса W16 всего около 400 кг, а стоимость производства двигателя не имеет значения, так как основной задачей является получение огромной мощности и выносливости ДВС для достижения выдающихся показателей суперкара Bugatti Veyron и гиперкара Сhiron с головокружительными 1500 л.с.

4. Следующим двигателем, который заслуживает особого внимания, можно считать V8 от Ford, который напрямую ассоциируется с автомобилями из США и является своеобразной визитной карточкой всего американского автопрома.

Дело в том, что установка такого ДВС на массовые модели авто позволила «восьмерке» максимально приблизиться к простому потребителю, а не оставаться достоянием владельцев исключительно дорогих и «люксовых» машин.

Двигатель V8 от Ford появился в 1932 году, был намного массивнее аналогов из Европы, при этом зачастую стоил дешевле. Благодаря стараниям компании Генри Форда два блока цилиндров и картер отливались в виде цельной детали. Коленвал не выковывался, а изготавливался методом литья, после чего прочность достигалась, простыми словами, путем термозакаливания. Распределительный вал находился в блоке цилиндров, конструкция мотора была максимально упрощена.

В результате появился мощный, дешевый и выносливый двигатель, который быстро прижился в широких массах благодаря установке на множество популярных моделей. Также именно на базе таких моторов произошло зарождение культуры тюнинга автомобильного ДВС, так как V8 Ford можно было легко .

Так появились первые «заряженные» версии, более известные сегодня как хот-роды (hot-rod), а сами двигатели с 8-ю цилиндрами стали не просто стандартом, а фактически символом машин родом из США.

3. На третье место в нашем списке моторов, которые внесли свой вклад в историю и повлияли на общемировое двигателестроение, заслуженно попадает двигатель. Наиболее известными производителями ДВС данного типа является Фольксваген (Порше) и японская компания Subaru со своими Boxer.

Огромную популярность и признание на начальном этапе «оппозитник» получил еще со времен пилотных партий в 1933 году на модели Volkswagen Beetle, а выпуск усовершенствованных версий закончился только в 2006 г. Двигатель изначально имел воздушное охлаждение, агрегат получился максимально простым, отличался надежностью, приемлемой мощностью и неприхотливостью.

Что касается японцев, бренд Subaru фактически сделал ставку на такую компоновку. В результате оппозитные двигатели из Японии получились компактными, легкими, снижен уровень вибраций, центр тяжести позволяет добиться отличной развесовки и управляемости автомобиля.

Даже с учетом сложностей обслуживания и ремонта, оппозитные моторы Субару пользуются заслуженной популярностью благодаря целому ряду уникальных особенностей. Кстати, оппозитник эволюционирует и дальше, не так давно был представлен Subaru.

2. На втором месте находится так называемый . Признанным лидеров в этой области является Toyota. Инженеры компании построили уникальный симбиоз электродвигателя и привычного ДВС, тем самым значительно сократив расход топлива и токсичные выбросы в атмосферу.

При этом гибридный двигатель даже сегодня выглядит более предпочтительным вариантом на фоне активного развития , которые полностью лишены двигателя внутреннего сгорания.

В качестве примера можно упомянуть известную модель Toyota Prius или премиальные Lexus Hybrid. В этих моделях бензиновый двигатель имеет высокую степень сжатия и настроен для работы в паре с электромотором. Трансмиссия для гибридных авто также представляет собой целую группу сложных инженерных и конструкторских решений.

В общих чертах, для старта и на малой скорости традиционный ДВС на машинах-гибридах не задействуется, за вращение колес отвечает электромотор, который питается от электрических батарей. Если же водителю нужно больше мощности, тогда после старта от электротяги на определенной скорости подключается ДВС, который вместе с электродвигателем далее эффективно разгоняет автомобиль. Параллельно во время работы бензиновой установки заряжаются и аккумуляторы.

Самый лучший мотор за все время автомобилестроения

Итак, заслуженное первое место и почетное звание «самый лучший двигатель в мире» в нашем списке получает силовой агрегат, который устанавливался на модель Ford Model Т. Этот двигатель можно считать самым распространенным мотором на планете, который заметно повлиял на развитие не только автомобилестроения, но и всей нашей цивилизации.

Дело в том, что кроме самой модели Форд Т, этот силовой агрегат стоял на грузовых авто, лодках, использовался в качестве движущей силы для электрогенераторов и т.д. Рабочий объема составлял 2900 см3, 4 цилиндра, мощность всего 20 л.с, при этом агрегат выдавал неплохой показатель крутящего момента и был крайне неприхотлив к качеству топлива. Силовая установка успешно работала на керосине и даже этаноле.

Однако и это еще не все. Главным козырем является предельная простота конструкции. Планетарная двухступенчатая КПП была интегрирована в один блок с ДВС, масло для двигателя и коробки было общим. Сама не предполагала подачу под давлением, смазочный материал попадал на детали методом разбрызгивания.

Список самых надежных бензиновых и дизельных моторов: 4-х цилиндровые силовые агрегаты, рядные 6-ти цилиндровые ДВС и V-образные силовые установки. Рейтинг.

  • Какой срок службы двигателя является нормой для современных моторов. Почему не осталось двигателей «миллионников». Как увеличить ресурс современного ДВС.
  • Это абсурд. Но это есть.

    При просмотре фильма “Титаник” вы никогда не задумывались, глядя на винты, что за машина должна их вращать? Какого размера двигатель нужен, чтобы привести в движение океанский лайнер или контейнеровоз, размером со здание?

    А нужны двигатели размером с небольшой домик. Самым мощным в мире дизельным двигателем сейчас является Wartsila-Sulzer RTA96-C . Это турбодизельный двигатель, созданый специально для больших океанических кораблей. Весит сей агрегат 2300 тонн, в длину насчитывает 27 метров ( 89 футов), в высоту 13(44 фута).


    Притрите, пожалуйста, клапана

    Автолюбители любят похвастаться между собой мощностями двигателей своих авто. Напимер популярный Volkswagen Touareg имеет под капотом целых 345 “лошадей”. Это очень мощная и тяговитая машина.

    Наш двигатель имеет мощность 108,920 л/с при 102 об/мин. Сто тысяч. Довольно примечательно что столь огромный двигатель имеет столь малуо оборотистость. Зато момент 7 603 000 ньютон/метр. Это вам не самолеты за собой тягать)

    Монтаж коленчатого вала

    Объемы двигателя тоже просто поражают. Например объем одного цилиндра составляет без малого 1820 литров. Каждый из них развивает мощность в 7780 л/с. А таких цилиндров у двигателя 14, и суммарный объем составляет 25480 литров .

    Кушает этот дом 6284 литра в час. Трудно представить себе объемы топливных баков, необходимых например, чтобы переплыть Атлантику. Однако плавают.

    Самый мощный в мире двигатель и рабочий)

    Вот несколько кораблей, на которых устанавливаются подобные двигатели:

    Knock Nevis, или T.T. Jahre Viking – супертанкер. Длина 485 метров. Титаник рядом с ним кажется мелким. Самый мощный в мире танкер имеет право иметь самый мощный в мире двигатель.

    Вполне естественно, что в автомобильной индустрии используются совершенно разные силовые агрегаты, которые отличаются друг от друга количеством цилиндров, объёмом, наличием наддува и мощностью.

    Сегодня мы предлагаем вашему вниманию импровизированный рейтинг самых мощных двигателей по количеству цилиндров в мире: от маленького двухцилиндрового мотора модели FIAT 500 до могучего агрегата W16, который используется на гиперкаре Bugatti Chiron .

    Для справедливого сравнения мы не включаем в этот список гибридные силовые установки, потому что их электрический импульс слишком сильно искажает результаты. Например, 1,6-литровый двигатель V6 гиперкара Mercedes-Benz Project One с четырьмя электродвигателями способен генерировать порядка 1100 л.с., что дало бы ему лидирующие позиции.

    Отметим, что все силовые агрегаты, вошедшие в рейтинг топ самых мощных двигателей по количеству цилиндров, в настоящее время используются на серийных автомобилях. То есть, наш хит-парад максимально актуален. Итак. Если вы когда-нибудь задумывались, какой самый мощный автомобильный двигатель для данного количества цилиндров, то наш рейтинг даёт ответ.

    2 цилиндра — FIAT 0.9 TwinAir

    Это удивительное дело, но маленький турбодвигатель 0.9 TwinAir, используемый на компактной модели FIAT 500, способен генерировать 103 лошадиные силы. Отметим. Хотя эта цифра является победителем в автомобильном мире, в мотоциклетном мире есть более производительные моторы. Например, силовой агрегат V2 объёмом 1285 кубических сантиметров модели Ducati 1299 Panigale R FE выдаёт … 207 лошадиных сил.

    На момент написания этого материала 1.0-литровый мотор EcoBoost от американской компании Ford мощностью 136 л.с. является самым мощным трехцилиндровым двигателем, который вы можете купить. Однако этот результат будет превзойден в самое ближайшее время: осень скоро в Европе будет доступна модель Fiesta ST с 1,5-литровым трехцилиндровым двигателем, отдача которого составляет 197 л.с.

    4 цилиндра — Mercedes-AMG 2.0 Четырехцилиндровый 2,0-литровый двигатель с наддувом компании Mercedes-AMG способен выдавать 375 лошадиных сил. Как известно, этот агрегат используется на таких моделях, как CLA-Class, A-Class и GLA-Class. Этот показатель впечатляет, но он не самый лучший из всех когда-либо существовавших. В 2014 году японская компания Mitsubishi предлагала модель Evolution X FQ-440 MR, которая была оснащена 4-цилиндровым 440-сильным мотором. Тираж машины был ограничен всего 50 экземплярами.

    12 цилиндров — Ferrari 6.5 V12 Самый мощный 12-цилиндровый двигатель объёмом 6,5 литра устанавливается на недавно представленное купе Ferrari 812 Superfast , где он генерирует 789 (800) лошадиных сил. Благодаря могучему агрегату и оптимально настроенному шасси автомобиль способен ускоряться с 0 до 100 км/ч всего за 2,9 секунды.

    16 цилиндров — Bugatti 8.0 W16 В мировой автомобилестроительной индустрии не так много машин, которые оснащаются 16-цилиндровыми двигателями. Поэтому очевидно, что самым мощным 16-цилиндровым двигателем в мире является мотор компании Bugatti с четырьмя турбинами, который способен генерировать 1500 лошадиных сил. Однако стоит напомнить, что есть такая машина, как Devel Sixteen, которая оснащается мотором V16, мощность которого может варьироваться от 3000 до 5000 лошадиных сил. Однако в серию этот автомобиль пока не пошёл, но двигатель фактически существует.

    почему Mazda возвращается к роторным моторам :: Autonews

    Капризный Ванкель: почему Mazda возвращается к роторным моторам

    Mazda – единственный автопроизводитель, кто не утратил интерес к роторно-поршневым двигателям (РПД). Японцы собираются представить на Токийском автосалоне концептуальное купе с такой силовой установкой. Несмотря на то, что выпуск единственной модели с РПД был прекращен еще три года назад, инженеры компании продолжили развивать это направление, и в 2013 году представили гибридно-роторный концепт.

    Скорее всего, гибридная силовая установка будет стоять и под капотом токийского концепта, который в итоге превратится в серийный автомобиль. Когда – неизвестно, но Mazda уже зарезервировала название RX-9 для новой машины. Японский автопроизводитель далеко не первым увлекся роторными моторами, но впоследствии стал самым преданным поклонником этой схемы.

    NSU Spider

    Работы над роторно-поршневым двигателем инженер Феликс Ванкель начал в 1951 году и дальше эта схема совершенствовалась специалистами немецкой компании NSU. Первый рабочий прототип завели только спустя 6 лет. В 1964 году NSU продемонстрировала свой первый роторный автомобиль – кабриолет Spider. Размещенный над задней осью силовой агрегат развивал 50 л.с. и разгонял машину до 100 км/ч за 14,5 секунды. Кабриолет оказался достаточно дорогим и за три года было выпущено чуть больше 2000 машин.
    NSU Ro-80

    В 1967 году NSU прекратила производство кабриолета и запустила новую роторную модель – изящный четырехместный седан Ro-80. Это был инновационный для того времени автомобиль c дисковыми тормозами, полуавтоматической трансмиссией с вакуумным приводом сцепления, блок-фарами и двухсекционным роторным мотором, приводящим в движение передние колеса. Двигатель при рабочем объеме в 1 литр развивал 115 л.с. и 162 Нм и разгонял довольно легкий (1210 кг) седан до 180 километров в час. В 1968 году Ro-80 получил титул «Автомобиль года», однако экзотический мотор оказался крайне ненадежным. А из-за нефтяного кризиса популярность прожорливого седана упала окончательно. Концерн VW, частью которого NSU стала в 1969 году, пытался доработать капризный мотор, но в 1977 году свернул выпуск модели и роторные разработки.
    Как устроен роторный двигатель

    Главная деталь в роторно-поршневом моторе – трехгранный ротор, который движется внутри цилиндра сложной формы и своими гранями отсекает изолированные объемы, где происходит сжатие, сгорание, расширение топливно-воздушной смеси и выпуск отработавших газов.

    РПД устроен намного проще, чем обычный поршневой мотор. Он компактнее и легче, хорошо уравновешен и у него более высокая удельная мощностью. При этом роторно-поршневой мотор не обладает высоким ресурсом, требователен к качеству масла и склонен к перегреву. Он расходует больше топлива и менее экологичен.

    Citroen GS Birotor

    Когда недостатки двигателей Ванкеля еще не стали очевидны, многие компании заинтересовались тихим и компактным мотором. Citroen создал вместе с NSU компанию Comotor, занявшуюся выпуском РПД. Первым роторным «Ситроеном» стало купе M35 – небольшую партию этих автомобилей с гидропневматической подвеской передали лояльным клиентам для опытной эксплуатации. Вторая модель GS Birotor (или GZ) со 107-сильным двухроторным мотором пошла в серию в 1973 году. Однако ее продажи оказались низкими: роторный GS стоил на 70% больше стандартной модели и даже оказался дороже флагманского DS. При этом в условиях разразившегося нефтяного кризиса он расходовал слишком много топлива. Удрученный неудачей французский производитель выкупил обратно все GS Birotor и отправил их на слом, так что до наших дней сохранилось всего несколько машин.
    Mercedes-Benz C111

    Свой роторный прототип компания Mercedes-Benz представила во Франкфурте в 1969 году. Стеклопластиковое купе с дверями типа «крыло чайки» многим виделось как новая интерпретация легендарной модели 300SL. Однако автопроизводитель решил использовать прототипы этой серии для экспериментов с новыми типами силовых агрегатов. Первый автомобиль серии C111 c трехсекционным мотором развивал 280 лошадиных сил. Вторая машина с четырехсекционным агрегатом мощностью 350 л.с. уже могла разгоняться до 300 километров в час. Испытатели отмечали низкий уровень шума, однако инженерам так и не удалось справиться с перегревом и грязным выхлопом РПД. В итоге следующие С111 оснащались дизельными моторами.
    Aerovette XP-895

    General Motors также заинтересовался роторными двигателями и даже установил их ради эксперимента на компактную модель Vega. В 1972 году Джон ДеЛореан, возглавлявший Chevrolet, решил вернуться к идее среднемоторного суперкара, которую он до этого забраковал. Для концепта XP-895 два двухсекционных роторных мотора соединили вместе, получив четырехсекционный силовой агрегат мощностью 420 лошадиных сил. Кроме того, был создан еще вариант спорткара с двухсекционным мотором. Однако из-за нефтяного кризиса и невысокой надежности роторных двигателей работы по ним были свернуты. Спустя несколько лет среднемоторный суперкар, получивший имя Aerovette, снова собрались запустить в серию, но уже с обычным мотором V8.
    Mazda Cosmo Sport

    Компания Mazda дальше других продвинулась в применении роторных моторов — с ними связана и важная спортивная победа компании в Ле-Мане в 1991 году. Первый РПД на основе силового агрегата NSU был создан японцами 1963 году, а два года спустя компания запустила в серию купе Cosmo c двухсекционным 110-сильным двигателем. В последующие годы Mazda выпустила множество различных автомобилей с РПД, в число которых входили даже пикапы и автобусы. В основном у них был задний привод и только у мелоксерийного купе Luce R130 — передний.
    Mazda RX-7

    Изначально под индексом RX выпускались роторные версии обычных моделей Mazda, но с номера 7 он был зарезервирован под отдельную спортивную модель с РПД. Модель RX-7 производилась c 1978 года на протяжении 24 лет, сменила три поколения и разошлась тиражом более 800 000 машин. За счет увеличения рабочего объема, а также использования наддува сначала с одной, а потом и с двумя турбинами мощность моторов выросла со 100 до 280 лошадиных сил. RX-7 третьего поколения выступил в фильме «Форсаж» в качестве боевой машины Доминика (герой Вин Дизеля).
    Mazda Eunos Cosmo JC

    В 1990 году Mazda начала производство люксового купе Eunos Cosmo с трехсекционным роторным мотором. Благодаря двойному турбонаддуву, появившемуся на этой модели даже раньше, чем на купе RX-7, удалось снять с двух литров 300 лошадиных сил и добиться максимальной скорости свыше 250 километров в час. Кроме того, существовала и менее мощная версия с двухсекционным роторным мотором. Помимо передового двигателя, новшеством стала и спутниковая навигация. Однако несмотря на все достоинства, разработка Eunos Cosmo JC обошлась компании в астрономическую сумму.
    Mazda RX-8

    Новое роторное купе, представленное в 2003 году, отличалось необычным кузовом с дополнительными распашными створками, облегчающими посадку на задний ряд. На этот раз японская компания отказалась от турбонаддува, зато смогла снизить расход бензина и масла нового роторного мотора Renesis и вписать его в экологический класс Евро-4. Тем не менее, силовой агрегат мощностью 192 или 240 л.с. обеспечивал легкой машине неплохое ускорение. В 2003 году новый РПД был удостоен звания «Двигатель года». Однако после ужесточения экологических норм Mazda была вынуждена прекратить продажи этой модели в Европе, а без европейского рынка производство RX-8 становилось нерентабельным. Тем не менее, компания продолжила опыты с РПД.
    ВАЗ-415

    Волжский автозавод стал одной из немногих автомобильных компаний, серийно выпускавших автомобили с РПД. С начала 1990-х моторы, разработанные специальным конструкторским бюро тольяттинского предприятия, ставились по заказу МВД и ФСБ на передне- и заднеприводные ВАЗы, «Москвичи» и «Волги». Внешне эти автомобили были ничем не приметны, зато легко могли догнать обычный автомобиль с поршневым мотором. Например, «восьмерка» с РПД мощностью 134 л.с. разгонялась до 100 км/ч всего за 8,5 секунды. Позже роторные машины мог приобрести любой желающий у официального дилера ВАЗа, однако спрос оказался небольшим – автомобили были дорогими и требовали частого обслуживания.
    Hercules Wankel

    Устанавливались роторные моторы и на мотоциклы, первой в 1974 году стала компания Hercules. Мотор байка W-2000 с воздушным охлаждением развивал 27 лошадиных сил. Роторные мотоциклы с жидкостным охлаждением выпускали серийно компании Norton и Suzuki, а компания Van Veen использовала для своей эксклюзивной модели автомобильный РПД производство Comotor. А в СССР ограничились экспериментами с двигателями Ванкеля на тяжелых мотоциклах.
    Правила жизни роторных двигателей
    Алексей Вуль, инженер, разработчик бесшатунных двигателей, участвовал в калибровке роторно-поршневых моторов ВАЗа:
    • Роторно-поршневые моторы сыграли определенную роль в те временя, когда людей не так сильно волновали экологические показатели.
    • Любой двигатель внутреннего сгорания представляет собой три важнейших функциональных блока. Первый – сосуд переменного объема. Второй – система газообмена и топливоснабжения. Третий – механизм, который преобразует удобную для газов форму движения во вращение выходного вала. Попытки совместить эти вещи в едином узле, как правило, заканчиваются потерей либо КПД, либо ресурса.
    • За время впуска воздух должен совершить несколько оборотов для более тщательного перемешивания топлива. В двигателях со сложной камерой сгорания, а роторно-поршневые моторы относятся именно к таким, непонятно, как этот воздух крутится.
    • Когда плохо смазываемая уплотняющая кромка пересекает выхлопное окно, получается прострел горячих газов через узкую щель со сверхзвуковой скоростью — возникает газовая эрозия.
    • Сколько вы можете отыграть на роторно-поршневом моторе? 70-100 килограммов? Но эти же килограммы без нечеловеческих усилий вы сможете отыграть на каких-то других элементах конструкции.
    • Существует много разных сценариев, с помощью которых можно получить отличный с точки зрения КПД и экологии термодинамический цикл. А уже после этого стоит садиться и думать, как сделать под него совершенное «железо». А если мы будем исходить из конструкции мотора, то потратим 70 лет, уйму денег для того, чтобы спасти довольно затейливую, но не очень перспективную идею.
    • Я не верю, что Mazda или все прогрессивное человечество смогут толково решить проблему РПД и обеспечить пробег в полмиллиона километров.

    Евгений Багдасаров

    К вопросу о танковых двигателях. Часть 2 | Dogswar.ru

    Страница 1 из 2

    «…Эй, ямщик, поворачивай к черту!
    Новой дорогой поедем домой!…»
    Г.Сукачев. «Дорожная»

     В первй части , размещенной здесь, я попытался рассмотреть основные принципы работы и классификационные признаки тепловых двигателей вообще, и двигателей внутреннего сгорания в частности, поскольку в современном нам мире именно ДВС во всех его проявлениях является основой, «рабочей лошадкой» любой мобильной техники – от и до.

    Соответственно, наличие на инженерном мобильном сооружении – не важно, танк ли это, автомобиль или что-то другое – более совершенного, чем у супостата, двигателя позволяет конструкторам получить преимущество в одном из решающих факторов простого с виду уравнения «вооружение/подвижность/защищенность».

    В части 1. выведены несколько направлений, позволяющих в частности повысить агрегатную мощность поршневых ДВС. Это:
    1 Увеличение рабочего объема двигателя.
    2 Увеличение степени сжатия.
    3 Уменьшение механических потерь.
    4 Оптимизация процессов горения смеси.
    5 Увеличение наполнения цилиндров.

    Но поршневые ДВС – это не предел совершенства, хотя за многие десятилетия основы их конструирования вылизаны, поставлены на серьезнейшую научно-техническую основу и проверены опытом. Однако, поршневые двигатели практически достигли вершины своего совершенства, и дальнейшее их развитие уже не может дать того качественного, скачкообразного эффекта, который позволил бы получить решающее, качественное преимущество. Как классический пример, можно привести замену поршневых ДВС в авиации на двигатели реактивные, в конечном итоге изменившую лицо авиатехники кардинально и позволившую выйти на качественно новые уровни и горизонты развития. Казалось бы, с наземной техникой все должно быть еще проще – земля не воздух, нет такой категорической жесткости условий и требований, как в авиации.
    Казалось бы…

    По словам Аганова,статья которого и послужила своеобразным «детонатором» к этому материалу, «…Ведущими в этой области являются США и Германия. Большая работа по разработке и совершенствованию двигателей проводится и в Великобритании.». Что ж. Попробуем посмотреть внимательно.

    В настоящее время реально существуют несколько типов ДВС, могущих составлять друг другу конкуренцию – это:
    Классические ДВС — это все разновидности кривошипно-шатунных двигателей.
    Газотурбинные ДВС
    Роторно-поршневые и роторные ДВС.

    Среди конструкторов-двигателистов идёт конкурентная борьба за каждую долю процента в улучшении технических характеристик двигателей, но надо признать, что предел совершенства ДВС практически достигнут, рост качественных показателей прекратился, конструкторы толкают двигателестроение на экстенсивный путь развития. А именно на производство высокооборотных турбированных ДВС, а среди них лучшим считают тот, который «сожжёт больше топлива в единицу времени» для увеличения показателя мощности в ущерб КПД. Результатом такого «развития» будет комплекс эксплуатационных и технико-экономических проблем.

    Роторный дизельный двигатель задумывался прежде всего для получения большего КПД термодинамического цикла, то есть качественного показателя, и уже на его основе получения лучших технических и экономических характеристик. Иными словами целью являлось создание двигателя, производящего больше полезной работы при сжигании равного количества топлива в сравнении с другими ДВС. И вот этот важнейший показатель у РДД почти на 40% выше, к тому же благодаря своим конструктивным особенностям  работает двигатель на оборотах в два с лишним раза меньших, чем у кривошипно-шатунных двигателей.

    Таким образом, преимущества роторного дизельного двигателя внутреннего сгорания перед применяемым в настоящее время кривошипно-шатунным двигателем являются  настолько очевидными, что позволяют предположить занятие им в скором времени доминирующего положения среди двигателей этого класса.

    Здесь стоит напомнить, что еще лет 25–30 назад Советский Союз лидировал в области создания двигателей. Безусловно, это происходило благодаря большому перекосу в области финансирования военной техники. Неудивительно, что до сих пор некоторые образцы двигателей для самолетов, вертолетов и танков считаются если не самыми лучшими в мире, то по крайней мере не уступают мировым аналогам.

      Далее последовал распад СССР и разрушение десятилетиями наработанных между предприятиями связей. Да и сами предприятия оказались по разные стороны новых границ. Конечно, в нулевые годы в стране наметился экономический рост, некоторые предприятия общего машиностроения получили определенные возможности развития и роста, однако в области двигателестроения ситуация осталась весьма сложной. Это связано с тем, что создание современного образца двигателя (будь то поршневой ДВС или ГТД) требует серьезных вложений в НИОКР, в технологическое оборудование, в создание новых материалов. Все это в совокупности приводит к увеличению сроков окупаемости проекта. А собственники предприятий – многие из них, безусловно, хорошие экономисты – не готовы вкладывать деньги в проекты, срок окупаемости которых более чем 2,5 года. Окупить создание современного двигателя за такой срок – нереально. С другой стороны, сейчас в мире проекты по разработке наукоемкой продукции наиболее интересны для инвесторов, так как именно подобные проекты при относительно невысоких рисках имеют максимальную добавленную стоимость. Как и всегда, задача государства как регулятора процессов, протекающих в экономике, – создать эти условия для собственников и инвесторов, чтобы заниматься разработкой такой наукоемкой продукцией, как современный двигатель.

     Но вернусь «к заклёпкам». Первый двигатель внутреннего сгорания изобретен в 1765 году. Вначале без сжатия смеси перед зажиганием, потом с сжатием, после чего конструкция ДВС практически не менялась. Причем КПД тоже остался на почти таком же уровне (максимальный теоретический уровень КПД 70%, реально же в четырехтактных не более 35%-42%, а в дизелях 41%-52%).

    Основным параметром любого двигателя является удельная мощность, т.е. сколько килограмм массы двигателя соответствует каждому киловатту (кВт) выдаваемой им мощности. Например, для четырехтактных (обычный автомобильный двигатель) удельная мощность не более 1кВт/кг (1 л.с. равняется 736 Вт), т.е. для того чтобы получить мощность 20 л.с., сам двигатель будет весить не менее 20 кг. Естественно, с повышением степени форсировки удельная мощность будет возрастать, но до определенного предела, увеличивая при этом напряженность агрегата со всеми вытекающими последствиями.

    Наименьшей удельной мощностью (т.е. для создания мощности 20 л.с. такие двигатели окажутся самыми тяжелыми) обладают четырехтактные двигатели — около 1 кВт/кг, двухтактные , очень грубо говоря, в 2 раза лучше — до 2 кВт/кг (т.к. каждый второй ход поршня является «рабочим», в отличие от четырехтактных, где только каждый четвертый), но из-за конструктивных особенностей (худший режим процесса сгорания, меньшая  степень сжатия и т.д.) двухтактники потребляют больше топлива. Т.е. двухтактный двигатель мощностью 20 л.с. в 2 раза легче четырехтактного такой же мощности, но топлива потребляет немного больше. Еще лучше по показателю масса/мощность роторно-поршневой двигатель (двигатель Ванкеля), но у него ресурс довольно мал, топлива потребляет больше четырехтактника (а вот меньше или больше двухтактного, зависит от многих факторов – схемы продувки, коэффициента зарада, наличия надувочного ресивера, степеней ГТН и проч), да к тому же сам является четырехтактным с не самой оптимальной камерой сгорания. Ну и самыми лучшими являются газотурбинные двигатели (ГТД). На каждый килограмм массы двигателя они выдают до 6 кВт, т.е. двигатель мощностью 20 л.с. будет весить всего 3.3 кг (вместо 20 кг для четырехтактного!). Но эти двигатели имеют свои врожденные пороки и недостатки – от наименьшего ресурса до наихудшей экономичности.

    Таким образом, самый перспективный двигатель — это двигатель, использующий силу давления расширяющегося газа до полного его расширения (при этом предварительно топливная смесь сжимается перед зажиганием), а не тот что использует давление струи газа на лопасти турбины, пусть даже и с ротором активно-реактивного типа (турбина Парсонса с дополнительным расширением газов в аппарате лопаток ротора). Следовательно, наиболее перспективным ДВС на обозримое будущее для наземной боевой техники можно считать именно многотопливный РДД, выполненный на принципах роторно-поршневого двигателя Ванкеля, на котором остановлюсь чуть подробнее.

    Роторно-поршневой двигатель Ванкеля изобретен в 1957 году. Это четырехтактный двигатель (только каждый четвертый ход «рабочий»), в котором ротор, напоминающий треугольник, вращается через планетарную передачу, попеременно увеличивающий и уменьшающий объем камеры между ротором и стенками (статором). Достоинства: более простая конструкция (требует на 35..40% меньше деталей, чем обычный двигатель), почти в 2 раза меньший вес при одинаковой мощности, более компактный, практически без вибраций. Недостатки: малый ресурс из-за плохих материалов уплотнения, больше расход топлива, непростое вращательное движение (сам Ванкель был недоволен планетарной концепцией и до конца жизни искал более простой вариант).

     За рубежом некоторые фирмы оснащали серийный машины роторно-поршневым двигателем, у нас ВАЗ выпускал двигатели Ванкеля мощностью 40 л.с. и оснащал им некоторые модели «классики», а в конце 90-х пустил в предсерию роторный дизельный двигатель эффективной мощностью в 247 КВт с керамическими составляющими элементов уплотнений, но по вполне понятным любому россиянину причинам проект был похоронен, а сам выпуск двигателей прекращен.

    А вот еще одна отечественная разработка, имеющая место быть в металле, разработка инженера В.И.Соколова, выполненная фирмой «Двигатель» под девизом Тепловой двигатель с круговым поступательным движением кольцевого поршня».

    Кроме того, одновременно с Ванкелем другой инженер, Баландин, предложил свою версию «Бесшатунника», в котором улучшились условия работы поршня, резко увеличился ресурс пары трения «поршневое кольцо — гильза цилиндра», но при этом слабым местом с точки зрения надежности оказался механизм преобразования линейного движения во вращательное.

    Говоря об отечественных разработках в области перспективных ДВС невозможно не говорить о роторном двигателе НЕПРЕРЫВНОГО ГОРЕНИЯ того же Баландина, построенного под девизом «Демиург №1»  в 1998-м году.

    В этом двигателе  камеры сжатия, сгорания и расширения рабочей смеси разнесены в пространстве, а процессы сжатия, сгорания и расширения совмещены во времени, что обеспечивает непрерывность сжигания рабочей смеси и, соответственно,  дает возможность повысить удельную мощность.В рабочей модели двигателя массой 4 кг мощность на рабочем режиме составляет 23 кВт. Это на уровне лучших ТРД, при этом расход топливной смеси ориентировочно 57 г/сек. Однако, наиболее перспективным и реалистичным образцом роторного ДВС является двигатель,  спроектированный и построенный в Новосибирске конструкторским коллективом под руководством Е.Горлова, А.Коньшинова и В.Спичкина. Двигатель позиционируется, как «Роторно-Винтовой ДВС», испытания его прошли настолько успешно, что после краткой публикации в журнале «Двигатель» от 2000-го года, информация об этой разработке практически полностью исчезла из открытых источников, что подтверждает его работоспособность и перспективность. 

    В данной конструкции процесс сжатия смеси (воздуха или смеси воздуха и топлива) и сгорания происходит в подобии турбины, выполненной из элементов со сложной вогнутой конической сферовинтовой поверхностью. В такой турбине небольшие замкнутые объемы перемещаются вдоль оси двигателя слева направо. В левой части при перемещении этих объемов они уменьшаются (происходит сжатие топливной смеси), в центре топливо поджигается, и дальше движется направо по расширяющимся объемам.

     

    Преимущество такого двигателя перед ТРД в том, что в сжимающихся/расширяющихся изолированных объема можно «снять» больше энергии с топлива, чем в случае «удара» сильной струи раскаленного газа в обычную турбину. Кроме того, доступна меньшая частота оборотов вала, а следовательно, уменьшаются потери на редукторе (по сравнению с ТРД, где турбина может вращаться с частотой вплоть до 100000 об/мин и более, а на выходе необходимо 500…3000 об/мин).

     

    К достоинствам. конструкции винтового ДВС перед осепоршневым следует отнести следующие: отсутствие трения скольжения; теоретически неограниченную степень сжатия компрессора и, соответственно, степень расширения турбины; широкий рабочий диапазон оборотов двигателя, возможность работы при высокой частоте вращения; простоту конструкции; отсутствие несбалансированных масс, низкий уровень шума; небольшие массу и габариты; возможность работы на любых видах жидких и газообразных топлив; возможность введения в зону горения реагентов для улучшения характеристик; высокую удельную мощность и коэффициент полезного действия двигателя.

    Проведенные расчеты показали, что шестикамерный ДВС со степенью сжатия-расширения 20, при работе на смеси метан-воздух развивает мощность до 125 кВт при частоте вращения выходного вала 7000 об/мин. При этом его длина составляет 460 мм, максимальный диаметр по турбине — 199 мм, а к.п.д. лежит в пределах 60…70 %. Недостатком является сложность технологии изготовления элементов (из-за материала и требуемой точности).


    ПерваяПредыдущая 1 2 Следующая > Последняя >>

    Роторный двигатель LiquidPiston мощностью 40 л.с. обеспечивает тепловой КПД 75%

    Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) имел удивительно успешную историю в течение полутора веков. К сожалению, он заведомо неэффективен, тратя впустую от 30 до 99 процентов производимой энергии и выбрасывая несгоревшее топливо в воздух.

    На прошлой неделе Gizmag взял интервью у доктора Александра Школьника, президента и главного исполнительного директора LiquidPiston, Inc., о разработанном компанией LiquidPiston X2 — роторном двигателе мощностью 40 л. обещает термодинамическую эффективность 75 процентов.Соучредитель LiquidPiston со своим отцом Николаем, доктор Школьник считает, что двигатель внутреннего сгорания находится в конце цикла своего развития.

    По словам Школьника, за 150 лет ДВС сделал столько постепенных улучшений, сколько смог. Многие разновидности ДВС, такие как цикл Отто, используемый бензиновыми двигателями, и цикл Дизеля, имели свои успешные стороны, но все они не были настолько эффективными, насколько могли бы быть. Даже такие двигатели, которые кажутся очень эффективными, например, дизель, не так хороши, как может показаться.«Каждый на первый взгляд скажет, что дизельный двигатель более эффективен (чем бензиновый двигатель). Правда в том, что если бы у вас были оба двигателя с одинаковой степенью сжатия, двигатель с искровым зажиганием имеет более быстрый процесс сгорания и более эффективный процесс. На практике это ограничивается более низкой степенью сжатия, иначе вы получите самовозгорание».

    Подход LiquidPiston к проблеме заключался в том, чтобы вернуться к основам термодинамики и работать над развитием того, что Школьник называет «высокоэффективным гибридным циклом» (HEHC), который сочетает в себе черты циклов Отто, Дизеля, Ренкина и Аткинсона.

    Идея состоит в том, чтобы сжать воздух в двигателе LiquidPiston X2 до очень высокой степени, как в дизельном цикле, а затем изолировать его в камере постоянного объема. Когда топливо впрыскивается, оно смешивается с воздухом и самовоспламеняется, как в дизельном двигателе, но топливно-воздушная смесь не может расширяться. Вместо этого он остается сжатым в постоянном объеме, чтобы он мог гореть в течение длительного периода времени, как в цикле Отто. Когда горящей топливно-воздушной смеси дают возможность расшириться, она перерасширяется до давления, близкого к атмосферному.Таким образом, все топливо сгорает, и почти вся высвобождаемая энергия используется в качестве работы. Школьник называет это использование сжигания постоянного объема «святым Граалем автомобильной техники».

    Постоянное сгорание и перерасширение обеспечивают двигатель HEHC, такой как X2, рядом преимуществ. Школьник отмечает, что двигатель X2 исключительно тихий, потому что сжигает все свое топливо. В современных двигателях с ДВС через выхлопную трубу выходит угрожающее количество топлива. Это не только снижает эффективность использования топлива и загрязняет воздух, но и делает двигатель шумным.Поскольку двигатель X2 полностью сжигает топливо, нет необходимости в сложном глушителе.

    Избыточное расширение, используемое в цикле, также означает, что отработанного тепла очень мало. ДВС преобразует только 30 процентов своего тепла в работу, в то время как тепловой КПД двигателя X2 составляет 75 процентов, поэтому в системе водяного охлаждения нет необходимости. Вода может впрыскиваться в двигатель HEHC во время сжатия или расширения для охлаждения, но это также помогает смазывать и герметизировать камеру, и когда вода охлаждает двигатель, она превращается в перегретый пар, что повышает эффективность двигателя.

    Школьник говорит, что двигатель X2 является роторным, потому что поршневые двигатели не подходят для HEHC, а роторный двигатель обеспечивает гораздо большую гибкость. Кроме того, использование роторной конструкции значительно упрощает двигатель, поскольку требуется всего три движущихся части и 13 основных компонентов. Это позволяет X2 быть одной десятой размера сопоставимого дизельного двигателя.

    На вопрос, не является ли двигатель X2 просто обновленным двигателем Ванкеля, Школьник ответил, что, хотя оба двигателя являются роторными, двигатель Ванкеля сильно отличается.Во-первых, он использует простой цикл Отто, как поршневой двигатель, и работает с гораздо более низкой степенью сжатия, чем X2. Для сравнения, двигатель X2 почти противоположен двигателю Ванкеля. «Это почти как двигатель Ванкеля, вывернутый наизнанку», — сказал Школьник.

    Двигатель X2 не только работает по другому принципу, чем двигатель Ванкеля, но и не имеет тех же ограничений. Двигатель X2 имеет лучшее отношение поверхности к объему, у него нет термодинамических ограничений цикла Отто и у него нет проблем с выбросами, характерных для цикла Ванкеля.У Ванкеля есть верхние уплотнения, которые перемещаются вместе с ротором и нуждаются в смазке. Для этого на них необходимо распылить масло, а это означает, что двигатель Ванкеля сжигает масло во время работы, что приводит к высоким выбросам, которые в последнее время ограничивают его использование. С другой стороны, двигатель X2 перемещает уплотнения от ротора к картеру, поэтому специальной смазки не требуется.

    Источник: Gizmag

    Выворачивание ротора наизнанку

    Группа разработчиков медиаплатформ

    В то время как автопроизводители дополняют поршневой двигатель гибридными системами и усовершенствованными аксессуарами, независимые изобретатели усердно работают над значительными улучшениями базовой эффективности двигателя внутреннего сгорания.Инновационные разработки появляются повсюду на инженерных выставках, и новейшие разработки производятся компанией LiquidPiston из Блумфилда, штат Коннектикут. Его двигатель X1 представляет собой простую машину, состоящую всего из трех движущихся частей и тринадцати основных компонентов, но он нацелен на повышение теплового КПД с 20 процентов по сравнению с обычным газовым двигателем до более чем 50 процентов при резком снижении веса и размера. Как? Тратя гораздо меньше энергии в ходе цикла сгорания.

    До 80 процентов энергии ископаемого топлива выбрасывается обычными двигателями за счет тепла и давления выхлопных газов или выбрасывается в атмосферу через радиатор.Попытка дизайна LiquidPiston собрать все эти отходы в крошечном корпусе. «Мы расширили кривые производительности во всех направлениях, чтобы получить гораздо более высокую эффективность, — сказал Алек Школьник, президент и главный исполнительный директор LiquidPiston, — мы взяли лучшие части множества различных термических циклов и объединили их». Теоретически конструкция обеспечивает 75-процентную тепловую эффективность, но группа нацелена на 57 процентов в реальных приложениях, что все еще является огромным скачком.

    Основная идея аналогична ротору Ванкеля, но перевернута с ног на голову.Если в обычном двигателе Ванкеля ротор удерживает уплотнения, то в двигателе X1 эту работу выполняет корпус. Это позволяет значительно снизить расход масла по сравнению с обычным роторным двигателем. Другие усовершенствования включают непосредственный впрыск, высокую степень сжатия 18:1 и резкое изменение геометрии камеры сгорания, которая поддерживает постоянный объем во время воспламенения. Это изменение означает, что топливовоздушная смесь самовоспламеняется, как дизельное топливо, и может гореть намного дольше, чем обычно. Результатом является более полное сгорание с низким уровнем выбросов и очень высоким давлением в камере сгорания.Это высокое давление может воздействовать на ротор до тех пор, пока оно не достигнет почти атмосферного давления, поэтому почти вся доступная энергия извлекается до того, как выхлоп физически вытесняется. Опять же, это отличается от обычного двигателя внутреннего сгорания, который выпускает очень энергичные выхлопные газы под высоким давлением.

    Некоторые другие особенности: Поскольку двигатель предназначен для преобразования гораздо большего количества тепловой энергии в механическую силу, от блока требуется отводить меньше тепла, поэтому на самом деле нет системы водяного охлаждения.В тех случаях, когда двигатель находится под нагрузкой и нуждается в охлаждении, он может пропустить впрыск топлива и просто всасывать холодный воздух, который затем нагревается блоком и выбрасывается. Другой вариант – впрыск воды в камеру сгорания. Это имеет три эффекта: охлаждение двигателя, снижение выбросов NOx и преобразование части воды в пар, что увеличивает мощность.

    Компактная конструкция лабораторного двигателя LiquidPiston в настоящее время весит 80 фунтов для модели мощностью 40 л.с. По утверждению компании, в производстве он будет весить менее 50 фунтов, что намного меньше, чем сопоставимый 40-сильный дизель, который весит около 400 фунтов.Текущая цель LiquidPiston состоит в том, чтобы продолжить разработку двигателя с прицелом на рынок мощностью менее 100 л.с. — компрессоры, гибридные удлинители диапазона, военное применение, лодочные двигатели — и лицензировать интеллектуальную собственность для производственных клиентов. Нам нравится видеть, как такие смелые изобретатели полностью переосмысливают бензиновый двигатель.

    Группа разработчиков медиаплатформ

    Группа разработчиков медиаплатформ

    Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты.Вы можете найти дополнительную информацию об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

    LIquidPiston представляет крошечный, но мощный роторный двигатель

    Многослойные компоненты аксиального магнитного двигателя Infinitum Electric показаны здесь в разобранном виде. ИНФИНИТУМ ЭЛЕКТРИК

    Эта экономия энергии имеет решающее значение: программное обеспечение может пожирать мир, но электричество все больше заставляет мир вращаться. Электродвигатели потребляют чуть более половины электроэнергии, вырабатываемой сегодня в мире.По данным исследовательской группы Imarc, в настоящее время ежегодно во всем мире продается около 800 миллионов двигателей, и это число ежегодно увеличивается на 10 процентов. Электродвигатели все больше проникают в автомобили, поезда и самолеты, а также в промышленное оборудование и системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Транспорт, строительство и ОВиК вместе составляют около 60 процентов всех выбросов парниковых газов в США; более эффективные электродвигатели помогут сократить выбросы в этих секторах.

    Несмотря на преимущества статора на печатной плате, люди не спешили принимать эту конструкцию из-за нескольких неправильных представлений.

    Во-первых, существовало ошибочное мнение, что печатные платы хороши только для деликатных приложений. Но в 2011 г. CORE Outdoor Power разработала воздуходувку для листьев и триммер для сорняков, оба из которых использовали статор на печатной плате, но были прочными и тихими.

    Во-вторых, было ощущение, что статоры из печатных плат можно использовать только для маломощных машин. Но в 2012 году Boulder Wind Power поставила статор на печатной плате в Генератор с прямым приводом диаметром 12 метров для ветряной турбины мощностью 3 мегаватта и крутящим моментом чуть более 2 миллионов ньютон-метров.Это был один из самых плавно работающих мощных генераторов, когда-либо построенных.

    Ни одна компания не выдержала. У Boulder Wind Power закончилось финансирование, прежде чем она смогла заключить коммерческие контракты. CORE Outdoor Power не могла конкурировать на переполненном рынке, где были более дешевые варианты. Тем не менее, их новаторские достижения продемонстрировали осуществимость статоров на печатных платах.

    Перенесемся на сегодняшний день. Моя компания, Компания Infinitum Electric из Остина, штат Техас, разработала статорный двигатель на печатной плате, который подходит для самых разных целей.Наш двигатель вырабатывает столько же энергии, сколько и традиционный асинхронный двигатель переменного тока, но имеет вдвое меньший вес и размер, производит меньше шума и выделяет как минимум на 25 процентов меньше углерода. В настоящее время он находит применение в HVAC, производстве, тяжелой промышленности и электромобилях. Вот как это работает.

    Двигатель Infinitum Electric — это так называемый двигатель с осевым магнитным потоком, в конструкции которого электромагнитная проводка статора расположена параллельно дискообразному ротору, содержащему постоянные магниты.При протекании переменного тока ротор вращается. Двигатель также имеет воздушное ядро, то есть в нем нет железа для передачи магнитного потока, и между магнитными частями двигателя нет ничего, кроме тонкого воздуха. Соберите все это вместе, и в результате получится двигатель с осевым магнитным потоком и постоянным магнитом с воздушным сердечником.

    В прошлом попытки построить такой двигатель встречали серьезные практические препятствия. Для изготовления статора требовался сложный производственный процесс, медные обмотки были громоздкими, а опорная конструкция катушки сложной.В результате воздушный зазор был настолько велик, что только значительная масса магнита могла создать необходимый магнитный поток.

    В Infinitum Electric мы отказались от этих медных обмоток и вместо этого использовали фотолитографические методы для травления тонких медных дорожек, перемежающихся эпоксидно-стеклянным ламинатом, который изолирует каждую катушку от соседних катушек. Устранение железного сердечника и минимизация содержания меди вместе позволяют сэкономить от 50 до 65 процентов веса и от 50 до 67 процентов объема двигателя по сравнению с эквивалентным обычным двигателем с железным сердечником.И удобно, медь и ламинат расширяются и сжимаются одинаково при повышении и понижении температуры, избегая напряжения, которое в противном случае могло бы медленно разъединить компоненты.

    Отсутствие сердечника статора позволяет разместить два одинаковых ротора, обращенных друг к другу по обе стороны от статора, причем каждый ротор несет мощные постоянные магниты. Такое расположение создает постоянный магнитный поток. Как и в других двигателях с осевым потоком, этот поток параллелен оси вращения, а не радиален.Поскольку магнитный воздушный зазор узкий, нам нужен только небольшой магнит, поэтому мы можем выжать большую мощность из заданной массы и объема.

    Наш двигатель вырабатывает такую ​​же мощность, как и традиционный асинхронный двигатель переменного тока, но в два раза меньше по весу и размеру, производит меньше шума и выделяет как минимум на 25 процентов меньше углерода.

    Более того, печатные платы изготавливаются с помощью автоматизированного процесса, что означает, что они намного более однородны и надежны, чем машины с ручным заводом. Мы сделали их еще более надежными, упростив топологию, связанную с фазами двигателя.

    Электрическая фаза представляет собой переменное напряжение, образующее синусоидальную волну, сдвинутую во времени относительно напряжения в другой фазе. Различные фазы синхронизированы, так что сумма токов всегда равна нулю. Когда к двигателю, имеющему отдельную обмотку для каждой фазы, прикладывается многофазная система напряжения, циркуляция нескольких токов порождает вращающееся в пространстве магнитное поле. Взаимодействие этого вращающегося поля и поля, создаваемого магнитами ротора, вращает ротор.

    Предыдущие статоры печатных плат смешивали медные дорожки от разных фаз в одном слое, что создавало потенциал для коротких замыканий. Вместо этого каждый слой несет только одну электрическую фазу, и мы минимизируем количество соединений между слоями. Такое расположение обеспечивает непрерывный путь для электрического тока и снижает риск электрических сбоев.

    Еще одним преимуществом новой компоновки является свобода, которую она дает разработчикам для соединения катушек последовательно или параллельно.Последовательное соединение катушек подходит для трехфазных промышленных приложений и электромобилей следующего поколения. Параллельное подключение лучше для низковольтных приложений, например, во вспомогательном двигателе электромобиля.

    Как и другие двигатели с постоянными магнитами, нашему двигателю с осевым магнитным потоком требуется частотно-регулируемый привод для плавного пуска и ускорения двигателя до желаемой скорости. ЧРП также управляет скоростью и крутящим моментом в соответствии с требованиями приложения.

    Короткий путь для магнитного потока стал возможен благодаря размещению роторов [серый] с магнитами [красный и синий] вокруг статора на тонкой печатной плате [зеленый].

    Однако конструкция с воздушным сердечником придает двигателю исключительно низкий импеданс (обычно всего на 5–7 процентов больше, чем у обычного двигателя с железным сердечником), потому что воздух не может содержать столько магнитной энергии, сколько железо. Таким образом, имеется очень мало магнитной энергии, доступной для сглаживания колебаний напряжения, подаваемого на двигатель частотно-регулируемым приводом. Чтобы устранить этот недостаток, мы добавили еще один элемент: встроенный частотно-регулируемый привод, точно настроенный для работы с двигателем с низким импедансом.В нашем частотно-регулируемом приводе используются высокоэффективные полевые МОП-транзисторы на основе карбида кремния, которые снижают потери и повышают общую эффективность системы.

    VFD также отслеживает производительность, и результаты могут быть переданы через облако, если пользователь желает. Программное обеспечение двигателя также может быть обновлено таким же образом. Такой удаленный мониторинг предлагает множество способов экономии энергии, управления производительностью и прогнозирования необходимости технического обслуживания.

    Тонкость печатной платы обеспечивает высокое отношение поверхности к объему, что обеспечивает более эффективное охлаждение, что позволяет нам пропускать в два-три раза больший ток для данного количества меди.Охлаждение можно обеспечить, обдувая воздухом ребра снаружи двигателя и электронные отсеки.

    Удаление железного сердечника устраняет потери из-за циклического намагничивания и размагничивания железа, а также позволяет избежать ненужных вихревых токов в металле. Таким образом, наш двигатель с воздушным сердечником может работать с высокой эффективностью при нагрузках от 25 до 100 процентов от номинальной мощности. Отсутствие железного сердечника также означает, что магниты на роторах сталкиваются с постоянным сопротивлением и постоянным магнитным полем при вращении ротора.Такое расположение устраняет потери на вихревые токи в магнитах и ​​роторах, которые поэтому могут быть изготовлены из стандартных пластин из неламинированной низкоуглеродистой стали.

    В типичном электродвигателе и статор, и ротор изготовлены из ферромагнитных материалов. После подачи электрического тока и установления вращающихся магнитных полей эти поля создают две силы: одна создает полезный крутящий момент и заставляет ротор вращаться, а другая притягивает ротор в радиальном направлении к статору.Эта радиальная сила не делает ничего полезного и увеличивает шум и вибрацию, потому что пазы в статоре, необходимые для размещения медных катушек, генерируют импульсы.

    Вот почему это происходит: магнитный поток создает силу, которая сначала направлена ​​в том же направлении, в котором движется ротор; затем, когда ротор вращается, выравнивание полюсов ротора по отношению к пазам статора изменяется до тех пор, пока сила не будет направлена ​​в противоположном направлении. Эта переменная сила создает пульсации крутящего момента, которые могут вызвать усталость металла в двигателе и в механизмах, которые он приводит в действие.

    Но в моторе Infinitum такой переменной магнитной силы нет. Это преимущество, наряду с другими показателями эффективности, объясняет, почему его шум в среднем примерно на 5 децибел ниже, чем у обычных двигателей. Это может показаться незначительным уменьшением, но этот компонент моторного шума, как правило, имеет особенно неприятную высоту.

    Сочетая в себе легкость двигателя с воздушным сердечником и высокую плотность крутящего момента машины с осевым потоком, двигатель Infinitum хорошо подходит для вентиляции зданий и систем ОВКВ.Это особенно полезно сейчас, когда пандемия сделала приоритетом очистку воздуха в помещении. Тепловые насосы, которые нагревают и охлаждают в одной системе, являются еще одним приложением, в котором двигатель может экономить энергию, упрощать установку и снижать уровень шума. Согласно с Недавние испытания, проведенные Управлением общих служб США и Министерством энергетики США, показали, что электродвигатели Infinitum могут сэкономить до 8 миллионов долларов США в год, если они будут установлены на заводах GSA в области ОВКВ.

    Электромобили — еще один большой рынок для этого нового двигателя.По прогнозам, к 2050 году электромобили будут составлять 31 процент мирового парка. Управление энергетической информации США.

    Наша компания работает с ведущим поставщиком автомобильной техники над разработкой двигателя с масляным охлаждением для гибридного автомобиля большой дальности. Масляное охлаждение в нашей конструкции работает намного эффективнее, чем в обычном двигателе, потому что охлаждающую жидкость можно легко нанести на всю поверхность печатной платы. С масляным охлаждением мы добились трехкратного увеличения удельной мощности по сравнению с нашим собственным двигателем с воздушным охлаждением, доведя удельную мощность до диапазона от 8 киловатт/кг до 12 кВт/кг.Это делает версию с масляным охлаждением подходящей для использования в электроавиации, еще одном перспективном рынке.

    Мы также работаем с компаниями, которые специализируются на погрузочно-разгрузочных работах, таких как вилочные погрузчики, конвейерные системы и оборудование для смешивания, которое используется для приготовления продуктов питания и напитков. Компания Caterpillar Venture Capital инвестировала в Infinitum Electric для разработки новой линейки генераторов переменного тока, которые в три раза меньше по размеру и весу существующих моделей, а также тише и эффективнее. Рынок генераторов оценивается в 17 миллиардов долларов в год и продолжает расти.

    По нашим оценкам, если бы каждый двигатель в мире был заменен двигателем Infinitum Electric, выбросы углерода сократились бы на 860 миллионов тонн в год. Это эквивалентно устранению выбросов от 200 миллионов автомобилей в год. По мере того, как двигатели становятся повсеместными, даже небольшие улучшения эффективности могут иметь большое значение для нашей планеты сегодня и в следующем столетии.

    Эта статья появилась в апрельском печатном выпуске 2022 года под названием «Двигатель с осевым магнитным потоком и статором на печатной плате созрел для электрифицированного мира.

    Статьи с вашего сайта

    Связанные статьи в Интернете

    Почему роторные двигатели мертвы?

    Роторные двигатели были изобретены Феликсом Ванкелем, поэтому они также известны как роторные двигатели Ванкеля. Этот новый двигатель внутреннего сгорания был запатентован в 1929 году и был первым в своем роде, поскольку для его работы не требовался поршень. Но потом случилась 2 мировая война и разработка двигателя была остановлена. Когда война закончилась, разработка снова была начата в NSU, немецком производителе, который позже стал Audi.

    Это были 1960-е годы, когда Mazda и NSU объединились для дальнейшей разработки и работы над роторным двигателем. Первым автомобилем, который был продан с роторным двигателем, был NSU Spider, но они не смогли завоевать рынок из-за проблем с надежностью. Даже Chevrolet пробовали свои силы на двигателях Rotary, но они не смогли справиться с этим. Именно Mazda добилась успеха благодаря своим роторным двигателям, специально используемым в модельном ряду RX. Они смогли сделать это, потому что они потратили свое сладкое время, чтобы исправить проблемы, с которыми столкнулись другие производители.Есть много преимуществ использования роторного двигателя вместо поршневого.

    Также читайте: Тройные гонщики убегают от копов и издеваются над ними: пойманы и оштрафованы на рупий. 14 500!

    Преимущества роторных двигателей

    Гладкость

    Роторный двигатель имеет меньше движущихся частей, например, нет необходимости в распределительных валах, поршнях и шатунах. Двигатель движется по кругу, что делает движение более плавным и усовершенствованным.

    Высокооборотистый

    Если вы автомобильный энтузиаст, то вы знаете, что у вас могут быть мурашки по коже от двигателей с такими высокими оборотами.Роторные двигатели имеют высокие обороты, потому что у них нет возвратно-поступательной силы, есть только вращательная масса, которая помогает двигателю увеличивать обороты. Например, Mazda RX-8 разгонялась до кричащих 9000 об/мин.

    Компактный размер

    Роторный двигатель намного компактнее по сравнению с традиционным поршневым двигателем. Это означает, что производители могут плотно упаковать внутренности автомобиля, а двигатель весит меньше, что означает, что вес автомобиля также будет меньше.

    Высокая выходная мощность

    Для полного оборота двигателя требуется три оборота коленчатого вала, благодаря чему роторные двигатели развивают большую мощность по сравнению с двигателями аналогичного объема. Например, Mazda RX-8 производила 232 л.с. от крошечного 1,3-литрового двигателя.

    Даже имея определенные преимущества, роторные двигатели умерли. Никто в автомобильной промышленности в настоящее время не использует роторный двигатель. Последним автомобилем, который продавался с роторным двигателем, была Mazda RX-8, которая также была снята с производства еще в 2011 году.Итак, почему роторные двигатели умерли?

    Плохая экономия топлива

    Роторные двигатели имеют низкую степень сжатия, что часто приводит к неполному сгоранию топлива. Из-за этого несгоревшее топливо попадает в выхлопные трубы, и пробег автомобиля падает. Даже после использования двух свечей зажигания производители не смогли добиться полного сгорания, а экономия несгоревшего топлива также приводит к низкому тепловому КПД.

    Плохие выбросы

    Несгоревшее топливо проходит через выхлопные трубы и может вызвать пламя, которое, как мы согласны, будет выглядеть очень круто.Но из-за этого двигателю очень сложно соответствовать нормам выбросов.

    Уплотнения ротора

    Одна из самых больших проблем с роторным двигателем заключалась в том, как сохранить его герметичным. Сгорание происходит только с одной стороны двигателя, из-за чего температура камеры сгорания значительно выше, чем с другой. Из-за этого происходит тепловое расширение, а это означает, что металлические детали могут увеличиваться или уменьшаться в размерах, что может повредить уплотнения ротора.

    Сжигание нефти

    Как мы узнали, создать идеальное уплотнение было очень сложно с двигателями Ванкеля. Чтобы преодолеть это, Mazda придумала способ заливки масла в двигатель, чтобы продлить срок службы верхних уплотнений. Это еще больше увеличивает выбросы выхлопных газов, потому что некоторое количество масла сжигается, чтобы обеспечить герметичность и смазку двигателя. Это требует от владельца периодического добавления масла.

    Это были основные недостатки, из-за которых производителю пришлось отказаться от роторного двигателя.Несмотря на столько недостатков, все еще есть настоящие энтузиасты, которые по-прежнему любят роторные двигатели за их кричащий саундтрек и линейную подачу мощности. Остается только надеяться, что когда-нибудь в будущем некоторые производители возродят всеми любимые роторные двигатели.

    Читайте также: Посещение фабрики Royal Enfield на видео

    технологий — Исследовательский фонд выпускников Висконсина

    Машиностроение

    Улучшенное воспламенение от сжатия в роторных двигателях для повышения эффективности и снижения выбросов загрязняющих веществ

    ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: P110320US01

    Изобретатели: Рольф Рейц, Сейдж Кокджон


    Исследовательский фонд выпускников штата Висконсин (WARF) ищет коммерческих партнеров, заинтересованных в разработке метода сжигания с воспламенением от сжатия с регулируемой реактивностью для роторных двигателей, который повышает эффективность двигателя и снижает выбросы.

    Обзор

    Исследователи UW-Madison ранее представили систему воспламенения от сжатия с регулируемой реактивностью (RCCI) для повышения эффективности использования топлива и снижения выбросов в двигателях внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Технология использует смесь топлив с различной реактивностью для управления более эффективным процессом сгорания в цилиндрах двигателя.

    В большинстве автомобилей используются поршневые двигатели (т. е. поршневые), однако роторные двигатели представляют интерес, поскольку они относительно компактны и легки по сравнению с поршневыми двигателями аналогичной мощности.Роторный двигатель представляет собой тип двигателя внутреннего сгорания, в котором ротор вращается внутри корпуса, а одна или несколько камер сгорания образованы между ротором и корпусом. Хотя роторные двигатели имеют много преимуществ, они также имеют низкую топливную экономичность и высокий уровень выбросов загрязняющих веществ, что препятствует их широкому распространению. Повышение эффективности дизельного двигателя также представляло интерес, поскольку дизельные двигатели, как правило, более эффективны, чем бензиновые двигатели, и обеспечивают более высокую выходную мощность на расход топлива, но опять же недостатки наблюдаются с точки зрения высоких выбросов загрязняющих веществ.Необходим усовершенствованный двигатель, обеспечивающий максимальную эффективность и минимизирующий выбросы загрязняющих веществ.

    Изобретение

    Исследователи UW-Madison теперь адаптировали свой предыдущий метод RCCI для использования в роторных двигателях. Система содержит ротор с окружностью, имеющей две или более поверхностей ротора, где между каждой поверхностью ротора и корпусом образована камера. Используется аналогичный метод топливной смеси, в котором первый топливный заряд подается в одну из камер, а затем второй топливный заряд с другой реактивностью подается в другое место в камере, содержащей первый топливный заряд, чтобы установить оптимальную реактивная стратификация.В камере, принимающей первый и второй заряды топлива, отсутствует свеча зажигания или другой источник искры; таким образом, топливный заряд, имеющий более высокую реактивность, инициирует горение внутри камеры.

    Приложения

    • Роторные двигатели для автомобилей, мотоциклов, самолетов, гидроциклов, электрогенераторы и небольшие двигатели, используемые в таких продуктах, как газонокосилки и бензопилы
    • Гибридные и компактные автомобили

    Ключевые преимущества

    • Повышенная эффективность
    • Снижение выбросов
    • Может быть реализован в легком и компактном роторном двигателе
    • .
    • Значительное снижение температуры горения
    • Низкий уровень несгоревшего топлива
    • Низкий уровень выбросов NO x и твердых частиц (сажи)

    Дополнительная информация

    Для получения дополнительной информации об изобретателях Чтобы узнать о текущем статусе лицензирования, свяжитесь с Майклом Кэри по адресу [адрес электронной почты, защищенный javascript] или по телефону 608-960-9867. Поршневой и роторный двигатель

    : в чем разница?

    Распространено мнение, что все автомобили используют традиционный поршневой двигатель.В США, как и во многих других странах, наиболее распространены поршневые двигатели. Однако в некоторых транспортных средствах используется другой тип двигателя, известный как роторный двигатель. Для ничего не подозревающего водителя поршневые и роторные двигатели могут выглядеть одинаково, но это не обязательно так. Между ними есть некоторые ключевые различия, которые вы должны знать.

    Что такое поршневой двигатель?

    Поршневой двигатель, также известный как поршневой двигатель, представляет собой традиционный автомобильный двигатель, в котором для создания вращательного движения используются возвратно-поступательные поршни.Поршни соединены с цилиндром, в котором сгорают газ и воздух. Когда смесь газа и воздуха сгорает, создается давление, которое толкает соответствующий поршень, тем самым вращая коленчатый вал и приводя в движение автомобиль.

    Поршневые двигатели на сегодняшний день являются наиболее распространенным типом автомобильных двигателей, и они даже используются во многих самолетах. Почти все крупные автопроизводители используют поршневые двигатели в некоторых или во всех своих автомобилях.

    Что такое роторный двигатель?

    Роторный двигатель, также известный как двигатель Ванкеля, является менее распространенным типом автомобильного двигателя, для которого характерно использование нечетного числа цилиндров в радиальном расположении.Как правило, они меньше, легче и компактнее, чем их аналоги с поршневым двигателем. Их называют «роторными двигателями», потому что все их части вращаются. Для сравнения, поршневые двигатели имеют возвратно-поступательные поршни, которые перемещаются вверх и вниз в цилиндрах.

    С учетом сказанного, у роторных двигателей есть несколько серьезных предостережений, которые вы не должны упускать из виду. Во-первых, роторные двигатели страдают от плохой экономии топлива. Они потребляют больше топлива при меньшей мощности, чем поршневые двигатели.И поскольку они склонны к утечкам, роторные двигатели также производят больше выбросов, чем поршневые двигатели.

    С другой стороны, роторные двигатели имеют меньше движущихся частей. Роторный двигатель нередко имеет только три основных движущихся части, тогда как поршневой двигатель может иметь десятки движущихся частей. Наличие большего количества движущихся частей увеличивает риск внутреннего отказа поршневых двигателей.

    В заключение

    Современные автомобили обычно оснащены либо поршневым двигателем, либо роторным двигателем.Поршневые двигатели имеют поршни, движущиеся вверх и вниз, которые преобразуют давление во вращательное движение, тогда как роторные двигатели имеют радиальную компоновку с нечетным числом цилиндров. Надеюсь, это поможет вам лучше понять нюансы между поршневыми и роторными двигателями.

    Mazda прошла полный круг с экономией топлива на роторном двигателе?

    Вы, наверное, заметили, что последняя Mazda RX-8 представлена ​​у нас гораздо реже, чем электромобиль Chevrolet Volt с увеличенным запасом хода.

    Учитывая последнюю версию четырехместного четырехдверного спортивного автомобиля, расход топлива по шоссе составил всего 23 мили на галлон по сравнению с 1.3-литровый роторный двигатель Renesis, это действительно был не зеленый автомобиль.

    Но Mazda верит, что это изменится.

    WardsAuto.com говорит, что автопроизводитель может сделать полный круг с его эффективностью роторного двигателя и предложить улучшенную версию в рамках своей технологии SKYACTIV для более экономичных автомобилей.

    Неотъемлемыми преимуществами роторных двигателей перед поршневыми двигателями являются более низкий уровень вибрации и большая мощность при меньшем рабочем объеме (последний RX-8 без наддува 1.3-литровый развивал до 232 лошадиных сил).

    Идеальная формула для зеленого автомобиля? Ну, не совсем; роторные двигатели имеют сравнительные недостатки, которые включают более высокие выбросы, более низкую экономию топлива, крутящий момент, который иногда отсутствует в действии, и постоянные проблемы с уплотнением концов роторов относительно стенок двигателя.

    Генеральный директор Mazda по разработке силовых агрегатов Мицуо Хитоми сохраняет оптимизм.

    «Мы думаем, что нашли способ улучшить топливную экономичность роторного двигателя, чтобы она действительно сравнялась с экономичностью обычных поршневых двигателей», — сказал он Уордсу.

    Если это так, сказал он, компания полагает, что может «повторно вывести на рынок роторный двигатель».

    Хитоми уточнил, что «путь» к лучшей экономии топлива роторного двигателя — это на самом деле «способы» во множественном числе. Говорят, что менее сложная система впуска, лучшая герметизация и более эффективное сгорание являются ключевыми улучшениями в следующем роторном двигателе.

    Мы не можем подтвердить, когда Mazda представит это и в каком автомобиле, но Хитоми намекает, что использование роторного двигателя в качестве удлинителя пробега для электромобиля не исключено.

    Audi уже продемонстрировала прототип такого автомобиля, а компания AVL Engineering предложила другой вариант, предлагающий роль роторных автомобилей в будущем в качестве удлинителей запаса хода.

    Если это так, возможно, одна черта старой, неэффективной Mazda RX-8 будет жить в нашем обзоре в ближайшие годы.

    +++++++++++

    Подписывайтесь на GreenCarReports в Facebook и Twitter.

    .

    Оставить ответ