Классификация роторных двигателей | Роторные двигатели
Ни в традиционной книжно – журнальной литературе, ни в обширных залежах интернет – сайтов нет серьезных и развернутых исследований в отношении такой перспективно продуктивной области технических устройств как роторные двигатели. Настоящий сайт усилиями его автора попытается заполнить этот пробел в истории техники и в сфере её нынешнего развития.
Безраздельно властвующие сегодня в мировой технике поршневые двигатели с линейным возвратно — поступательным движением поршня имеют огромные недостатки, которые невозможно преодолеть в принципе никакими конструкционными ухищрениями, никакими «электронными обвесами», никаким тюнингом. Поэтому мировая техническая мысль не менее ста лет пытается найти достойную альтернативу поршневым двигателям внутреннего сгорания. Надо сказать, что в области машин с выводом мощности на вал вращения (не реактивные двигатели) поршневой мотор уже давно вытеснен из многих сфер применения. В стационарных установках это место давно и прочно занял электрический мотор, а в авиации — газотурбинный двигатель, в энергетических установках больших мощностей – на крупных электростанциях и в быстроходных судовых силовых машинах надежно работают паровые турбины. Надо сказать, что все эти типы двигателей относятся к роторным машинам – в них главный рабочий орган совершаетпростое вращательное движение. С точки зрения кинематики механической схемы и динамики термодинамических процессов – это самый простой, эффективный тип движения. Но вот в области поршневых двигателей внутреннего сгорания, которые безраздельно господствуют в области мобильных моторов малой и средней мощности, все еще безальтернативно применяется малоэффективный метод движения главных рабочих органов – поршней в цилиндрах по типу возвратно – поступательного движения. При этом подобные моторы для преобразования возвратно – поступательного движения поршня во вращательное движение рабочего вала используют кривошипно — шатунный механизм. Главные характеристики такого механизма- высокая динамическая нагруженность знакопеременными нагрузками от возвратно – поступательных движений, значительные размеры и сложность в изготовлении. Именно несовершенный способ организации технологических процессов в поршневом двигателе и своеобразный режим работы кривошипно-шатунного механизма, приводят к плохому (пульсирующему) режиму крутящего момента поршевых моторов. Именно обладание таким некачественным типом крутящего момента требует от поршневых ДВС обязательногоприменения на транспортных средствах коробки передач.
Надо сказать, что подобная организация рабочих процессов и типов движений досталась современным двигателям внутреннего сгорания от паровых машин 19-го века, которые по своей сути были крайне малоэффективными машинами, а первые двигатели внутреннего сгорания в 60-х и 70-х годах позапрошлого века были именно копиями паровых машин, которые унаследовали от паровиков очень многие их родовые недостатки…
Постараемся ответить на трудный вопрос — почему же наиболее массовая область техники – транспортное двигателестроение до сих пор оказывается в положении заповедника устаревших инженерных решений и архаических конструкций? И возможно ли мировому техническому прогрессу выбраться из этого более чем векового застоя?
Ответ на такие сложные вопросы таков – выбраться из такого незавидного положения возможно, но сложно. Именно такая изначальная сложность инженерной задачи и объясняет причину, по которой более ста лет в этой области массовой техники применяются устаревшие и малоэффективные, но технологически легко исполнимые и конструктивно надежные технические решения.
Возможность совершить технический прорыв, и выйти на новый уровень инженерных решений, возможен в области все тех же роторных машин, то есть использовать принцип простого вращения главного рабочего органа, как это используется в электродвигателях или в силовых турбинах. Но вся сложность заключается в том, что организовать рабочий цикл из четырёх тактов полноценного двигателя внутреннего сгорания вокруг простого вращения главного рабочего органа очень сложно. И именно вокруг этой сложной инженерной задачи вращались все усилия и творческие порывы конструкторской мысли не один десяток лет. Но сложность темы оказалась настолько велика, что до сегодняшнего дня массового вывода на рынок роторных двигателей и достойной их конкуренции с традиционными поршневыми двигателями так и не произошло. Сверх прогрессивной конструкции роторного двигателя внутреннего сгорания, которая бы по всем параметрам превосходила традиционные поршневые моторы до сих пор так и не создано.
Задачу настоящего сайта его автор видит как раз в том, чтобы исследовать саму возможность решения такой задачи, ввести читателя в круг уже имеющихся разработок и перспективных инженерных изысканий. Познакомить посетителей сайта как с мировыми новациями на эту тему, так и представить собственные разработки в этой области.
Классификация роторных двигателей весьма важна, так как она сразу очерчивает весьма обширный круг потенциально возможных конструкций, и главное — позволяет с первого шага выбрать наиболее перспективные и эффективные конструкции среди прочих мало работоспособных и не технологичных типов роторных машин.
Классификация роторных двигателей будет излагаться на основе авторского понимания этой схемы, которое опирается на систематизацию роторных машин, изложенную в разных аспектах в двух весьма обстоятельных книгах, которые, к сожалению, выходили мизерными тиражами, очень давно и не имели переизданий. Это Акатов, Бологов «Судовые роторные двигатели», Ленинград, 1967г. и Н.Ханин, С.Чистозвонов «Автомобильные роторно – поршневые двигатели», Москва, 1964г.
1) Роторные двигатели с неравномерным разнонаправленным (возвратно-вращательным) движением главных рабочих элементов.
Данный тип двигателя характеризуется тем, что в нем нет вращения ротора, а происходит его возвратно — дуговые качания вокруг оси. Процессы сжатия и расширения происходят между неподвижными лопатками ротора и статора, которые и не позволяют совершать ротору непрерывное вращение. По своим очертаниям этиот двигатель выглядит роторным, но по организации кинематики движения он по сути дела ближе к поршневым машинам с кривошипным механизмом, так как требует применения для преобразования колебательных движений вала во вращетельные особых сложных механизмов. В этом заключен главный недостаток его конструкции, поэтому данная схема не получила распространения. Кроме того в этой схеме возможны ударные столкновения лопастей между собой.
2) Роторные двигатели с неравномерным однонаправленным (пульсирующе-вращательным) движением главного рабочего элемента.
Внутри корпуса вращаются два ротора с неравномерным вращением, которые пульсируя как бы «догоняют друг друга». Такты сжатия и расширения происходят меджу лопастями этих двух роторов во время их сближения и удаления. Главный недостаток этой роторной схемы — два вала двух роторов вращаются неравномерно — рывками, толчковыми импульсами. Поэтому требуется применение сложного, нагруженного знакопеременными нагрузками механизма для выравнивания скорости вращения валов мотора. Кроме того в этой схеме возможны ударные столкновения лопастей между собой.
3) Роторные двигатели с уплотнительными заслонками — лопастями, которые движутся роторе совершая возвратно-поступательные или качающиеся движения. Частный случай – с заслонками – лопастями, отклоняющимися на шарнирах на роторе;
Надо сказать, что подобная схема роторных машин давно и широко применяется в пневмомоторах, где сжатый воздух вращает лопатки таких устройств.Поэтому у многих инженеров и изобретателей при взгляде на такие роторные пневмомоторы появляется понятная мысль приспособить такую машину под двигатель внутреннего сгорания. Для этого нужно лишь встроить такт сжатия в кинематическую схему такой машины. И пытливые умы меняют форму внутренней камеры мотора — получается теоретическая схема, которая на бумаге вполне может качественно работать…. Но на практике все не так просто, реализация в жизнь этой схемы сталкивается с огромными сложностями. Первая трудность — в условиях высоких температур и давлений в ДВС очень сложно обеспечить подвижность лопаток ротора и практически невозможно обеспечить герметичность линий их контакта с корсусом…
При этом лопатки должны постоянно двигаться — под действием центробежной силы вращения и пружин или приводом от специального механизма — но оба варианта реализовать очень сложно. Поэтому в технике до сих пор нет работоспособных образцов этого типа роторных двигателей внутреннего сгорания.
Ниже приведены две различные теоретические схемы роторных ДВС этого типа, взятые из патентной литературы.
4) Роторные двигатели с уплотнительными заслонками, которые движутся в совершая возвратно — поступательные или качающиеся движения корпусе.
Данная схема по принципу работы похожа на предыдущую, только заслонки — лопасти, разделяющие камеры двигателя выдвигаются не из ротора, а из корпуса. При этом ротор должен иметь сложную форму с лопастями — лопатками, которые и будут воспринимать на себя давление газов, которые должны отсекать от других объемов рабочей камеры лопатки- заслонки в корпусе. Эта схема имеет примерно те же принципиальные недостатки, что и предыдущая схема.
5) Роторные двигатели с простым и равномерным вращательным движением главного рабочего и всех иных элементов.
По своей концепции такие схемы двигателей — наиболее перспективные и наиболее технически совершенные. В таких конструкциях нет ни одной детали совершающей возвратно — поступательные, качательные или планетарно- вращательные движения. Поэтому двигатели этого типпа могут без труда достигать скоростей вращения в десятки тысяч оборотов в минуту с соотвествующим набором мощности. В 19-м веке были созданы несколько типов роторных паровых двигателей этой схемы и они показывали значительно лучшие характеристики, чем поршневые паровые двигатели.
Но вот работоспособных двигателей внутреннго сгорания этой схемы построено не было, даже на уровней идей, отраженных в патентных заявках обнаружено буквально несколько единиц, да и те — малореализуемых конструкций.
6) Роторные двигатели с планетарным вращательным движением главного рабочего элемента.
Наиболее известные широкой общественности роторные двигатели Ванкеля относятся именно к последней классификационной группе. О нем речь пойдет на отдельной страничке этого сайта.
И ещё немного
ТАБЛИЦА КЛАССИФИКАЦИИ
Подводя итог
Конечно, не все потенциально конструкции различных типов роторных двигателей из представленного перечня обладают выраженными достоинствами и обладают хорошей технической перспективой. Ибо принципиальным достоинством роторных моторов – абсолютным отсутствием возвратно поступательных движений обладают лишь роторные машины двух последних типов – классификационных групп № 5) и № 6). Но вот главным и безоговорочным преимуществом роторных механизмов – полным отсутствием знакопеременных, пульсирующих инерционным нагрузок и абсолютной уравновешенностью не обладают даже роторные двигатели типа Ванкеля. Такое идеальное положение характерно лишь для классификационной группы № 5), которую с полным правом и можно назвать совершенным роторным двигателем. Именно с позиций такого совершенного роторного двигателя будут рассматриваться все преимущества моторов роторной схемы и производится сравнения, как с традиционными поршневыми двигателями, так и с двигателями Ванкеля – роторными моторами с планетарным вращением главного рабочего органа.Тем более что автор этих строк прикладывает немалые усилия по реализации в жизнь именно такой схемы и надеется, что ему удастся создать действующий и промышленно применимый двигатель внутреннего сгорания именно такого типа.
Паровой двигатель Тверского | Роторные двигатели
Паровая машина за всю свою историю имела много вариаций воплощения в металл. Одним из таких воплощений — был паровой роторный двигатель инженера-механика Н.Н. Тверского. Этот паровой роторный двигатель (паровая машина) активно эксплуатировался в различных областях техники и транспорт. В русской технической традиции 19-го века такой роторный двигатель назывался — коловратная машина. Двигатель отличался долговечностью, эффективностью и высоким крутящим моментом. Но с появлением паровых турбин был забыт. Ниже представлены архивные материалы, поднятые автором этого сайта. Материалы весьма обширны, поэтому пока здесь представлена только часть их.
Паровой роторный двигатель Н.Н.Тверского
Пробная прокрутка сжатым воздухом (3,5 атм) парового роторного двигателя.
Модель расчитана на 10 кВт мощности при 1500 об/мин на давлении пара в 28-30 атм.
В конце 19-го века паровые двигатели — «коловратные машины Н.Тверского» были забыты потому, что поршневые паровые машины оказались проще и технологичнее в производстве (для производств того времени), а паровые турбины давали большую мощность.
Но замечание в отношении паровых турбин справдливо лишь в их больших массо-габаритных размерах. Действительно — при мощности болше 1,5-2 тыс. кВТ паровые многоцилиндровые турбины выигрывают по всем параметрам у паровых роторных двигателей, даже при дороговизне турбин. И в в начале 20-го века, когда судовые силовые установки и силовые агрегаты электростанций начинали иметь мощность во многие десятки тысяч киловатт, то только турбины и могли обеспечить такие возможности.
НО — у паровых турбин есть другой недостаток. При масштабировании их массо-габаритных парамеров в сторону уменьшения, ТТХ паровых турбин резко ухудшаются. Значительно снижается удельная мощность, падает КПД, при том что дороговизна изготовления и высокие обороты главного вала (потребность в редукторе) — остаются. Именно поэтому — в области мощностей менее 1,5 тыс. кВт (1,5 мВт) эффективную по всем параметрам паровую турбину найти практически невозможно, даже за большие деньги…
Именно поэтому в этой диапазоне мощностей появился целый «букет» экзотических и мало известных конструкций. Но чаще всего- так же дорогостоящих и малоэффективных… Винтовые турбины, турбины Тесла, осевые турбины и проч.
Но- почему-то все забыли про паровые «коловратные машины» — роторные паровые двигатели. А между тем — эти паровые машины многократно дешевле, чем любые лопаточные и винтовые механизмы (это я говорю со знанием дела- как человек изготовивший на свои деньги уже более десятка таких машин). При этом паровые «коловратные машины Н.Тверского» — имеют мощный крутящий момент с самых малых оборотов, обладают средней частотой вращения главного вала на полных оборотах от 1000 до 3000 об/мин. Т.е. такие машины хоть для электрогенератора, хоть для парового авто (автомобиля- грузовика, трактора, тягача) — не будут требовать редуктора, счепления и проч., а будут своим валом на прямую содиняться с динамо-машиной, колесами парового автомобиля и проч.
Итак- в виде парового роторного двигателя — системы «коловратной машины Н.Тверского» мы имеем универсальную паровую машину, которая прекрасно будет вырабатывать электричество питаясь от котла на твердом топливе в отдалённом лесхозе или таежном поселке, на полевом стане или вырабатывать электричество в котельной сельского поселения или «крутиться» на отходах технологического тепла (горячем воздухе) на кирпичном или цементном заводе, на литейном производстве и пр и др.
Все подобные источники тепла как раз и имеют мощность менее 1 мВт, поэтому и общепринятые турбины тут малопригодны. А других машин для утилицации тепла путем перевода в работу давления полученного пара- общая техническая практика пока не знает. Вот и не утилизирыется это тепло никак — оно просто теряется глупо и безвозвратно.
Я уже создал «паровую коловратную машину» для привода электрогенератора в 3.5 — 5 кВт (зависит от давления в пара), если все будет как планирую- то скоро будет машина и в 25 и в 40 кВт. Как раз — то что надо, чтобы обеспечивать дешевым электричеством от котла на твердом топливе или на отходах технологического тепла сельскую усадьбу, небольшое фермерское хозяйство, полевой стан и пр. и др.
В принципе — роторные двигатели хорошо масштабируются в сторону увеличения, поэтому — насаживая на один вал множество роторных секций легко многократно увеличивать мощность таких машин, просто увеличивая количество стандартных роторных модулей. Т.е вполне можно создавать паровые роторные машины мощностью 80-160-240-320 и более кВт…
Но, кроме средних и относительно крупных паросиловых установок, паросиловые схемы с малыми паровыми роторными двигателями будут востребованы и в малых силовых установках.
Например- одно из моих изобретений- «Походно-туристический электрогенератор на местном твердом топливе».
Ниже представлено видео, где испытывается упрощенный прототип такого устройства.
Но маленький паровой двигатель уже весело и энергично крутит свой электрогенератор и на дровах и прочем подножном топливе выдает электроэнергию.
Основное направление коммерческого и технического применения паровых роторных двигателей (коловратных паровых машин) — это выработка дешевого электричества на дешевом твердом топливе и горючих отходах. Т.е. малая энергетика- распределенная электрогенерация на паровых роторных двигателях. Представьте, как будет отлично вписываться роторный паровой двигатель в схему работы лесопилки- пилорамы, где нибудь на Русском Севере или в Сибири (Дальнем Востоке) где нет центрального электроснабжения, электричество дает задорого дизель-генератор на привозной издалека солярке. Зато сама лесопилка производит в день минимум полтонны щепы- опилок — горбыля, который девать некуда…
Таким древесным отходам — прямая дорога в топку котла, котел дает пар высокого давления, пар приводит в действие роторный паровой двигатель и тот крутит электрогенератор.
Точно так же можно сжигать безграничные по объемам миллионы тонн пожнивных отходов сельского хозяйства и проч. А есть еще дешевый торф, дешевый энергетический уголь и проч. Автор сайта посчитал, что затраты на топливо при выработке электричества через малую паросиловую установку (паровую машину) с паровым роторным двигателем мощностью в 500 кВт будут от 0,8 до 1,
2 рубля за киловатт.
Еще интересный вариант применения парового роторного двигателя — это установка такой паровой машины на паровой автомобиль. Грузовик — тягач паровой автомобиль, с мощным крутящим моментом и применяющий дешевое твердое топливо — очень нужная паровая машина в сельском хозяйстве и в лесной отрасли. При применении современных технологий и материалов, а так же использование в термодинамическом цикле «Органичесокго цикла Ренкина» позволят довести эффективный КПД до 26-28% на дешевом твердом топливе (или недорогом жидком, типа «печного топлива» или отработанного машинного масла). Т.е. грузовик — тягач с паровой машиной
Грузовик НАМИ-012, с паровым двигателем. СССР, 1954 г
и мощностью роторного парового двигателя около 100 кВт, будет расходовать на 100 км около 25-28 кг энергетического угля (стоимость 5-6 руб за кг) или около 40-45 кг щепы- опилок (цена которых на Севере- забирай даром)…
Есть еще много интересных и перспективных областей применения роторного парового двигателя, но размеры этой странички не позволяют все их подробно рассмотреть. В итоге- паровая машина может занять еще очень заметное место во многих областях современной техники и во многих отраслях народного хозяйства.
ЗАПУСКИ ОПЫТНОЙ МОДЕЛИ ПАРОСИЛОВОГО ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРА С ПАРОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
Май -2018г. После длительных экспериментов и опытных образцов сделан малый котел высокого давления. Котел опрессован на 80 атм давления, так что будет держать рабочее давление в 40-60 атм без затруднений. Запущен в работу с опытной моделью парового аксиально-поршневого двигателя моей конструкции. Работает прекрасно- смотри видео. За 12-14 минут от розжига на дровах готов давать пар высокого давления.
Сейчас я начинаю готовиться к штучному производству таких установок- котел высокого давления, паровой двигатель (роторный ), конденсатор. Установки будут работать по замкнутой схеме с оборотом «вода- пар- конденсат».
Спрос на такие генераторы весьма большой, ибо 60% территории России не имеют центрального электроснабжения и сидят на дизельгенерации. А цена солярки все время растет и уже в 2020 г достигла 44-47 руб за литр. Да и там где электричество есть- энергокомпании тарифы все поднимают, а за подключение новых мощностей требуют больших денег.
СВЕЖИЕ ДАННЫЕ ЗА 2020 г
Свежее видео — 2020 г- идет к завершению отработка паровых роторных двигателей и прямоточных котлов на твердом топливе. Основная цель такой установки- создание малой паросиловой установки с электрогенератором для выработки дешевой электроэнергии на сжигании твердого топлива. Особенно это актуально для лесной глубинки- где навалом опила. щепы, горбыля и бурелома. А электрических сетей — нет.
ПРОБНЫЕ ИСПЫТАНИЯ МАЛОГО ПАРОВОГО КОТЛА
Пробные прокрутки парового роторного двигателя от котла на дровах
Новости проекта | Роторные двигатели
Адрес для контактов: [email protected]
На этой страничке сайта я, его автор — Игорь Исаев, буду публиковать все последние новости, касающиеся моей работы в указанном направлении.
Тут же можно и взглянуть на мое фото — если кому любопытно.
14 января 11 г.
Всех поздравляю с Новым Годом, Всем творческих, научных, производственных и коммерческих успехов! Пусть советско-российская инженерно-техническая школа развивается и будет впереди планеты всей!
По делам — мотор мой 5-тактный задерживают(как всегда). На заводе был сломан эрозионный станок (проволочник), на котором шестеренки резали. Вот вроде бы сейчас исправили- обещают мотор выдать на испытание к концу января — ждемс…
Сайт претерпел некоторую модернизацию внешнего вида. Надеюсь в ближайшую неделю — две добавлю некоторое количество новых материалов: тексты и схемы + чертежи. Давно хотел — только времени не было. Спасибо за помощь в создании нового вида сайта Антону из Люберец.
Вообще- вокруг сайта понемногу складывается общество активных приверженцев идеи, многие очень помогают — кто советом, кто небольшим, но реальным делом. Всем великое спа-асибо — без такой поддержки мне было бы гораздо труднее «тянуть» на чистом энтузиазме такой ресурс. Еще — есть желание с поддержкой таких людей сделать на базе этого сайта большой научно — технический портал, посвященный проблемам двигателестроения (и вообще малой энергетики — в том числе и транспортной) и существующим новациям на эту тему. В перспективе тут будет и некий патентный архив из документов, обзоры существующих и перспективных конструкций и передовых тех решений. А главное- каждый автор — разработчик тут сможет сделать свою страничку, чтобы выложить свои наработки и завязать дискуссию вокруг своих идей. Получать чужие мнения и популяризировать свои наработки. Может тут и сообщество информационное новаторов- разработчиков сформируется, которое потихоньку начнет привлекать внимание инвесторов и промышленников. Но все это возможно лишь сделать трудом немалого количества людей. Я изложил идею — жду заинтересованных мнений. Открываю дискуссию на эту тему на Форуме. Обсуждение на форуме
| 1 июля 2010г. | Наконец-то мне изготовили опытный образец моего мотора. Забрал с завода — поставил в коридоре квартиры. Пока… Потихоньку начну готовить двигатель к запуску. Фото — здесь. |
| Получены первые обнадеживающие результаты- камеры сгорания и сегменты расширения работают… | |
| 5 июля. | Вычертил и добавил несколько новых схем и рисунков. |
| 16 июля. | На сайте создан форум — можно обсуждать близкие идее сайта темы. |
| 23 июля. | Запуск модели несколько затягивается. На заводе изготовителе несколько «накосячили» — в модели есть отклонения от соосности валов и перепендикулярности торцевых крышек осям валов. Модель не очень легко вращается от руки — а хотелось бы легкости. Поэтому пытаюсь довести модель до нужной кондиции — нашел специалиста в одном небольшом частном цеху… Он возится- пытается довести изделие до нужной формы — снимает сотки по разным сторонам. Полагаю, затяжка на 2-3 недели. |
| 25 августа. | Запуск модели несколько затягивается. На заводе изготовителе несколько «накосячили» — в модели есть отклонения от соосности валов и перепендикулярности торцевых крышек осям валов. Модель не очень легко вращается от руки — а хотелось бы легкости. Поэтому пытаюсь довести модель до нужной кондиции — нашел специалиста в одном небольшом частном цеху… Он возится- пытается довести изделие до нужной формы — снимает сотки по разным сторонам. Полагаю, затяжка на 2-3 недели. Параллельно идет работа над 5-ти тактной моделью мотора, уже разрабатываются рабочие чертежи. Надеюсь через пару недель начать торговаться с окрест расположенными заводами и цехами по поводу цены изготовления этой модели мотора. При удачном заключении соглашения о цене изготоволения 5-ти тактного мотора надеюсь через месяц отдать чертежи в работу. Может за пару месяцев и выточат. Если все будет благополучно — ноябре будет готова 5-ти тактная модель и можно будет начинать рздумывать о ее испытании. |
| 28 ноября. | Работа над 3-х тактной моделью пока приостановлена, т.к. в модели обнаружился брак по вине изготовителя, завод выразил готовность исправить ошибку, но пока до этого руки не доходят- далеко вести исправлять и пр. На другом предприятии заказано в начале октября изготовленние 5-тактной модели, срок изготовления 20 декабря. Пока все работы идут по плану, через 3 недели должен забрать мотор. Коротко — 5ти тактная модель будет давать 8 рабочих тактов за оборот вала, т.е различие в мощности — в 2 раза в сторону уменьшения. (Аналогично как разница в поршневых моторах между 2-х и 4-х такными моделями). Зато 5-ти такная модель будет обладать функцией всысывания и работать с обычным карбюратором. Т.е. не будет требовать наддува воздуха и впрыска под давлением через форсунки топлива. Т.е. она будет гораздо проще. Кроме того- камеры сгорания в этой модели размещены в крышке корпуса. а не в роторе, как у прежней 3-х тактной модели. В итоге- эта модель при 2-у кратном уменьшении мощности обещает зато работать в гораздо менее напряженных условиях с точки зрения компоновки и сочетания рабочих тактов и в области теплового режима. Если выберу время- его нехватает катастрофически- нарисую принципиальную схему этого мотора и вывешу на сайте. Схема фаз газораспределения уже нарисована. Осталось опубликовать.
Новая информация- автор начал работы над двигателем внешнего сгорания- над паровой роторной машиной. Паровая силовая установка будет на основе роторной схемы Тверского, но в конструкции я постарался применить интересные и потенциально эффективные тех решения, который и есть основа изобретения. Общая схема данной силовой установки будет совершенно не похожа на традиционную паровую машину или компоновку паровых турбин. . По моим прикидкам — КПД машины обязан превысить 20% , а возможно достигнет 25-28%. (Я надеюсь, что это получится). Это при том, что машина будет очень компактной — для автотранспорта,и будет иметь главное, чего нет сейчас- быть многотопливной. Т.е. будет иметь возможность использовать и дешевые жидкие топлива- мазут, печное топливо, либо сжатый газ, и вполне легко переходить на уголь, а то и дрова или солому… Это мечта фермера, крестьянина и мелкого предпринимателя из глубинки… Да и армия с МЧС за них будут горой стоять. Представьте — артиллерийский тягач, или БМП которые на буреломе или на камыше из соседнего болота может марш-бросок совершить… Более развернутые материалы по паровому двигателю будут опубликованы на сайте в феврале- марте. |
21 января 11г.
На страничке «Модель автора сайта» размещены новые схемы и чертежи
25 января 11г.
На страничке «Модель автора сайта» размещена ссылка на видеоролик — демонстрирующий основные принципы работы моей схемы роторного двигателя
21 марта 11 г.
Спешу поделиться приятной новостью. Забрал на заводе новую модель — 5-ти тактную. Хоть и изготавливали на 2 месяца дольше, чем договаривались, сделали качественно. Сейчас приступил к «обвесу» мотора — прилаживаю систему зажгания- свечи, трамблер и пр. А так же систему питания топливом. Надеюсь — за неделю управлюсь и начну пытаться запустить мотор в работу. Буду за пусковой шнур дергать. Фотографии нового образца в разделе «Модель автора сайта».
09 апреля 11г.
Уже неделю вожусь с моделью мотора. Можно сказать, что мотор проявляет явные признаки жизни- после раскрутки электростартером начинают работать камеры сгорания, из выхлопных трубок обеих секторов раширения начинает бить дым и мотор явно подхватывает обороты, но после оключения от сети электростартера тянет слабо, сбрасывет обороты и скоро останавливается… Хотя и радостно тарахтит и дым сериями выстреливает. После подробного анализа схемы, в поисках принчины такого странного поведения мотора, я нашел свою ошибку в проектировании. Камеры сгорания не сбрасывают давление до атмосферного и поэтому их перезаряжание свежей порцией сжатой рабочей смеси становится затруднительным. Эту ошибку вполне возможно устранить — но уже при изготовлении новой модели усовершенствованной схемы. Еще похоже- что мотор плохо держит обороты так как некачественно изготовлен трамблер — одна камера сгорания работает практически стабильно, а вторая включается изредка- там явно не соблюдается момент зажигания. Часами вожусь с мотором, высталяя по миллиметрам момент зажигания- но его очень трудно поймать на моей кострукции трамблера. Но трамблер делали кустарно на не очень точном оборудовании — от этого и беды. Изредка зажигание начинало работат в обеих камерах стабильно и мотор начинал заметно тянуть, но это длилось всего пару раз по несколько секунд, да и то — сражу начил «задыхаться» — чувствовалась не полная оттдача камер сгорания… Такие вот беды.
Вывод и перспектив: делать усовершенствванную модель — понимание ее конструкции уже есть, и делать на более точном оборудовании.
Смотрите видеоотчет — ролик по ссылке на страничке этого сайта
здесь.
Всем привет. Игорь Исаев.
18 апреля 11г.
По итогам двухнедельной возни с образцом мотора, который то резво тарахтел и пускал дым, подхватывал обороты от стартера, то делал это плохо, то работали обе камеры сгорания, то одна (мотор практически при этом не крутился) и пр и др. Сделаны следующие выводы и получены следующие итоги:
- — в образце обнаружены конструкторские просчеты (т.е. мои просчеты) которые привели к недостаточной степени сжатия;
- — такие же просчеты привели к недостаточной степени сброса давления камеры сгорания в сектор расширения, что уменьшало крутящий момент и мешало быстрому и качественному заполнению зарядом свежей рабочей смеси из сектора сжатия, так как в камере сгорания оставалось заметное избыточное давление;
- — низкое качество изготовления трамблера и малый переод, в который камера сгорания была заперта привели к нестабильной работе камер сгорания — искра не всегда попадала в нужный момент в одну из камер сгорания;
По результатам рассмотрения всех результатов и в итоге осмысления всего полученного опыта, я сейчас сформулировал новый тип компоновки этой схемы роторного двигателя, которая должна быть лишена всех вышеперечисленных недостатков. Появилась очень интересная и перспективная схема, отчасти неожиданная даже для меня.
В настоящее время идет эскизное проектирование и скоро начнется изготовление рабочих чертежей. Вся работа должна занять не больше месяца. Оцениваю успех получения при запуске новой модели в работу высоких ТТХ по нескольким параметрам в 90%.
Параллельно идет поиск производства, на котором можно будет изготовить новый образец мотора. Прежнее производство, которое возилось с заказом 5 месяцев — исключается.
Если у кого из посетителей сайта есть возможность предложить быстрое изготовление модели на высокоточном оборудовании — просьба сообщить. Небольшое кличество наличных денег для изготовления уже зарезервировано. Главное условие — наличие не изношенных координатно -расточных станков. При этом просьба учитывать мое географическое положение — город Краснодар, юг России.
Автор изобретения и главная тягловая сила проекта в он-лайне и в офф-лайне — Игорь Исаев.
11 мая 11г.
Практически закончено изготовление рабочих чертежей нового варианта двигателя. В ближайшие время постараюсь отправить двигатель на изготовление. Если все будет по графику- через месяц с половиной или два будет готов новый мотор к испытаниям На страничке «Модель автора сайта» я вывесил небольшой скан из окна компа с Inventor -с 3D моделькой новой разработки.
31 июля 11г.
Вывесил разработанную пару месяцев назад системную классификацию роторных ДВС — в разделе «Классификация». Вроде получилось разумно и полезно.
По мотору — месяц назад закончил изготовление рабочих чертежей 2-х вариантов двигателей. Они заметно отличаются друг от друга и от той модели, которая выложена в виде фото и схем на сайте. Подробности о моделях в разделе «Модель автора сайта».
Уже около месяца веду переговоры с изготовителями- вроде дело идет но медленно. Лето-люди в отпусках. Если все будет хорошо- может к концу октября будут готовы опытные модели обоих вариантов мотора. Начну приступать к очередным испытаниям.
31 августа 11г.
.
Поиски производителей идут трудно и медленно. Кто имеет желание помочь — не имеет нужных тех возможностей. А кто имеет тех возможности — не имеет желания… Но- работаю, дело благодаря помощи многих сочувствующих моей идее по малу движется.
Сделал улучшенный видеоролик по демонстрации принципа работы парового двигателя Н.Н. Тверского — предтечи всех моих разработок.
Ролик смотреть здесь.
Всем привет. Игорь Исаев.
28 сентября 11г.
Добавил новую статью «ВОЗМОЖЕН ЛИ ДЕТОНАЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ» на новой страничке сайта «Статьи про двигатели» — в меню этот пункт так и называется. Читайте.
08 октября 11г.
Добавил новую статью «5-ти тактный двигатель» на страничке сайта «Статьи про двигатели». Читайте.
10 октября 11г.
Добавил новую страничку сайта «Тема тюнинга двигателей» — в меню этот пункт так и называется. Читайте.
23 октября 11г.
На страничке сайта «В поисках лучшей схемы» — выложил эскизы и описание новой компоновочной модели. Читайте.
Изготовление новых моделей в «железе» идет, хотя медленно и трудно. К Нов Году -жду результаты.
22 ноября 11г.
Неделю назад выложил на страничке «В поисках лучшей схемы» описание и эскизы + анимированную схемы работы компоновки «В» двигателя.
Сегодня на страничке «Тема КПД» выложил свою большую статью — размышление о принципиальных теоретических подходах создания двигателя с КПД превышающим 50%. Читайте ЗДЕСЬ.
06 декабря 11г.
На страничке сайта «В поисках лучшей схемы» — начал публиковать эскизы и описание последнего варианта схемы двигателя — «Схема «А». Читайте.
К Нов Году могут появиться результаты трудов- модель нового типа. Производственники обещают успеть.
06 января 12г.
Поздравляю всех с Новым ГОдом и прочими бесконечными русскими праздниками.
Новости таковы- модели нового двигателя в 2-х вариантах производители сделать пока не успели. Ближайший образец обещают изготовить к середине января. Другой- чуть позже. Ждемс…
На досуге написал новую статью, где обосновал мысль, что мои моторы являются двигателями внешнего сгорания. Об этом, и про другие аспекты такого моего видения — читайте в статье здесь. СТАТЬЯ На каком авто можно ездить без прав и гос номеров.
13 января 12г.Сегодня весь день просидел в цехе — притирал и дошлифовывал по месту все движущиеся детали.
Фото некоторых детелей и комлектов — ЗДЕСЬ.
14 января приступаю к сборке мотора. Потом настенет время попыток его запустить в работу…
31 января 12г.Две недели вожусь с доводкой мотора. В данной конструкции 9 тел вращения в 9 камерах, поэтому малейший перекос, отклонение от цилидричности или от соосности хоть в одной из них, вызывает «зажим» всей кинематической схемы.
После длительной и кропотливой работы выяснилось, что надо переделывать шестерни. Существующие сделаны не точно и временами «клинят»… Заказал изготовление в Ростове-на-Дону. В конце недели поеду за 300 км. забирать… 20 февраля 12г.С этой моделью получилсь большие сложности — часть деталей оказалась недостаточно термообработана. Стальные детали с плохой термообаботкой при прокручивании мотора в сборе постоянно «задирают» друг друга. Заказал изготовление части вращающихся внутри мотора деталей из бронзы марки БрАЖ. 3 неделю жду изготовления нужных 4-х маленьких деталек… Обещают скоро сделать.
22 февраля 12г.Разместил интересную статью «внешнего» автора — С.В. Митрофанов,«Статья О ДВС, его резервах и перспективах развития глазами специалиста». Статья с согласия её автора взята с сайта….
19 марта 12г.Выложил сканы редкой книги А.Джодж «Быстроходные дизели», выпуск 1938г. Смотри ЗДЕСЬ
20 марта 12г.Уже месяц дорабатываю модель мотора, уже три раза заказывал валы — то недостаточно термообработаны, то неверно прошлифовали, а в последний раз просто сделали вал на 8 мм. длиннее. Плохо термообработанные запорные барабаны (которые драли по стали корпуса) заменил на бронзовые из бронзы марки БрАЖ. Их делали 3 недели. Когда отдали- то оказалось, что зачем-то традиционно сняли фаску (это нарущает герметичность образуемых камер), да еще сильно зажимали в патрон, от чего остались сильные вмятины на основной и самой ответственной поверхности- на цилиндрической поверхности. Смотри фотки косяков… Отдал обратно цеховикам- обещали за дней 10 все переточить по новой…. Вот так время и проходит.
08 мая12г.Пока идут бесконечные доводки, притирка и пределки Смотри Фото Опять корпусные детали пакете растачиваем алмазным резцом. Прежние косяки выправляем. Но — одновременно еще ДВА варианта компоновки мотора пошли в работу в разных городах на разных производствах. Это усовершенствованная «Схема С» и «Схема В».
08 июля 12г.
Последние две недели с утра до вечера занимаюсь последней моделью мотора. Пришлось 4 раза переделывать валы, пять раз менять шпонки и 3 раза перешлифовывать все детали на плоскошлифовальном станке. И бесконечно доводить на притирочных плитах все это.
Пока удалось полностью обкатать двигатель- вся его кинематика уже крутится от вращения рукой за главную шестерню. Это уже большой успех. После наступления этапа холостой прокрутки — притирки мотора от мощной электродрели на оборотах примерно 2-2,5 тыс оборротов постоянно начали вылазить всякие мелкие проблемы. Вот устраняю их по мере появления. Но на это уходит уйма времени и немало денег и сил.
Завтра придется опять ехать в цех со станками делать новые валы. На этапе конструирования был допущен просчет — валы сделали тоньше чем надо. Поэтому нагрузки на шпонки оказались излишне великими, Вот они и не выдерживают долго. Временами от долгой прокрутки они просто перекусываются, а перед этим роторы и барабаны начинают сильно люфтить на валах, что чревато заклиниванием. Поэтому приходится через каждые день-два ставить новые шпонки на валы. Шпоночные пазы на валах тоже быстро разбивает- валы тоже приходится раз в неделю менять. Изначально на валах были предусмотрнены шлицы, но производители сказали- мы шлицы не можем, можем только шпонки…. Вот и сделали шпонки а они оказались слабоваты.
В новоой конструкции в чертежи закладываем уже новые параметры всех элементов мотора, с учетом полученного опыта.
Но- главное- мотор от прокрутки на мощной электродрели дает нужные показатели газоомена- активно всасывает воздух, активно его выхлопывает, в камеры сгорания компрессор гонит воздух мощной пульсацией- аж палец откидывает, если его поднести к отверстию перепуска. Т.е. мои теоретические идеи пока вполне подтверждаются поведением опытной модели. А все выявленные недостатки тут же осмысливаются и вносятся в параметры новой модели (такая же схема «С» только чуть усовершенствованная), на которую уже готовятся рабочие чертежи.
Все идет очень непросто, но я приложу все усилия, чтобы довести дело до логического конца и получить работоспособный мотор нужных параметров.
Ролик притирки- пробной прокрутки роторного мотора смотри ЗДЕСЬ.
23 сентября 12г.Прежнее «изделие» модели роторного двигателя оставил в покое — она всеж оказалось «кривой» и плохо сработанной, поэтому и не смог ее довести до нужной кондиции и завести. Компрессию на нужный уровень не удалось вывести. На холостых прокрутках что-то из нее выжал для своего понимания и все. Сейчас в работе новая модель по «Схеме С» измененная немного и усовершенствованная, по сравнению с прежним изделием. Долгая процедура согласовывания и утрясания рабочих чертежей с технологом цеха-изготовителя завершилась наконец-то. Теперь технологу все понятно.На сегодняшний день уже начато изготовление деталей корпуса роторного двигателя. На днях они пойдут в термичку. Фото готовых вчерне корпусных детелей прилагаю ЗДЕСЬ.
Если все будет по плану- к началу ноября новая модель мотора должна быть готова… Это рождается уже 5-я изготовленная мною модель роторного двигателя по «Схеме Тверского».
24 октября 12г.Дело по изготовлению очередной действующей модели роторного двигателя движется весьма активно. Если так пойдет- через пару недель будут готовы все детали и приступим к сборке двгателя. Прилагаю фото — на оддном — корпусные детали после термообработки. На другом — одна из корпусных деталей на координатно-расточном станке проходит обработку. Смотри ЗДЕСЬ.
Моя 5-я модель роторного двигателя по «Схеме Тверского» рождается вполне быстро.
08 января 13г.Изготовление новой модели идет очень медленно. Все что заказывается на стороне от моего основного подрядчика — изготавливается месяцами… Так резец для чистовой обработки корпуса изнутри — делали больше месяца….
Заказал три шетеренки модуль 1, с конца ноября обещают сделать, предоплату приняли… Сегодня начну долбить их, может к концу января изготовят. Такие от дела. Но модель уже на 80 % готова.
17 января 13г.Ступор в изготовлении модели вроде завершился, цеховые спецы починили станок- координатку 1960 года выпуска, получили всю оснастку и принялись за работу. Выкладываю НОВЫЕ ФОТО корпусных деталей, которые остается расточить точно в размер роторов и еще добавляю 3-х мерную модель проработки нового варианта компоновки двигателя компоновки «С». Она (возможно) будет актуальна при успешном запуске сейчас изготавливаемой модели.
27 января 13г.Написал вторую чась статьи о степени сжатия — и том нужно или не нужно ее повышать для достижения высокого уровня КПД. Читайте ЗДЕСЬ — СТАТЬЯ
Выкладываю очередные фото изготавливаемых детелей мотора НОВЫЕ ФОТО Пороцесс идет очень неторопливо…
25 мая 13г.Наконец-то готов полностью набор корпусных детелей для мотора. Полагаю- за пару недель завершу сборку роторов, и начну сборку- притирку деталей в один узел- двигатель. Затем приступлю к пробным прокруткам….
Фото корпусных деталей, в позициях, как они и будут собираться. НОВЫЕ ФОТО Все движется чудовищно мдленно, но движется….
07.07 (июля) 13г.Очередной затык от изготовителя вылез… На всякий случай пошел к стороннему станочнику- поставили детали на кординатно-расточной станок и проверили размеры. В одной из 2-х подшипниковых крышек выявилось отклонения бокового отверстия под вал запорных барабанов на 0,2 мм. Две десятки это много, движок точно не сможем собрать… Заодно в других деталях отклонение на 5-6 соток тоже выявилось. Поскандалил с прежним производством- там пенсионеры подслеповатые работают, ничего переделать не хотят, ведь брали недорого за работу. А еще и середина лета- там все в отпусках. С трудом нашел спеца у которого дома в сарае стоит кординатно-шлифовальный станок, сейчас будет думать как все огрехи вывести. Надо оснастку типа кондуктора делать, опять все денежно и долго будет.
Начато изготовление рабочих чертежей нового варианта компоновки «С». Он гораздо лучше — удалось сделать газоводы минимальной длины, они по 3 мм теперь стали. Веду одновременно поиски разных изготовителей и разговоры с ними- кто делать будет.
На сайте обновил несколько страниц- дописал статьи, отрисовал и добавил свежие анимированные схемы.
Смотри разделы «Крутящий момент», и «Тема тюнинга двигателя», и в «Поисках лучшей схемы».
13.11 (ноября) 13г.Лето и осень прошли в трудах и заботах. Собрал и от электромотора окрутил тот мотор — что до этого год готовил, что-то в нем есть хорошо, что-то не очень. По опыту пробных попыток пусков — получил пищу для размышлений. На ее основе создал схему и чертежи новой компоновки…. Поднапрягся и за 3 месяца изготовил новую модель. Фото выкладываю. Через дней 10 закончу последние детали- шестерни остались — соберу эту модель. Потом как всегда- попытка запустить…
Смотри фотки и некоторое подробности на страничке «Двигатель автора сайта»
27.11 (ноября) 13г.В ближайшую неделю завершаю изготовление всех мелких детелей и надеюсь скоро приступить к сборке очередной модели. О результатах буду сообщать.
Записал видео- подробно о КПД ДВС и перспективах совершенствования — «тюнинга» двигателей. Смотри «ТУТ»
07.12 (декабря) 13г.Собрал и прокрутил от электромотора двигатель. Все вращается. Только на больших оборотах что-то через 20-30 секунд наинает двигатель зажимать- обороты падают, элетромотор натужно воет. Надо разбирать — доп вышлифовывать роторы. А так — мотор дает мощную компрессию, чавкающие и шлепающие-чпокающе звуки очень мощные. Палец от отверстий впуска и от выпуска резко всасывает- откидывает. Как нибудь видео выложу. Теперь кроме окончательной завершающей шлифовки роторов надо еще четко выставить винты «газ-воздух» (пока на газе из баллончика заводить пытался) и настроить систему зажигания. Это весьма непростая задача.
на малых оборотах экспериментировал с составом смеси и наблюдал при этом как срабатывает камера сгорания. Для этого выкручивал свечу и поджигал спичкой вылетающий в свечное отверстие заряд сжатой рабочей смеси. Получилось очень впечатляещее зрелище. Фото выкладываю. С шумом вылетающие из камеры сгоранию горящие заряды сжатой рабочей смеси- они должны будут толкать лопасти роторов. Полагаю- что такая мощь зарядов вполне стронет роторы с места и заставит их вертеться. Надо только роторы вышлифоввать окончательно и настроить топливную аппаратуру.
ФОТО Смотри «ТУТ»
22.12 (декабря) 13г.Приступил к отладке мотора на ходу и попыткам его запустить. Промежуточные результаты многообещающие, но все время упираюсь и спотыкаюсь о второстепенные трудности, то то надо доделать, это это передалать, А на отладку и приспосабливание всех этих мелочей уходят недели…
Для разрадки обстановки записал видеоролик с рассуждениями о парадоксах и нелепостях поршневого мотора. Так- упражнение в логичесом мышлении. Смотри внизу страницы ТУТ
18.01 (января) 14г.Дело по немногу идет.
Публикую видео прокрутки компрессора двигателя. Пока все идет удачно- зрелище увлекательное.
23.02.14 .Поменял роторы на компрессоре — пластиковые при нагреве расширялись и клинили. Стальные азотированные пришлось долго подгонять.
ФОТО Смотри «ТУТ»
Заодно с Праздником — Днём Красной Армии. Броня крепка и танки наши быстры… И пусть мы научимся делать лучшие в мире моторы. И для танков тоже.
14.03.14 .
Вожусь с компрессором — уже добился стабильной работы, сечас поднимаю давление за счет подбора уплотнений.
Видео Смотри «ТУТ»
В самом низу страницы24.12.14 .Почти готова новая модель детонационного (бензинового) мотора с выделенной-обособленной камерой сгорания. Наверное- в середине января покажу ее на сайте.
Паралельно- вожусь с паровым вариантом «Коловратного двигателя Н.Тверского». Продул сжатым воздухом- моторчик резво крутится. На днях хочу перегретым паром под хорошим давлением из прямоточного котла его крутнуть. Видео «Смотрите ТУТ»
10.04.15.
Застрял на изготовлении роторов. Уже 2 комплекта деталей роторов ушло в брак. Производители никак не могут выдать точные размеры с допуском в 5 микрон… Отказался от обрабатывающих токарно-фрезерных центров, теперь стою в очереди на вырезной электроэрозионный станок со своим заказом.
Может за месяц очередь подойдет. Для сведения- вырезные и прошивные электроэрозионные станки- одни из самых малораспространенных и дорогих в работе типов металлобрабатывающего оборудования.
28.01 (января) 16г.Давно не было новостей..
Долго возился именно с изготовлением и доводкой готовых моделей. Дело нудное и очень не дешовое.
Итог — паровой роторный двигатель с клапанами, которые дают отсечку пара на 50% длины дуги роторной секции (на 50% длины рабочего хода). Результат — резко уменьшенный расход пара. Перспектива мотора- привод электрогенераторов для автономного электроснабжения на дешёвом твёрдом топливе. Планируется несколько типов таких паровых двигателей- от от 3.5 до 500 кВт. На 500 кВт — будет 4 больших роторных секции на одном валу с приводом от мощного кола.
Публикую видео прокрутки парового двигателя на сжатом воздухе небольшого давления (4-5 атм) от компрессора. Пока все идет удачно- зрелище увлекательное.
Обсудить и похвалить (поругать) этот двигатель и его автора можно на Форуме этого сайта — Жми на ссылку: Форум
Детонационный бензиновый двигатель стоит на верстаке почти готовый. Но на все сразу не хватает ни сил, ни времни. Им займусь чуть позже.30.10 (октября) 16г.Летние прокрутки бензинового двигателя проявили один недостаток- уплотнения не справляются со свими обязанностями. Камера сгорания не имеет возможности полноценно «заряжатся» — комперессору не хватает силы закачать туда свежий заряд топливной смеси.
Сейчас все силы направленны на создание качественных уплотнений. Для модели по созданию и обкатке уплотнений выбрана схема роторного двигателя Ванкеля. Она проще, чем схема Тверского. Он почти создан — идет доработка последних операций по корпусным деталям. Подробности по этом модели- на соответствующей страничке сайта.«Двигатель Ванкеля»
Одни из деталей на уплотнения для двигателя Ванкеля.
После того, как двигатель Ванкеля будет запущен и обкатан, то опыт изготовления и применения уплотнений и роторов с ними будет использован при изготовлении роторного бензинового двигателя схемы Тверского.
Так же паралелльно идет изготовление парового роторного двигателя на 40 кВт.и прямоточных котлов высокого давления. Об успехах в изготовлении такой техники смотрите на страничке о паровых роторных двигателях «Паровой двигатель»
.
25.12.16 .на 95% готов малый Ванкель. Во второй половине января- планируются запуски моторчика. Пдробности смотри- «Смотрите ТУТ»
МАЙ 2018 г.
После некоторого перерыва возобновляю активную работу с сайтом. Сайт переведен на новый движок- теперь будет проще его обновлять, добавлять новости и проч.
Сейчас моя основная работа делится на два направления:
— Первое Направление: создание и выпуск малых электрогенераторов на твердом топливе с паровыми машинами. Спрос на них весьма велик. Тут есть свежие новости -Подробности смотри на этой страничке: ПАРОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ
— Второе Направление: создание малых роторных двигателей. Главное в них- это создание эффективных систем уплотнений. Сейчас отрабатываются технологии изготовления таких уплотнений на рабочей модели роторного двигателя Ванкеля. Смотри подробности Двигатель Ванкеля
Февраль 2020 г
Новые сведения и видео по паровым роторным двигателям и котлам высокого давления- смотри тут
ВИДЕО
По бензиновым моторам- идет подготовка к пуску глубокого модернизированного варианта роторного двигателя Ванкеля. Скоро должны быть интересные новости.
Двигатель Ванкеля | Роторные двигатели
Единственной на сегодняшний день выпускаемой в промышленных масштабах моделью роторного мотора является двигатель Ванкеля, который относится к типу роторных двигателей с планетарным круговым движением главного рабочего элемента. Такая конструктивная компоновка роторного двигателя является, несомненно, самойпростой по своему техническому устройству, но не самой оптимальной по способу организации рабочих процессов и поэтому имеет свои неотъемлемые и серьезные недостатки.
Роторных двигателей с планетарным движением главного рабочего элемента существует достаточно много разновидностей, но по существу они отличаются друг от друга лишь количеством граней ротора и соотвествующей формой внутренней поверхности корпуса . Приведенные схемы разных компоновок подобных моторов взяты из книги «Судовые роторные двигатели», издания 1967 года, авторов Е.Акатов, В.Бологов и др. и подготовлены к публикаци в электронном виде автором этого сайта.
Роторный двигатель
Кратко рассмотрим саму конструкцию двигателя этого типа вместе с историей его появления и сферой применения. История создания роторных двигателей с планетарным вращательным движением главного рабочего элемента начинается в 1943 году, когда изобретатель Майлар предложил первую подобную схему. Потом в течение короткого времени было подано еще несколько патентов на двигатели подобной схемы. В том числе и разработчик германской фирмы NSU – В. Фреде. Но главным слабым местом этой схемы роторного двигателя были системы уплотнений между ребрами на стыке соседних граней вращающегося треугольного ротора и стенками неподвижного корпуса. Вот к решению к этой сложной инженерной задачи и был подключен Р.Ванкель как специалист по уплотнениям. Вскоре, благодаря своей энергичности и инженерному мышлению он стал лидером группы разработчиков. В 1957 году в лаборатории фирмы NSU построили прототип роторного двигателя типа «DKM», с треугольным ротором и рабочей камерой в форме капсулы, в которой ротор был неподвижным, а корпус вращался вокруг него. Гораздо более практичным был вариант компоновки типа «KKM» с нормальной схемой — рабочая камера в корпусе была неподвижной, а в ней вращался ротор. Этот мотор появился годом позже, в 1958-м. В ноябре 1959 года NSU официально объявила о создании работающего роторного двигателя. За короткое время около 100 компаний во всём мире приобрели лицензии на эту технологию, при этом 34 из них были японскими.Мотор оказался очень небольшим, мощным и имел мало деталей. В Европе начались продажи машин с роторными двигателями, но как оказалось у них мал моторесурс, они потребляли много топлива и имели очень токсичный выхлоп. Нефтяной кризис 1973 года из-за очередной арабо-израильской войны, когда цены на бензин увеличились в несколько раз, резко поставил вопрос об экономичности автомобильных моторов. Из-за этого в Европе и Америке попытки довести роторный двигатель Ванкеля до нужной степени совершенства были прекращены. И только японская компания Mazda упорно продолжала работы в этом направлении. А еще советский завод ВАЗ – так как бензин в то время в СССР стоил копейки, а мощный, хотя и с малым ресурсом, мотор был нужен силовым ведомствам. Но в 2004 году малосерийное производство на ВАЗе было закрыто и на сегодняшний момент Mazda является единственным автопроизводителем, который серийно выпускает автомобили с роторным двигателем. В настоящее время в мире серийно выпускается лишь один автомобиль с роторным двигателем системы Ванкеля – это спортивное купе Mazda RX-8. На этой машине устанавливается мотор «RENESIS» с двумя роторными секциями общим объемом 1,3 литра. Двигатель исполняется в нескольких вариантах с мощностью от 200 до 250 л.с.
.
После краткого обзора истории роторного двигателя с планетарным движением ротора остановимся на рассмотрении его преимуществ и недостатков. ПРЕИМУЩЕСТВА роторного двигателя Ванкеля по сравнению с традиционными поршневыми моторами: 1) Повышенная удельная мощность (л.с./кг), она практически в два раза превышает этот показатель поршневых 4-х тактных двигателей. Масса неравномерно движущихся частей в двигателе Ванкеля гораздо меньше, чем в аналогичных по мощности поршневых двигателях, и амплитуда таких неуравновешенных движений заметно меньше. Это происходит из-за того, что в «поршневике» осуществляются возвратно- поступательные движения, а в двигателе Ванкеля- вращательные, планетарной схемы. К тому же в двигателе Ванкеля отсутствуют коленчатый вал и шатуны.
На повышенную мощность Ванкеля играет и то, что такой двигатель однороторной конструкции выдаёт мощность в течение трёх четвертей каждого оборота выходного вала. В отличие от одноцилиндрового 4-х тактного поршневого двигателя, который выдаёт мощность только в течение одной четверти каждого оборота выходного вала. Именно по этим причинам с единицы объема камеры сгорания в серийном роторном моторе Ванкеля снимается гораздо большая мощность. При объёме рабочей камеры 1300 см Mazda RX-8 имеет мощность 200 л.с – 250 л.с., а прежняя модель Mazda RX-7, с мотором такого же объема, но с турбокомпрессором выдавала 350 л.с.
Именно поэтому особым признаком Mazda RX являются отличные динамические характеристики:
- на низкой передаче возможно без излишней нагрузки на двигатель разогнать машину выше 100 км/ч на более высоких оборотах двигателя (8000 об/мин и более).
- двигатель Ванкеля гораздо легче механически уравновесить и избавиться от вибрации, что позволяет повысить комфортность лёгких транспортных средств типа микроавтомобилей;
- габаритные размеры роторно-поршневого двигателя меньше в 1,5—2 раза в соотношении со сравнимым по мощности поршневым мотором.
В двигателе Ванкеля на 35 — 40 % меньшее количество деталей.
Недостатки:
1) Малая длина рабочего хода грани треугольного ротора, Хотя эти показатели напрямую с поршневым мотором сравнивать сложно – слишком различны типы движений поршня и ротора, но у двигателя Ванкеля примерно на пятую часть меньше длина рабочего хода. Тут есть одно коренное отличие Ванкеля от поршневого мотора- у «поршневика» идет увеличение объема в направлении одного линейного направления, которое совпадает с направлением рабочего хода. А у Ванкеля – это движение сложное и только часть траектории перемещения треугольного ротора с планетарным движением становится собственно линией рабочего хода. (РИС.) Именно поэтому у двигателя Ванкеля топливная эффективность хуже, чем у поршневых моторов. Поэтому из-за малой длины рабочего хода очень высока температура выхлопных газов – рабочие газы не успевают передать основное свое давление на ротор, как уже открывается выхлопное окно и горячие газы высокого давления с еще не прекратившими горение объемными фрагментами рабочей смеси выходят в выхлопную трубу. Поэтому температура выхлопных газов у двигателя Ванкеля очень высока.
2) Сложная форма камеры сгорания «серповидной» формы. У такой камеры сгорания большая поверхность контакта газов со стенками корпуса и ротором. Поэтому значительная честь тепла уходит на нагрев деталей мотора, а это снижает тепловой КПД и усиливает нагрев мотора. Кроме того, такая форма камеры сгорания приводит к ухудшению смесеобразования и замедлению скорости горения рабочей смеси. Поэтому на моторе Mazda RX-8 стоят 2 свечи зажигания на одной роторной секции. Эти особенности так же отрицательно влияют на уровень термодинамического КПД.
3) Потенциально невысокий для роторного мотора крутящий момент. Для того чтобы снять вращение с движущегося ротора, центр вращения которого сам непрерывно осуществляет планетарное вращение по круговой траектории вокруг геометрического центра рабочей камеры, в этом двигателе применяется эксцентрично расположенные на главном валу диски. По сути дела – это элементы кривошипного устройства. То есть двигатель Ванкеля так и не смог полностью избавиться от главного недостатка классических поршневых ДВС – кривошипно – шатунного механизма. Хоть он и представлен в моторе Ванкеля в своем облегченном варианте – в виде эксцентрикового вала, но самые главные пороки этого механизма: рваный, пульсирующий режим крутящего момента и малое плечо главного элемента, воспринимающего крутящий момент – так и остались «не излеченными». (РИС.) Именно поэтому односекционный Ванкель малоработоспособен и нужно делать 2 или 3 роторные секции для получений нормальных рабочих характеристик, еще желательно ставить на вал дополнительно и маховик. Кроме наличия в двигателе Ванкеля кривошипного механизма, на малый для роторного двигателя крутящий момент еще влияет и то, что кинематическая схема такого мотора устроена очень нерационально с точки зрения восприятия поверхностью ротора давления рабочих газов расширения. Поэтому лишь некоторая часть давления – около трети – переводится в рабочее вращение ротора и создает крутящий момент. Подробнее крутящем моменте поговорим в специальном разделе сайта.
Подробно о принципе возникновения крутящего момента в роторном двигателе Ванкеля Смотри на страничке сайта КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ
4) Присутствие в корпусе вибраций. Дело в том, что система роторного мотора с планетарным движением рабочего элемента предполагает неравновесное движение этого органа. Т.е. при вращении центр масс ротора совершает непрерывное вращательное движение вокруг центра масс корпуса и радиус этого вращения равен плечу эксцентрика главного вала мотора. Именно поэтому на корпус мотора действует изнутри постоянно вращающийся вектор силы, равный центробежной силе, возникающей на роторе. То есть ротор при вращении на вращающемся в свою очередь эксцентриковом валу имеет в характере своего движения неизбежные и выраженные элементы колебательного движения. Что и приводит к неизбежности вибраций. (РИС.)
5) Быстрый износ торцевых радиальных уплотнений на углах треугольника ротора, так как на них идет сильная радиальная нагрузка, неизбежная в двигателе Ванкеля по самому его принципу работы. (РИС.)
6) Постоянная угроза прорыва газов высокого давления из полости одного рабочего такта в полость другого такта. Это происходит потому, что контакт радиального уплотнения ребра ротора и стенки камеры сгорания происходит по одной тонкой линии. При этом еще существует проблема прорыва газов через гнезда установки свечей, когда над ними проходит ребро ротора.
7) Сложная система смазки вращающегося ротора. В моторе Mazda RX-8 специальные форсунки впрыскивают масло в камеры сгорания для смазки трущихся при вращении о стенки камеры сгорания ребер ротора. Это усиливает токсичность выхлопа и одновременно делает мотор очень требовательным к качеству масла. Кроме того, при высоких оборотах возникает повышенные требования к смазке цилиндрической поверхности эксцентриковой части главного вала, вокруг которой вращается ротор, и которая снимает главное усилие с ротора и переводит во вращение вала. Именно эти две технические трудности, решить которые весьма непросто, приводили к недостаточной смазке на высоких оборотах наиболее нагруженных трением деталей такого мотора, а это, соответственно, резко уменьшало моторесурс двигателя. Именно недостаточное решение таких технических задач приводило к очень малому ресурсу моторов Ванкеля, которые выпускал отечественный АвтоВАЗ. (РИС.- указать цилиндрическую поверхность контакта внутреннего гнеда ротора и эксцентр диска вала)
8) Высокие требования к точности исполнения деталей сложной формы делают такой мотор сложным в производстве. Такое производство требует высокоточного и дорогого оборудования — станков, способных создавать сложные объемы рабочей камеры с криволинейной эпитрохоидальной поверхностью. Сам ротор так же имеет форму сложного треугольника с выпуклыми поверхностями.
***
Как видно из содержания этого раздела сайта, роторный двигатель Ванкеля имеет выраженные преимущества, так и большое количество практически непреодолимых недостатков, которые так и не позволили этому типу двигателей вытеснить поршневые моторы из арсенала современной техники. Хотя такие перспективы всерьез обсуждались в конце 60-х и начале 70-х годов прошлого века, и в аналитических обзорах высказывались мнения, что к концу 80-х годов 20-го века более половины автомобилей планеты будут уже иметь роторные двигатели разных типов…. И, несмотря на наличие отрицательных черт и технических трудностей, роторный двигатель Ванкеля смог появиться технически и состоятся как коммерчески дееспособный вид продукции, потому что недостатки его главных конкурентов – поршневых моторов с кривошипно – шатунными механизмами оказываются еще серьезнее и многочисленнее.И это, не смотря на более века попыток их совершенствования.
***
ПРОДОЛЖЕНИЕ РАЗГОВОРА О РОТОРНОМ ДВИГАТЕЛЕ ВАНКЕЛЯ
сентябрь 2016г. Одна из самых трудных проблем всех типов роторных двигателей- это создание эффективной системы уплотнений, которая должна создавать замкнутый объём в рабочих камерах роторного двигателя. Пока в схеме типа Тверской это является одной из главных трудностей. Там предстоит сделать эффективную и непростую в изготовлении систему уплотнений.И чтобы потренировать руку и получить положительный опыт в таком деле, я решил создать небольшой рабочий экземпляр двигателя Ванкеля прямо с «ноля». Работа уже идет к концу- прилагаю фото такого моторчика.
Уплотнения
Ориентировочная мощность одной такой роторной секции предполагается около 35-40 л.с.. Мотор из 2-х роторных секций ожидается мощностью в 70-80 л.с..
***
ДВИГАТЕЛЬ ВАНКЕЛЯ — ДЕКАБРЬ
25 декабря 2016г Изготовлене малого Ванкеля идет в оптимальном ритме. Двигатель готов на 95%, остаются небольшие мелочи.
Так как на некоторых площадких в интернете эти мои фото уже обсуждаются и вокруг них накручиваются немало фантазий- сообщаю.
Двигатель создан с «НОЛЯ», ни одной детали из посторонних моделей в нем нет. В нем нет ни деталей от Sachs Wankel, которые уже не выпускаются лет 30, ни от современных малых современных aixro и пр. и др.
Кормпус двигателя выполнен из конструкционной легированной термостойкой стали, подвергнутой термохимическому упрочнению.Твердость поверхностного слоя имеет показатель в 70 HRC. Глубина термоупроченного слоя состовляет в среднем 1,5 мм.Точно так же обработаны и до таких же показателей твердости и износоустойчивости доведены радиальные и торцевые уплотнения.Двигатель имеет воздушное охлаждение, масло для смазки будет подаваться в камеру сжатия через 2-е специальные форсунки. Т.е. не нужно будет мешать масло с бензином как в 2-х тактных моторах.
Двиигатель Ванкеля
Двигатель Ванкеля на холодной обкатке.
Двигатель поставлен на токарный станок и в течение нескольких часов подвергался холодной обкатке. Это позволило оценить работу уплотнений и герметичность получаемых секций в двигателе как вполне благополучную. В ближайшее время будет замеряно давление, которое получается в секторе сжатия мотора.
Запуск двигателя планируется на конец января.
ВОЗОБНОВЛЕНИЕ РАБОТЫ ПОСЛЕ ПАУЗЫ
После некоторого перерыва активные работы возобновлены. Сейчас (март-май 18г) идут активные пробные прокрутки малой опытной модели двигателя. По ее итогам идет доработка уплотнений — самого трудного и деликатного элемента в роторных двигателях. Результаты весьма обнадеживающие.
Тема крутящего момента | Роторные двигатели
Ведущий показатель, по которому судят о возможностях и применимости мотора, это МОЩНОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ. Уже потом идут его экономичность, моторесурс, массогабаритные показатели и пр.
Мощность в свою очередь складывается из произведения двух главных параметров:
— частота (скорость) вращения вала двигателя;
— крутящий момент на этом валу;
Чем выше значение каждого их этих параметров — тем больше мощность мотора. Рассмотрим возможность повышения мощности двигателя при неизменном объеме рабочих камер. Следовательно, повышать мощность не увеличивая рабочий литровый объем, возможно лишь двумя путями:
– увеличивая частоту вращения вала и скорость движения главного рабочего органа;
— увеличивая значение крутящего момента на валу мотора;
Рассмотрим перспективы увеличения каждого из этих параметров:
Возможно, ли все выше и выше поднимать значение скорости вращения вала? Нет, нельзя – и вообще, для большинства потребителей мощности значение приводных оборотов должно быть невелико – для автомобиля в городском и в стартовом цикле- это сотни, а то и десятки оборотов в минуту, для гребных винтов больших и малых судов нужно лишь несколько большее значение. Даже для винтов самолетов это значение не должно превышать 1000-1200 оборотов в минуту, а для вертолетов это значение заметно ниже… Но современные поршневые моторы начинают развивать более или менее приемлемую мощность при оборотах от 1500 в минуту. Т.е. для таких моторов в качестве посредников между колесами-винтами и моторами приходится ставить сложные, дорогостоящие и тяжелые редукторы, либо вариаторы… Но если для повышения мощности мы решим повысить обороты вала мотора, то редукторы потребуются еще более сложные и тяжелые, с большим количеством передаточных ступеней. Т.е. – повышение мощности за счет увеличения числа оборотов вала — весьма малоэффективный путь. Тем более, что поршневые двигатели с кривошипно-шатунным механизмом и сложным механизмом газораспределения чисто по конструктивным особенностям не могут давать бороты выше 7-8 тысяч в минуту. Двигатель Ванкеля заметно мощнее, так как его рабочие частоты вращения несколько выше – до 10-12 тыс. оборотов
Существует, правда возможность ставить десмодромный механизм приводов впускных-выпускных клапанов. Такой механизм позволяет заметно поднять обороты поршневого двигателя. Но он очень сложный и дорогой. Поэтому находит лишь применение в экзотической технике, типа спорткаров Формулы-1 или мотоциклов Ducati.
Следовательно, для повышения мощности мотора более выгоден и эффективен иной путь – путь увеличения значения крутящего момента. В двигателях крутящий момент является важнейшим динамическим показателем и характеризует тяговые возможности двигателя.
Но вначале кратко разберем и вспомним само основное понятие — что такое крутящий момент.
Коротко это физическое понятие можно определить так: крутящий момент (момент силы) — это вращающая сила, которую создает главный рабочий орган двигателя и передает ее на вал двигателя.
Представить суть понятия крутящего момента, можно на примере обычного рычага в виде гаечного ключа. Если мы накинем ключ на туго затянутую гайку, и для того, чтобы сорвать её с места, с силой нажмем на рукоятку ключа, то на гайку начнет воздействовать крутящий момент (Мкр). Крутящий момент равен силе, приложенной к рычагу – рукояти гаечного ключа, умноженной на длину плеча силы. В цифрах это будет описываться так: если на рукоять ключа длиной один метр подвесить 10-килограммовый груз, то на гайку будет воздействовать крутящий момент величиной 10 кг•м. В системе измерения СИ этот показатель (умножается на значение ускорения свободного падения – 9,81 м/с2) будет равен 98,1 Н•м.
Из этой простой формулы, описывающей механику крутящего момента, исходит следующий вывод: получить больший крутящий момент можно двумя путями –либо нарастив длину рычага, либо увеличив вес груза.
В двигателе крутящий момент представляет собой произведение сил давления рабочих газов на полезную поверхность главного рабочего органа, на плечо приложения. В случаях с поршневыми двигателями это плечо приложения равно радиусу кривошипа коленчатого вала, в случаях с двигателями Ванкеля – это плечо между центром ротора и осью эксцентрикового вала, а в случае с совершенным роторным двигателем – это плечо от центра вращения вала до средины рабочей лопасти ротора. (РИС.)
В наиболее распространенных сегодня поршневых моторах крутящий момент возникает благодаря сгоранию рабочей смеси, которая расширяясь с большим давлением, толкает поршень вниз. Поршень в свою очередь через шатун давит на «колено» коленчатого вала. Хотя в описании характеристик двигателей длину плеча не указывают, об этом позволяет судить величина хода поршня (которая является удвоенным значением радиуса кривошипа). В силе, которая влияет на плечо рычага и создает крутящий момент, так же следует учитывать силы трения и инерции.
Примерный расчет крутящего момента поршневого мотора происходит так. Рабочие газы горения топливо-воздушной смеси давят на поршень, поршень передает давление на шатун, а шатун свое движение вниз передает на кривошипный механизм. Когда поршень толкает шатун с усилием 200 кг на плечо 5 см возникает крутящий момент 10 кГ•с, или 98,1 Н•м. Но у поршневого мотора с кривошипно – шатунным механизмом есть один очень серьезный недостаток: он создает усилие крутящего момента очень небольшой период времени в рабочем цикле. Четырехтатный мотор лишь один рабочий такт из четырех развивает рабочее усилие, а двухтактный мотор – только каждый второй такт. Во время нерабочих тактов коленчатый вал и поршневая группа вращаются по инерции массивных движущихся деталей мотора. То есть график распределения приложения движущей силы на круг вращения будет выглядеть так….. (cмотри графики крутящего момента тремя абзацами ниже)
Но тут есть еще один очень важный аспект. Не стоит думать, что усилие вращающего момента полноценно и активно работает весь период рабочего такта. На самом деле даже во время осуществления именно рабочего такта сила крутящего момента не вполне полноценна и не является отображением всей мощи силы давления рабочих газов на поршень. Т.е. крутящий момент поршневого мотора связан с силой давления рабочих газов расширения на поршень не вполне прямым и совсем малоэффективной образом. Виной тому врожденные и неискоренимые пороки посредника между прямолинейным движением поршня и вращательным движением вала — кривошипно – шатунного механизма. Причем они проявляют себя во всей красе как в поршневых двигателя, так и в роторных моторах Ванкеля.
Рассмотрим кинематику кривошипно – шатунного механизма (КШМ-а) поршневого мотора.
Когда давление газов на первом этапе горения топлива максимально, т.к. в это время объем камеры сгорания минимален, и работа совершаемая газами тоже наиболее велика, то в это миг крутящий момент на валу мотора от работы таких газов равен нолю. Ибо поршень в этой фазе работы КШМ-а находится в верхней мертвой точке и плечо рычага кривошипа равно нолю. Вся кинематика мотора (если это одноцилиндровый двигатель) движется лишь под воздействием сил инерции массы движущихся частей поршневой и кривошипно-шатунной группы двигателя.
Именно для этого на поршневые моторы и ставят маховики, чтобы усилить инерционность этой части деталей двигателя. Т.е. на этом этапе работы поршневого мотора длинные осевые линии плеча кривошипа и шатуна выстроились одну прямую линию, которая параллельна вектору силы расширяющихся газов. Поэтому вся сила этих газов в данный момент тратится на деформацию конструктивных элементов поршневой и кривошипно-шатунной группы и полезная работа газов расширения в этот миг полностью отсутствует.
Далее – под действием инерции вращения вал двигателя поворачивается, и движение кривошипа приводит к постепенному увеличению плеча, которое воспринимает крутящий момент, т.е. величина полезной силы расширяющихся газов возрастает. Величина нарастания значения плеча кривошипа постепенно увеличивается до значения углового расстояния в 60 град. от положения верхней мертвой точки. (РИС.) Именно в этой позиции возможно максимально эффективная работа КШМ-а, но время получения максимально возможного крутящего усилия (крутящего момента) уже утеряно, ибо по мере углового движения вниз верхней точки плеча кривошипа, вниз движется и поршень и давление рабочих газов в камере сгорания значительно падает… То есть сила газов расширения в момент наиболее высокого КПД уже не так велика, как в верхней мертвой точке.
Далее, вал двигателя с кривошипом продолжает вращение и проекция плеча кривошипа по отношению к вектору силы расширяющихся газов снова начинает уменьшаться… При этом по мере движения поршня вниз и дальнейшего увеличения объема расширения камеры сгорания, давление газов в ней падает, а значит падает и усилие давления этих газов на поршень.
Следовательно, на линии расширения газов и угловом пути плеча кривошипа после достижения им положения в 60 град. от верхней мертвой точки, величина крутящего момент резко падает, так как к этому приводит сложение двух процессов — падение движущего поршень давления рабочих газов и резкое уменьшение воспринимающего силу этого давления плеча кривошипа. В нижней мертвой точке продольные оси шатуна и плеча кривошипа снова выстраиваются в одну линию, и давление рабочих газов снова бессмысленно тратит свою уже небольшую силу лишь на бессмысленную деформацию элементов мотора, а движущиеся детали мотора продолжают вращаться лишь под действием инерции своих масс. По сути дела КШМ выдает силу крутящего момента на вал двигателя лишь дробными, последовательными пульсациями — серией многочисленных, но кратковременных толчков.
Все автомобилисты ощущают все прелести именно такого режима работы поршневого мотора с КШМ-ом особенно в моменты, когда надо с некоторой средней скорости, если идешь на высшей передаче и теряешь инерцию движения, вдруг резко ускориться- то есть снять с мотора мощное усилие крутящего момента. Если не переходить на низшую передачу, просто резко попытаться увеличить обороты мотора на прежней передаче и нажать на педаль «газа», то получим не мощное тяговое усилие, а лишь задыхающееся тарахтение и вибрацию мотора, готового заглохнуть… Это именно проявил себя малоэффективный режим работы КШМ-а, который не способен эффективно снять крутящий момент при невысокой частоте вращения вал. Приходится в этом случае переходить на нижнюю передачу и резко нажимать педаль газа, чтобы увеличить обороты мотора, тем самым обеспечить большое количество «силовых толчков» КШМ-а в единицу времени и увеличить тяговое усилие. А вот электромоторы, которые переводят рабочую мощь электромагнитных сил в своих обмотках в простое вращательное движение без всяких малоэффективных механизмов – посредников, не страдают такой болезнью. Именно поэтому многие автомобилисты с завистью наблюдают, как легко и мощно стартуют со светофоров громоздкие и тяжелые троллейбусы, обгоняя в стартовом импульсе легкие и вроде бы мощные легковые авто. То же можно сказать и о стартовом импульсе гибридных автомобилей, где стартовый импульс (крутящий момент на старте) обеспечивает электромотор.
Итак – КШМ – это неизбежный и тяжелый порок поршневых моторов, который резко снижает их эффективность, увеличивает их громоздкость, повышает цену и уменьшает надежность. Поэтому уже не менее ста лет идет, пока еще безуспешная работа, по созданию бесшатунных схем поршневых двигателей. Работы идут сто лет, но серьезной отдачи от нее пока не видно, так как сама схема поршневого мотора давно исчерпала свои возможности в плане принципиального совершенствования. Именно поэтому почти всю историю техники осуществляются попытки создать более эффективную и инженерно совершенную конструкцию мотора без применения поршней с возвратно – поступательным движением. Именно таким направлением является линия создания роторных машин с вращательным движением главного рабочего элемента.
Роторные двигатели
Наиболее известным двигателем, использующим принцип непрерывного вращения главного рабочего органа является газовая турбина. Но газовая турбина не имеет герметично запираемой камеры сгорания и в этом ее главный недостаток, которые проявляется в малом КПД и высоком расходе топлива. В отличие от поршневых двигателей- двигателей «объемного расширения», турбины являются «проточными» силовыми машинами. Поэтому не будем говорить об этих типах силовых машин, тем более что у турбин с крутящим моментом все вполне прилично (правда- только на высоких оборотах вращения их ротора- крыльчатки). Сейчас поговорим о роторных двигателях с запираемыми камерами сгорания.
Единственным на сегодня выпускаемым в промышленных масштабах роторным двигателем является двигатель Ванкеля – роторный двигатель с планетарным движением главного рабочего элемента. Как я уже писал, этот тип двигателя обладает одним неоспоримым преимуществом- это наиболее простой по количеству деталей тип конструкций. Но при этом он обладает немалыми врожденными, неизбежными для такого типа организации внутренней кинематики, недостатками. И один из основных недостатков — наличие КШМ-а. Не удивляйтесь: как это – роторный двигатель, а имеет кривошипно- шатунный механизм? А вот так- имеет. Правда двигатель Ванкеля обладает не полноценным КШМ-мом, как его поршневые конкуренты, а лишь его фрагментом. Но этот фрагмент и заключает в себе все главные недостатки и пороки классического КШМ-а, которые и играют на такую сложную судьбу этого типа двигателей. Поэтому двигатели Ванкеля и не смогли потеснить своих поршневых конкурентов – ибо у них не было преимущества в главном: не было простой и мало затратной схемы переведения давления рабочих газов во вращение рабочего вала. То есть роторный двигатель Ванкеля только лишь от части ушел от возвратно –поступательного движения поршней, но так и не смог прийти к чистому и простому вращательному движению главного рабочего элемента, поэтому в его конструкции и пришлось применять кривошипный механизм, со всеми его недостатками и потерями. (РИС.) Соответственно, надо понимать, что планетарное вращательное движение центра ротора вокруг геометрического центра рабочей камеры и вокруг оси вала есть промежуточный вариант устройства, между двумя диаметрально противоположными типами организации движения главных рабочих элементов разных типов двигателей: возвратно – поступательным и простым вращательным движением.
Рассмотрим, как работает и проявляет себя кривошипный механизм в двигателе Ванкеля, который создает самое главное в моторе — крутящий момент.
В роторном моторе с планетарным движением главного рабочего элемента давление газов передается на грань вращающегося треугольного ротора. Газы толкают эту грань и придают вращательно – поступательное движение ротору. Ротор, который подвижно насажен на эксцентриковый вал, вращаясь вокруг своего геометрического центра, одновременно совершает поступательно – кольцевое движение по полости рабочей камеры. При этом движении геометрический центр ротора описывает ровную окружность вокруг центра камеры сгорания, которая совпадает с главной осью эксцентрикового вал. Вращательное движение ротора вокруг своей оси механически преобразовать во вращение вала предельно сложно, поэтому остается снять полезную силу с планетарного, кольцеобразного вращения центра ротора вокруг центра рабочей камеры. Именно этим и занимается эксцентриковый вал, но если внимательно рассмотреть его конструкцию, то мы обнаружим в нем такой знакомый и такой малоэффективный кривошип. При этом недостатки работы этого механизма в двигателе Ванкеля как бы спрятаны в необычности его конструкции, поэтому и не бросаются в глаза сразу, хотя все пороки и изъяны действия этого механизма в роторном моторе с планетарным вращением главного элемента проявляются «по полной программе».
Итак, расширение рабочих газов в двигателе Ванкеля происходит только в одной зоне его камеры сгорания, форма которой называется эпитрохоидой. (РИС.) Следовательно, начала такта расширения и его завершение будет происходить в постоянно одинаковых геометрических позициях. Поэтому и суммарный вектор силы, который будет придавать планетарное, вращательно – поступательное движение ротору будет все время работать в одном направлении. А вот плечо рычага, которым обладает эксцентрично посаженый на вал мотора диск, который и будет переводить поступательное движение ротора во вращение этого вала, будет все время меняться по закону синусоиды. То есть будут две геометрические точки, когда проекция плеча рычага по отношению к направлению вектора действующей силы, будет равна нолю. (РИС.) Так же будут две точки, когда проекция плеча рычага по отношению к вектору силы будет максимальной, а во всех остальных точках проекция этого плеча будет различна по значению, меняясь по закону синусоиды. Всё совершенно так же, как и в КШМ-е поршневого мотора. Именно поэтому двигатель Ванкеля в исполнении с одной роторной секцией имеет крайне неудовлетворительную диаграмму крутящего момента – еще хуже, чем у поршневого мотора. Ведь длина рабочего хода у двигателя Ванкеля меньше, поэтому и рывки по нарастанию и падению интенсивности крутящего момента еще больше. Но к этому недостатку добавляется еще и возможность на небольшом участке вращения ротора иметь отрицательный крутящий момент, т.е. момент который работает против основного вращения ротора… Вот такого этапа в диаграмме крутящего момента в поршневых моторах точно нет. Именно по этой причине односекционные моторы Ванкеля с одним ротором имеют очень плохую диаграмму крутящего момента и нуждаются для приобретения приемлемой работоспособности в массивных маховиках. На приведенном выше схеме из старой книги «Судовые роторные двигатели» хорошо видно, как на первом (верхнем графике) линия значения крутящего момента в односекционном двигателе Ванкеля часть времени опускается в поле отрицательных значений. Т.е. некоторое время сила рабочих газов вращает ротор в обратном направлении… соотвественно и режим крутящего момента у такого двигателя очень плохой.
Эксцентриковый вал совершает три оборота за один оборот ротора, и это соотношение задается специально подобранным передаточным отношением шестерен, которые определяют движение ротора по отношению к корпусу и диаметром дисков – эксцентриков главного вала. Так как ротор имеет три грани, то один оборот вала приходится на точно один рабочий ход, который совершает каждая грань ротора, то есть оборот вала с прохождением двух мертвых точек кривошипа эксцентрикового вала будет осуществляться на каждый рабочий ход. Т.е. на каждый рабочий ход грани ротора и оборот вала будет приходится две точки когда плечо рычага кривошипа равно нолю и крутящий момент тоже равен нолю. В этот момент ротор и вал вращаются лишь по инерции, или – в исполнении с двухроторным вариантом мотора – за счет рабочего усилия другого ротора. Лучшие тяговые возможности двигателя Ванкеля, по отношению к поршневым моторам, проявляются лишь за счет того, что инерция движения вращающихся масс этих моторов гораздо выше и активнее, ибо в двигателях Ванкеля все движение организовано по вращательному принципу и не имеет возвратно – поступательных движений.
Так же надо отметить, что двигатели Ванкеля по режиму крутящего момента являются «верховыми» моторами- т.е. у них большая величина крутящего момента появляется только на «верхах», т.е. после набора значительного количества оборотов главного вала. Т.е. чтобы резко стартовать с места автомобилю с двигателем Ванкеля надо вначале хорошо прогазоваться и набрать мощь — «раскрутить» двигатель до боольших оборотов и только потом выжать сцеление, иначе на малых оборотах земетной силы крутящего момента на валу не будет и авто не удастся резко сорвать с места.
Проведя это небольшое исследование темы крутящего момента мы увидели, что на настоящем этапе развития техники постоянным и непрерывным крутящим моментом могут похвастаться лишь газовые турбины и электромоторы- силовые машины, в которых тяговое усилие действующего силового принципа превращается во вращение главного вала непосредственно и без применения механизмов — посредников. А вот поршневые моторы и двигатели Ванкеля, которые используют для преобразования поступательного движения главных рабочих органов во вращательное движение своих главных валов конструкции – посредники, в виде кривошипных механизмов, выдают на главный вал прерывистый, пульсирующий крутящий момент плохого качества.
Именно в избавлении от этого недостатка автору этих строк и видится задача по созданию двигателя внутреннего сгорания с герметично запираемой камерой сгорания, который будет обладать простым непрерывным вращением главного рабочего элемента. Поэтому такой мотор не будет нуждаться в механизме — посреднике и будет сразу преобразовывать простое и непрерывное вращение главного рабочего элемента в непрерывное вращение рабочего вала с постоянным крутящим моментом
ПРОДОЛЖЕНИЕ СТАТЬИ О КРУТЯЩЕМ МОМЕНТЕОпубликовано 30.06.13г.
Но — в приведённых выше рассуждениях есть одна важный уровень фактологии, который уводит нас еще дальше в теорию и практику изучения рабочих схем существующих тепловых двигателей, различных силовых машин и прочих моторов. И изучение этих вопросов, как и обобщение и исследование такой технической практики, должно привести нас к пониманию – на каком пути развития пытаться создать конструкцию совершенного теплового двигателя. Привести к осознанию – что нам делать: искать принципиально новую конструкцию совершенного теплового двигателя, или может быть обойтись поверхностным тюнингом существующих двигателей и добиться на этом пути высоких результатов?
Итак, выше мы говорили, что сам режим работы кривошипно-шатунного механизма (КШМ) поршневого мотора даёт непрерывно пульсирующий (изменяющийся) от ноля до максимума и обратно величину крутящего момента. Но – в двигателях ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, этот недостаток накладывается на другой еще более существенный и неискоренимый порок таких моторов. А в иных типах двигателей, в которых этого второго недостатка нет, а есть только первый недостаток, обусловленный наличием в моторе КШМ, с величиной и режимом крутящего момента все обстоит не так уж плохо.
Эти редкие счастливчики из большого мира моторов – паровые двигатели, т.е. двигатели внешнего сгорания. В отличие от двигателей ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (бензиново-соляровых моторов), двигатели ВНЕШНЕГО СГОРАНИЯ (паровые двигатели) имели и имеют совершенно недостижимый для ДВС могучий крутящий момент, что позволяло паровым двигателям обходится совсем без коробки передач, этой весьма громоздкой и дорогой части любого современного автомобиля. А в магистральных дизельных железнодорожных тепловозах вместо механических коробок передач в паре с дизельным двигателем применят дорогие и сложные по устройству электрические или гидромеханические передачи. А вот старинные паровозы с примитивными паровыми двигателями на угле без всяких коробок передач легко сдвигали с места и разгоняли до высоких скоростей тысячетонные составы…
Почему же так происходит? Что за загадочное явление в мире моторов, где старинные и примитивные паровые машины оказываются в какой-то своей части гораздо совершеннее и удобнее современных дизелей, газовых турбин и прочих ДВС (двигателей внутреннего сгорания)?
Оказывается – в паровых двигателях, благодаря особенностям организации их технологических циклов, внутренняя логика цепочки преобразования типов энергии гораздо более дружественна для создания высокого значения крутящего момента. Т.е. паровые машины (паровые двигатели) для создания стабильного и мощного крутящего момента, как машины для преобразования разных типов энергии, оказались гораздо более подходящими и эффективными, чем ДВС (двигатели внутреннего сгорания) с их сложной организацией технологических циклов. Правда, КПД паровых машин при этом оказывается многократно хуже, чем у бензиновых или дизельных, или даже газотурбинных ДВС (двигателей внутреннего сгорания). Зато никакого тюнинга конструкции и видоизменения механической сути паровых двигателей для повышения значения крутящего момента делать не нужно, он у них и так на предельном значении.
Итак — рассматриваем организацию и схему работы таких технологических циклов в моторах двух типов: в двигателях ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ и в двигателях ВНЕШНЕГО СГОРАНИЯ.
В двигателях ВНЕШНЕГО СГОРАНИЯ устройство для создания Рабочего Тела высокого давления обособленно от расширительной машины. Т.е. паровой котёл, который создает поток водяного пара (Рабочего Тела) отделен от самого парового двигателя — т.е. от поршневого мотора (расширительной машины). Такое разделение резко снижает КПД парового двигателя, ибо теплопередача тепловой энергии через стенку котла от горящего топлива в нагреваемому пару – резко ухудшает КПД такой силовой установки. НО – зато в итоге паровой котёл даёт стабильный по количественному весовому расходу и давлению поток Рабочего Тела — водяного пара. Т.е. от момента подачи пара в поршневой двигатель, до момента отсечки пароподачи в конце рабочего хода, пар продолжает поступать на линии расширения по ходу поршня в полость рабочего цилиндра и давление в этом цилиндре не падает весь рабочих ход (до момента отсечки). Поэтому давление пара продолжает создавать одинаково стабильное усилие на поршень весь рабочий ход. Т.е. расширение Рабочего Тела (рабочий ход) парового поршневого двигателя происходит в режиме изобарного процесса – при постоянном давлении. Для создания мотором максимального по времени и наиболее мощного по значению режима крутящего момента – это наилучшие условия.
Итак — в двигателях ВНЕШНЕГО СГОРАНИЯ Рабочего Тела хватает для того, чтобы обеспечить постоянное и вполне мощное рабочее давление на поршень по длине всего рабочего его хода. Т.е. по самой своей схеме принципиальной организации работы паровые двигатели имеют практически идеальный крутящий момент и высокую мощность и совершенно не требуют тюнинга двигателя в области совершенствования тяговой мощности. Она у паровых машин и так на предельной высоте.
Но вот в двигателях ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ определяется совсем иная схема организации рабочих процессов в моторе. По основному своему принципу организации технологических процессов в таком моторе, поршневой ДВС испытывает крайний недостаток в полноценном наполнении рабочего пространства между поршнем и цилиндром Рабочим Телом высокого давления. В момент поджигания сжатого заряда рабочей топливно-воздушной смеси поршень стоит около Верхней Мертвой точки, но по мере течения времени, когда заряд начинает гореть и выделять тепло и поднимать давление, поршень начинает очень быстро ускоряться. Обычно последние порции сжатого заряда, которые находятся дальше всего от очага первоначального поджигания около свечи, не успевают сгореть и идут на выхлоп. Ибо фронт пламени в сжатом заряде распространяется со скоростью до 20 м/сек, а поршень на середине своего пути разгоняется до скорости 10-15 м/сек. При этом давление в горящем заряде резко падает (рабочий объём между дном цилиндра и днищем поршня быстро увеличивается), температура заметно уменьшается и последние порции топливной смеси перестают гореть…
Теоретически считается, что горение происходит только в период 40°-60° от Верхней Мертвой Точки, т.е. процесс «горение- создание рабочего тела» идет лишь 40°-60° углового расстояния из 180° общего расстояния рабочего хода поршня. Т.е. оставшиеся минимум 120° углового расстояния на поршень давит всё меньшее давление Рабочего Тела, ибо рабочее пространство между донышком цилиндра и поршнем увеличивается, а Рабочего Тела не добавляется. Вот его давление на поршень и уменьшается…
Но тут мы должны вспомнить, что рабочий ход – это только один из четырёх линейных возвратно-поступательных движений технологического цикла 4-х тактного поршневого ДВС (двигателя внутреннего сгорания). Т.е. получается очень грустная арифметика – из 720° градусов углового расстояния полного технологического цикла такого мотора (2-а оборота коленвала на полный цикл), только 180° предоставляется собственно на сам рабочий ход, но вот нарастающее (или не уменьшающееся) давление на поршень со стороны газов Рабочего Тела осуществляется лишь на угловом расстоянии не более 60°. Т.е. делим 720 на 60 и получаем 12. Т.е. полноценно и активно Рабочее Тело в поршневом ДВС (двигателе внутреннего сгорания) действует только 1/12 часть времени полного технологического цикла такого мотора, т.е. не более 8%… А в поршневом паровом двигателе двойного действия постоянное давление подводится к поршню около 85% полного технологического времени цикла такого мотора.
Теперь, я надеюсь, читателю становится понятно, почему поршневому ДВС (двигателю внутреннего сгорания) для своей работы требуются высокие обороты коленвала и громоздкая и сложно устроенная коробка передач, для создания приемлемого для потребителя крутящего момента. А вот паровая машина (двигатель ВНЕШНЕГО СГОРАНИЯ) может выдавать могучий крутящий момент на частоте всего в пару десятков оборотов главного вала в минуту и без всякой коробки передач.
А если добавить сюда еще и синусоидальный, пульсирующий режим выдачи крутящего момента кривошипно-шатунным механизмом любого поршневого мотора, то становится ясным, что в поршневом ДВС (двигателе внутреннего сгорания), реально мощный импульс крутящего момента на коленчатом валу поршневого ДВС создается еще в меньшем промежутке времени, чем 8% примерно на треть – т.е. около 6%. Как говорится печальная картина, и никакое совершенствование механизмов моторов, никакое обвешивание электроникой малоэффективного железа, никакой чип-тюнинг не могут изменить этого принципиального недостатка поршневых ДВС (двигателей ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ).
Так что же нам делать, чтобы произвести реальное улучшение положения дел с тепловыми силовыми машинами и тяговыми моторами на ископаемом топливе? Какую создать совершенную конструкцию, какую произвести ревизию существующих моделей двигателей и какой совершить тюнинг (т.е. модернизацию) самой идеи теплового двигателя? Ответ на такой вопрос о тюнинге самой идеи двигателя есть у автора статьи, и он изложит его в следующей части такой статьи.
Смотрите продолжение, которое скоро здесь появится.
В поисках лучшей схемы-вечный тюнинг идеи | Роторные двигатели
НА ДАННОЙ СТРАНИЧКЕ Я ВЫКЛАДЫВАЮ МАТЕРИАЛЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ МОИХ ПОСЛЕДНИХ РАЗРАБОТОК — ВТОРАЯ ПОЛОВИНА 2011г. |
ТЮНИНГ ИДЕИ КАК ВЫСШАЯ ФОРМА ПОИСКА СОВЕРШЕННОЙ СХЕМЫ
Много лет прошло с тех пор, когда мне, тогда еще подростку, в 1973 году попался номер журнала «Техника-молодежи» с описанием роторного двигателя Ванкеля. Я за эти десятилетия то возвращался к идее роторного двигателя, то надолго оставлял ее. Надо было как-то жить, зарабатывать деньги,обеспечивать семью, особенно в смутное и непростое время 90-х, когда производство и новая техника были вообще никому не нужны… Какое там техническое творчество… Но более 10 лет назад я как-то все плотнее взялся за старые идеи уже не смог надолго отрываться от этих образов… Образов совершенного роторного двигателя. Помните, как у философа Платона 2300 лет назад сформулирован постулат: миры образов — эйдосов, миры первоидей стоят в начале всего на этом свете…
Со временем — когда я создал классификацию роторных двигателей и перерыл многие сотни патентов СССР, США, Англии и пр. по роторным двигателям, начиная с первого патента 1859 года, я укрепился в понимании, что наиболее перспективной является схема «типа Тверской». Но эта схема работала хорошо 140 лет назад в варианте паровой расширительной машины, а идея и технологические циклы ДВС со сжатием- значительно сложнее. И вот я принялся создавать схемы и воплощать их в действующие модели и макеты. Итог этих более чем 5-ти лет постоянного экспериментирования и теоретизирования таков: накоплен немалый и весьма содержательный опыт, который позволяет определить пути дальнейшего поиска оптимальной схемы и выбрать наиболее интересные решения в этом направлении.
На этой страничке я буду вести рассуждения и выкладывать материалы о развитии идей совершенного роторного двигателя, т.е. о «тюнинге самой концепции» этой идеи, а вот о конкретных возможностях тюнинга двигателя — смотрите на соответствующей страничке этого сайта ТЮНИНГ ДВИГАТЕЛЯ
НА ЭТОЙ СТРАНИЧКЕ САЙТА Я КОРОТКО ИЗЛОЖУ РЕЗУЛЬТАТЫ СВОИХ ОПЫТОВ И ОПРЕДЕЛЮ ПУТИ РАЗВИТИЯ НАИБОЛЕЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ СХЕМ.
Итак, первой была схема наиболее близкая к компоновке паровой машины Н.Н. Тверского.
Именно ее я создал и испытал в 3-х вариантах опытных моделей. Одна из них- последняя как-то даже дым пускала и иногда пыталась тарахтеть.
Но по итогам работы над этой схемой и такими моделями я пришел к выводу, что в малых размерах такая схема практически не работоспособна. Для создания гармоничной схемы надо делить кольцевое рабочее пространство на 4 сегмента, из которых будет формироваться 2 технологических сектора с полным набором из 5-ти технологических тактов. Но, учитывая мертвые зоны кольцевого рабочего пространства, на протяжении которых лопасти будут проходить в проемах запорных барабанов, длина дуг рабочего хода сегментов «впуска-сжатия» и «расширения-выпуска» оказывалась незначительной. Т.е. невозможно было достичь заметных степеней сжатия и расширения. В рамках этой схемы можно было идти двумя путями- либо заметно уменьшать объемы камеры сгорания и высоту лопасти, чтобы при малом объеме камер сгорания сделать заметными степени сжатия и расширения. Либо резко увеличивать диаметр поверхности ротора- чтобы при заметном объеме камер сгорания дать значительные степени «сжатия- расширения» и длину рабочего хода. Но тогда бы надо было делать диаметр корпуса более 600 мм., что сразу приводило к сложности изготовления и значительным габаритам двигателя. Что мне никак не подходило.
Т.е. тут прорисовывалась ситуация как с газовыми турбинами- при всех своих плюсах и значительной привлекательности, они после уменьшения размеров до определенного параметра, они начинают резко терять свои возможности и показатель их удельной мощности в малых массо-габаритных размерах резко снижается. При сохранении высокой прожерливости.
И я решил отказаться от этой компоновочной схемы.
| Сразу оговорюсь, понимая скромность своих сил и трудность выхода на глобальный рынок с новой продукцией, я сразу нацелен со своими разработками на рыночных сегмент 2-х тактных двигателей. Т.е. малоразмерных моторов малого веса, которые сегодня имееют малый ресурс (около 500 моточасов), большой расход топлива и грязный выхлоп. Этот рынок давно жаждет появления новой продукции и с радостью будет восприниать ее, так как существующая продукция имеет высокую цену и очень низкие эксплуатационные характеристики. А пытаться «воевать» на рынке 4-х тактных автомобильных моторов, которые имеют очень солидные моторесурсы и сравнительно приемлемую экономичность- дело крайне трудное. Итак — мой шанс создать маленький и мощный мотор с хорошим моторесурсом, на замену 2-тактных двигателей для мотороллеров, мотоциклов, мотоблоков, квадроциклов, подвесных лодочных моторов, всяких бензопил и пр. Т.е. мотор мой должен изначально проектироваться малым и легким. |
А указанная выше схема могла быть хорошо рабочей только в большом диаметре ротора и корпуса. И это меня не устраивало.
После осмысления полученных на испытаниях результатов и их анализа я устроил мозговой штурм и сумел найти выход на новые решения. В итоге на сегодняшния день — октябрь 2011 г. я имею три очень разных схемы. Каждая из этих схем является хорошим, но весьма необычным выходом на новые вариации схемы «типа Тверской». Каждя из них имеет преимущества на для определенных габаритов.
На все эти схемы уже поданы патентные заявки на изобретения.
Я начинаю выкладывать новые схемы с самой большой и «громоздкой», а закончу- с самой маленькой и «компактной».
В данных эскизах несколько нарушены пропорции элементов мотора — поэтому прошу не придираться к недостаткам кажущегося нарушения этапов и геометрии схем газораспределения. . Выражаю благодарность одному из постоянных посетителей этого сайта Вячеславу Воронину — ник telekast, за помощь в создании GIF анимации.
В данной схеме очень легко делать различными соотношения рабочих объёмов компрессорной секции и роторной секции. Т.е. легко можно делать степени сжатия и расширения в любых соотношениях меж ними. Например: делать степень расширения больше на 30-50%, чем степень сжатия, и тем самым попытаться заметно поднять КПД. Это достигается изменением «толщины» роторов и корпусов роторной и компрессорной секций.
  Данная схема — «Схема №1» или «Схема «А», является самой сложной и самой «габаритной» из всех новых схем. Например — в ней 12 шестерен. Для не сильно разобравшихся в схеме персон поясняю — ни одна шестерня не передает основную мощность, все они «крутят» вспомогательные элементы с небольшими усилиями. Но вот самая маленькая компоновка — схема «С», будет иметь всего 3 шестерни.
  Зато схема схема «А» обещает быть самой мощной, так как при габаритах корпуса: D 620 мм.х 160 мм. она имеет плечо крутящего момента 125 мм. и дает 9 рабочих тактов за оборот вала. Я прикинул теоретический крутящий момент, но не хочу его тут обозначать, ибо получается что-то невероятное.
  Для сравнения — наиболее распространенный двигатель грузовика КаМАЗа при 8 цилиндрах имеет плечо крутящего момента 60 мм, при 2-х рабочих тактах за один оборот главного вала двигателя. При габаритах 1103х908х965, весе в 850-900 кг. и мощности в 240-260 л.с.
НЕСКОЛЬКО ПОЗЖЕ ВЫЛОЖУ НА ЭТОЙ СТРАНИЧКЕ САЙТА ИНФОРМАЦИЮ ПО ДРУГИМ КОМПОНОВОЧНЫМ СХЕМАМ
РАЗВИТИЯ ЭТОГО НАПРАВЛЕНИЯ РОТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЙ — СХЕМАМ «В» и «С».
ВЫКЛАДЫВАЮ СХЕМУ «В»Работаю на ноутбуке- поэтому качество не самое хорошее. 2 недели сижу в Москве, вдали от большого своего компа со всей основной информацией, посему- извиняйте за не самое лучшее качество.
Конструкция получилась «вывернутой наизнанку» — с центральным запорным барабаном(2) и вынесенными на его перефирию секторами «впуска- сжатия» и «расширения -выпуска». Между секторами размещены камеры сгорания (5). (3) — это роторы сеторов «впуска- сжатия», а (4) — это роторы силовых секторов, секторов «расширения-выпуска». Газораспределением — впуском и выпуском рабочих газов в и из камер сгорания будут управлять вращающиеся золотниковые клапана. Они на схемах пока не указаны- расположены на пересечении газоводов, рядом с Камерами Сгорания.
Особенность схемы — мощность с двух роторов силовых секторов передается через шестерни на главный вал. Вижу возражения- мощность передается через шестерни, это плохо, шестерни не выдержат нагрузок. Но — двигатель должен вращать роторы силовых секторов достаточно плавно, при этом крутящий момент будут передавать сразу две шестерни, симметрично относительно оси главного вала разнесенные по сторонам. Зато на главный вал сразу будет передаваться в два раза уменьшенные обороты, с увеличенным вдвое усилием крутящего момента. Полагаю, что для двигателей небольшой мощности в 60 — 80 КВт такая схема вполне будет дееспособной.
В этой схеме удается достигнуть значительной схемы компактности конструкции, так как при тех же габаритах корпуса ходы роторов в таким образом устроенных рабочих секторах оказываются заметно длиннее. Далее- в такой компоновке каналы газообмена между Камерой Сгорания и секторами «сжатия» и «расширения» можно сделать предельно короткими. А это важный элемент эффективности и вообще работоспособости двигателя.
Создаваемая сейчас модель имеет максим габарит корпса 420 мм, плечо крутящего момента 56 мм (у ЗИЛ-130 плечо крут момента 47 мм). Содержит 8 шестерен, для привода всех элементов- запорных барабанов и золотниковых клапанов.
В прорисованной компоновке данный двигатель будет давать 4 рабочих хода за один оборот главного вала.
Размышления по поводу системы охлаждения и КПД схемы читайте в моих постах на Форуме сайта ОХЛАЖДЕНИЕ
8 декабря 11 г. — НАЧИНАЮ ВЫКЛАДЫВАТЬ МАТЕРИАЛЫ ПО СХЕМЕ «С»
Это (3-я по счету из последних разработанных мною конструкций) самая малая и компактная из всех разработанных мною схем. Обошелся без длинных газоводов на роторе и обособленных золотниковых клапанов. Для этого пришлось делать камеры сгорания в роторах рабочих секций. Т.е. камеры сгорания вращаются с вращением роторов. В двигателе этой компоновки содержится две рабочих роторных секции (две силовых машины), а между ними — по центру- расположена компрессорная секция. В моторе такой компоновки всего три шестерни.Двигатель дает 8 рабочих тактов за один оборот главного вала.
Максимальный габарит корпуса создаваемой сейчас модели будет 150 мм — т.е. модель делается весьма миниатюрной. При таком малом габарите двигателя плечо крутящего момента составляет — 40 мм, т.е. несколько больше чем у большинства моторов современных легковых машин, мощность которых составляет 100- 120 л.с.. Корпус двигателя сейчас делается из дюрали Д16Т, поэтому двигатель обещает быть очень легким.
В схему работы двигателя встроен паровой цикл, т.е. теоретически на выхлоп будут идти газы с температурой не более 200 градусов (у современных поршневых ДВС — 800-1000 град.). Т.е. таким «охлаждением изнутри» решается сразу две задачи — резкое увеличение КПД и исчезновение необходимости в специальной и громоздкой системе охлаждения.
В данной конструкции легко делать разными по объему сегменты сжатия и сегменты расширения. На выложенном ниже эскизе — схеме показано, что центральная секция (секция сжатия) меньше по толщине и по диаметру. За счет этого объем сегмента сжатия, меньше чем сегмент расширения. Т.е. степень сжатия меньше, чем степень расширения.
25 декабря 11г. Надо сказать, что схема «С» имеет несколько разных решений в плане своей компоновки. Т.е. это принципиальное объемное решение по типу размещения и взаимоотношения разных секций двигателя имеет несколько различных вариантов применения различных второстепенных элементов и систем двигателя. Вверху на чертеже представлено одно из таких решений. При этом различные варианты схемы «С» могут давать достаточно разные уровни решения главных задач- соотношения степени сжатия к степени расширения, разные типы встраивания в двигатель «паровой фазы», разные варианты размещения каналов газообмена и пр. На данный момент я экспериментирую с одним из таких вариантов, но уже готовятся рабочие чертежи для изготовления очередного компоновочного решения схемы «С».
13 января 12г.
Двигатель схемы «С» изготовлен. Начинаю собирать мотор — фотографии некоторых деталей ЗДЕСЬ.
05.07.13г.
Давно не обновлял этот раздел, хотя материала накопилось много. Это время активно занимался совершенствованием схемы компоновки «С», считая её самой эффективной и перспективной. Она оказалась возможной к многим вариациям. Подано несколько патентных заявок на изобретения на эти схемы. Выкладываю ГИФ анимацию киниматической схемы одной из таких компоновок. Эта анимация визуализирует только часть конструктивных (но основные -показаны) элементов для осуществления рабочих процессов двигателя. Делать элементы в движении со всеми их деталями- получится весьма громоздко и трудно воспринимаемо…
16.07.13г. Что-то ГИФ анимация туго работает, в смысле — тормозит работу сервера. Вынужден на её место поставить статичную картинки- всего один кадр из анимации. Не так наглядно, но — зато сайт лучше теперь работает.
Тема тюнинга двигателей | Роторные двигатели
|
|
ТЮНИНГ ДВИГАТЕЛЯ КАК ВЫСШАЯ ИДЕЯНесколько раз бывал на региональных соревнованиях дрэг — рейсеров на четверть милли — 402 метра. Самое зрелищное было на турбодроме «Белая стрела» в Краснодаре, где 24.09.11 г. прошел финальный этап чемпионата России по дрэг-рейсингу. В гонках участвовали 50 самых лучших гонщиков России и СНГ.
Самое для меня характерное было то, что гонщики в подавляющем случает толкают свои колесницы с подвергнутыми супер — тюнингу двигателями к линии старта руками с выключенными двигателями. Супер-тюнингованные и «супер -пережатые» моторы имеют мизерный ресурс и так гонщики сберегают этот малый ресурс, не запускают двигатели в работу до нужного момента.
Но даже при таких мерах «предохранения» жесткий тюнинг двигателя очень часто приводит к очень быстрой расплате за попытки сделать невозможное — моторы «взрываются и горят», иногда сразу при запуске на старте, иногда через 10 секунд после старта. А иногда- на полпути до финиша.
Весь интернет, посвященный теме разных транспортных средств, от мопедов до лодочных подвесных двигателей, от автомобильных моторов до силовых установок легких летательных аппаратов, на 50 % заполнен темами и идеями- как значительно увеличить мощность (соотвественно — силу крутящего момента) существующих двигателей. И для этого предлагается тюнинг двигателя — значительное повышение мощности двигателя. Почти всех не устраивают тяговые и стартовые характеристики их моторов, от владельцев мопедов, до обладателей спорткаров. И вокруг этого существует целая индустрия тюнинга двигателей. От крупных специализированных тюнинг -овых фирм, до массы народных умельцев по тюнингу в своих гаражах.
Но автор этих строк очень справедливо считает, что пытаться форсировать существующий стандартный поршневой мотор — дело очень не благодарное. Даже при удачном приросте мощности, получатель такого тюнинг двигателя будет расплачиваться значительной потерей моторесурса. А всякие варианты чип- тюнинга, когда вносятся лишь изменения в систему электронного управления двигателем, и тюнинг — спецы не влазят в механику двигателя — высокой эффективности не дают.
Со «своей колокольни» — автор этих строк видит возможность резко увеличить мощность силовой установки транспортного средства лишь в радикальном подходе. В полной замене стандартного поршневого двигателя на прогрессивный роторный двигатель. Это вместо того, чтобы подвергать тюнингу штатный поршневой двигатель и за немалые деньги иметь 15 % прироста мощности, при риске заметной потери моторесурса.
Давайте вообще разберемся — а что же такое тюнинг вообще?Вообще сам термин применяемый в русском языке, является английским словом. От английского tuning, что в переводе означает настройка, регулировка.
Первое – тюнинг как таковой делится на:
— А) внешний тюнинг;
— Б) внутренний тюнинг;
1) — Внешний тюнинг – это чисто «декоративная отделка» автомобиля. Т.е. под этим понимается разукрашивание внешности транспортного средства (аэрография) и дополнительное оформление салона. При слове внешний тюнинг — мне сразу вспоминается образ из давнего прошлого времён СССР. Тогда счастливый обладатель Жигулей престижной «шестой модели» для большей солидности и повышения уровня своего счастья в качестве «внешнего тюнинга» устанавливал решетку радиатора и бампера от еще более престижной «седьмой» модели Жигулей, штатную ручку рычага переключения скоростей менял на массивный плексигласовый набалдашник с розочкой по середине, а на верхнее обрамление окон передних дверей цеплял вычурные обтекатели из тонкого плексигласа…
Такой вычурный дизайн очень бросался в глаза, что и нужно было обладателю такого тюнинг – авто. А еще в более ранние времена водители и грузовиков и легковых авто наливали в круглые фары немного ярко цветной жидкости и она в нижней части фары весело покачивалась. Считалось что это тоже красиво.
Лет 10 назад особенно владельцы «девяносто девятых» моделей Жигулей считали очень правильным и красивым задрать зад своего авто и опустить передок. От этого машина как — бы приобретала более стремительный профиль, хотя при этом свет фар упирался перед машиной в асфальт и добиться нормальной дальности пучка света фар оказывалось почти невозможным…
Сегодня под «внешним тюнингом» понимается тоже целый комплекс мероприятий. Начиная от обрезания пружин на отечественных легковушках, до наполнения машин сверх мощными звуковыми системами. А еще можно раскрасить машину во все цвета радуги, нанести граффити, установить колеса большего размера на дорогих дисках и пр. и др.
Но – на скоростные характеристики, на стартовые возможности автомобиля все эти «примочки и залепухи» не будут иметь никакого влияния. Ибо мощность двигателя, его крутящий момент никак не изменятся от всех этих изощрений «внешнего тюнинга». Но – мы знаем, что в автомобиле главное (что радует сердце каждого водителя) — это возможность быстро ускоряться и активно достигать как можно большей скорости. Помните как у классика Н.В. Гоголя: «И какой русский не любит быстрой езды?».
2) — Внутренний тюнинг. Итак — внешний тюнинг не дает прибавки мощности и скорости, поэтому для достижения скоростных характеристик, которые превышают показатели серийных машин, автомобиль надо подвергнуть «внутреннему тюнингу» — т.е. тюнингу двигателя прежде всего. Под таким тюнингом подразумевается форсирование двигателя за счёт различных технических мероприятий. От самых несложных – вроде изменения режима работы электронных систем управления, через средние тех мероприятия – вроде оснащения двигателя турбинкой для наддува, крутящейся от потока выхлопных газов, до самых радикальных — в образе увеличения хода поршня и наращивания объема двигателя (с увеличением степени сжатия) за счет вставления особой плиты — прокладки между блоком цилиндров и его головкой. Последний вариант предусматривает самый радикальный подход к тюнингу в плане полной переделки двигателя с заменой на новые коленвала, шатунов и пр.
Но все такие экстремальные мероприятия по отношению к двигателю вместе с повышением мощности мотора и увеличением его крутящего момента резко снижают рабочий ресурс двигателя, ибо прочностные характеристики конструкции двигателя – прежде всего блока цилиндров – не предназначены для резко возрастающих нагрузок на него.
Исходя из этих кратких данных нужно понять – что попытка резкого форсирования, т.е. значительное повышение мощностных характеристик традиционных поршневых моторов, особенно двигателей массового производства, путем их радикального тюнинга, даёт небольшое повышение мощности в среднем варианте изощренности применяемых технических мероприятий. Но вот попытка поднять мощность двигателя хотя бы на треть резко снижает его моторесурс, и при этом требует сложной переделки двигателя и вложения в такое дело больших денежных средств.
В этом отношении гораздо лучшим вариантом «тюнинга двигателя» для любителей быстрой езды спортивного стиля, будет вариант полной замены традиционного штатного поршневого мотора, на более миниатюрный, но гораздо более мощный и тяговитый роторный двигатель.
Надеюсь, что в ближайшие годы прогресс в деле создания этого типа двигателей значительно ускориться и возможность такого «глубокого тюнинга» скоро станет реальностью.
Тем более, что в нынешних правилах оформления автотранспорта — при тех осмотре легковых машин отменено прежде обязательное сличение номеров двигателя. Т.е. теперь двигатель на легковом авто может стоять любой и менять его можно легко, без всякой последующей регистрации в ГАИ. При этом роторные двигатели обещают быть гораздо меньше по габаритам существующих поршневых моторов, и поэтому они будут легко и свободно помещаться в существующие моторные отсеки, и при этом машина станет легче.
Но проще всего будет подвергнуть тюнингу мопед или мотороллер. Которые и так никаким образом в техническом плане ГАИ не контролируются. Поэтому и заменить на нем двигатель на более мощный, но меньший по габаритам и заметно легкий по весу- дело несложное и заманчивое.
Мопед — это 2-х или 3-х колесное транспортное средство, с объемом ДВС до 50 см. куб и скоростью движения до 50 км. час. А так как скорость может быть в разных условиях разной, то и главный определяющий критерий — мопед это или мотоцикл (крупный мотороллер) — это рабочий объем двигателя. Если до 50 см. куб — это мопед, пусть даже он под уклон может разогнаться и до 75 км. час.
Мопеды имеют малую скорость, но главное — и что больше всего раздражает их владельцев — слабый стартовый импульс и малую «тягу». Т.е. они вяло стартуют с места и при необходимости «туго» ускоряются. Поэтому почти все владельцы такой техники мечтали о форсировании и тюнинге своих двухколёсных экипажей.
Вот основные характеристики старого-доброго двигателя Д-6 от знаменитого советского мопеда «Рига-7».
| 1 | Объем цилиндра | 45.4 куб.см |
| 2 | Диаметр цилиндра, мм | 38 |
| 3 | Ход поршня, мм | 40 |
| 4 | Макс. эффект. мощность, кВт (л.с.) при 4500 об\мин | 0,9(1,2) |
| 5 | Макс. крутящий момент Н*м | 2 |
| 6 | Степень сжатия | 6.0 |
Исходя из представленных характеристик, следует — что плечо крутящего момента (один из основных показателей рабочей геометрии кинематической схемы двигателя) составляет всего 20 мм. В соответствии с тем, что цилиндр всего один, то это и определяет малый крутящий момент и малую мощность двигателя.
У современных «могучих» мопедов и мотороллеров (скутеров) японского -китайского производства при более мощных двигателях — от 4 до 6 л.с. крутящий момент составляет от 3 до 6 н/м.
Из всей линейки роторных двигателей, которые я сейчас разрабатываю, здесь опишу один — самый маленький по компоновке. Его корпус будет представлять собой диск уплощенный с максимальным габаритом 150 мм. Мотор будет делаться из дюрали и его вес ожидается в районе 10 кг. Плечо крутящего момента у этого двигателя будет 38 мм. Т.е. почти в два раза больше, чем у описанного выше двигателя Д-6. При этом — плечо крутящего момента у роторного двигателя все время постоянное, в отличие от поршневого мотора, который имеет все время меняющееся от оптимума к «полному нолю» плечо приложения силы.
Мой роторный двигатель будет давать от 4 до 8 рабочих тактов за один оборот вала, а вышеописанный Д-6 — 0,5 рабочих хода за оборот, т.е. в моем случае число рабочих ходов будет в 8-16 раз больше.
И при этом мой вариант двигателя будет иметь объем рабочих секторов всего 40 см. куб. Правда, у моего мотора есть еще секторы сжатия, где всасывается и сжимается рабочая смесь. Но они не попадают в понятие рабочего объема, в противном случае у автомобилей с турбонаддувом в объем двигателя должна засчитываться и рабочая емкость турбины наддува впускного коллектора и цилиндров. Т.е. 2-х или 3-х колесный экипаж с таким двигателем будет полностью подходить под категорию «мопед». А расчетный крутящий момент у него будет составлять от 50 до 70 Н*м. Т.е. немногим меньше, чем имел двигатель автомобиля ВАЗ-2101 при объеме 1,3 л. — 90 Н*м.
А если такой «мопедный» двигатель поставить в моторный отсек легкового автомобиля, то сразу для управления им не нужно будет ни какие водительские права, и еще- такое транспортное средство не нужно будет ставить на учет в ГАИ. Конечно — мопедом оно не станет, ведь мопед — это как написано в правилах: «двух или трех- колесное Транспортное Средство». И если поставить такой роторный двигатель на «горбатый» Запорожец ЗАЗ-965, то мопедом он не станет, ведь у этого экипажа будет 4 колеса.
Но и тут есть хорошая новость — такая супер тюнинг тачка в двигателм объемом 40 см. куб по всем параметрам подойдет под другую категорию Трансп-х Средств.
Но его описание нужно искать не в «Правилах дорожного движения», а в ГОСТе.
Смотри: ГОСТ Р 52051-2003.
МЕХАНИЧЕСКИЕ ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА И ПРИЦЕПЫ.КЛАССИФИКАЦИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ.
В этом документе есть интересная категория:
2.6 Категория L6. Легкий квадрицикл. Четырехколесное транспортное средство, ненагруженная масса которого не превышает 350 кг, максимальная конструктивная скорость не превышает 50 км/ч, характеризующееся:
— в случае двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием — рабочим объемом двигателя, не превышающим 50 см3.
А так как наш двигатель будет очень легким, не иметь системы охлаждения с радиатором, да еще и не требовать коробки передач, то можно сняв двери и срезав крышу — превратив его в кабриолет, постараться вписаться в ограничения по весу. Все остальное — ограничение по объему двигателя, тут будет в полном соответствии. А ездить такой экипаж с таким супер — тюнинг — роторым двигателм, будет не хуже, чем Жигули 4-х тактным поршневым двигателем объемом 1,3 литра.
Для читающих эту страничку, но не глубоко изучивших другие разделы сайта, напомню — что совершенный роторый двигатель будет иметь постоянный крутящий момент гораздо более высокого качества, чем поршневые двигатели. Быть более экономичным за счет возможности иметь детонационное сгорание в камере сгорания и за счет исиользования паровой фазы на такте расширения, совершать от 4 до 8 рабочих тактов расширения за один оборот главного вала, иметь гораздо более длинный рабочий ход, иметь легкую регулировку соотношения между объеммом сжатия и объемом расширения. А так же иметь многие другие серьезные преимущества даже перед подвергнутым супер-тюнинг традиционным поршневым двигателем.
Ну — а для совсем забубённых любителей радикального тюнинга- представляю газовую турбину с вертолета АИ-450М. Т.е. турбовальный двигатель. Это разработка из новых Запорожского «Мотор Сич». 400 кВт и вес 110 кг. Вполне можно на зад автомобиля всунуть. На место багажника и задней лавки… Трубу вывести вверх. Напоминаю — двигатель ВАЗ-06 при мощности 80 л.с. весил 120 кг.
ПРОДОЛЖЕНИЕ СТАТЬИ О ТЮНИНГЕ ДВИГАТЕЛЯ Теперь рассмотрим возможности тюнинга двигателя , которые оказываются возможными для желающих форсировать свой двигатель и поднять его мощность, т.е. увеличить крутящий момент и тем самым повысить тяговые возможности мотора.
Итак — ПРИСТУПИМ К ИЗЛОЖЕНИЮ с самых первых, скромных по результатам, но простых по затратам сил, времени и денег тюнинг- процедур над двигателем.
Начнем с мероприятий, которые вообще не потребуют разборки двигателя – т.е. можно будет произвести тюнинг двигателя не разбирая его совсем.
Это – применения специальных шлифующих и антифрикционных присадок, которые добавляются в топливо и в масло. При грамотном проведении таких процедур качество работы двигателя заметно улучшается. Но – это тема отдельной статьи. Кого интересует эта тема- смотри ТУТ.
В наилучшем случае при применении такой технологии без разборки мотора вы получите следующие результаты:
— уменьшение трения в цилиндро-поршневой группе, что ведет к повышению механического КПД двигателя;
— раскоксовывание колец, что повышает компрессию и ведет к уменьшению прорыва газов из надпоршневого пространства в картер при тактах сжатия и расширения, что ведет общей оптимизации технологических процессов в моторе;
— устранение нагара на штоках клапанов и на сопрягаемых поверхностях седел клапанов и клапанных тарелок, что устраняет возможность прорыва газов из камеры сгорания в коллекторы и опять ведет общей оптимизации технологических процессов в моторе;
Все эти процедуры «безразборного тюнинга» двигателя ведут к устранению газодинамических, массообменных и механических потерь в двигателе, заметно повышают его эффективный КПД и увеличивают мощность.
Следующая безразборная и самая массовая по коммерческому предложению тюнинг – процедура: это ЧИП –тюнинг.
Это чисто внесение электронно – цифровыми средствами изменений в код управления работой программы чипа (командо-аппарата), который управляет режимом работы двигателя. При этом несколько можно увеличить обороты вращения коленевала. Но, как следствие, в большинстве случаев заметно падает мото-ресурс двигателя, который не рассчитан на повышенные усилия и излишние нагрузки, и от излишнего теплового и механического напряжения при повышении мощности — двигатель повышено изнашиваться. Этот «тюнинг двигателя» — самый распространенный, так как самый недорогой, самый малозатратный по времени, ресурсам и деньгам. Поэтому его и предлагают на всех углах – во всяческих больших автостанциях, малых автомастерских, на гаражах и пр. и др… Но и отдача от него самая скромная.
Но- результат ЧИП-тюнинга очень зависит от самой машины. Вернее — от того, какую эффективность в настройки заложили на заводе производители и режим управления двигателем в его командоаппарат (ЧИП). Если на заводе заложили оптимальную программу, то поднять тяговые возможности двигателя без заметной потери его ресурса и без значительного увеличения расхода топлива – не удастся. Но – если на заводе производитель по каким-то неведомым причинам заложил в ЧИП мотора не самую лучшую схему управления, то вполне возможно поставить более эффективную программу, которая заметно повысит тяговые возможности мотора без особого увеличения его прожорливости. Именно этими соображениями объясняется то, что на некоторых машинах «ЧИП –тюнинг» даёт очень хороший эффект, а на других – ничего положительного особо не добивается… ЧИП-тюнинг выводит наиболее оптимальные режимы подачи топлива и момента зажигания в зависимости от оборотов двигателя.
Далее- технологии с добавлением или изменением компонентов «обвеса» двигателя, с заметной разборкой двигателя, но ещё без замены основных деталей цилиндро-поршневой группы мотора.
Первое- это оптимизация работы впускного и выпускного коллекторов. Данные мероприятия призваны уменьшить насосные потери мощности и увеличить коээфицент наполнения двигателя свежим зарядом топливо-воздушной смеси. В эти работы входит установки воздушного фильтра с «нулевым» сопротивлением, впускного и выпускного коллекторов уменьшенного сопротивления, прямоточного глушителя, который уменьшает сопротивление выпуску отработавших газов.
Это вышлифовка воздуховодов и стенок газообменных окон в головке блока цилиндров, и даже их некоторое увеличение сечения – для уменьшения газодинамического сопротивления. То же самое преследует установка так называемых Т-образных клапанов, у которых большая пропускная способность, за счет изменения их формы. Так же идет притирка тарелок клапанов к седлам для предотвращения возможного прорыва газов.
Так же формально к области оптимизации газонаполнения относится установка механического нагнетателя или турбо-компрессора с приводом от потока выхлопных газов, которые повышают давление во впускном коллекторе и тем самым увеличивают коэффициент наполнения цилиндров свежим зарядом топливо-воздушной смеси. Т.е. такой тюнинг –девайс приводит к тому, что в камере сгорания оказывается больше паров бензина.
В случае турбокомпрессора — турбина раскручивается потоком выхлопных газов, т.е. этим как-то превращают в пользу энергию их кинетического движения, и этой энергией вращает лопаточный компрессор, который и совершает работу по предварительному сжатию массы потока свежей топливной смеси.
Это достаточно сложное и весьма дорогое мероприятие, которое, однако, может заметно поднять мощность мотора. В лучшем случае на 15-20 %.
А вот — еще одна «безразборная технология» тюнинга двигателя. Это добавление закиси азота в цилиндры в нужный момент. Эта технология была разработана в годы 2-й мировой войны, когда в авиации возможность хоть на 15-20 % поднять мощность двигателя в нужный момент давала некий прирост в скорости, что во время боя решало вопрос жизни или смерти самолета и пилота.
Закись азота при попадании в среду горящих паров топлива разлагается и при этом освобождается свободный кислород, которые значительно усиливает процесс горения паров топлива. За счет повышения интенсивности горения и увеличения его полноты и повышается давление рабочего тела на поршни, что – в свою очередь – ведет к увеличению оборотов двигателя.
Теперь технологии тюнинга двигателя с глубокой разборкой двигателя и с заменой или переделкой основных деталей двигателя.
Например — замена распредвала на иной, что меняет фазы газораспределения двигателя. Такой тюнинг — распредвал обеспечивает более долгие фазы- периоды открытия клапанов, что так же ведет в увеличенному наполнению цилиндров топливо-воздушной смесью и так же облегчает общее «дыхание» двигателя.
Далее — по процедурам тюнинга двигателя идет замена поршней и шатунов на более легкие и прочные. Дело в том, что моменты инерции массивных деталей мешают наращиванию оборотов и при смене направлений периодических возвратно поступательных движений сильно тормозят все движение деталей двигателя. По логике вещей- чем легче подвижные детали двигателя, тем меньше они сопротивляются смене направления движения, тем меньше механические потери в двигателе, тем выше его механический КПД и выше мощность двигателя. Поэтому тсндартной процедурой «глубокого тюнинга двигателя» оказываются смена шатунов и поршней на более легкие, спортивные варианты. В самых экстремальных случаях – на изделия из титана или торлона. Так же идет смена и клапанов на более легкие и термостойкие и коленвала, на более прочный, способный держать повышенные обороты подвергнутого тюнингу двигателя.
В завешение — технологии тюнинга двигателя с глубокой разборкой двигателя и с заменой или переделкой основных деталей двигателя, а так же с изменением геометрии блока цилиндров.
К этой категории процедур относятся самые сложные и самые затратные работы. В поршневых ДВС действует такая закономерность: чем выше степень сжатия, тем выше КПД и мощность мотора. Правда при этом повышается склонность к детонации и требуется более высокооктановый, т.е. дорогой бензин. Так что палка — о двух концах. Для повышения степени сжатия – снимают и «пилят» головку блока цилиндров. При этом высота головки уменьшается и объем камеры сгорания уменьшается. А так как степень сжатия есть отношение объема камеры сгорании к полному объему цилиндра- то и степень сжатия повышается. Правда, при повышении степени сжатия и уменьшении объема камеры сгорания необходимо менять клапана и подчас ставить на них более жесткие пружины- это отдельная «песня» и говорить подробно об этом тут не будем.
Далее- еще более радикальный подход к тюнингу двигателя – это изменение рабочего объема блока цилиндров двигателя. Т.е. наращивание пространства в цилиндрах двигателя. Достичь этого можно двумя путями — либо нарастив длину шатунов и увеличив эксцентриситет коленвала, при этом подложив переходную плиту между головкой блока цилиндров и самим блоком цилиндров. Такая вставка увеличивает «глубину» цилиндра. Либо не трогая шатуны и коленвал, но расточив вширь, т.е. увеличив диаметр цилиндра и движущихся в нем поршней. В первом случае увеличивается длинна рабочего хода и плечо крутящего момента на коленвалу, во втором случае – площадь поршней, на которые давят газовые силы.
НО, все эти тюнинг – мероприятия, кроме единственной — форсируют двигатель по «оборотам», т.е. увеличивают количество вращений коленвала двигателя в единицу времени, и только одно мероприятие – увеличение литрового объема за счет увеличения «глубины»- цилиндра форсирует двигатель по крутящему моменту.
В чем суть этих различий и что лучше делать для повышения тяговитости двигателя — в этом очень важно разобраться. Ибо все хотят иметь как можно более мощный мотор в своем автомобиле, но вот как добиться от своего двигателя супер-тюнинг мощности, это очень трудный, да и весьма запутанный вопрос….
Следующая статья будут рассматривать вопрос- какой тюнинг двигателя лучше делать – форсировать двигатель по оборотам или по крутящему моменту….
Так же интересная тема- повышение ресурса двигателя и уменьшение трения в паре «поршень- цилиндр» — за счет ионо-плазменного азотирования стали.
| Данный раздел находится в дальнейшей разработке. |
Оставить ответ