Двигатель со встречными поршнями: Зачем инженеры возвращают встречные поршни — ДРАЙВ

Зачем инженеры возвращают встречные поршни — ДРАЙВ

• Новости
• Наши тест-драйвы
• Наши видео
• Поиск по сайту
• Полная версия сайта

• Acura
• Alfa Romeo
• Aston Martin
• Audi
• Bentley
• Bilenkin Classic Cars
• BMW
• Brilliance
• Cadillac
• Changan
• Chery
• Chevrolet
• Chrysler
• Citroen
• Daewoo
• Datsun
• Dodge
• Dongfeng
• DS
• Exeed
• FAW
• Ferrari
• FIAT
• Ford
• Foton
• GAC
• Geely
• Genesis
• Great Wall
• Haima
• Haval
• Hawtai
• Honda
• Hummer
• Hyundai
• Infiniti
• Isuzu
• JAC
• Jaguar
• Jeep
• Kia
• Lada
• Lamborghini
• Land Rover
• Lexus
• Lifan
• Maserati
• Mazda
• Mercedes-Benz
• MINI
• Mitsubishi
• Nissan
• Opel
• Peugeot
• Porsche
• Ravon
• Renault
• Rolls-Royce
• Saab
• SEAT
• Skoda
• Smart
• SsangYong
• Subaru
• Suzuki
• Tesla
• Toyota
• Volkswagen
• Volvo
• Zotye
• УАЗ

• Acura
• Alfa Romeo
• Aston Martin
• Audi
• Bentley
• BCC
• BMW
• Brilliance
• Cadillac
• Changan
• Chery
• Chevrolet
• Chrysler
• Citroen
• Daewoo
• Datsun
• Dodge
• Dongfeng
• DS
• Exeed
• FAW
• Ferrari
• FIAT
• Ford
• Foton
• GAC
• Geely
• Genesis
• Great Wall
• Haima
• Haval
• Hawtai
• Honda
• Hummer
• Hyundai
• Infiniti
• Isuzu
• JAC
• Jaguar
• Jeep
• Kia
• Lada
• Lamborghini
• Land Rover
• Lexus
• Lifan
• Maserati
• Mazda
• Mercedes-Benz
• MINI
• Mitsubishi
• Nissan
• Opel
• Peugeot
• Porsche
• Ravon
• Renault
• Rolls-Royce
• Saab
• SEAT
• Skoda
• Smart
• SsangYong
• Subaru
• Suzuki
• Tesla
• Toyota
• Volkswagen
• Volvo
• Zotye
• УАЗ

Недавнее известие о том, что миллиардер Билл Гейтс и инвестиционная фирма Khosla Ventures решили вложить миллионы в компанию EcoMotors, проектирующую двигатели со встречным движением поршней, заставило нас детально рассмотреть заокеанскую разработку. У подобных моторов давняя история, но широкого распространения они не получили, во всяком случае на автомобильном транспорте. EcoMotors придала, казалось бы, известному блюду новый вкус.

Свой двигатель с двумя оппозитными цилиндрами, в каждом из которых работает по два встречных поршня, EcoMotors назвала незамысловато — OPOC, что значит Opposed Piston Opposed Cylinder — «оппозитные поршни, оппозитные цилиндры». В принципе, по такой схеме может работать как бензиновый мотор (или ДВС, потребляющий спирт), так и дизельный, но пока компания сосредоточила усилия на втором варианте.

Первый двигатель типа OPOC — дизельную модель EM100 (число означает диаметр цилиндров в миллиметрах) американская компания впервые показала общественности весной 2010 года. По информации EcoMotors, весит агрегат 134 кг, размеры его составляют 58 (длина) х 105 (ширина) х 47 (высота) см, развивает он мощность 325 лошадиных сил и выдаёт крутящий момент 900 Н•м.

Двигатель OPOC — двухтактный, так что за один оборот коленчатого вала встречные поршни каждого из цилиндров совершают рабочий ход. При движении к своим мёртвым точкам они открывают окна в стенках цилиндров. Причём один из поршней заведует впуском, второй — выпуском. На рисунке ниже их легко распознать по цветам — синему и красному соответственно. При этом окна расположены так, что выпускное открывается чуть раньше впускного и закрывается также раньше. Это важно для хорошего газообмена.

Ключевые компоненты OPOC, вид сверху и спереди. Обратите внимание на несимметричное расположение впускных и выпускных патрубков относительно коленвала.

Устранение головок цилиндров, клапанов и механизма их привода упростило мотор, сделало его легче, снизило потери на трение и даже расход масла (по оценке компании, вдвое против обычного дизеля). Но ведь такими преимуществами вроде бы могут похвастать и другие двухтактные моторы со встречными поршнями?

Изюминка новинки в том, что все поршни в ней соединены с единственным центральным коленвалом, в то время как раньше схожие конструкции требовали двух коленчатых валов по краям движка. Соответственно, они были заметно крупнее и тяжелее, и неудивительно, что применение нашли в основном на тепловозах и судах. Ну а OPOC, схема работы которого представлена в ролике ниже, нацелен на куда более широкий спектр машин.

Как любой двухтактник, OPOC нуждается во внешнем устройстве, которое продувало бы цилиндры в момент открытия окон. В рассматриваемом случае конструкторы решили возложить эту обязанность на турбонаддув. Но очевидно, он не поможет при запуске мотора, а сами цилиндры «вдохнуть» и «выдохнуть» не способны.

Решение опять же нашлось в давней идее, которую ряд компаний обкатывал, но до ума никто так и не довёл. На вал классической турбинки инженеры поставили электродвигатель. При запуске и до тех пор, пока ДВС не набрал обороты, этот моторчик получает энергию от батарей, обеспечивая «дыхание» OPOC. А далее мотор отключается, и турбонаддув превращается в самый обычный. Более того, на высоких оборотах, когда поток выхлопных газов велик, электромотор в турбине может превращаться в генератор, подпитывающий батареи машины.

Электрический турбонаддув — один из самых спорных элементов новинки. Для его раскрутки нужно приличное количество энергии, что приводит к необходимости ёмких и мощных батарей, а значит, удорожает конструкцию.

Новая схема, по утверждению её создателей, отличается очень хорошей продувкой цилиндров, а потому позволяет извлечь наибольшую выгоду из самого двухтактного цикла, теоретически позволяющего достичь вдвое большей литровой мощности двигателя, по сравнению с четырёхтактным. Хотя на практике такого показателя ещё не достигалось. Система OPOC обладает рядом иных любопытных особенностей.

При новой конфигурации для того, чтобы обеспечить заданный рабочий объём, каждому из поршней за один ход требуется пройти вдвое меньшее расстояние. Это означает и меньшую скорость движения при фиксированных оборотах, следовательно, и меньшие потери на трение. Всеми этими особенностями двигатель OPOC обязан в первую очередь Петеру Хофбауэру. Основатель, председатель и технический директор EcoMotors ранее много лет возглавлял разработку перспективных двигателей в компании Volkswagen. К примеру, на его счету смещённо-рядный мотор VR6 с малым (15 градусов) углом развала цилиндров. И хотя фирма EcoMotors была основана в 2008 году, сам Хофбауэр начал размышлять над OPOC на несколько лет раньше.

Идея Петера Хофбауэра хотя сама по себе и свежа, но корнями уходит в 1930-е годы. Отправной точкой его изысканиям послужили созданный Гуго Юнкерсом авиационный дизель со встречными поршнями Junkers JUMO 205 (вверху) и бензиновые «оппозитники» Фердинанда Порше (внизу), в числе которых мотор автомобиля, получившего после войны всемирную известность под именем «Жук». Фактически Хофбауэр скрестил эти две конструкции.

Компания сообщает, что OPOC в дизельном варианте на 30–50% легче, чем обычный турбодизель той же мощности, содержит на 50% меньше деталей, занимает в два-четыре раза меньше места под капотом и при этом может быть (при определённых условиях) на 45–50% экономичнее. Последняя цифра вызывает у специалистов самые большие сомнения, однако, даже если выигрыш в расходе преувеличен, основания для оптимистичных заявлений у EcoMotors имеются. Первый образец ДВС OPOC, по утверждению фирмы, провёл на динамометрическом стенде свыше 500 часов. Можно констатировать, что схема работает. С характеристиками дело обстоит не так однозначно. Модель EM100, которую ныне испытывают инженеры, выдаёт заявленные параметры по мощности и крутящему моменту только при настройках, не учитывающих токсичность выхлопа. Такую версию OPOC компания предлагает ставить на военную технику, для которой отношение отдачи к весу важнее прочего.

Для обычного транспорта EcoMotors предлагает настраивать те же движки несколько иначе: на 300 л.с. и 746 Н•м. Улучшение экономичности против обычных дизелей в таком случае обещано «всего» 15-процентное, но и оно выглядит огромным шагом вперёд, так как обычно компании борются за каждый процент. Дальнейшая экономия возможна при объединении пары таких моторов в четырёхцилиндровый агрегат. То, что раньше было самостоятельным мотором, превращается в модуль. Между ними EcoMotors намерена ставить управляемую электроникой муфту. При малой нагрузке, мол, будет работать только один модуль, при большой — подключится второй. А так как OPOC хорошо уравновешен, все действующие силы тут компенсируют друг друга и мотор отличается минимумом вибраций, то и активация «спящей» половинки в любой момент пройдёт гладко.

Замысел этот похож на известное отключение цилиндров в больших V-образных двигателях. Вот только там «холостые» поршни всё равно продолжают движение вверх-вниз, здесь же половина мотора останавливается полностью, а вторая продолжает трудиться в выгодном режиме. Кроме того, в такой бинарной схеме инженеры предлагают ещё немного снизить предельную отдачу каждого модуля — до 240 «лошадок» (480 будет развивать весь агрегат). По соотношению мощности и веса это всё ещё будет очень достойный мотор, причём, мол, удастся добиться максимальной экономии горючего (тех самых 45%) и соответствия самым строгим нормам по токсичности выхлопа, уверяют разработчики.

Пока OPOC — система сырая, а её конструкторы больше раздают обещания. Но они оптимисты и приступили к расширению линейки. На чертежах уже вырисовывается 75-сильный двухцилиндровый мотор EM65 чуть меньшего размера и массы, чем EM100. Его, кстати, хотят перевести на бензин. Сферы же применения EM65 вполне очевидны: лёгкие грузовики и легковушки, в том числе гибриды. Определённым залогом, но не стопроцентной гарантией успеха экзотического ДВС является репутация его главного конструктора: Петер отдал Фольксвагену 20 лет жизни. И удивительно ли, к слову, что его нынешняя работа перекликается с проектами Порше, стоявшего у истоков знаменитой немецкой марки?

Комментарии 

Поделиться

Лайкнуть

Твитнуть

Отправить

© 2005–2022 ООО «Драйв», свидетельство о регистрации СМИ №ФС77-69924   16+

Полная версия сайта

Двигатель внутреннего сгорания с противоположно движущимися поршнями. Двигатель со встречным движением поршней Мощность из воздуха

Аксиальный ДВС Duke Engine

Мы привыкли к классическому дизайну двигателей внутреннего сгорания, который, по сути, существует уже целый век. Быстрое сгорание горючей смеси внутри цилиндра приводит к увеличению давления, которое толкает поршень. Тот, в свою очередь, через шатун и кривошип крутит вал.

Классический ДВС

Если мы хотим сделать двигатель помощнее, в первую очередь нужно увеличивать объём камеры сгорания. Увеличивая диаметр, мы увеличиваем вес поршней, что отрицательно сказывается на результате. Увеличивая длину, мы удлиняем и шатун, и увеличиваем весь двигатель в целом. Или же можно добавить цилиндров — что, естественно, также увеличивает результирующий объём двигателя.

С такими проблемами столкнулись инженеры ДВС для первых самолётов. Они, в конце концов, пришли к красивой схеме «звездообразного» двигателя, где поршни и цилиндры расположены по кругу относительно вала через равные углы. Такая система хорошо охлаждается потоком воздуха, но очень уж она габаритная. Поэтому поиски решений продолжались.

В 1911 году Macomber Rotary Engine Company из Лос-Анджелеса представила первый из аксиальных (осевых) ДВС . Их ещё называют «бочковыми», двигателями с качающейся (или косой) шайбой. Оригинальная схема позволяет разместить поршни и цилиндры вокруг основного вала и параллельно ему. Вращение вала происходит за счёт качающейся шайбы, на которую поочерёдно давят шатуны поршней.

У двигателя Макомбера было 7 цилиндров. Изготовитель утверждал, что двигатель был способен работать на скоростях от 150 до 1500 об/мин. При этом на 1000 об/мин он выдавал 50 л.с. Будучи изготовлен из доступных в то время материалов, он весил 100 кг и имел размеры 710×480 мм. Такой двигатель был установлен в самолёт авиатора-первопроходца Чарльза Фрэнсиса Уолша «Серебряный дротик Уолша».

Гениальный и слегка безумный инженер, изобретатель, конструктор и бизнесмен Джон Захария Делореан мечтал построить новую автомобильную империю в пику существующим, и сделать совершенно уникальный «автомобиль мечты». Все мы знаем машину DMC-12, которую называют просто DeLorean. Она не только стала звездой экрана в фильме «Назад в будущее», но и отличалась уникальными решениями во всём — начиная от алюминиевого кузова на плексигласовом каркасе и заканчивая дверями «крылья чайки». К сожалению, на фоне экономического кризиса производство машины не оправдало себя. А затем Делореан долго судился по подложному делу о наркотиках.

Но мало кто знает, что Делореан хотел дополнить уникальный внешний вид машины ещё и уникальным мотором — среди найденных после его смерти чертежей были и чертежи аксиального ДВС. Судя по его письмам, он задумал такой двигатель ещё в 1954 году, а всерьёз принялся за разработку в 1979-м. В двигателе Делореана было три поршня, и они располагались равносторонним треугольником вокруг вала. Но каждый поршень был двусторонним — каждый из концов поршня должен был работать в своём цилиндре.

Чертёж из тетради Делореана

По каким-то причинам рождение двигателя не состоялось — возможно, потому, что разработка автомобиля с нуля вышло достаточно сложным предприятием. На DMC-12 устанавливали 2,8-литровый двигатель V6 совместной разработки Peugeot, Renault и Volvo мощностью 130 л. с. Пытливый читатель может изучить сканы чертежей и заметок Делореана на этой странице .

Экзотический вариант аксиального двигателя — «двигатель Требента»

Тем не менее, такие двигатели не получили широкого распространения — в большой авиации постепенно состоялся переход на турбореактивные двигатели, а в автомобилях по сию пору используется схема, в которой вал перпендикулярен цилиндрам. Интересно только, почему такая схема не прижилась в мотоциклах, где компактность пришлась бы как раз кстати. По-видимому, они не смогли предложить какой-либо существенной выгоды по сравнению с привычным нам дизайном. Сейчас такие двигатели существуют, но устанавливаются в основном в торпедах — благодаря тому, как хорошо они вписываются в цилиндр.

Вариант под названием «Цилиндрический энергетический модуль » с двусторонними поршнями. Перпендикулярные штоки в поршнях описывают синусоиду, двигаясь по волнистой поверхности

Главная отличительная черта аксиального ДВС — компактность. Кроме того, в его возможности входит изменение степени сжатия (объёма камеры сгорания) просто путём изменения угла наклона шайбы. Шайба качается на валу благодаря сферическому подшипнику.

Однако новозеландская компания Duke Engines в 2013 году представила свой современный вариант аксиального ДВС. В их агрегате пять цилиндров, но всего лишь три форсунки для впрыска топлива и — ни одного клапана. Также интересной особенностью двигателя является тот факт, что вал и шайба вращаются в противоположных направлениях.

Внутри двигателя вращаются не только шайба и вал, но и набор цилиндров с поршнями. Благодаря этому удалось избавиться от системы клапанов — движущийся цилиндр в момент зажигания просто проходит мимо отверстия, куда впрыскивается топливо и где стоит свеча зажигания. На стадии выпуска цилиндр проходит мимо выпускного отверстия для газов.

Благодаря такой системе количество необходимых свечей и форсунок получается меньшим, чем количество цилиндров. А на один оборот приходится в сумме столько же рабочих ходов поршня, как у 6-цилиндрового двигателя обычного дизайна. При этом вес аксиального двигателя на 30% меньше.

Кроме того, инженеры из Duke Engines утверждают, что и степень сжатия их двигателя превосходит обычные аналоги и составляет 15:1 для 91-го бензина (у стандартных автомобильных ДВС этот показатель равен обычно 11:1). Все эти показатели могут привести к уменьшению расхода топлива, и, как следствие — к уменьшению вредного воздействия на окружающую среду (ну или к увеличению мощности двигателя — в зависимости от ваших целей).

Сейчас компания доводит двигатели до коммерческого применения. В наш век отработанных технологий, диверсификации, экономии на масштабе и т.п. сложно представить, как можно серьёзно повлиять на индустрию. В Duke Engines, по-видимому, это тоже представляют, поэтому намереваются предлагать свои двигатели для моторных лодок, генераторов и малой авиации.

Демострация малых вибраций двигателя Duke

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Двигатель внутреннего сгорания включает в себя, по меньшей мере, один модуль цилиндра. Модуль содержит вал, имеющий первый кулачок с несколькими рабочими выступами, аксиально установленный на валу, второй соседний кулачок с несколькими рабочими выступами и дифференциальную зубчатую передачу к первому кулачку с несколькими рабочими выступами для вращения вокруг оси в обратном направлении вокруг вала. Цилиндры каждой пары расположены диаметрально противоположно по отношению к валу с кулачками. Поршни в паре цилиндров жестко взаимосвязаны. Кулачки с несколькими рабочими выступами содержат 3+n рабочих выступов, где n является нулем или целым четным числом. Возвратно-поступательное движение поршней в цилиндрах сообщает вращательное движение валу через связь между поршнями и поверхностями кулачков с несколькими рабочими выступами. Технический результат заключается в улучшении крутящего момента и характеристик управления циклом двигателя. 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. В частности, изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с улучшенным управлением различными циклами в процессе эксплуатации двигателя. Изобретение также относится к двигателям внутреннего сгорания с более высокими характеристиками крутящего момента. Двигатели внутреннего сгорания, которые используются в автомобилях, как правило, являются двигателями возвратно-поступательного типа, в которых поршень, колеблющийся в цилиндре, приводит в движение коленчатый вал через шатун. Имеются многочисленные недостатки в традиционной конструкции поршневого двигателя с кривошипно-шатунным механизмом, недостатки в основном связаны с возвратно-поступательным движением поршня и шатуна. Были разработаны многочисленные конструкции двигателя с целью преодоления ограничений и недостатков традиционных двигателей внутреннего сгорания с кривошипно-шатунным механизмом. Данные разработки включают в себя роторные двигатели, такие как двигатель Ванкеля, и двигатели, в которых кулачок или кулачки используются вместо, по крайней мере, коленчатого вала и в некоторых случаях также шатуна. Двигатели внутреннего сгорания, в которых кулачок или кулачки заменяют коленчатый вал, описаны, например, в заявке N 17897/76 на австралийский патент. Однако в то время как достижения в двигателе данного типа дали возможность преодолеть некоторые недостатки традиционных поршневых двигателей с кривошипно-шатунным механизмом, двигатели, использующие кулачок или кулачки вместо коленчатого вала, не эксплуатируются в полном масштабе. Известны также случаи использования двигателей внутреннего сгорания, имеющих противоположно движущиеся взаимосвязанные поршни. Описание такого устройства приводится в заявке N 36206/84 на австралийский патент. Однако ни в этом раскрытии предмета изобретения, ни в подобных документах нет предложения о возможности использования концепции противоположно движущихся взаимосвязанных поршней совместно с чем-то другим, нежели коленчатым валом. Задача изобретения заключается в создании двигателя внутреннего сгорания кулачкового роторного типа, который может иметь улучшенный крутящий момент и более высокие характеристики управления циклами двигателя. Задачей изобретения является также создание двигателя внутреннего сгорания, который дает возможность преодолеть, по меньшей мере некоторые недостатки существующих двигателей внутреннего сгорания. В широком смысле изобретение предлагает двигатель внутреннего сгорания, включающий в себя, по меньшей мере, один модуль цилиндра, указанный модуль цилиндра содержит: — вал, имеющий первый кулачок с несколькими рабочими выступами, аксиально установленный на валу, и второй соседний кулачок с несколькими рабочими выступами и дифференциальной зубчатой передачей к первому кулачку с несколькими рабочими выступами для вращения вокруг оси в обратном направлении вокруг вала; — по меньшей мере, одну пару цилиндров, цилиндры каждой пары расположены диаметрально противоположно по отношению к валу с кулачками с несколькими рабочими выступами, которые вставлены между ними; — поршень в каждом цилиндре, поршни в паре цилиндров жестко взаимосвязаны; в котором кулачки с несколькими рабочими выступами содержат 3+n рабочих выступов, где n является нулем или целым четным числом; и в котором возвратно-поступательное движение поршней в цилиндрах сообщает вращательное движение валу через связь между поршнями и поверхностями кулачков с несколькими рабочими выступами. Двигатель может содержать от 2 до 6 модулей цилиндра и по две пары цилиндров на каждый модуль цилиндра. Пары цилиндров могут быть расположены под углом 90 o друг к другу. Преимущественно каждый кулачок имеет три рабочих выступа, и каждый выступ является асимметричным. Жесткая взаимосвязь поршней включает в себя четыре шатуна, проходящие между парой поршней с шатунами, находящимися на одинаковом расстоянии друг от друга по периферии поршня, причем для шатунов предусмотрены направляющие втулки. Дифференциальная зубчатая передача может быть установлена внутри двигателя совместно с кулачками, вращающимися в обратном направлении, или с наружной стороны двигателя. Двигатель может быть двухтактным двигателем. Кроме того, связь между поршнями и поверхностями кулачков с несколькими рабочими выступами осуществляется через роликовые подшипники, которые могут иметь общую ось, или их оси могут быть смещены по отношению друг к другу и оси поршня. Из вышесказанного следует, что коленчатый вал и шатуны традиционного двигателя внутреннего сгорания заменены линейным валом и кулачками с несколькими рабочими выступами в двигателе в соответствии с изобретением. Использование кулачка вместо устройства шатуна/коленчатого вала обеспечивает возможность более эффективного контроля за позиционированием поршня в процессе работы двигателя. Например, период нахождения поршня в верхней мертвой точке (TDC) может быть продлен. Далее из подробного описания изобретения следует, что несмотря на наличие двух цилиндров, по меньшей мере, в одной паре цилиндров, в действительности создано устройство цилиндр-поршень двойного действия при помощи противоположно расположенных цилиндров с взаимосвязанными поршнями. Жесткая взаимосвязь поршней также устраняет перекашивающее кручение и сводит до минимума контакт между стенкой цилиндра и поршнем, таким образом, уменьшая трение. Использование двух кулачков, вращающихся в противоположном направлении, дает возможность достичь более высокого крутящего момента, чем при использовании традиционных двигателей внутреннего сгорания. Это объясняется тем, что как только поршень начинает рабочий такт, он имеет максимальное механическое преимущество по отношению к рабочему выступу кулачка. Обратимся теперь к более конкретным деталям двигателей внутреннего сгорания в соответствии с изобретением, такие двигатели, как указано выше, включают в себя, по меньшей мере, один модуль цилиндра. Двигатель с одним модулем цилиндра является предпочтительнее, хотя двигатели могут иметь от двух до шести модулей. В двигателях с несколькими модулями одиночный вал проходит через все модули или как единый элемент, или как взаимосвязанные части вала. Аналогично, блоки цилиндра двигателей с несколькими модулями могут быть выполнены как одно целое друг с другом или отдельно. Модуль цилиндра обычно имеет одну пару цилиндров. Однако двигатели в соответствии с изобретением могут также иметь две пары цилиндров на один модуль. В модулях цилиндров, имеющих две пары цилиндров, пары, как правило, расположены под углом 90 o друг к другу. Что касается кулачков с несколькими рабочими выступами в двигателях в соответствии с изобретением, то предпочтение отдается кулачку с тремя рабочими выступами. Это обеспечивает возможность шести циклов зажигания на один оборот кулачка в двухтактном двигателе. Однако двигатели могут также иметь кулачки с пятью, семью, девятью или большим количеством рабочих выступов. Рабочий выступ кулачка может быть асимметричным для регулирования скорости поршня на определенной стадии цикла, например, для увеличения продолжительности нахождения поршня в верхней мертвой точке (TDC) или в нижней мертвой точке (BDC). По оценке специалистов в данной области техники увеличение продолжительности нахождения в верхней мертвой точке (TDC) улучшает сгорание, в то время как увеличение продолжительности нахождения в нижней мертвой точке (BDC) способствует улучшению продувки. Регулирование скорости поршня при помощи рабочего профиля дает возможность регулировать также ускорение поршня и приложение крутящего момента. В частности, это дает возможность получить более значительный крутящий момент сразу же после верхней мертвой точки, чем в традиционном поршневом двигателе с кривошипно-шатунным механизмом. Другие конструктивные особенности, обеспечиваемые переменной скоростью поршня, включают в себя регулирование скорости открывания отверстия по сравнению со скоростью закрытия и регулированием скорости сжатия по отношению к скорости сгорания. Первый кулачок с несколькими рабочими выступами может устанавливаться на вал любым способом, известным в данной области техники. Альтернативно, вал и первый кулачок с несколькими рабочими выступами могут изготавливаться как единый элемент. Дифференциальная зубчатая передача, которая обеспечивает возможность вращения в обратном направлении первого и второго кулачков с несколькими рабочими выступами, также синхронизирует вращение кулачков в обратном направлении. Способ дифференциальной зубчатой передачи кулачков может быть любым способом, известным в данной области техники. Например, конические зубчатые колеса могут устанавливаться на противоположных поверхностях первого и второго кулачков с несколькими рабочими выступами с, по меньшей мере, одним зубчатым колесом между ними. Предпочтительно, устанавливаются два диаметрально противоположных зубчатых колеса. Поддерживающий элемент, в котором свободно вращается вал, предусмотрен для поддерживающих зубчатых колес, что дает определенные преимущества. Жесткая взаимосвязь поршней, как правило, включает в себя по меньшей мере два шатуна, которые устанавливаются между ними и крепятся к нижней поверхности поршней, смежных с периферией. Предпочтительно используются четыре шатуна, расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга по периферии поршня. В модуле цилиндра предусмотрены направляющие втулки для шатунов, взаимосвязывающих поршни. Направляющие втулки обычно имеют конфигурацию, которая обеспечивает возможность бокового движения шатунов при расширении и сжатии поршня. Соприкосновение между поршнями и поверхностями кулачков способствует уменьшению вибрации и потерь в результате трения. С нижней стороны поршня имеется роликовый подшипник для соприкосновения с каждой поверхностью кулачка. Следует отметить, что взаимосвязь поршней, включающих в себя пару противоположно движущихся поршней, обеспечивает возможность регулирования зазора между площадью контакта поршня (будь то роликовый подшипник, каретка или тому подобное) и поверхностью кулачка. Более того, такой способ контакта не требует канавок или того подобного в боковых поверхностях кулачков с целью получения традиционного шатуна, как в случае с некоторыми двигателями аналогичной конструкции. Данная характеристика двигателей аналогичной конструкции при превышении скорости приводит к износу и чрезмерному шуму, данные недостатки в значительной степени устраняются в настоящем изобретении. Двигатели, согласно изобретению, могут быть двухтактными или четырехтактными. В первом случае, смесь топлива обычно подается с наддувом. Однако любой вид подачи топлива и воздуха могут использоваться совместно в четырехтактном двигателе. Модули цилиндров в соответствии с изобретением могут также служить воздушными или газовыми компрессорами. Другие аспекты двигателей согласно изобретению соответствуют тому, что обычно известно в данной области техники. Однако следует отметить, что требуется только подача масла под очень низким давлением на дифференциальную зубчатую передачу кулачков с несколькими рабочими выступами, уменьшая таким образом, потери мощности при помощи масляного насоса. Более того, другие элементы двигателя, включая поршни, могут получать масло путем разбрызгивания. В этом отношении следует отметить, что разбрызгивание масла на поршни при помощи центробежной силы служит также для охлаждения поршней. Преимущества двигателей в соответствии с изобретением включают в себя следующее: — двигатель имеет компактную конструкцию с небольшим количеством движущихся деталей; — двигатели могут работать в любом направлении при применении кулачков с несколькими симметричными рабочими выступами; — двигатели являются более легкими, чем традиционные поршневые двигатели с кривошипно-шатунным механизмом; — двигатели более легко изготавливаются и собираются, чем традиционные двигатели;
— более продолжительный перерыв в работе поршня, который становится возможным благодаря конструкции двигателя, обеспечивает возможность использования более низкой, чем обычная, степени сжатия;
— устранены детали с возвратно-поступательным движением, такие как шатуны вала поршня-кривошипа. Другими преимуществами двигателей в соответствии с изобретением благодаря применению кулачков с несколькими рабочими выступами являются следующие: кулачки могут более легко изготавливаться, чем коленчатые валы; кулачки не требуют дополнительных противовесов; и кулачки удваивают действие как маховик, таким образом, обеспечивая большее количество движения. Рассмотрев изобретение в широком смысле, приведем теперь конкретные примеры осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, кратко описанные ниже. Фиг. 1. Поперечное сечение двухтактного двигателя, включающего в себя один модуль цилиндра с поперечным сечением по оси цилиндров и поперечным сечением по отношению к валу двигателя. Фиг. 2. Часть поперечного сечения по линии A-A фиг. 1. Фиг. 3. Часть поперечного сечения по линии B-B фиг. 1, показывающая деталь нижней части поршня. Фиг. 4. График, показывающий положение конкретной точки на поршне при пересечении одного асимметричного рабочего выступа кулачка. Фиг. 5. Часть поперечного сечения другого двухтактного двигателя, включающего в себя один модуль цилиндра с поперечным сечением в плоскости центрального вала двигателя. Фиг. 6. Вид с торца одного из блоков шестерен двигателя, показанного на фиг. 5. Фиг. 7. Схематический вид части двигателя, показывающий поршень в соприкосновении с кулачками с тремя рабочими выступами, которые вращаются в обратном направлении. Фиг. 8. Деталь поршня, имеющего подшипники, соприкасающиеся со смещенным кулачком. Одинаковые позиции на фигурах пронумерованы одинаково. На фиг. 1 показан двухтактный двигатель 1, включающий в себя один модуль цилиндра, который имеет одну пару цилиндров, состоящую из цилиндров 2 и 3. Цилиндры 2 и 3 имеют поршни 4 и 5, которые взаимосвязаны четырьмя шатунами, два из которых видны в позициях 6a и 6b. Двигатель 1 также включает в себя центральный вал 7, с которым связаны кулачки с тремя рабочими выступами. Кулачок 9 фактически совпадает с кулачком 8, как показано на фигуре, ввиду того, что поршни находятся в верхней мертвой точке или в нижней мертвой точке. Поршни 4 и 5 соприкасаются с кулачками 8 и 9 через роликовые подшипники, положение которых, в общем, указывается в позициях 10 и 11. Другие конструктивные особенности двигателя 1 включают в себя водяную рубашку 12, свечи зажигания 13 и 14, маслоотстойник 15, датчик 16 масляного насоса и уравновешивающие валы 17 и 18. Расположение впускных отверстий указано позициями 19 и 20, которое также соответствует положению выхлопных отверстий. На фиг. 2 более детально показаны кулачки 8 и 9 вместе с валом 7 и дифференциальной зубчатой передачей, которые будут вкратце описаны. Поперечное сечение, показанное на фиг. 2, повернуто на 90 o по отношению к фиг. 1 и рабочие выступы кулачка находятся в немного другом положении по сравнению с положениями, показанными на фиг. 1. Дифференциальная или синхронизирующая зубчатая передача включает в себя коническое зубчатое колесо 21 на первом кулачке 8, коническое зубчатое колесо 22 на втором кулачке 9 и ведущие шестерни 23 и 24. Ведущие шестерни 23 и 24 поддерживаются зубчатой опорой 25, которая прикреплена к корпусу 26 вала. Корпус 26 вала, предпочтительно, является частью модуля цилиндра. На фиг. 2 показан также маховик 27, шкив 28 и подшипники 29-35. Первый кулачок 8 в основном изготовлен за одно целое с валом 7. Второй кулачок 9 может вращаться в обратном направлении по отношению к кулачку 8, но регулируется по времени к вращению кулачка 8 дифференциальной зубчатой передачей. На фиг. 3 показана нижняя сторона поршня 5, показанного на фиг. 1 для того, чтобы представить деталь роликовых подшипников. На фиг. 3 показан поршень 5 и вал 36, проходящий между бобышками 37 и 38. Роликовые подшипники 39 и 40 установлены на валу 36, которые соответствуют роликовым подшипникам, как указано цифрами 10 и 11 на фиг. 1. Взаимосоединенные шатуны могут быть видны в поперечном сечении на фиг. 3, один из них указан позицией 6а. Показаны муфты, через которые проходят взаимосоединенные шатуны, одна из которых указана цифрой 41. Несмотря на то, что фиг. 3 выполнена в более крупном масштабе, чем фиг. 2, из нее следует, что роликовые подшипники 39 и 40 могут соприкасаться с поверхностями 42 и 43 кулачков 8 и 9 (фиг. 2) в процессе эксплуатации двигателя. Работа двигателя 1 может быть оценена по фиг. 1. Движение поршня 4 и 5 слева направо при рабочем такте в цилиндре 2 вызывает вращение кулачков 8 и 9 через их контакт с роликовым подшипником 10. В результате происходит эффект работы «ножниц». Вращение кулачка 8 оказывает воздействие на вращение вала 7, в то время как обратное вращение кулачка 9 также способствует вращению кулачка 7 при помощи дифференциальной зубчатой передачи (см. фиг. 2). Благодаря действию «ножниц» достигается более значительный крутящий момент при рабочем такте, чем в традиционном двигателе. Действительно, соотношение диаметра поршня/длины хода поршня, показанное на фиг. 1, может стремиться к значительно большей площади конфигурации с сохранением адекватного крутящего момента. Еще одной конструктивной особенностью двигателей в соответствии с изобретением, показанным на фиг. 1, является то, что эквивалент картера двигателя герметизирован по отношению к цилиндрам в отличие от традиционных двухтактных двигателей. Это дает возможность использовать топливо без масла, таким образом, уменьшая компоненты, выделяемые двигателем в воздух. Регулирование скорости поршня и продолжительность нахождения в верхней мертвой точке (TDC) и нижней мертвой точке (BDC) при использовании рабочего выступа асимметричного кулачка показаны на фиг. 4. Фиг. 4 — это график конкретной точки на поршне при его колебании между средней точкой 45, верхней мертвой точкой (TDC) 46 и нижней мертвой точкой (BDC) 47. Благодаря рабочему выступу асимметричного кулачка скорость поршня может регулироваться. Во-первых, поршень находится в верхней мертвой точке 46 в течение более продолжительного периода времени. Быстрое ускорение поршня в позиции 48 обеспечивает возможность более высокого крутящего момента при такте сгорания, в то время как более низкая скорость поршня в позиции 49 в конце такта сгорания обеспечивает возможность более эффективного регулирования отверстия. С другой стороны, более высокая скорость поршня в начале такта 50 сжатия обеспечивает возможность более быстрого закрытия для повышения экономии топлива, в то время как низкая скорость поршня в конце 51 данного такта обеспечивает более высокие механические преимущества. На фиг. 5 показан другой двухтактный двигатель, имеющий одноцилиндровый модуль. Двигатель показан в частичном поперечном сечении. В действительности половина блока двигателя удалена для того, чтобы показать внутреннюю деталь двигателя. Поперечное сечение представляет собой плоскость, совпадающую с осью центрального вала двигателя (см. ниже). Таким образом, блок двигателя разделен по средней линии. Однако некоторые компоненты двигателя также показаны в поперечном сечении, такие как поршни 62 и 63, несущие бобышки 66 и 70, кулачки с тремя рабочими выступами 60 и 61 и втулка 83, связанная с кулачком 61. Все эти позиции будут рассмотрены ниже. Двигатель 52 (фиг. 5) включает в себя блок 53, головки 54 и 55 цилиндров и цилиндры 56 и 57. Свеча зажигания включена в головку каждого цилиндра, но для ясности на чертеже не показана. Вал 58 может вращаться в блоке 53 и поддерживается роликовыми подшипниками, один из которых указан позиций 59. Вал 58 имеет первый кулачок 60 с тремя рабочими выступами, прикрепленными к нему, кулачок расположен рядом с кулачком 61 с тремя рабочими выступами, который вращается в обратном направлении. Двигатель 52 включает в себя пару жестко взаимосвязанных поршней 62 в цилиндре 56 и 63 в цилиндре 57. Поршни 62 и 63 связаны четырьмя шатунами, два из которых указаны в позициях 64 и 65. (Шатуны 64 и 65 находятся в другой плоскости по отношению к остальной части поперечного сечения чертежа. Аналогичным образом, точки соприкосновения шатунов и поршней 62 и 63 не находятся в одной и той же плоскости остальной части поперечного сечения. Соотношение между шатунами и поршнями, по существу, такое же, как для двигателя, показанного на фиг. 1-3). Перемычка 53а проходит внутри блока 53 и включает в себя отверстия, через которые проходят шатуны. Данная перемычка сдерживает шатуны и, следовательно, поршни на одной прямой с осью модуля цилиндра. Роликовые подшипники вставлены между нижними сторонами поршней и поверхностями кулачков с тремя рабочими выступами. Что касается поршня 62, то на нижней стороне поршня установлена несущая бобышка 66, которая удерживает вал 67 для роликовых подшипников 68 и 69. Подшипник 68 соприкасается с кулачком 60, в то время как подшипник 69 соприкасается с кулачком 61. Предпочтительно, поршень 63 включает в себя идентичную несущую бобышку 70 с валом и подшипниками. Следует также отметить с учетом несущей бобышки 70, что перемычка 53b имеет соответствующее отверстие для обеспечения возможности прохождения несущей бобышки. Перемычка 53а имеет аналогичное отверстие, но часть перемычки, показанная на чертеже, находится в той же плоскости, что и шатуны 64 и 65. Вращение в обратном направлении кулачка 61 по отношению к кулачку 60 осуществляется дифференциальной зубчатой передачей 71, установленной с наружной стороны блока цилиндров. Корпус 72 предусмотрен для удерживания и покрытия компонентов зубчатой передачи. На фиг. 5 корпус 72 представлен в поперечном сечении, в то время как зубчатая передача 71 и вал 58 показаны не в поперечном сечении. Зубчатая передача 71 включает в себя солнечную шестерню 73 на валу 58. Солнечная шестерня 73 соприкасается с ведущими шестернями 74 и 75, которые, в свою очередь, соприкасаются с планетарными шестернями 76 и 77. Планетарные шестерни 76 и 77 соединены через валы 78 и 79 со вторым комплектом планетарных шестерен 80 и 81, которые установлены с солнечной шестерней 73 на втулке 83. Втулка 83 является коаксиальной по отношению к валу 58 и отдаленный от центра конец втулки прикреплен к кулачку 61. Ведущие шестерни 74 и 75 установлены на валы 84 и 85, валы поддерживаются подшипниками в корпусе 72. Часть зубчатой передачи 71 показана на фиг. 6. Фиг. 6 — это вид с торца вала 58, если смотреть снизу фиг. 5. На фиг. 6 солнечная шестерня 73 видна около вала 57. Ведущая шестерня 74 показана в соприкосновении с планетарной шестерней 76 на валу 78. На фигуре показана также вторая планетарная шестерня 76 на валу 78. На фигуре показана также вторая планетарная шестерня 80 в контакте с солнечной шестерней 32 на втулке 83. Из фиг. 6 следует, что вращение по часовой стрелке, например, вала 58 и солнечной шестерни 73 оказывает динамическое воздействие на вращение против часовой стрелки — по часовой стрелке солнечной шестерни 82 и втулки 83 через ведущую шестерню 74 и планетарные шестерни 76 и 80. Следовательно, кулачки 60 и 61 могут вращаться в обратном направлении. Другие конструктивные особенности двигателя, показанные на фиг. 5, и принцип работы двигателя являются такими же, как у двигателя, показанного на фиг. 1 и 2. В частности, направленное вниз тяговое усилие поршня придает кулачкам действие, подобное ножницам, что может привести к обратному вращению с помощью дифференциальной зубчатой передачи. Следует подчеркнуть, что в то время как в двигателе, показанном на фиг. 5, используются обыкновенные шестерни в дифференциальной зубчатой передаче может также применяться коническая зубчатая передача. Аналогичным образом, обыкновенные шестерни могут использоваться в дифференциальной зубчатой передаче, показанной на фиг. 1 и 2, двигателя. В двигателях, которые приводятся в качестве примеров на фиг. 1-3 и 5, совмещены оси роликовых подшипников, которые соприкасаются с поверхностями кулачков с тремя рабочими выступами. Для дальнейшего улучшения характеристик крутящего момента оси роликовых подшипников могут быть смещены. Двигатель со смещенным кулачком, который соприкасается с подшипниками, схематически показан на фиг. 7. На данной фигуре, которая является видом по центральному валу двигателя, показаны кулачок 86, кулачок 87, вращающийся в обратном направлении, и поршень 88. Поршень 88 включает в себя несущие бобышки 89 и 90, которые несут роликовые подшипники 91 и 92, подшипники показаны в контакте с рабочими выступами 93 и 99 соответственно кулачков с тремя рабочими выступами 86 и 87. Из фиг. 7 следует, что оси 95 и 96 подшипников 91 и 92 смещены по отношению друг к другу и по отношению оси поршня. При расположении подшипников на определенном расстоянии от оси поршня увеличивается крутящий момент при помощи увеличения механического преимущества. Деталь другого поршня со смещенными подшипниками на нижней стороне поршня приводится на фиг. 8. Поршень 97 показан с подшипниками 98 и 99, помещенными в корпуса 100 и 101 на нижней стороне поршня. Отсюда следует, что оси 102 и 103 подшипников 98 и 99 смещены, но не в такой степени, как смещены подшипники на фиг. 7. Отсюда следует, что более значительное разделение подшипников, как показано на фиг. 7, увеличивает крутящий момент. Вышеописанные конкретные варианты осуществления изобретения относятся к двухтактным двигателям, следует отметить, что общие принципы относятся к двух- и четырехтактным двигателям. Ниже отмечается, что многие изменения и модификации могут производиться в двигателях, как показано в вышеприведенных примерах без отступления от пределов и объема изобретения.

В устройстве двигателя поршень является ключевым элементом рабочего процесса. Поршень выполнен в виде металлического пустотелого стакана, расположенного сферическим дном (головка поршня) вверх. Направляющая часть поршня, иначе называемая юбкой, имеет неглубокие канавки, предназначенные для фиксации в них поршневых колец. Назначение поршневых колец – обеспечивать, во-первых, герметичность надпоршневого пространства, где при работе двигателя происходит мгновенное сгорание бензиново-воздушной смеси и образующийся расширяющийся газ не мог, обогнув юбку, устремиться под поршень. Во-вторых, кольца предотвращают попадание масла, находящегося под поршнем, в надпоршневое пространство. Таким образом, кольца в поршне выполняют функцию уплотнителей. Нижнее (нижние) поршневое кольцо называется маслосъемным, а верхнее (верхние) – компрессионным, то есть обеспечивающим высокую степень сжатия смеси.

Когда из карбюратора или инжектора внутрь цилиндра попадает топливно-воздушная или топливная смесь, она сжимается поршнем при его движении вверх и поджигается электрическим разрядом от свечи системы зажигания (в дизеле происходит самовоспламенение смеси за счет резкого сжатия). Образующиеся газы сгорания имеют значительно больший объем, чем исходная топливная смесь, и, расширяясь, резко толкают поршень вниз. Таким образом тепловая энергия топлива преобразуется в возвратно-поступательное (вверх-вниз) движение поршня в цилиндре.

Далее необходимо преобразовать это движение во вращение вала. Происходит это следующим образом: внутри юбки поршня расположен палец, на котором закрепляется верхняя часть шатуна, последний шарнирно зафиксирован на кривошипе коленчатого вала. Коленвал свободно вращается на опорных подшипниках, что расположены в картере двигателя внутреннего сгорания. При движении поршня шатун начинает вращать коленвал, с которого крутящий момент передается на трансмиссию и – далее через систему шестерен – на ведущие колеса.

Технические характеристики двигателя.Характеристики двигателя При движении вверх-вниз у поршня есть два положения, которые называются мертвыми точками. Верхняя мертвая точка (ВМТ) – это момент максимального подъема головки и всего поршня вверх, после чего он начинает движение вниз; нижняя мертвая точка (НМТ) – самое нижнее положение поршня, после которого вектор направления меняется и поршень устремляется вверх. Расстояние между ВМТ и НМТ названо ходом поршня, объем верхней части цилиндра при положении поршня в ВМТ образует камеру сгорания, а максимальный объем цилиндра при положении поршня в НМТ принято называть полным объемом цилиндра. Разница между полным объемом и объемом камеры сгорания получила наименование рабочего объема цилиндра.
Суммарный рабочий объем всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания указывается в технических характеристиках двигателя, выражается в литрах, поэтому в обиходе именуется литражом двигателя. Второй важнейшей характеристикой любого ДВС является степень сжатия (СС), определяемая как частное от деления полного объема на объем камеры сгорания. У карбюраторных двигателей СС варьирует в интервале от 6 до 14, у дизелей – от 16 до 30. Именно этот показатель, наряду с объемом двигателя, определяет его мощность, экономичность и полноту сгорания топливо-воздушной смеси, что влияет на токсичность выбросов при работе ДВС.
Мощность двигателя имеет бинарное обозначение – в лошадиных силах (л.с.) и в киловаттах (кВт). Для перевода единиц одна в другую применяется коэффициент 0,735, то есть 1 л.с. = 0,735 кВт.
Рабочий цикл четырехтактного ДВС определяется двумя оборотами коленчатого вала – по пол-оборота на такт, соответствующий одному ходу поршня. Если двигатель одноцилиндровый, то в его работе наблюдается неравномерность: резкое ускорение хода поршня при взрывном сгорании смеси и замедление его по мере приближения к НМТ и далее. Для того, чтобы эту неравномерность купировать, на валу за пределами корпуса мотора устанавливается массивный диск-маховик с большой инерционностью, благодаря чему момент вращения вала во времени становится более стабильным.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания
Современный автомобиль, чаше всего, приводится в движение двигателем внутреннего сгорания. Таких двигателей существует огромное множество. Различаются они объемом, количеством цилиндров, мощностью, скоростью вращения, используемым топливом (дизельные, бензиновые и газовые ДВС). Но, принципиально, устройство двигателя внутреннего сгорания, похоже.
Как работает двигатель и почему называется четырехтактным двигателем внутреннего сгорания? Про внутреннее сгорание понятно. Внутри двигателя сгорает топливо. А почему 4 такта двигателя, что это такое? Действительно, бывают и двухтактные двигатели. Но на автомобилях они используются крайне редко.
Четырехтактным двигатель называется из-за того, что его работу можно разделить на четыре, равные по времени, части. Поршень четыре раза пройдет по цилиндру – два раза вверх и два раза вниз. Такт начинается при нахождении поршня в крайней нижней или верхней точке. У автомобилистов-механиков это называется верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ).
Первый такт — такт впуска

Первый такт, он же впускной, начинается с ВМТ (верхней мертвой точки). Двигаясь вниз, поршень, всасывает в цилиндр топливовоздушную смесь. Работа этого такта происходит при открытом клапане впуска. Кстати, существует много двигателей с несколькими впускными клапанами. Их количество, размер, время нахождения в открытом состоянии может существенно повлиять на мощность двигателя. Есть двигатели, в которых, в зависимости от нажатия на педаль газа, происходит принудительное увеличение времени нахождения впускных клапанов в открытом состоянии. Это сделано для увеличения количества всасываемого топлива, которое, после возгорания, увеличивает мощность двигателя. Автомобиль, в этом случае, может гораздо быстрее ускориться.

Второй такт — такт сжатия

Следующий такт работы двигателя – такт сжатия. После того как поршень достиг нижней точки, он начинает подниматься вверх, тем самым, сжимая смесь, которая попала в цилиндр в такт впуска. Топливная смесь сжимается до объемов камеры сгорания. Что это за такая камера? Свободное пространство между верхней частью поршня и верхней частью цилиндра при нахождении поршня в верхней мертвой точке называется камерой сгорания. Клапаны, в этот такт работы двигателя закрыты полностью. Чем плотнее они закрыты, тем сжатие происходит качественнее. Большое значение имеет, в данном случае, состояние поршня, цилиндра, поршневых колец. Если имеются большие зазоры, то хорошего сжатия не получится, а соответственно, мощность такого двигателя будет гораздо ниже. Компрессию можно проверить специальным прибором. По величине компрессии можно сделать вывод о степени износа двигателя.

Третий такт — рабочий ход

Третий такт – рабочий, начинается с ВМТ. Рабочим он называется неслучайно. Ведь именно в этом такте происходит действие, заставляющее автомобиль двигаться. В этом такте в работу вступает система зажигания. Почему эта система так называется? Да потому, что она отвечает за поджигание топливной смеси, сжатой в цилиндре, в камере сгорания. Работает это очень просто – свеча системы дает искру. Справедливости ради, стоит заметить, что искра выдается на свече зажигания за несколько градусов до достижения поршнем верхней точки. Эти градусы, в современном двигателе, регулируются автоматически «мозгами» автомобиля.
После того как топливо загорится, происходит взрыв – оно резко увеличивается в объеме, заставляя поршень двигаться вниз. Клапаны в этом такте работы двигателя, как и в предыдущем, находятся в закрытом состоянии.

Четвертый такт — такт выпуска

Четвертый такт работы двигателя, последний – выпускной. Достигнув нижней точки, после рабочего такта, в двигателе начинает открываться выпускной клапан. Таких клапанов, как и впускных, может быть несколько. Двигаясь вверх, поршень через этот клапан удаляет отработавшие газы из цилиндра – вентилирует его. От четкой работы клапанов зависит степень сжатия в цилиндрах, полное удаление отработанных газов и необходимое количество всасываемой топливно-воздушной смеси.

После четвертого такта наступает черед первого. Процесс повторяется циклически. А за счет чего происходит вращение – работа двигателя внутреннего сгорания все 4 такта, что заставляет поршень подниматься и опускаться в тактах сжатия, выпуска и впуска? Дело в том, что не вся энергия, получаемая в рабочем такте, направляется на движение автомобиля. Часть энергии идет на раскручивание маховика. А он, под действием инерции, крутит коленчатый вал двигателя, перемещая поршень в период «нерабочих» тактов.

Газораспределительный механизм

Газораспределительный механизм (ГРМ) предназначен для впрыска топлива и выпуска отработанных газов в двигателях внутреннего сгорания. Сам механизм газораспределения делится на нижнеклапанный, когда распределительный вал находится в блоке цилиндров, и верхнеклапанный. Верхнеклапанный механизм подразумевает нахождение распредвала в головке блока цилиндров (ГБЦ). Существуют и альтернативные механизмы газораспределения, такие как гильзовая система ГРМ, десмодромная система и механизм с изменяемыми фазами.
Для двухтактных двигателей механизм газораспределения осуществляется при помощи впускных и выпускных окон в цилиндре. Для четырехтактных двигателей самая распространенная система верхнеклапанная, о ней и пойдет речь ниже.

Устройство ГРМ
В верхней части блока цилиндров находится ГБЦ (головка блока цилиндров) с расположенными на ней распределительным валом, клапанами, толкателями или коромыслами. Шкив привода распредвала вынесен за пределы головки блока цилиндров. Для исключения протекания моторного масла из-под клапанной крышки, на шейку распредвала устанавливается сальник. Сама клапанная крышка устанавливается на масло- бензо- стойкую прокладку. Ремень ГРМ или цепь одевается на шкив распредвала и приводится в действие шестерней коленчатого вала. Для натяжения ремня используются натяжные ролики, для цепи натяжные «башмаки». Обычно ремнем ГРМ приводится в действие помпа водяной системы охлаждения, промежуточный вал для системы зажигания и привод насоса высокого давления ТНВД (для дизельных вариантов).
С противоположной стороны распределительного вала посредством прямой передачи или при помощи ремня, могут приводиться в действие вакуумный усилитель, гидроусилитель руля или автомобильный генератор.

Распредвал представляет собой ось с проточенными на ней кулачками. Кулачки расположены по валу так, что в процессе вращения, соприкасаясь с толкателями клапанов, нажимают на них точно в соответствии с рабочими тактами двигателя.
Существуют двигатели и с двумя распредвалами (DOHC) и большим числом клапанов. Как и в первом случае, шкивы приводятся в действие одним ремнем ГРМ и цепью. Каждый распредвал закрывает один тип клапанов впускных или выпускных.
Клапан нажимается коромыслом (ранние версии двигателей) или толкателем. Различают два вида толкателей. Первый – толкатели, где зазор регулируется калибровочными шайбами, второй – гидротолкатели. Гидротолкатель смягчает удар по клапану благодаря маслу, которое находится в нем. Регулировка зазора между кулачком и верхней частью толкателя не требуется.

Принцип работы ГРМ

Весь процесс газораспределения сводится к синхронному вращению коленчатого вала и распределительного вала. А так же открыванию впускных и выпускных клапанов в определенном месте положения поршней.
Для точного расположения распредвала относительно коленвала используются установочные метки. Перед одеванием ремня газораспределительного механизма совмещаются и фиксируются метки. Затем одевается ремень, «освобождаются» шкивы, после чего ремень натягивается натяжным(и) роликами.
При открывании клапана коромыслом происходит следующее: распредвал кулачком «наезжает» на коромысло, которое нажимает на клапан, после прохождения кулачка, клапан под действием пружины закрывается. Клапаны в этом случае располагаются v-образно.
Если в двигателе применены толкатели, то распредвал находится непосредственно над толкателями, при вращении, нажимая своими кулачками на них. Преимущество такого ГРМ малые шумы, небольшая цена, ремонтопригодность.
В цепном двигателе весь процесс газораспределения тот же, только при сборке механизма, цепь одевается на вал совместно со шкивом.

Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм (далее сокращенно – КШМ) – механизм двигателя. Основным назначением КШМ является преобразование возвратно-поступательных движений поршня цилиндрической формы во вращательные движения коленчатого вала в двигателе внутреннего сгорания и, наоборот.

Устройство КШМ
Поршень

Поршень имеет вид цилиндра, изготовленного из сплавов алюминия. Основная функция этой детали заключается в превращении в механическую работу изменение давления газа, или наоборот, – нагнетание давления за счет возвратно-поступательного движения.
Поршень представляет собой сложенные воедино днище, головку и юбку, которые выполняют совершенно разные функции. Днище поршня плоской, вогнутой или выпуклой формы содержит в себе камеру сгорания. Головка имеет нарезанные канавки, где размещаются поршневые кольца (компрессионные и маслосъемные). Компрессионные кольца исключают прорыв газов в картер двигателя, а поршневые маслосъемные кольца способствуют удалению излишков масла на внутренних стенках цилиндра. В юбке расположены две бобышки, обеспечивающие размещение соединяющего поршень с шатуном поршневого пальца.

Изготовленный штамповкой или кованый стальной (реже – титановый) шатун имеет шарнирные соединения. Основная роль шатуна состоит в передаче поршневого усилия к коленчатому валу. Конструкция шатуна предполагает наличие верхней и нижней головки, а также стержня с двутавровым сечением. В верхней головке и бобышках находится вращающийся («плавающий») поршневой палец, а нижняя головка – разборная, позволяя, тем самым, обеспечить тесное соединение с шейкой вала. Современная технология контролируемого раскалывания нижней головки позволяет обеспечить высокую точность соединения ее частей.

Маховик устанавливается на конце коленчатого вала. На сегодняшний день находят широкое применение двухмассовые маховики, имеющие вид двух, упруго соединенных между собой, дисков. Зубчатый венец маховика принимает непосредственное участие в запуске двигателя через стартер.

Блок и головка цилиндров

Блок цилиндров и головка блока цилиндров отливаются из чугуна (реже – сплавов алюминия). В блоке цилиндров предусмотрены рубашки охлаждения, постели для подшипников коленчатого и распределительного валов, а также точки крепления приборов и узлов. Сам цилиндр выполняет функцию направляющей для поршней. Головка блока цилиндра располагает в себе камеру сгорания, впускные-выпускные каналы, специальные резьбовые отверстия для свечей системы зажигания, втулки и запрессованные седла. Герметичность соединения блока цилиндров с головкой обеспечены прокладкой. Кроме того, головка цилиндра закрыта штампованной крышкой, а между ними, как правило, устанавливается прокладка из маслостойкой резины.

В целом, поршень, гильза цилиндров и шатун формируют цилиндр или цилиндропоршневую группу кривошипно-шатунного механизма. Современные двигатели могут иметь до 16 и более цилиндров.

5, 10, 12 или более цилиндрами. Позволяет сократить линейные размеры мотора по сравнению с рядным расположением цилиндров.

VR-образный

«VR» аббревиатура двух немецких слов, обозначающих V-образный и R- рядный, т.е «v-образно-рядный». Двигатель разработан компанией Volkswagen и представляет собой симбиоз V-образного двигателя с экстремально малым углом развала 15° и рядного двигателя.Его шесть цилиндров расположены V-образно под углом 15° в отличие от традиционных V-образных двигателей, имеющих угол 60° или 90°. Поршни расположены в блоке в шахматном порядке. Совокупность достоинств обоих типов двигателей привела к тому, что двигатель VR6 стал настолько компактным, что позволил накрыть оба ряда цилиндров одной общей головкой, в отличие от обычного V-образного двигателя. В результате двигатель VR6 получился существенно меньше по длине, чем рядный 6 цилиндровый, и меньше по ширине, чем обычный V-образный 6-цилиндровый двигатель. Ставился с 1991г (1992 модельный) на автомобили Volkswagen Passat, Golf, Corrado, Sharan. Имеет заводские индексы «AAA» объемом 2.8 литра, мощностью 174 л/с и «ABV» объемом 2.9 литра и мощностью 192 л/с.

Оппозитный двигатель
— поршневой двигатель внутреннего сгорания , в котором угол между рядами цилиндров составляет 180 градусов. В автомобильной и мототехнике оппозитный двигатель применяется для снижения центра тяжести, вместо традиционного V-образного , так же оппозитное расположение поршней позволяет им взаимно нейтрализовывать вибрации, благодаря чему двигатель имеет более плавную рабочую характеристику.
Наиболее широкое распространение оппозитный двигатель получил в модели Volkswagen Kaefer (Beetle, в английском варианте) выпущенной за годы производства (с по 2003 год) в количестве 21 529 464 штук.
Компания Porsche использует его в большинстве своих спортивных и гоночных моделях серий , GT1 , GT2 и GT3.
Оппозитный двигатель является также отличительной чертой автомобилей марки Subaru , который устанавливается практически во все модели Subaru c 1963 года . Большинство двигателей этой фирмы имеют оппозитную компоновку, которая обеспечивает очень высокую прочность и жёсткость блока цилиндров, но в то же время делает двигатель сложным в ремонте. Старые двигатели серии EA (EA71, EA82 (выпускались примерно до 1994 года)) славятся своей надёжностью . Более новые двигатели серии EJ, EG, EZ (EJ15, EJ18, EJ20, EJ22, EJ25, EZ30, EG33, EZ36), устанавливаемые на различные модели Subaru с 1989 года и по настоящее время (с февраля 1989 года автомобили Subaru Legacy оснащаются оппозитными дизельными двигателями вкупе с механической коробкой передач).
Также устанавливался на румынские автомобили Oltcit Club (является точной копией Citroen Axel), с 1987 по 1993 годы. В производстве мотоциклов оппозитные двигатели нашли широкое применение в моделях фирмы BMW , а также в советских тяжёлых мотоциклах «Урал» и «Днепр».

U-образный двигатель
— условное обозначение силовой установки, представляющей собой два рядных двигателя, коленчатые валы которых механически соединены при помощи цепи или шестерней.
Известные примеры использования: спортивные автомобили — Bugatti Type 45 , опытный вариант Matra Bagheera ; некоторые судовые и авиационные двигатели.
U-образный двигатель с двумя цилиндрами в каждом блоке обозначается иногда как square four
.

Двигатель со встречным движением поршней
— конфигурация двигателя внутреннего сгорания с расположением цилиндров в два ряда один напротив другого (обычно один над другим) таким образом, что поршни расположенных друг напротив друга цилиндров движутся навстречу друг другу и имеют общую камеру сгорания. Коленвалы механически соединены, мощность отбирается с одного из них, или с обоих (например, при приводе двух гребных винтов). Двигатели этой схемы в основном двухтактные с турбонаддувом . Эта схема применяется на авиадвигателях, танковых двигателях (Т-64 , Т-80УД , Т-84 , Chieftain), двигателях тепловозов (ТЭ3 , 2ТЭ10) и больших морских судовых дизелях. Встречается и другое название этого типа двигателей — двигатель с противоположно-движущимися поршнями (двигатель с ПДП).

Принцип действия:
1 впуск
2 приводной нагнетатель
3 воздухопровод
4 предохранительный клапан
5 выпускной КШМ
6 впускной КШМ (запаздывает на ~20° относительно выпускного)
7 цилиндр со впускными и выпускными окнами
8 выпуск
9 рубашка водяного охлаждения
10 свеча зажигания

Ротативный двигатель
— звездообразный двигатель воздушного охлаждения, основанный на вращении цилиндров (обычно представленных в нечетном количестве) вместе с картером и воздушным винтом вокруг неподвижного коленчатого вала, закреплённого на моторной раме . Подобные двигатели широко использовались во времена первой мировой войны и гражданской войны в России . На протяжений этих войн эти двигатели превосходили по удельной массе двигатели водяного охлаждения, поэтому в основном использовались именно они (в истребителях и самолетах-разведчиках) .
Звёздообразный двигатель
(радиальный двигатель
) — поршневой двигатель внутреннего сгорания, цилиндры которого расположены радиальными лучами вокруг одного коленчатого вала через равные углы. Звездообразный двигатель имеет небольшую длину и позволяет компактно размещать большое количество цилиндров. Нашел широкое применение в авиации.
Звёздообразный двигатель
отличается от других типов конструкцией кривошипно-шатунного механизма. Один шатун является основным, он похож на шатун обычного двигателя с рядным расположением цилиндров, остальные являются вспомогательными и крепятся к основному шатуну по его периферии (такой же принцип применяется в V-образных двигателях). Недостатком конструкции звездообразного двигателя является возможность протекания масла в нижние цилиндры во время стоянки, в связи с чем требуется перед запуском двигателя убедиться в отсутствии масла в нижних цилиндрах. Запуск двигателя при наличии масла в нижних цилиндрах приводит к гидроудару и поломке кривошипно-шатунного механизма.
Четырёхтактные звездообразные моторы имеют нечётное число цилиндров в ряду — это позволяет давать искру в цилиндрах «через один».

Ро́торно-поршнево́й дви́гатель
внутреннего сгорания (РПД, двигатель Ва́нкеля), конструкция которого разработана в году инженером компании NSU Вальтером Фройде , ему же принадлежала идея этой конструкции. Двигатель разрабатывался в соавторстве с Феликсом Ванкелем , работавшим над другой конструкцией роторно-поршневого двигателя.
Особенность двигателя — применение трёхгранного ротора (поршня), имеющего вид треугольника Рело , вращающегося внутри цилиндра специального профиля, поверхность которого выполнена по эпитрохоиде .

Конструкция

Установленный на валу ротор жёстко соединён с зубчатым колесом, которое входит в зацепление с неподвижной шестернёй — статором. Диаметр ротора намного превышает диаметр статора, несмотря на это ротор с зубчатым колесом обкатывается вокруг шестерни. Каждая из вершин трёхгранного ротора совершает движение по эпитрохоидальной поверхности цилиндра и отсекают переменные объёмы камер в цилиндре с помощью трёх клапанов.
Такая конструкция позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля , Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. Герметизация камер обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаемыми к цилиндру центробежными силами, давлением газа и ленточными пружинами. Отсутствие механизма газораспределения делает двигатель значительно проще четырехтактного поршневого (экономия составляет около тысячи деталей), а отсутствие сопряжения (картерное пространство, коленвал и шатуны) между отдельными рабочими камерами обеспечивают необычайную компактность и высокую удельную мощность. За один оборот ванкель выполняет три полных рабочих цикла, что эквивалентно работе шестицилиндрового поршневого двигателя. Смесеобразование, зажигание , смазка, охлаждение, запуск принципиально такие же, как и у обычного поршневого двигателя внутреннего сгорания.
Практическое применение получили двигатели с трёхгранными роторами, с отношением радиусов шестерни и зубчатого колеса: R:r = 2:3, которые устанавливают на автомобилях, лодках и т. п.

Конфигурация двигателя W

Двигатель разработан компаниями Audi и Volkswagen и представляет собой два V-образно расположенных двигателя . Крутящий момент снимается с обоих коленвалов.

Роторно-лопастной двигатель
внутреннего сгорания (РЛД, двигатель Вигрия́нова), конструкция которого разработана в 1973 году инженером Михаилом Степановичем Вигрияновым. Особенность двигателя — применение вращающегося сложносоставного ротора размещённого внутри цилиндра и состоящего из четырех лопастей.
Конструкция
На паре соосных валов установлены по две лопасти, разделяющие цилиндр на четыре рабочие камеры. Каждая камера за один оборот совершает четыре рабочих такта (набор рабочей смеси, сжатие, рабочий ход и выброс отработанных газов). Таким образом, в рамках данной конструкции возможно реализовать любой четырехтактный цикл. (Ничто не мешает использовать данную конструкцию для работы парового двигателя, только лопастей придется использовать две вместо четырех. )

Уравновешанность двигателей

Все схемы открываются в полный размер по клику.

ВСТРЕЧНОЕ ДВИЖЕНИЕ

Особенность двухтактного дизеля профессора Питера Хофбауэра, посвятившего 20 лет своей жизни работе в концерне «Фольксваген», — два поршня в одном цилиндре, движущиеся навстречу друг другу. И название это подтверждает: Opposed Piston Opposed Cylinder (OPOC) — встречные поршни, встречные цилиндры.

Похожую схему еще в середине прошлого века использовали в авиации и танкостроении, например, на немецких «Юнкерсах» или советском танке T-64. Дело в том, что в традиционном двухтактном двигателе оба окна для газообмена перекрывает один поршень, а в двигателях с встречными поршнями в зоне хода одного поршня располагается впускное окно, в зоне хода второго — выпускное. Такая конструкция позволяет раньше открывать выпускное окно и благодаря этому лучше очищать камеру сгорания от отработавших газов. И заранее закрывать, чтобы сберечь некоторое количество рабочей смеси, которое у двухтактного двигателя обычно выбрасывается в выхлопную трубу.

В чем же изюминка конструкции профессора? В центральном (между цилиндрами) расположении коленвала, обслуживающего сразу все поршни. Это решение привело к довольно замысловатой конструкции шатунов. Их по паре на каждой шейке коленвала, причем на внешние поршни приходится по паре шатунов, расположенных по обе стороны цилиндра. Это схема позволила обойтись одним коленвалом (у прежних моторов их было два, размещенных по краям двигателя) и сделать компактный, легкий агрегат. В четырехтактных двигателях циркуляцию воздуха в цилиндре обеспечивает сам поршень, в моторе OPOC — турбонаддув. Для лучшей эффективности быстро разогнать турбину помогает электромотор, который в определенных режимах становится генератором и рекуперирует энергию.

Опытный образец, сделанный для армии без оглядки на экологические нормы, при массе 134 кг развивает 325 л.с. Подготовлен и гражданский вариант — с примерно на сотню сил меньшей отдачей. Как заявляет создатель, в зависимости от исполнения мотор ОРОС на 30–50% легче прочих дизелей сравнимой мощности и в два — четыре раза компактнее. Даже по ширине (это самое внушительное габаритное измерение) ОРОС всего вдвое превосходит один из самых компактных автомобильных агрегатов в мире — двухцилиндровый фиатовский «Твинэйр».

Мотор OPOC — образец модульной конструкции: двухцилиндровые блоки можно компоновать в многоцилиндровые агрегаты, соединяя их электромагнитными муфтами. Когда полная мощность не требуется, для экономии топлива один или несколько модулей могут отключаться. В отличие от обычных двигателей с отключаемыми цилиндрами, где коленвал шевелит даже «отдыхающие» поршни, механических потерь можно избежать. Интересно, а как обстоят дела с топливной экономичностью и вредными выбросами? Разработчик предпочитает обходить этот вопрос молчанием. Понятное дело — тут позиции двухтактников традиционно слабы.

РАЗДЕЛЬНОЕ ПИТАНИЕ

Еще один пример ухода от традиционных догм. Кармело Скудери покусился на святое правило четырехтактных моторов: весь рабочий процесс должен происходить строго в одном цилиндре. Изобретатель поделил цикл между двумя цилиндрами: один отвечает за впуск смеси и ее сжатие, второй — за рабочий ход и выпуск. При этом традиционные четыре такта двигатель, именуемый мотором с разделенным циклом (SCC — Split Cycle Combustion), проходит всего за один оборот коленвала, то есть в два раза быстрее.

Вот как этот мотор работает. В первом цилиндре поршень сжимает воздух и подает его в соединительный канал. Клапан открывается, форсунка впрыскивает топливо, и смесь под давлением врывается во второй цилиндр. Сгорание в нем начинается при движении поршня вниз, в отличие от двигателя Отто, где смесь поджигают чуть раньше, чем поршень достигнет верхней мертвой точки. Таким образом, сгорающая смесь не препятствует в начальной стадии горения движущему навстречу поршню, а, наоборот, подталкивает его. Создатель мотора обещает удельную мощность в 135 л.с. с литра рабочего объема. Причем при значительном сокращении вредных выбросов благодаря более эффективному сгоранию смеси — например, с уменьшением выхода NOx на 80% в сравнении с этим же показателем для традиционного ДВС. Заодно утверждают, что SCC на 25% экономичнее равных по мощности атмосферных моторов. Однако лишний цилиндр — это дополнительная масса, увеличение габаритов, возрастающие потери на трение. Что-то не верится… Особенно если взять в пример новое поколение наддувных двигателей, сделанных под девизом даунсайзинга.

Кстати, для этого двигателя придумана оригинальная схема рекуперации и наддува «в одном флаконе» под названием Air-Hybrid. Во время торможения двигателем цилиндр рабочего хода отключается (клапаны закрыты), а цилиндр сжатия наполняет специальный резервуар сжатым воздухом. При разгоне происходит обратное: не работает цилиндр сжатия, а в рабочий нагнетается запасенный воздух — своего рода наддув. Собственно, при такой схеме не исключается и полный пневморежим, когда воздух будет толкать поршни в одиночку.

МОЩНОСТЬ ИЗ ВОЗДУХА

Профессор Лино Гуззелла также использовал идею накопления сжатого воздуха в отдельном резервуаре: один из клапанов открывает путь от баллона к камере сгорания. В остальном это обычный двигатель с турбонаддувом. Опытный образец построили на базе 0,75-литрового двигателя, предложив его как замену… 2-литровому атмосферному мотору.

Разработчик для оценки эффективности своего творения предпочитает сравнивать его с гибридными силовыми агрегатами. Причем при схожей экономии топлива (около 33%) конструкция Гуззеллы удорожает мотор всего лишь на 20% — сложная бензоэлектрическая установка обходится почти в десять раз дороже. Однако в тестовом образце топливо экономится не столько за счет наддува из баллона, сколько благодаря малому рабочему объему самого двигателя. Но перспективы у сжатого воздуха в работе обычного ДВС все же есть: его можно использовать для пуска мотора в режиме «старт-стоп» или для движения автомобиля на малых скоростях.

КРУТИТСЯ, ВЕРТИТСЯ ШАР…

Среди необычных ДВС мотор Герберта Хюттлина выделяется наиболее примечательной конструкцией: традиционные поршни и камеры сгорания здесь размещены внутри шара. Поршни движутся в нескольких направлениях. Во-первых, навстречу друг другу, образуя между собой камеры сгорания. Кроме того, они соединены попарно в блоки, посаженные на единую ось и вращающиеся по хитрой траектории, заданной кольцевой фигурной шайбой. Корпус поршневых блоков объединен с шестерней, передающей крутящий момент на выходной вал.

Из-за жесткой связи между блоками при наполнении смесью одной камеры сгорания одновременно происходит выпуск отработавших газов в другой. Таким образом, за поворот поршневых блоков на 180 градусов происходит 4-тактный цикл, за полный оборот — два рабочих цикла.

Первый показ шарового двигателя на Женевском автосалоне привлек всеобщее внимание. Концепция, безусловно, интересная — за работой 3D-модели можно наблюдать часами, пытаясь разобраться, как работает та или иная система. Однако за красивой идеей должно последовать воплощение в металле. А разработчик пока ни слова не говорит о хотя бы приблизительных значениях основных показателей агрегата — мощности, экономичности, экологичности. И, главное, о технологичности и надежности.

МОДНАЯ ТЕМА

Роторно-лопастной двигатель изобрели чуть меньше века назад. И, наверное, еще долго не вспоминали бы о нем, не появись амбициозный проект российского народного автомобиля. Под капотом «ё-мобиля» пусть и не сразу, но должен появиться именно роторно-лопастной двигатель, да еще в паре с электромотором.

Вкратце о его устройстве. На оси установлены два ротора с парой лопастей на каждом, образующих камеры сгорания переменной величины. Роторы вращаются в одном направлении, но с разными скоростями — один догоняет другой, смесь между лопастями сжимается, проскакивает искра. Второй начинает движение по окружности, чтобы на следующем круге «подтолкнуть» соседа. Посмотрите на рисунок: в правой нижней четверти происходит впуск, в правой верхней — сжатие, затем против часовой стрелки — рабочий ход и выпуск. Воспламенение смеси осуществляется в верхней точке окружности. Таким образом, за один оборот ротор происходит четыре рабочих такта.

Очевидные преимущества конструкции — компактность, легкость и хороший КПД. Однако есть и проблемы. Из них главная — точная синхронизация работы двух роторов. Задача эта непростая, а решение должно быть недорогим, иначе «ё-мобиль» никогда не станет народным.

Для чего инженеры возвращаются к встречным поршням :: Статьи о БМВ :: RU BMW

Известие о том, что известный всему миру миллиардер Билл Гейтс и инвестиционная фирма Khosla Ventures решили вложить в компанию EcoMotors свои миллионы, которая занимается проектированием двигателей с так называемым встречным движением поршней, потребовало от нас более детального обзора заокеанской разработки. Эти моторы имеют давнюю историю, однако широкого применения на автомобильном транспорте они не получили. Но EcoMotors удалось придать известному блюду совершенно новый вкус.

За последние 10 лет изобретатели многих странах смогли выдать множество самых экзотических схем двигателей. Однако массовая индустрия по-прежнему продолжает штамповать моторы всем привычного классического вида. В чём же проблема: в просчётах конструкторов — новичков или же в нехватке у них финансовых средств?

Свой ДВС, имеющий два оппозитных цилиндра, где двигаются по два встречных поршня, компания EcoMotors назвала просто — OPOC (Opposed Piston Opposed Cylinder). В переводе с английского «оппозитные поршни, оппозитные цилиндры». Используя подобную схему, могут работать и бензиновые моторы, и дизельные, и ДВС, потребляющие спирт, но компания сосредоточила усилия именно на дизельных вариантах двигателя OPOC.

Весной 2010 года американская компания показала впервые общественности первый двигатель типа OPOC. Им стал — дизельный агрегат EM100 (100 – это диаметр цилиндров в мм.). По данным EcoMotors вес двигателя составляет 134 кг при размерах — 58 (длина) х 105 (ширина) х 47 (высота) см. При таких габаритах агрегат выдаёт сумасшедший крутящий момент в 900 Н•м. при мощности в 325 л.с.

Двигатель OPOC является двухтактным, когда за один оборот коленвала встречные поршни каждого из цилиндров совершают рабочий ход. Во время движения к своим мёртвым точкам поршни открывают специальные окна в стенках цилиндров. При этом один из поршней отвечает за впуск, а другой — за выпуск. Окна расположены таким образом, чтобы выпускное открывалось чуть раньше впускного. Это же окно и закрывается раньше. Всё это очень важно для хорошего газообмена.

Ключевым компонентом OPOC является несимметричное расположение выпускных и впускных патрубков относительно коленчатого вала.

Устранение целого ряда компонентов и механизмов упростило мотор, позволило снизить его вес и потери на обязательное трение и расход масла (вдвое ниже, нежели у обычного дизеля). Но такими преимуществами могут похвастаться и другие подобные ДВС со встречными поршнями?

А особенность именно этой новинки состоит в том, что в ней поршни двигателя соединены при помощи единственного центрального коленвала, в то время как другим схожим конструкциям требуется два коленвала по краям движка. Как итог, они заметно тяжелее и крупнее, что позволило их применять в основном на судах и тепловозах. В свою очередь двигатель OPOC нацелен на более широкое применение.

OPOC, как и любой другой двухтактный ДВС, нуждается в установке внешнего устройства для продувки цилиндров в момент открытия окон. В данном случае конструкторы возложили эту работу на турбонаддув. Однако это не поможет во время запуска мотора, поскольку сами цилиндры не способны «вдохнуть» и «выдохнуть».

Решением стала давняя идея, обкатываемая, но не доведённая до ума целым рядом компаний. На вал обычной турбины инженеры установили электродвигатель. Во время запуска и до того момента, пока двигатель не набрал необходимые обороты, этот электрический моторчик получая энергию от батарей, обеспечивает «дыхание» OPOC. В последствие этот электродвигатель отключается, и турбонаддув становиться самым обычным. Кроме того на повышенных оборотах двигателя, когда велик поток выхлопных газов, электрический мотор на валу турбины превращается в генератор, который способен подпитывать аккумуляторы автомобиля.

Электротурбонаддув является одним из самых спорных элементов данной новинки, поскольку для его первоначальной раскрутки требуется значительное количество энергии, что приводит к удорожанию конструкции за счёт применения ёмких и мощных батарей.

Но, несмотря на это, по утверждению создателей их новая схема отличается достаточно хорошей продувкой цилиндров, а, следовательно, позволяет извлекать наибольшую выгоду непосредственно из самого двухтактного цикла. Чисто теоретически это позволяет достичь вдвое большей литровой мощности от ДВС, по сравнению с четырёхтактным собратом. Но на практике подобного показателя достичь, пока не удалось. Помимо всего прочего система OPOC имеет целый ряд и иных любопытных «штучек». Например, при расширении газы в цилиндре давят одновременно на оба поршня, передавая это усилие на вал, тем самым повышая эффективность всего двигателя по сравнению со схемой, где часть давления уходит на неподвижную камеру сгорания.

Новая конфигурация обеспечивает заданный рабочий объём, при котором каждому из поршней за один проход надо пройти расстояние вдвое меньше. Такое решение означает и меньшую скорость движения при фиксированных оборотах, и как следствие, меньшие потери на трение. В первую очередь Двигатель OPOC всеми своими особенностями обязан Петеру Хофбауэру, который является основателем, председателем и техническим директором EcoMotors, до этого много лет возглавлявший разработку самых перспективных ДВС в компании Volkswagen. На его счету всем известный смещённо-рядный мотор VR6, имеющий малый (около 15 градусов) угол развала цилиндров. Несмотря на то, что фирма EcoMotors была основана лишь в 2008 году, сам Хофбауэр думал над созданием OPOC гораздо раньше.

Сама по себе Идея Петера Хофбауэра свежа, но своими корнями уходит в далёкие 30-е годы 20-го столетия. Отправной точкой послужили такие изобретения как авиационный дизель со встречными поршнями Junkers JUMO 205, созданный Гуго Юнкерсом, и бензиновые «оппозитники» Фердинанда Порше, в число которых вошёл мотор автомобиля «Жук», получившего в послевоенное время всемирную известность. По правде сказать, то Хофбауэр смог скрестить эти две конструкции.

EcoMotors сообщает, что дизельный вариант OPOC на 30–50% легче, нежели обычный турбированный дизель той же мощности. ДВС OPOC имеет на половину меньше деталей, занимая до четырёх раз меньше места под капотом, и при этом при определённых условиях может быть экономичнее своих собратьев на 45–50%. Однако цифра, отвечающая за экономичность, вызывает у специалистов наибольшие сомнения. Первый же образец OPOC, по утверждению EcoMotors, провёл на специальном динамометрическом стенде более 500 часов. Если считать эту цифру правдой, то можно говорить о работоспособности данной схемы. А вот с характеристиками дело обстоит не так «безоблачно». Ныне испытываемая инженерами модель EM100, выдаёт заявленные параметры по крутящему моменту и мощности лишь при настройках, которые не учитывают токсичности выхлопа. Подобную модификацию OPOC компания предполагает устанавливать на военную технику, в которой отношение отдачи к весу наиболее важно.

EcoMotors для обычного транспорта предлагает устанавливать настройки тех же движков несколько иначе, получая в итоге 746 Н•м. и 300 л.с. В результате улучшение экономичности по сравнению с обычными дизелями предполагается «всего» в 15%, но и это выглядит гигантским шагом вперёд, поскольку обычно производители борются за каждый процент. Последующая экономия возможна только в случае объединения пары таких моторов в четырёхцилиндровый двигатель. Соответственно, то, что раньше было самостоятельным ДВС, превращается в модули, между которыми EcoMotors собирается ставить специальную муфту управляемую электроникой. В режиме малых нагрузок будет работать лишь один модуль, а в режиме больших — подключится и второй. При условии, что двигатель OPOC хорошо уравновешен, то все действующие силы здесь компенсируют друг друга и подобный ДВС отличается минимальной вибрацией. Соответственно, активация так называемой «спящей» половинки пройдёт гладко в любой момент.

Добавлено: 05.01.2012 12:22

• BMW Фото

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии.
Вам необходимо авторизоваться (войти на сайт под полученным ранее ником и паролем).
Если вы впервые на сайте, зарегистрируйтесь при помощи формы регистрации.

Другие публикации рубрики «Статьи о БМВ»

ITS: сила интеллекта

Intelligent Transportation System – буквально «интеллектуальная транспортная система» или сокращенно ITS — продукция компании Nissan, которая в последнее время получает поддержку самого правительства Японии. Эта система уже «обкатывается» на дорогах общего пользов…

Место красит человека

Обивка современного автомобильного кресла скрывает не только каркас и наполнитель. Кроме технических устройств, обеспечивающих комфорт и безопасность во время дорожного движения, в кресле таится и другая, не материальная, а, скорее, психологическая сторона. Сегодня по креслу автомобиля можно судить …

Обзор BMW 130i 3dr MT

Немецкая компания BMW на протяжении десятилетий производит автомобили и их модификации, которые сразу находят своего покупателя. К тому же все эти модели сохраняют свою ценность на протяжении многих лет.

Одной из малогабаритных моделей производства этой компании – BMW 130i 3dr MT. Трехдверный хэ…

F10-F11

На Бмв ф10 528 шум

29.09.2022 0
Plagin049

Все концепты

Продаю запчасти BMW по ценам 2013 года

28.09.2022 0
KaterinaBurm

Все ретро модели

Распродаю запчасти по ценам 2013 года

28. 09.2022 0
KaterinaBurm

E84

X1 N20 — «недозаводится»

27.09.2022 5
Mpavel

GT

Помощь в выборе резины.

26.09.2022 0
58Pilot

Зачем инженеры возвращают встречные поршни

Тот факт, что миллиардер Билл Гейтс и инвестиционная компания Khosla Ventures решили инвестировать миллионы в EcoMotors, компанию, которая разрабатывает двигатели со встречным движением поршней, побудил нас уделить больше внимания этой разработке. Такие двигатели имеют довольно долгую историю, но широкого распространения при этом не получили, по крайней мере, на автомобильном транспорте. Компания EcoMotors дала новый виток развития тому, что, казалось бы, уже известно.

EcoMotors окрестила свой двигатель с двумя противоположными цилиндрами, каждый из которых имеет два противоположных поршня, довольно незамысловато — OPOC, что означает Opposed Piston Opposed Cylinder (оппозитные поршни и цилиндры). Технически по этой схеме могут работать как бензиновый двигатель (или двигатель внутреннего сгорания, потребляющий спирт), так и дизельный двигатель, но пока компания сосредоточилась на втором варианте.

Двигатель OPOC является двухтактным, так что противоположные поршни каждого цилиндра совершают рабочий ход за один оборот коленчатого вала. По мере движения к мертвым точкам, они открывают окна в стенках цилиндров. При этом один из поршней управляет впуском, другой — выпуском. Окна устроены таким образом, что выпускное открывается немного раньше и закрывается несколько раньше, чем впускное. Это играет существенно важную роль для хорошего газообмена.

Снятие головок цилиндров, клапанов и приводных механизмов упростило двигатель, сделало его легче, снизило потери на трение и даже расход масла (по данным компании, эти показатели стали вдвое ниже, чем у обычного дизеля). Но ведь и другие двухтактные двигатели со встречным движением поршней, похоже, тоже могут похвастаться такими преимуществами, не так ли?

Что кардинально отличает новинку от ее собратьев так это то, что все поршни в ней соединены с одним центральным коленчатым валом, в то время как аналогичные конструкции раньше требовали двух коленчатых валов по краям двигателя. Следовательно, они были заметно крупнее и тяжелее, и неудивительно, что они использовались в основном на тепловозах и судах. Что ж, двигатель OPOC нацелен на гораздо более широкий спектр машин.

Как и любой двухтактный двигатель, OPOC нуждается во внешнем устройстве для продувки цилиндров при открытии окон. В данном случае конструкторы решили возложить эту обязанность на турбокомпрессор. Но очевидно, что это не поможет при запуске двигателя, а сами цилиндры не способны “вдыхать” и “выдыхать”.

Решение снова было найдено в давней идее, которую опробовали несколько компаний, но так и не применили на практике. Инженеры установили электродвигатель на вал классического рабочего колеса. При запуске и до тех пор, пока двигатель внутреннего сгорания не наберет скорость, этот двигатель получает энергию от батарей, обеспечивая тем самым “дыхание” двигателя OPOC. А потом мотор выключается, и турбонагнетатель превращается в самый обычный. Более того, на высоких скоростях, когда поток выхлопных газов велик, электродвигатель в турбине может превратиться в генератор, который питает аккумуляторы автомобиля.

По словам создателей данной схемы, для нее характерна очень хорошая продувка цилиндров, а потому удается получить максимальную отдачу от самого двухтактного цикла, теоретически достигая вдвое большего соотношения мощности к объему по сравнению с четырехтактным. Хотя на практике такие показатели еще не удалось получить. Система OPOC имеет ряд других интересных особенностей.

В новой конфигурации каждый из поршней должен покрыть половину расстояния за один ход, чтобы обеспечить заданную рабочую мощность. Это означает более низкую скорость поршня при фиксированной частоте вращения двигателя и, следовательно, меньшие потери на трение. Движок OPOC обязан всеми этими функциями в первую очередь Петеру Хофбауэру. Основатель, председатель и технический директор EcoMotors ранее в течение многих лет руководил разработкой передовых двигателей в компании Volkswagen. Например, в числе его изобретений двигатель VR6 с небольшим (15 градусов) V-образным углом между цилиндрами. Хотя компания EcoMotors была основана в 2008 году, сам Хофбауэр начал задумываться об OPOC задолго до этого.

По данным компании, дизельная версия OPOC на 30-50% легче обычного турбодизельного двигателя той же мощности, содержит на 50% меньше деталей, занимает в два-четыре раза меньше места под капотом и может быть (при определенных условиях) на 45-50% более экономичной. Последнее число вызывает наибольшие сомнения у экспертов, однако, даже если экономия в потреблении преувеличена, у EcoMotors есть основания для оптимистичных заявлений. Первый прототип двигателя внутреннего сгорания OPOC, по данным компании, провел более 500 часов на динамометрическом стенде. Можно констатировать, что схема работает. Но с характеристиками ситуация не так ясна. Модель EM100, которая в настоящее время тестируется инженерами, дает заявленные параметры мощности и крутящего момента только с настройками, которые не учитывают токсичность выхлопных газов. Компания предлагает установить такую версию OPOC на военную технику, для которой соотношение мощности к весу наиболее важно.

Для обычных автомобилей EcoMotors предлагает настроить те же двигатели немного по-другому: на 300 л. с. и 746 Н·м. В этом случае они обещают “всего” 15-процентное повышение топливной эффективности по сравнению с обычными дизельными двигателями, но даже это выглядит как огромный шаг вперед, поскольку компании обычно борются за каждый процент. Дальнейшая экономия возможна при объединении пары таких двигателей в четырехцилиндровый агрегат. То, что раньше было независимым двигателем, превращается в модуль. Компания EcoMotors намерена установить между ними муфту с электронным управлением. Мол, только один модуль будет работать при низкой нагрузке, а второй модуль присоединится при высокой нагрузке. А так как OPOC хорошо сбалансирован, все действующие здесь силы компенсируют друг друга, а двигатель имеет минимум вибраций, то активация “спящей” половины будет проходить плавно в любое время.

Идея похожа на хорошо известное отключение цилиндров в больших V-образных двигателях. Но в то время как холостые поршни все еще продолжают двигаться вверх и вниз в этом случае, здесь половина двигателя полностью останавливается, а вторая продолжает работать в благоприятном режиме. Кроме того, инженеры предлагают немного снизить максимальную мощность каждого модуля в такой бинарной схеме — до 240 л. с. (480 будет вырабатываться всем агрегатом). С точки зрения соотношения мощности и веса это все равно будет очень приличный двигатель, и можно будет добиться максимальной экономии топлива (те же 45%) и соблюдения самых строгих стандартов по токсичности выхлопных газов, говорят разработчики.

На данный момент OPOC — это система незрелая, а ее разработчики в основном только дают обещания. Но они настроены оптимистично и даже решили расширить линию. На чертежах уже можно увидеть 75-сильный двухцилиндровый двигатель EM65, который немного меньше по размеру и весу, чем EM100. Его, к слову, хотят сделать бензиновым. Сфера применения EM65 вполне очевидна: легкие грузовики и автомобили, в том числе гибриды. Определенной, но не абсолютной гарантией успеха экзотического двигателя внутреннего сгорания является репутация его главного конструктора: Петер отдал 20 лет жизни работе в концерне Volkswagen. И, кстати, неудивительно, что его нынешняя работа перекликается с проектами автоконцерна Porsche, который стоял у истоков знаменитого немецкого бренда.

Оригинальная статья на сайте ДРАЙВ: https://www.drive.ru/technic/4efb337600f11713001e5522.html

Новый двигатель для пикапа Ford F-150

На этом автосалоне в Детройте был выставлен обычный на вид пикап Ford F-150, которых по американским дорогам ездит много. Но под его капотом находится двигатель, который должен обеспечивать беспрецедентную экономичность.

Пикап Ford F-150

Несмотря на всё большее количество электромобилей и гибридных транспортных средств, многие по-прежнему считают, что время двигателей внутреннего сгорания ещё не прошло. Проблема в том, что законодатели в своих требованиях к расходу топлива и чистоте дымовых газов становятся всё строже. Соответственно, однажды придёт время, когда уже невозможно будет использовать существующие традиционные бензиновые и дизельные силовые агрегаты. Да, непрекращающаяся разработка идёт в ногу с законодательными требованиями, но без необходимого преимущества.

Он может обеспечиться в двигателях внутреннего сгорания только некоторыми базовыми изменениями в конструкции. Например, система зажигания HCCI (Homogenous Charge Compression Ignition), которая в бензиновом моторе используется для воспламенения смеси при высокой температуре в цилиндре, что достигается путём сжатия смеси, и, возможно, в исполнении Mazda SkyActiv-Х, SCCI (Spark Controlled Compression Ignition), которая в отличие от чистой HCCI использует свечи зажигания.

Содержание

• Изначально для армии
• Имеет запас по нормам
• Не следует путать с Subaru Boxer
• Кроме того, двигатель двухтактный!

Изначально для армии

Но Ford F-150, продемонстрированный в этом году на автосалоне в Детройте, под передним капотом имеет что-то совсем другое. На вид обычный автомобиль с уникальным мотором возник в результате объединения усилий компаний Achates Power и Aramco Services. Первая компания разработала двигатель, вторая обеспечивает доставку в отношении армии Соединённых Штатов в Саудовской Аравии.

В отношении этого автомобиля речь идёт только о его двигателе. О нетипичном силовом агрегате от калифорнийской компании Achates уже написано много. Для пикапа F-150 предлагается силовой агрегат с объёмом 2,7 литра мощностью 270 лошадиных сил (199 кВт) и максимальным крутящим моментом 582 Н·м. Но его главной победой является не предоставляемая им мощность и крутящий момент, а расход топлива, который значительно ниже, чем у нынешних, даже дизельных, двигателей.

Имеет запас по нормам

Регулирующие акты правительства требуют, чтобы в 2025 году средний расход топлива у автомобилей класса пикап на американских дорогах составлял 33 мили на галлон, то есть 8,6 литра на 100 км. Однако в настоящее время американский стандарт CAFE (Corporate Average Fuel Economy) требует средний расход в классе пикапы на уровне 21 мили на галлон, что составляет 13,5 литра на 100 километров. Всего за семь лет добиться сокращения нормированного потребления примерно на 36 процентов не так-то просто.

Новый экономный двигатель

Но специфически решённый двигатель от Achates обещает расход топлива на уровне даже 37 миль на галлон, то есть невероятные 7,6 литра на 100 километров. Это на 12 процентов лучше того значения, которое требует норма для 2025 года.

Не следует путать с Subaru Boxer

Концепция мотора, у которого бы в цилиндре была пара поршней, расположенных друг против друга, причём чтобы каждый приводил в движение собственный коленчатый вал, существует ещё с конца XIX века. Первым его описал Джеймс Аткинсон в 1882 году. Мощность от двух независимых коленчатых валов впоследствии передаётся через зубчатый привод на центральный кривошипный механизм.

Двигатель со встречными поршнями в одном цилиндре в прошлом приводил в движение, например, дизель-электрические локомотивы или, как авиационный двигатель Junkers Jumo 205, также самолёты. Ещё одно применение нашлось в приводе военных транспортных средств, например танков. Для вышеозначенных целей его использовали как британские, так и советские создатели танковых двигателей.

Но как сделать, чтобы двигатель достигал столь низкого расхода топлива? В принципе, это целый комплекс мер, пронизывающий конструкцию этого необычно решённого агрегата. Так, например, он не нуждается в головке цилиндров и, следовательно, не имеет даже распределительного механизма, который, в общем, и приносит двигателю механические потери. А пара встречных поршней, в свою очередь, гарантирует более эффективное использование энергии сгорания топлива и, следовательно, более высокий объёмный КПД.

Ford F-150 может ездить на любом топливе

Кроме того, двигатель двухтактный!

Двигатель не совсем обычного строения, кроме того, является двухтактным. В целом двигатель такой конструкции предлагает более высокую удельную мощность по сравнению с четырёхтактным. Но недостатком является более низкая эффективность и в целом хуже выбросы.

Чтобы недостатки, проистекающие из двухтактной концепции исключить, Achates выбрал для своего двигателя систему зажигания HCCI, то есть, по сути, дизельный принцип. Кроме того, производитель заявляет, что двигатель F-150 может работать не только на бензине, но и на дизельном топливе, природном газе и биотопливе. В случае использования дизельного топлива производитель обещает расход топлива на уровне 42 мили на галлон, то есть 6,7 литра на 100 км.

Компания Achates двигателями со встречными поршнями занимается с 2004 года. При этом сотрудничает с производителем моторов Cummins Inc. Цель заключается в разработке высокоэффективного дизельного двигателя, который можно бы было применять в транспортных средствах американской армии. Двигатель для военной техники обеспечивает из объёма 14,3 литра мощность 1000 лошадиных сил. Но, как сообщает Achates, его можно отрегулировать так, чтобы он мог приводить в движение, например, тяжёлые грузовики.

Achates Power продолжает бороться со встречными поршнями

?

Achates Power продолжает бороться со встречными поршнями

is2006

December 6th, 2016

Девиз у них на сайте Fundamentally Better Engine http://achatespower. com

Интересно, что раньше Achates Power предпочитала другую вариацию этого двигателя — там цилиндры располагались горизонтально, в этом ролике используется стандартная вариация в духе Jumo-205, где цилиндры располагаются вертикально. Видимо все же победила эта компоновка, хотя она и увеличивает вертикальный размер двигателя (возникают трудности компоновки в автомобили) и увеличивает давление на стенки поршней (износ больше). Кстати схему с горизонтальными цилиндрами использует Gemini Diesel для авиационного двигателя (ссылка на заметку ниже).

Обычно эта конфигурация ДВС используется для двухтактных дизелей, но Achates Power получила грант от ARPA-E на бензиновый двигатель с воспламенением от сжатия:

---

Recently the Secretary of Energy, Dr. Ernest Moniz, announced an award to Achates Power, Argonne National Laboratory and Delphi Automotive, to develop a gasoline compression ignition (GCI) version of the Achates Power opposed-piston engine. The grant is one of the largest awarded by the Advanced Research Projects Agency – Energy (ARPA-E) in its history.
http://achatespower.com/opgci-an-evolution-that-revolutionizes-the-internal-combustion-engine/#more-3468

---

Можно посмотреть патент Achates Power на конфигурацию ДВС с горизонтальным расположением цилиндров

https://www.google.com/patents/US20120037130

---

Двигатель Костовича (1888 год) http://is2006.livejournal.com/1553321.html
Junkers Jumo 205 https://ru.wikipedia.org/wiki/Junkers_Jumo_205
Еще один двигатель по типу Jumo 205 http://is2006.livejournal.com/1497543.html
Навстречу друг другу http://is2006.livejournal.com/864129.html
http://ru.wikipedia.org/wiki/Двигатель_со_встречным_движением_поршней
«Чемодан», или два поршня в одном цилиндре или трудности при разработке танкового дизеля http://is2006.livejournal.com/889172.html
Немецкие «предки» советских танковых дизелей — В 1945 г. на территории Германии, было выявлено и обследовано около 600 немецких предприятий http://is2006.livejournal.com/342916.html
Gemini Diesel: По пути встречных поршней или наследники JUMO-205 тоже хотят в небо http://is2006.livejournal.com/1860927.html
Очередная попытка сделать автомобиль с оригинальным ДВС и линейным генератором тока http://is2006.livejournal.com/666567.html
EcoMotors запускает в Китае завод по выпуску двигателя OPOC http://is2006.livejournal.com/870497.html
Еще одна анимация ДВС OPOC http://is2006.livejournal.com/1204792.html
Двигатель Франка Штельзера http://is2006.livejournal.com/348869.html

Tags: ДВС, Двигатели, Изобретательство, Патенты

• ДВС CITS V-Twin и патент на него

  Clean Two-Stroke CITS V-Twin Engine Уже работает тестовый экземпляр Two stroke engine porting arrangement US 20130228158 A1 ABSTRACT A…

• И еще одно видео о ДВС с изменяемой степенью сжатия от Infiniti VC-Turbo

  Степень сжатия меняется от 8:1 до 14:1. Прекрасное видео! И еще про этот двигатель под катом. Двигатель будет устанавливаться в QX50 Concept SUV…

• Новинки от Toyota

  Новые особенности двигателей и автомобилей Тойота в 2017 году Новая трансмиссия Shift-8AT Приспособление двигателя, трансмиссии для…

• ДВС как ТНА или разгонный модуль ULA ACES

  Видимо ДВС дает большую надежность при многократном запуске. .. Видео о ACES Второе видео, кстати я его уже показывал в заметке…

• Еще один двигатель-генератор со свободным поршнем

  Очередная попытка — израильская фирма Aquarius Engines создала двигатель-генератор со свободным поршнем, похоже есть успехи и генератор взяла…

• Роторный двигатель от Advanced Innovative Engineering (UK) Ltd

  Advanced Innovative Engineering (UK) Ltd http://www. aieuk.com/ Existing Wankel Rotary Engines available on the market typically use either…

• Оригинальный роторный двигатель

  У автора нет сайта… Ролик выложен в 2015 году. Но автор отвечает в комментариях на Ютубе. На первый взгляд мне кажется отличное изобретение!…

• ДВС с изменяемой степенью сжатия Infiniti VC-Turbo

  У меня уже были две заметки про этот двигатель, вот появилась еще одна анимация с показом как меняется позиция поршня в цилиндре. Infiniti’s…

• Проект ДВС с отключением цилиндров и изменяемой степенью сжатия

  Scalzo Automotive Research из Австралии http://www.scalzoautomotiveresearch.com/ Чертежи-наброски В аксонометрии Вариант…

Comments have been disabled for this post.

Вот почему у нас нет двигателей с оппозитными поршнями — по крайней мере, пока

• Двигатели с оппозитными поршнями существуют уже более 100 лет и i более эффективны почти во всех отношениях.
• Двигатель не имеет традиционных клапанов, кулачков или распределительных валов, а также головки, поэтому его проще и дешевле производить, собирать и эксплуатировать.
  
• Испытательный двигатель Achates Power будет запущен этим летом на Peterbilt 579. Еще одна версия — двигатель мощностью 1000 л.с. для боевой машины — будет запущен в серийное производство компанией Cummins в 2024 г. для армии США.

---

Почему почти каждый автомобиль в мире оснащен четырехтактным двигателем внутреннего сгорания, работающим по циклу Отто? Наверняка после более чем 100 лет существования автомобиля кто-то должен был придумать что-то лучшее?

Так и было, и почти с самого начала. Нет, я не говорю о Ванкеле, хотя вы должны отдать должное Mazda за то, что она придерживалась этого так долго. И нет, я не говорю о радиальном, газотурбинном или паровом. Я говорю о двигателе с оппозитными поршнями.

Двигатели с оппозитными поршнями существуют с конца 19 века, так что идея не нова. В то время их помещали в тяжелые транспортные средства, такие как поезда, танки, корабли и подводные лодки. Их преимуществом на раннем этапе была дальность. Самолет в 1930-х годах пролетел 6000 миль с двигателем с оппозитным расположением поршней без дозаправки. Подводные лодки тоже оценили дальность полета. Как и поезда. Вы могли бы пойти дальше с топливом, которое вы могли бы нести, используя двигатель OP.

Этот контент импортирован с YouTube. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Вот как работает двигатель с оппозитными поршнями: Два поршня делят общий цилиндр, каждый со своим коленчатым валом и шатуном. Поршни движутся навстречу друг другу и (почти) встречаются в верхней мертвой точке. По мере того, как поршни приближаются друг к другу (или, возможно, чуть раньше) в верхней части каждого такта, в цилиндр впрыскивается дизельное топливо, и происходит сгорание. Поскольку двигатель, о котором мы здесь говорим, является дизельным, свеча зажигания не требуется. Затем, бах, происходит сгорание, которое раздвигает поршни. Потенциальная энергия была преобразована в работу.

Два коленчатых вала, по одному на каждом конце двигателя, соединены набором шестерен, от которых мощность передается на колеса (или на пропеллер, или на то, что вы приводите в действие).

Функцию клапанов выполняют отверстия в стенках цилиндра вниз в нижней части такта (или вверх, так как в каждом цилиндре два поршня). Один набор отверстий выпускает выхлопные газы, а другой набор отверстий, на другом конце цилиндра, впускает всасываемый воздух. Выпускные отверстия больше и дольше остаются открытыми, чтобы выпустить сгоревшую воздушно-топливную смесь. Это цикл Аткинсона. Каждый поршень срабатывает при каждом такте, что делает его двухтактным.

Двигатель не имеет традиционных клапанов, кулачков или распределительных валов, а также головки, поэтому его проще и дешевле производить, собирать и эксплуатировать. Теплота сгорания уходит не на головку блока цилиндров, а на противоположный поршень, который, опять же, более эффективен.

Обо всем этом я узнал во время вебинара, организованного Calstart, консорциумом из 280 компаний, стремящихся сделать воздух чище за счет более эффективного транспорта. Вебинар был посвящен грузовым автомобилям средней и большой грузоподъемности, и компания Calstart призывала компании рассмотреть возможность использования двигателя с оппозитным расположением поршней для своих грузовиков.

Этот контент импортирован с YouTube. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Компания, разрабатывающая двигатель, называется Achates Power в Сан-Диего. Он был основан физиком-теоретиком доктором Джеймсом Лемке (1929-2019). За долгую и плодотворную карьеру Лемке разработал множество вещей, в том числе магнитные записывающие головки для магнитофонов телевещания. Если вы когда-нибудь смотрели телевизор в период между прямыми эфирами и цифровым веком, вы можете быть благодарны Лемке. Имеет более 114 патентов. Раньше он любил летать на своем двухмоторном Beech Baron в Баху на выходные. В один из таких выходных он принес книгу по теории двигателя внутреннего сгорания с оппозитными поршнями.

«Знаете, легкое чтение», — пошутил он в корпоративном видео.

Он узнал, что, хотя такие двигатели использовались годами, они так и не были развиты до их современного потенциала.

«Когда я обнаружил этот двигатель, было ясно, что с помощью современных методов, таких как вычислительная гидродинамика, можно улучшить производительность двигателя намного больше, чем это было возможно, когда он был впервые разработан».

Этот контент импортирован с YouTube. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Поэтому он основал компанию именно для этого. Компания Achates Power была основана в 2004 году и начала разработку двигателя с оппозитным расположением поршней. Achates Power не является производственной компанией; это останется за производителями двигателей, такими как Cummins, Caterpillar и Navistar.

«Achates Power сотрудничает с ведущими производителями двигателей, лицензируя проекты, инструменты разработки и тестирования, программное обеспечение и патенты, которые позволяют использовать двигатели для целого ряда приложений, которые снижают выбросы CO2 и критические выбросы и обеспечивают надежное соответствие экономически эффективным образом», — говорится в сообщении. шаблон на веб-сайте Achates.

Текущие проекты включают двигатели с оппозитными поршнями для легковых автомобилей, грузовиков средней и большой грузоподъемности, военного применения, внедорожников и производства электроэнергии. Двигатель Achates Power с оппозитными поршнями, который я видел на вебинаре Calstart, представлял собой сверхмощный дизель для использования в 18-колесных транспортных средствах. 10,6-литровый трехцилиндровый (с шестью поршнями) развивает мощность 400 л.с. при 1700 об/мин и крутящий момент 1674 фунт-фут при 950 об/мин. Он призван заменить 13-литровый четырехтактный обычный дизельный двигатель с рядной шестеркой. Существует тестовый двигатель Achates Power, который с июля прошлого года работает на Peterbilt 579.. Walmart будет использовать его этим летом. Силовая установка Peterbilt от Achates Power оснащена нагнетателем и турбокомпрессором для еще большей эффективности.

Демонстрационный образец двигателя большегрузного автомобиля показывает, что в период с 1990 г. по настоящее время выбросы NOx сократились на 98 %, а количество твердых частиц — на 99 %. Калифорнийский совет по воздушным ресурсам готовит к 2027 году принятие постановления, которое снизит выбросы NOx еще на 90 %, а количество твердых частиц — еще на 50 % (что позволит сократить выбросы NOx на 99,8 % в период с 1990 по 2027 год). Результаты, представленные на вебинаре на этой неделе, показывают, что ахаты могут снижать NOx 9.на 6 % по сравнению с сегодняшними стандартами (на 65 % ниже стандарта CA 2027 года) и CO2 на 7 % ниже сегодняшнего стандарта EPA.

«Важно, что все это делается с помощью обычных систем доочистки полов и, вероятно, будет наиболее экономически эффективным и надежным способом соответствовать новым стандартам», — сказал исполнительный вице-президент Achates Power по развитию бизнеса Ларри Фромм.

«С помощью вычислительной гидродинамики мы обнаружили, что, когда два поршня приближаются друг к другу, формируя контур каждого поршня так, чтобы он дополнял друг друга, мы можем создать псевдообъем сгорания, который будет очень эффективно смешивать воздух и топливо, и это было часть решения по повышению эффективности использования топлива», — сказал Лемке. «Многие двигатели имеют золотую середину, где они достигают максимальной эффективности. Если этого не делать, эффективность падает очень быстро. У нас очень плоский участок с примерно одинаковой эффективностью везде. Любое применение дизельного топлива в настоящее время выиграет от этой двухтактной конфигурации за счет большей эффективности и более чистой производительности».

Лемке привел один пример.

«Нам известна одна торговая точка с 7200 грузовиками. В прошлом году их счет за топливо только для этих грузовиков составил 350 миллионов долларов. Мы можем сэкономить им от 70 до 100 миллионов долларов в год, просто перейдя на этот двигатель».

Так почему же все не переходят на этот движок?

«Это было похмелье двухтактных страшилок, которое предупредило рефлекторную реакцию многих людей», — сказал Лемке. «Двухтактный? Нет, вы не можете сделать его чистым, вы не можете сделать его эффективным».

Фромм добавляет немного перспективы.

«Вплоть до недавнего времени (благодаря нашей работе, как то, что вы видели вчера) почти все считали, что двухтактные двигатели не могут соответствовать современным стандартам выбросов на дорогах», — сказал Фромм. «Это потому, что двухтактный цикл очень сложен — газообмен и сгорание происходят в одном непрерывном событии. Вы должны оптимизировать систему в целом. До появления суперкомпьютеров и изощренной химически реактивной вычислительной гидродинамики оптимизация проводилась интуитивно, методом проб и ошибок. В результате все двухтактные двигатели были сняты с регулируемых рынков».

Так что, возможно, мир должен узнать о современных двухтактных двигателях с оппозитными поршнями. И вот здесь вступает в действие вебинар Calstart и его продвижение Achates Power.

«Мы собираем группу организаций, чтобы продвигать сверхмощный двигатель с оппозитными поршнями по пути коммерциализации, с целью сделать двигатели доступными в 2027», — сказал Фромм. «Отмечу, что еще одна версия этого двигателя — двигатель мощностью 1000 л.с. для боевой машины — будет запущена в серийное производство компанией Cummins в 2024 году для армии США».

Является ли двигатель с оппозитным расположением поршней следующим большим прорывом? Или это просто еще один из миллиона двигателей, придуманных другими парнями 100 лет назад, который так и не пошел в никуда? Взгляните на ссылку Douglas-Self здесь. На нем показаны 115 двигателей, от Bakewell Wingfoot до Jasper Explosive Motor, которые кто-то когда-то думал, что они станут следующим большим достижением.

Я сам эгоистично подтолкнул бы Porsche заменить нынешнюю оппозитную шестерку двигателем с оппозитным расположением поршней в конфигурации с шестипоршневой оппозитной тройкой. Или, может быть, Subaru следует использовать его для создания FrankenSoob. Я доступен для планирования продукта и инженерного консультирования в любое время.

Как вы думаете, двигатель с оппозитным расположением поршней может получить более широкое распространение? А какие нетрадиционные конструкции двигателей вам больше всего нравятся? Дайте нам знать в комментариях ниже.

Марк Вон
Марк Вон вырос в семье Фордов и провел много часов, неся свет на рядную шестерку, чудесным образом питаемую однокамерным карбюратором, в то время как его отец проклинал Форд, всю его продукцию и всех, кто когда-либо там работал.

Винтажные оппозитные поршни — Diesel World

Джим Аллен

Как вместить десять поршней в пять цилиндров и получить работающий дизельный двигатель? Что ж, сообщество производителей дизельных двигателей занимается этим с начала 1930-х годов с двигателями с оппозитными поршнями. Один цилиндр, одна камера сгорания, два поршня и шатуна и два коленчатых вала. Две головки поршня обращены друг к другу и синхронизированы точно так же, чтобы сжиматься и стрелять одновременно. Вы получаете почти вдвое больше работы от каждого события стрельбы, хотя есть некоторые компромиссы с точки зрения сложности.

Jumo Wrestling

Дизельный двигатель с оппозитными поршнями произвел большой фурор, когда дебютировал в 1930-х годах, но эта идея не была новой. Он восходит к 1881 году, к заре внутреннего сгорания и неудачному дифференциальному двигателю Аткинсона, но он едва ли находился на той же ветви генеалогического древа, что и позже. Двигатель Ochelhäuser, который был произведен в некоторых количествах, находится в той же лодке, где второй поршень используется для работы системы впуска. Были и другие, но тот, который начал ветвь, по которой мы поднимаемся, был построен доктором Хьюго Юнкерсом, который начал экспериментировать с бензиновыми двигателями с оппозитными поршнями в 1913. Что касается дизелей, то его вкладом стала серия авиационных дизелей Junkers Jumo.

Мы говорили о Jumo в выпуске Vintage Smoke за декабрь 2021 года об авиационных дизелях. Доктор Юнкерс начал разработку дизелей с оппозитными поршнями в 1926 году, и это в конечном итоге привело к созданию линейки легендарных шестицилиндровых двигателей Jumo, дебютировавших в 1932 году. чем-воздух самолетов, а также. Они также нашли применение в качестве судового двигателя во время и после Второй мировой войны.

Эта генераторная установка Fairbanks-Morse датируется началом 1950-х годов, возможно, 1952 годом. Она рассчитана на 200 кВт при колоссальных 2400 вольт. Он использовался на R.J. Поместье Рейнольдса на острове Сапело, штат Джорджия, до тех пор, пока линии электропередач не были проведены с материка. Двигатель был спасен в середине 2000-х группой добровольцев Coolspring, спасших его от разборки. В данном приложении пятицилиндровый двигатель 38F51/4 имеет номинальную мощность 300 л.с. при 900 об/мин. Это расчетные 1751 фунт-фут при 900 об/мин. При стационарном использовании он мог развивать мощность до 413 л. с. при 1200 об/мин. При использовании в качестве морского тягового двигателя его мощность составляла 375 л.с. при 1200 об/мин.

The Big OP — Fairbanks-Morse покупает In

Когда стало известно о том, что д-р Юнкерс выступает против конструкции двигателя, Fairbanks-Morse (FM) купил лицензию на использование и адаптацию конструкции. К 1933 году FM начала работу по разработке новых линеек железнодорожных и судовых дизельных двигателей. Их первые прототипы с оппозитными поршнями (OP) были запущены в 1934 году, а шестицилиндровый двигатель с диаметром цилиндра 5 x 6 дюймов и ходом поршня был введен в эксплуатацию на железной дороге в качестве испытания. Испытание на выносливость в том году восьмицилиндрового двигателя мощностью 1000 лошадиных сил с диаметром цилиндра 8 x 10 дюймов и ходом поршня привлекло внимание ВМС США, которые сочли их оптимальным дизелем для подводных лодок.

Типичный дизель F-M 38D OP в разрезе. В некоторых отношениях он отличается от 38F, о котором рассказывается в статье. Модели D имеют две форсунки, а модели F — только одну, а также некоторые отличия во внутренней выхлопной системе. Все модели 38 двухтактные и не имеют клапанов, только порты во втулке. Продувочные (впускные) отверстия находятся в верхней части цилиндра и закрываются или открываются верхним поршнем. Выпускные отверстия находятся внизу и закрыты или открыты нижним поршнем. Верхний и нижний поршни в каждом цилиндре находятся на одном и том же ходе. На такте сжатия они встречаются посередине, форсунка распыляет непосредственно перед достижением ВМТ, начинается зажигание и поршни раздвигаются после ВМТ. Порты расположены так, что выпускные каналы открываются перед впускными (примерно на 12 градусов поворота коленчатого вала). Воздуходувка типа Рутса нагнетает воздух в цилиндр под давлением 4-6 фунтов на квадратный дюйм, как только впускные отверстия открыты, и очищает цилиндр для следующего цикла. Более поздние двигатели также имели турбокомпрессоры, и это действительно увеличивало их мощность. Обратите внимание, что блок цилиндров изготовлен из стальных листов, сваренных вместе. 900:25 Работы на линии OP продолжались в течение следующих трех лет. Среди наиболее важных моментов было то, как были соединены коленчатые валы. Было испробовано несколько методов, среди них косозубые шестерни и бесшумные цепи Морзе. В конце концов, была разработана довольно сложная спирально-коническая шестерня, которая выглядела как два кольца и шестерни, соединенные в головках шестерен через вал.

К 1937 году линия OP была готова к работе в прайм-тайм. Окончательное обозначение было Модель 38… для года, когда она была официально представлена, 1938. Для их производства был построен новый участок на заводе в Белойт, штат Висконсин. Первые модели 38 имели диаметр цилиндра 8-1/8 дюйма и ход поршня 10 дюймов, а их полное обозначение было 38D81/8, иногда с указанием количества цилиндров (например, 38D81/8-8 для восьмицилиндрового двигателя). Первоначально они предлагались в конфигурациях с 5, 6, 8, 9 и 10 цилиндрами. Номинальная мощность составляла 150 лошадиных сил на цилиндр при 720 об/мин. Планировалось, что первыми клиентами будут представители железнодорожной отрасли, а удельная мощность модели 38 идеально подходила для растущего рынка дизельных локомотивов, но успех на этом рынке был непростым. Корпорация Electro-Motive (принадлежит GM) чуть не взорвала рынок дизельных локомотивов своими дизель-электрическими двигателями Winton. На железнодорожном рынке был достигнут некоторый прогресс, а затем пришла Вторая мировая война.

Ныряй, Ныряй, Ныряй!

ВМС США были готовы к модели 38D81/8, но ключевое событие сделало их покупателем… версия с прямым реверсом… которая появилась в 1939 году. В 1941 году было поставлено шестнадцать машин, а также заказано еще 90. В зависимости от подводной лодки это были либо 9-, либо 10-цилиндровые агрегаты мощностью 1600 л.с. в прерывистом режиме и 1280 л.с. в непрерывном режиме при 650 об/мин. Подводные лодки времен Второй мировой войны были дизель-электрическими, они использовались для запуска генераторов и производили максимальную мощность 1120 кВт и постоянную мощность 900 кВт. Во время войны FM построила 1650 таких 36-тонных двигателей, по одному в день.

F-M предлагал генераторные установки на салазках в 50-х годах, и этот был рассчитан на 250 кВА (тысячи вольт-ампер, около 200 киловатт) и 2400 вольт. Почему высокое напряжение, когда в здании было 120 вольт? Это был коммерческий генератор, и это высокое напряжение было полезно, когда генератор питал сеть, как это было на острове Сапело. Это похоже на местные линии электропередач, которые подают в ваш дом электроэнергию с высоким напряжением (обычно 13 800 вольт в наши дни). Высокое напряжение сводит к минимуму потери в линии при передаче электроэнергии на большие расстояния, а трансформаторы используются для понижения напряжения там, где линии достигают зданий, в данном случае с 2400 до 120. фильтры. Вентилятор приводится от верхнего коленчатого вала.

На рельсах и вне их

Когда война закончилась, FM работал над проектами локомотивов, построив небольшое количество прототипов и тестовых моделей для испытаний в полевых условиях. Они преуспели, и в 1950 году FM очень сильно ударила по железнодорожному рынку, выпустив линейку тепловозов. Вскоре после окончания войны дебютировали кабинные агрегаты H-10-44, оснащенные 6-цилиндровым двигателем Model 38 мощностью 1200 лошадиных сил. Это был скромный успех, и было произведено несколько других моделей. В 1951 году они удвоили свои усилия, выпустив Train Master H-24-66, шестиосный стрелочный перевод, оснащенный 12-цилиндровым двигателем Model 38 мощностью 2400 лошадиных сил. В то время это был самый мощный дизельный локомотив на рынке, который мог ускорить все. еще там. Несмотря на то, что показатели дизельных локомотивов поднялись очень высоко, больших продаж не произошло. Большая часть продаж FM приходилась на категорию двигателей с переключателями.

Один из локомотивов Fairbanks-Morse Train Master. Было построено несколько разных версий этого, это модель H-24-66, версия переключателя. Построенный для Canadian Pacific в 1953 году, он весил 170 тонн и имел длину 66 футов. 38D81/8-12 имел рабочий объем 12 443 кубических дюйма и был рассчитан на 2400 лошадиных сил при 750 об/мин. С большим генератором постоянного тока, приводящим в движение шесть тяговых двигателей постоянного тока, он мог генерировать тяговое усилие в 112 000 фунтов. Максимальная скорость составляла 65 или 80 миль в час, в зависимости от того, какие тяговые двигатели были установлены. Согласно источникам, это единственный уцелевший действующий мастер поезда FM, которым управляет Канадский железнодорожный музей в Квебеке, Канада.

Историки железных дорог связывают умеренное влияние FM на железнодорожном рынке с двумя основными причинами. Во-первых, что касается Train Masters, мощные дизельные локомотивы еще не были полностью освоены, и многие большие пароходы все еще будут сильны. Вероятно, самые большие причины исходили от стороны обслуживания. Хотя большинство историков согласны с тем, что двигатели FM OP были очень надежными, нельзя отрицать, что они были сложными по сравнению с более распространенными конструкциями Winton (позже известными как EMD) в агрегатах Electro-Motive и других более традиционных конструкций от различных производителей. Ремонтные мастерские различных железнодорожных линий с подозрением относились к дополнительной сложности двигателей OP. Сообщалось, что ремонтные мастерские линий, которые использовали OP, вскоре адаптировались к сложности и у них не было проблем с переключением.

Судя по найденным нами записям, F-M построила 1289 локомотивов, а еще 177 были построены лицензиатами или в сотрудничестве с другими производителями. Очевидно, это было слишком скромно для F-M, чтобы оставаться в игре, и они ушли с рынка поездов в 1959 году. Всего через несколько лет дизели FM могли бы подойти лучше, так что, возможно, старая пословица верна… время решает все. С тех пор основными рынками сбыта Model 38 стали морские и стационарные.

Маленький OP

Возвращаясь к началу, F-M разработала меньший на 5 x 6 дюймов и больше поршневой двигатель OP. Вскоре получившая прозвище «Маленький OP», серийная версия дебютировала в 1939 году с диаметром цилиндра 5-1/4 x 7-1/4 дюйма и ходом поршня. Он имел те же основные конструктивные особенности, что и его старший брат, и был указан с номинальной мощностью 50 лошадиных сил на цилиндр при 900 об / мин, а позже увеличился до примерно 75 лошадиных сил на цилиндр. Он прошел почти тот же путь, что и более крупный блок, продаваемый как рельс (хотя мы не видели ни одного локомотива, указанного в списке его использования) и судового двигателя со стационарным двигателем. Подобно своему старшему брату, он стал одним из основных продуктов на рынке морских и стационарных судов Военно-морскому флоту Второй мировой войны понравилась модель 5-1/4 Model 38, как и на рынках стационарных станков. Он был в производстве в 1970-х как минимум.

Форсунки расположены посередине гильзы цилиндра. В таком двигателе серии F есть только одна форсунка, как показано здесь, но в серии D другая была с противоположной стороны. Эта область обычно открыта, хотя в некоторых приложениях были доступны крышки. Топливные насосы с приводом от распределительного вала находятся выше этой области и управляются рейкой, которую вы видите в верхней части отверстия. Круглые отверстия имеют доступ к выпускным отверстиям во вкладыше, а с другой стороны имеется соответствующий набор, в данном случае устанавливающий термопары для измерения EGT.

Нет эпитафии

Несмотря на проблемы в железнодорожной отрасли, модель 38 имеет очень долгий срок службы и производства… с 1938 года по сегодняшний день, 84 года! В морском каталоге FM 2021 года перечислены 6-, 9- и 12-цилиндровые двигатели Model 38 мощностью от 2100 до 4860 лошадиных сил. В недавнем стационарном и железнодорожном каталоге есть аналогичные списки. Эти новые двигатели работают на двух видах топлива, используя в основном природный газ (около 95 процентов), а дизельное топливо используется для запального зажигания. Они имеют обработку выхлопных газов и выбросы снижены 95 процентов от двигателей старого образца. Идея двойного топлива не является чем-то новым для FM или Model 38: уже в 1952 году были проданы экземпляры, в которых использовалась комбинация природного газа и дизельного топлива. Да, двигатели Model 38 OP были сложными, но в отличие от другого оборудования, которое не удалось из-за чрезмерной сложности, они выдержали испытание временем, несмотря на свою сложность.

Двигатели запускались с воздуха, а органы управления были довольно простыми. Логотип Fairbanks-Morse еще в 1952 году все еще напоминал масштабы их корпоративных корней. Они все еще были в этом бизнесе до 1988, когда это подразделение было продано, чтобы стать независимым предприятием, Fairbanks Scales. Нагнетатель приводится в действие верхним коленчатым валом.

Источник

Museum Power Coolspring
179 Coolspring Road Coolspring, PA 15730
814-849-6883
Coolspringpowermuseum.org

---

000000-DEMPARELINGITION

99

9.-File-lile-larely-efficiality 99

9.101159

. усилия в пользу роторного двигателя демонстрируют, насколько трудно сместить обычный поршневой двигатель. Тем не менее, новые концепции продолжают появляться, особенно учитывая неустанное стремление отрасли к эффективности. Большинство из них так и не прошли этап дизайна или даже рисования мелками. Но вот один дизайн, который находится в стадии разработки и подает большие надежды.

Это двигатель Achates с оппозитными поршнями (OP), прототип которого был показан в пикапе Ford F-150 на автосалоне в Детройте в 2018 году. Этот двигатель имел три длинных цилиндра в ряд, с одним коленчатым валом ниже и другим над рядом цилиндров. В каждом цилиндре совершала возвратно-поступательное движение пара противоположных поршней, каждый из которых был соединен со своим коленчатым валом.

Принцип работы

Двухтактный двигатель с поршневым портом, то есть без клапанов. Вместо этого отверстия в стенках цилиндров открываются, когда поршни находятся в нижней части своего хода. Нижние порты являются впускными, а верхние — выпускными, а выхлоп опережает впуск примерно на 10 градусов, чтобы выхлопы открывались первыми. Когда оба открыты, нагнетатель вдувает свежий воздух в цилиндр с одной стороны, чтобы вытолкнуть выхлопные газы с другой стороны. Затем поршни начинают двигаться навстречу друг другу, закрывая оба порта и сжимая воздух. Топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр, когда поршни приближаются к концу своего хода. Таким образом, нет тактов впуска и выпуска, как в обычном четырехтактном двигателе — только такты сжатия и рабочего хода. Вероятно, это легче понять, посмотрев эту анимацию, предоставленную производителем.

Базовая компоновка двигателя Achates существует уже некоторое время. Немецкие Люфтваффе начали использовать аналогичные дизельные двигатели Junkers Jumo с оппозитными поршнями в больших самолетах в 1932 году. Более крупный дизельный двигатель Fairbanks-Morse с оппозитными поршнями приводил в действие большинство подводных лодок ВМС США во время Второй мировой войны и до сих пор обеспечивает резервную мощность на современных атомных подводных лодках.

Преобразование старой идеи в новую

Компания Achates взяла эту базовую конструкцию и улучшила характеристики сгорания, а также предоставила возможность адаптировать работу двигателя к различным условиям и видам топлива. Большая часть разработок сосредоточена на дизельных версиях, но компания также работает над бензиновыми версиями 9.0100 без свечей зажигания — концепция HCCI (воспламенение от сжатия с однородным зарядом), которую многие разрабатывают, но никто не усовершенствовал.

Теория предполагает, что двигатель с оппозитным расположением поршней имеет преимущество в эффективности, поскольку отсутствие головок цилиндров снижает потери тепла в системе охлаждения. Представьте себе обычную камеру сгорания, в которой поверхности состоят из днища поршня, короткого цилиндрического периметра и головки блока цилиндров. В конструкции OP каждая пара цилиндров объединяется, поэтому головки исключаются.

Кроме того, поскольку камеры сгорания каждого поршня соединяются с камерами другого поршня, в результате камера получается толще и меньше похожа на тонкий диск. Achates увеличивает это преимущество, используя ход поршня, в 1,3 раза превышающий длину канала ствола. Achates тщательно формирует днища поршней, чтобы обеспечить завихрение и кувыркание всасываемого заряда, что способствует быстрому и стабильному сгоранию.

Два противоположных инжектора прямого действия, каждый из которых подает несколько точно рассчитанных по времени впрысков, обеспечивают тщательное распределение топлива для сжигания большей части воздуха и ограничения образования твердых частиц. Степень сжатия около 18,0:1 для бензиновой версии с воспламенением от сжатия (GCI) и немного меньше для дизеля обеспечивает хорошую степень расширения для извлечения максимальной механической энергии из каждого акта сгорания.

Главное — превосходная продувка

Секрет успеха этой работы — возможность контролировать продувку в двигателе. Нагнетатель, который подает воздух низкого давления для продувки цилиндров, имеет двухскоростной привод, и его также можно обойти. Эта гибкость позволяет цилиндру не полностью очищаться при определенных условиях. Например, при холодном пуске частичная продувка оставляет в цилиндре много продуктов сгорания предыдущего цикла (внутренняя рециркуляция отработавших газов). Это повышает температуру сгорания и обеспечивает более горячий поток выхлопных газов, чтобы довести катализаторы до рабочей температуры.

Такая более горячая среда сгорания также способствует сгоранию на низких оборотах и ​​при малых нагрузках, что является проблемой для обычных двигателей HCCI. На холостом ходу, например, удержание выхлопных газов составляет около 50 процентов. При более высокой выходной мощности цилиндр более полно продувается, чтобы снизить пиковые температуры сгорания, тем самым ограничивая выбросы оксидов азота (NOx). Также полезно то, что, хотя двигатель также имеет турбокомпрессор, который заменяет нагнетатель при более высоких нагрузках и повышает эффективность, двигатель не работает с большим давлением наддува. Вместо этого двухтактная конструкция с удвоенным количеством рабочих тактов на оборот позволяет двигателю соответствовать мощности обычного двигателя без особого наддува, даже если его рабочий объем уменьшен на 20–30 процентов.

Хотя в этом двигателе нет обычного клапанного механизма, общее трение аналогично обычному двигателю из-за второго коленчатого вала, надежной зубчатой ​​передачи, соединяющей два кривошипа, и необходимости привода нагнетателя. Вес тоже примерно сопоставим. Двигатель выше обычного двигателя, но благодаря его наклону он обычно помещается под существующие капоты.

Эффективнее Prius?

Компания Achates утверждает, что версия этого двигателя GCI достигает максимальной эффективности в 44 процента. Это всего на 10 процентов лучше, чем 40-процентная эффективность, заявленная двигателем с циклом Аткинсона в нынешней Toyota Prius, но Ларри Фромм, исполнительный вице-президент Achates по развитию бизнеса, говорит, что двигатель Achates обеспечивает эту эффективность в гораздо более широком диапазоне оборотов и нагрузки, чем двигатель Prius. Например, говорят, что двигатель Achates GCI в Ford F-150 обеспечивает на 30 процентов лучшую экономию топлива по циклу EPA, чем самый эффективный бензиновый двигатель Ford, 2,7-литровый EcoBoost V-6. Это будет означать общий рейтинг около 29миль на галлон — или на 4 мили на галлон больше, чем у 3,0-литрового дизельного V-6 Ford в заднеприводной версии этого грузовика.

Ford

К сожалению, мы вряд ли увидим двигатель Achates под капотом автомобиля или грузовика в течение нескольких лет. Achates не планирует самостоятельно производить двигатели, но намеревается лицензировать свои технологии признанным производителям. У него уже есть отношения с Fairbanks-Morse, который использует технологию Achates на 12-цилиндровом, 24-поршневом стационарном дизеле мощностью 5000 л.с. и весом 95 000 фунтов, используемом для выработки электроэнергии. Fairbanks-Morse утверждает, что тепловой КПД составляет 50 процентов.

Achates также работает с Cummins над разработкой двигателя с оппозитными поршнями мощностью 1000 л. с. для боевых машин армии США. Фромм говорит, что компания ведет переговоры с несколькими крупными автопроизводителями, заинтересованными в версии GCI. Но пока нет ничего конкретного, и с длительным временем разработки и испытаний, которым подвергаются новые двигатели, мы не увидим двигатель Achates на дорогах в течение как минимум пяти лет.

Автомобильные приложения могут включать подключаемые гибриды

Если вы думаете, что к тому времени в электромобилях отпадет необходимость в двигателях внутреннего сгорания любого типа, подумайте еще раз. Если эффективность двигателя будет реализована в производстве, достижение федеральных стандартов экономии топлива к 2025 году может быть проще и дешевле с конструкцией Achates, чем с использованием электрификации. И, как отмечает Фромм, двигатели с оппозитными поршнями по своей природе плавные, поэтому одноцилиндровая двухпоршневая версия может стать идеальным расширителем диапазона для PHEV, тем более что его можно превратить в плоский пакет, спрятанный под багажником или сиденьем. . Только время покажет, взломал ли Achates код для двигателей с оппозитными поршнями в легковых и грузовых автомобилях.

Этот контент импортирован из OpenWeb. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Гибридный двигатель с оппозитным расположением поршней — HOPE & Portable Range Extender / Современное оборудование

Исторически сложилось так, что двигатель с оппозитным расположением поршней устанавливал комбинированные рекорды топливной экономичности и удельной мощности, которые еще не были достигнуты ни одним другим типом двигателя. Фундаментальные преимущества теплового КПД этого типа двигателя наряду с его низким уровнем выбросов, малыми размерами и весом, а также низкой стоимостью по сравнению с существующими двигателями делают его привлекательной альтернативой для будущих коммерческих и пассажирских автомобилей. Предшественником этой концепции был дизельный двигатель Junkers Jumo 207.

Двигатель с противоположным расположением поршней: непревзойденное сочетание топливной экономичности и удельной мощности
http://en. wikipedia.org/wiki/File:Opposite_piston_engine_anim.gif : самодельный UtzOnBike с Autodesk Inventor {{GFDL}} Категория:GFDL

Некоторые компании уже разработали концепции, обеспечивающие высокую удельную мощность. Это случай двигателя OPOC (оппозитный поршень с оппозитным цилиндром), представленный Ecomotors с FEV.

OPOC — Ecomotors

Он состоит из двух противоположных цилиндров на модуль с коленчатым валом между ними, каждый цилиндр имеет два поршня, движущихся в противоположных направлениях. Эта инновационная конфигурация конструкции исключает компоненты головки блока цилиндров и клапанного механизма обычных двигателей, предлагая эффективную и простую структуру ядра двигателя. В результате появилось семейство двигателей, которые легче, эффективнее и экономичнее, с более низким уровнем выбросов выхлопных газов. Большими преимуществами этой концепции являются удельная мощность, которая составляет около 2 кВт/кг, и эффективный КПД, который составляет не менее 37% в реальных испытанных условиях. Недостатки:

• Не приспособлен для автомобильного применения, внешний объем двигателя развивается в одном направлении;
• Продувка цилиндра производится внешним компрессором с электрическим приводом, что требует значительных затрат;
• выполнен как единый блок с двумя цилиндрами и иметь больше (4, 6 или 8) очень сложно;
• Предлагается не четырехтактное решение.

Другая конфигурация была сделана компанией Achates Power.

Дизельный двигатель Achates Power

Он состоит из двух противоположных поршней на модуль с двумя боковыми коленчатыми валами, каждый цилиндр имеет два поршня, движущихся в противоположных направлениях. Эта инновационная конфигурация конструкции также исключает компоненты головки блока цилиндров и клапанного механизма обычных двигателей. В сочетании с преимуществом теплового КПД, присущим двигателям с оппозитными поршнями, эта концепция обеспечивает значительное снижение расхода топлива по сравнению с обычными четырехтактными двигателями с воспламенением от сжатия. Недостатки:

• Продувка цилиндра осуществляется внешним компрессором с электрическим приводом, что требует больших затрат.
• Имеет сложную конструкцию.
• Четырехтактное решение не планируется.

Еще одно решение было предложено мной несколько лет назад для создания простейшей силовой установки для гибридного автомобиля: двухтактный твердотопливный двигатель.

Двухтактный цельнопоршневой двигатель

Представляет собой своеобразный «двигатель со свободным поршнем» с кривошипно-шатунным механизмом. Имея всего три основные части в движении на каждые два противоположных силовых цилиндра, он представляет собой простейший двигатель с возвратно-поступательным движением поршня. Несмотря на простоту, эта схема содержит два компрессора, включенных в объем двигателя, которые снабжают свежим воздухом камеры сгорания. Преимуществами этого двигателя являются высокая удельная мощность, простота концепции, смазка, аналогичная четырехтактному двигателю, и тот факт, что часть поршня, работающая в камере сгорания, подвешена (нет трения со стенками камеры сгорания). ). К сожалению, двухцилиндровый двигатель работает несбалансированно. Иметь сбалансированный двигатель можно только с двумя рядами цилиндров (четыре цилиндра) и более.

Также были предложены некоторые тороидальные двигатели с оппозитным поршнем: двигатель Tropo и двигатель Niama-Reisser.

Двигатель TROPO (Devaere Engineering)

Двигатель Niama-Reisser

Несмотря на компактность, эти двигатели выдерживают высокие тепловые нагрузки, что может повлиять на долговечность и производительность. Общим знаменателем всех этих решений является необходимость использования электрического компрессора для достижения продувки. Такой компрессор еще не проверен на практике существующим серийным продуктом. Поэтому, если электрический компрессор выходит из строя, сам двигатель не работает. С другой стороны, они могут использовать внешние нагнетатели (корневые, винтовые или лопастные), которые очень сложны (около 80 дополнительных компонентов каждый) и дороги.

В последний период (2012 г.) тороидальные двигатели начинают вызывать большой интерес, по крайней мере, для производителей автомобилей. Крупный инновационный конкурс, организованный крупным инновационным немецким агентством NOAE, выиграл тороидальный двигатель, разработанный компанией Suisse. В состав жюри вошли специалисты компаний Volkswagen, Renault, Bosch, Audi, Ford, Magna и других. Изобретатель Герберт Хьютлин.

Двигатель Huettlin

Несмотря на награду, этот двигатель также имеет несколько недостатков:

• В нем используется кулачковый механизм для преобразования колебательного движения во вращательное, что ограничивает скорость вращения на уровне 3000 об/мин.
• Кулачки сложны в изготовлении.
• Ход поршня относительно короткий (не удлиненный ход расширения).
• Трудно получить более двух цилиндров.
• Плотность мощности относительно низкая.

 Другим примером является двухтактный двигатель с качающимся поршнем, придуманный Ричардом Джеймсом. Это очень близко по механизму к моей концепции. Этот тип двигателя использует объем за поршнями в качестве насоса для процесса продувки. Этот насос очень неэффективен из-за большого мертвого объема, что сильно влияет на объемную эффективность. При экспериментировании с этим двигателем Ричард Джеймс использовал поршни прямоугольного сечения с линейными кольцами, прижатыми к стенкам камеры сгорания некоторыми пружинными расширителями (как в случае Ванкеля). Это очень дефектная система герметизации камеры сгорания. Смазка этого двигателя производится смесью масла и топлива, что приводит к большому загрязнению. С другой стороны, не предлагается четырехтактный вариант.

Двигатель Ричарда Джеймса [анимация Билла Тодда]

Другой пример с тороидальными поршнями — двигатель Тауроцци. Даже если это четырехтактное решение, эта концепция относительно сложна с двумя головками цилиндров. Также важны тепловые потери и, следовательно, снижается эффективность.

Двигатель Taurozzi

Аргентинская компания Tausem серийно производит маятниковый компрессор. Это свидетельствует о том, что на практике существует технология получения хорошо обработанных тороидальных цилиндров.

Тороидальный компрессор Tausem

http://www.tausem.com.ar/interior_espanol.html

Почти нулевой дизель Achates борется за производство литровый двигатель с оппозитными поршнями представляет собой экономичную альтернативу отключению цилиндров и более сложной обработке выхлопных газов. «Мы собираемся использовать обычную доочистку, поэтому вам не нужна нагретая мочевина. Вам не нужна двойная дозировка. Вам не нужна деактивация цилиндра. Все эти вещи будут увеличивать стоимость и сложность». По данным Ассоциации производителей грузовиков и двигателей, модификация существующих четырехтактных дизелей в соответствии со стандартом CARB 2027 года увеличит стоимость грузовика более чем на 30 000 долларов США.

Achates Power

Возможно, он станет одним из самых инновационных двигателей, переданных в серийное производство.

10,6-литровый дизельный двигатель Achates Power с оппозитным расположением поршней недавно попал в заголовки газет, став первым дизельным двигателем, который соответствует почти нулевым нормам выбросов CARB к 2027 году.

Компания из Сан-Диего была основана в 2004 году покойным наследником Walmart Джоном Уолтоном и покойным физиком Джеймсом Лемке с идеей переделки старого двухтактного двигателя в топливозаборник, сокращающий выбросы.

Восемнадцать лет спустя Ахатес сделал именно это с тестовым мулом Peterbilt 579, принадлежащим Walmart.

Новости отметили большой скачок от лабораторных испытаний к перегруженным дорогам Южной Калифорнии, где качество воздуха является постоянной проблемой.

«Для получения объективных, продемонстрированных результатов — это совершенно другая игра», — сказал генеральный директор Achates Дэйв Кромптон журналу коммерческого перевозчика . «Это действительно подтверждает проделанную нами работу и избавляет от некоторых циников, которые говорили: «Эй, это аналитические модели, и мы подождем, пока они заработают». Итак, настоящий двигатель, настоящий грузовик, настоящий клиент, настоящий сервис, реальные результаты. Это потрясающие вещи».

[ Связанный : Cummins объявляет о выпуске силовых агрегатов, не зависящих от топлива]

Сегодня компания Achates получила еще больше хороших новостей, когда были опубликованы результаты испытаний на выбросы Калифорнийского университета в Риверсайде, который использовал свои портативные системы измерения выбросов (PEMS) на Pete 579.

«Измерения PEMS, проведенные Калифорнийским университетом в Риверсайде для CALSTART на Peterbilt 579, оснащенном 10,6-литровым мощным двигателем Achates Power с оппозитными поршнями, показали NO _x  контролирует выбросы намного лучше, чем другие дизельные двигатели, которые мы тестировали», — сказал Кент Джонсон, главный исследователь исследований выбросов и топлива в UCR. «Этот первый раунд измерений, проведенный в течение трех дней в декабре 2021 года в калифорнийской долине Сан-Хоакин при температуре окружающей среды в середине 40 ° F, когда автомобиль находился в активной эксплуатации, показал запас от 99% до 50% по сравнению с самыми строгими требованиями. EPA 2031+ in-use NO _x  предложила правила, которые остаются невыполненными».

Калифорнийский совет по воздушным ресурсам (CARB), который в значительной степени финансировал разработку двигателя, округ управления качеством воздуха Южного побережья и другие крупные игроки отрасли также впечатлены.

«Хотя мы инвестируем в ускорение перехода к технологиям с нулевым уровнем выбросов для тяжелых условий эксплуатации в ближайшее десятилетие и далее, мы хотим быть уверены, что последние грузовики, произведенные с использованием ископаемого топлива, соответствуют самым строгим стандартам выбросов для защиты наших самых уязвимых сообщества», — сказал исполнительный директор CARB Ричард Кори. «Этот двигатель делает именно это и является доказательством того, что существуют экономически эффективные технологии, гарантирующие, что грузовики в Калифорнии и по всей стране могут соответствовать этим безопасным для здоровья стандартам выбросов, поскольку мы наращиваем количество грузовиков с нулевым уровнем выбросов и перемещаем навсегда отказаться от дизеля».

Исполнительный директор округа управления качеством воздуха Южного побережья Уэйн Настри сказал об Achates 10.6: «Этот тип инновационной, более чистой конструкции двигателя — это то, что нам нужно не только здесь, на Южном побережье, но и по всей стране, чтобы защитить сообщества по всей стране, страдающие от связанного с загрязнением воздуха. с товародвижением».

Компания, носящая имя Уолтона, тоже хорошо отзывалась о почти нулевом Пите.

«Мы воодушевлены первоначальными результатами испытаний двигателя с оппозитными поршнями и с нетерпением ждем продолжения отраслевых исследований, поскольку мы преследуем нашу цель — использовать логистический парк с нулевым уровнем выбросов к 2040 году», — заявила пресс-секретарь Walmart Камилла Данн.0328 CCJ.

Сокращения выбросов и затрат может быть недостаточно

По сравнению с современными стандартами дизельных двигателей для тяжелых условий эксплуатации модель Achates 10.6 сокращает выбросы NOx на 90 % и выбросы углекислого газа на 10 %. Но это только часть истории. Он также потребляет меньше топлива.

В то время как модифицированный Paccar Pete уже продемонстрировал улучшение экономии топлива во время текущих испытаний, этот показатель будет только улучшаться, сказал Кромптон, поскольку они работают над оптимизацией критических показателей производительности, таких как график смен.

— Я думаю, здесь есть дополнительные права, — объяснил Кромптон. «У нас есть невероятная уверенность в том, что это будет как минимум 10-процентная экономия топлива для клиента».

[ Связанный: Cummins, Тула публикует лучшие на сегодняшний день результаты дезактивации цилиндров]

Кроме того, прогнозируется снижение себестоимости производства двигателя, в основном благодаря двухтактной конструкции с оппозитным поршнем, в которой не используется клапанный механизм. Проще говоря, устранение головки блока цилиндров снижает сложность и стоимость.

«Другим элементом затрат является гарантия на выбросы, и у нас есть гораздо больший запас, чтобы соответствовать стандарту», ​​— сказал генеральный директор и президент Achates Power Дэйв Кромптон о 10,6-литровом дизельном топливе своей компании с оппозитными поршнями. «Кроме того, наша архитектура — мечта катализатора. Мы вырабатываем тепло в холодных циклах с низкой нагрузкой, когда это необходимо, но можем контролировать максимальные температуры, чтобы помочь со старением катализатора и продлить срок службы». ниже сегодняшних двигателей [Cummins] X15 и [Detroit] DD15 с точки зрения стоимости спецификации двигателя [ведомости материалов], и его легче собрать, поэтому затраты на переоборудование также должны быть меньше», — сказал Кромптон. «Сборщикам двигателей потребуется модифицировать линии, но это упростит процесс без головки блока цилиндров. Мы используем стандартное текущее производство после очистки, поэтому стоимость системы также будет значительно меньше».

Таким образом, несмотря на то, что Achates 10.6 должен соответствовать всем требованиям как производителей двигателей, так и автопарков, Кромптон отметил, что инвестиционные доллары отдают предпочтение силовым агрегатам с нулевым уровнем выбросов наряду с новыми технологиями, дополняющими существующие четырехтактные платформы, такие как деактивация цилиндра и продвинутая после лечения.

«Существует огромная разница между тем, чтобы делать все возможное, используя все инновации, применяя все технологии, вкладывая деньги — есть огромная разница между этим и тем, чтобы делать то, что вы можете, используя лучшее, что у вас есть», — сказал Кромптон.

Аллен Шеффер, исполнительный директор Diesel Technology Forum, видит большой потенциал в почти нулевой платформе Achates, но отмечает, что производители уже вложили значительные средства в деактивацию цилиндров (CDA) и более сложную последующую обработку.

«CDA, SCR нового поколения [селективное каталитическое восстановление], рекуперация отработанного тепла будут трюками для следующего раунда стандартов», — сказал Шеффер.

Переход на новую платформу двигателей при активизации усилий по разработке решений с нулевым уровнем выбросов в условиях исторической инфляции и шаткой цепочки поставок может оказаться слишком сложным для производителей двигателей. Кроме того, Кромптон отметил, что компании испытывают растущее давление со стороны «инвестиционных, социальных и политических сообществ» в отношении их целей в области устойчивого развития.

«Они должны с некоторой искренностью сигнализировать о повороте к решениям с нулевым уровнем выбросов», — сказал Кромптон. рассматривается крупными игроками отрасли как необходимый мост к нулевым выбросам

В феврале компания Cummins, деловой партнер Achates, анонсировала новую линейку силовых агрегатов, не зависящих от топлива, для пикапов класса 8 для дальних перевозок. Ожидается, что работа на бензине, пропане, природном газе, водороде, дизельном топливе и их возобновляемых аналогах будет продолжаться десятилетиями9.0027

«Мы думаем, что в течение следующих 40 лет или около того двигатели внутреннего сгорания все еще будут использоваться в качестве переходной технологии, прежде чем мы доберемся до этой конечной цели», — сказал президент Cummins по производству двигателей Шрикант Падманабхан во время пресс-конференции, которая показала планы компании, не зависящие от топлива.

Achates Power и Aramco в 2018 году попали в заголовки газет благодаря своей работе над 2,7-литровым дизельным двигателем с оппозитным расположением поршней, который был установлен на Ford F-150. Этот двигатель теперь рассматривается как идеально подходящий для сжатия бензина. Achates PowerCummins считает, что технология Achates с оппозитными поршнями играет важную роль в различных военных приложениях, включая танки. Сотрудничество между двумя компаниями привело к созданию модульного и масштабируемого двухтактного двигателя мощностью от 750 до 1500 лошадиных сил. Успешные испытания привлекли внимание армии США.

«Армия заключила контракт с Path to Production на значительные средства, чтобы заставить Cummins запустить его в производство», — сказал Кромптон.

Меньший 2,7-литровый двигатель Achates с оппозитными поршнями, который несколько лет назад попал в заголовки газет как двухтактный дизельный двигатель в испытательном муле Ford F-150, после партнерства потерял примерно 40% своего веса. с Рикардо, поставщиком двигателей для производителя суперкаров McLaren.

Платформа также успешно перешла с дизельного двигателя на бензиновое сжатие, но столкнулась с тем же безразличием, что и с 10.7, во многом благодаря растущему стремлению к электрификации.

«Опять же, на первый взгляд, феноменальные результаты, но это на рынке, который движется к сильно электрифицированному миксу, скорее всего, в США и на развивающихся рынках», — сказал Кромптон. «Я думаю, что эта платформа для легких грузов станет огромным преимуществом в таких местах, как Латинская Америка и, возможно, в некоторых частях Китая и на других рынках, где они имеют гораздо большее количество сегментов легких и средних грузов, чем вы видите в США и Европе. . Так что мы очень взволнованы этим».

Не сдаваться

Чтобы еще больше расширить свое «зеленое» присутствие, Achates активизировала водородные испытания своей конструкции с оппозитными поршнями.

«Мы считаем, что эта архитектура очень хорошо работает на водороде», — сказал Кромптон. «В любом случае, это, естественно, очень обедненный двигатель. Учитывая, что он более эффективен по своей природе, он помогает компенсировать часть потери эффективности, которую вы получите при переходе на водород. Сейчас мы начинаем больше работать над этим».

Crompton не останавливает переход отрасли к нулевым выбросам.

«Мы не конкурируем и не преуменьшаем ценность технологий с нулевым уровнем выбросов», — сказал он. «Они понадобятся. Мы хотим дополнить эти технологии и сделать все возможное, чтобы ускорить путь к нулю. Опять же, учитывая, что водород является частью нашего портфолио, мы думаем, что он также является частью этой нулевой части».

Шеффер по-прежнему впечатлен прогрессом Achates на протяжении многих лет и, несмотря на то, что OEM-производители отдают предпочтение CDA и SCR, считает, что двухтактный дизельный двигатель с почти нулевым двигателем может оказаться подходящим для США наряду с другими платформами ICE на долгие годы.

«Я думаю, что это большое достижение очень сплоченной команды с большим отраслевым опытом, техническими знаниями и силой духа, чтобы добиться этого», — сказал Шеффер. «Я абсолютно уверен, что у нас все еще будут двигатели внутреннего сгорания в 30-х, 40-х годах и даже позже. Мы могли бы обосноваться в месте, где мы оптимизируем топливо и технологии в зависимости от местоположения и сектора».

По словам Шеффера, точно так же, как все больше вариантов использования для доставки «последней мили» в перегруженных метрополитенах получают полностью электрические системы, ICE может использоваться и в дальних поездках.

«Возможно, как нынешние океанские контейнеровозы», — продолжил Шеффер. «Они сжигают бункерное топливо более низкого качества в трансатлантическом направлении, а затем, в 200 милях от него, они переключаются на ULSD. Нормальных вроде уже нет. Нет нормального объема двигателя, нет нормальной трансмиссии и т. д., поэтому нам нужно мыслить нестандартно, а Achates нестандартно».

Тем не менее, Шеффер признает, что не все производители двигателей будут использовать технологию ДВС, которая сильно отличается от старых четырехтактных платформ.

«Что касается рыночного потенциала, я думаю, что существует игра для эффективных двигателей ICE следующего поколения, и, возможно, не все OEM-производители — как мы видим — хотят оставаться в этой игре», — сказал Шеффер.

Автопарки могут сыграть свою роль в выводе модели 10.6 на рынок, в частности, поскольку Кромптон отметил, что флоты все чаще сами проводят пилотные испытания.

«По причинам, которые я понимаю, но с которыми не обязательно согласен, OEM-производители будут сопротивляться этому, потому что это не то, что у них есть», — сказал Кромптон. «Итак, я думаю, что флоты будут играть важную роль в обеспечении того, чтобы эта технология была на столе, и чтобы эта технология была частью разговора, и чтобы эта технология рассматривалась в качестве решения, установленного на 2027 год и далее».

По крайней мере один автопроизводитель планирует производить двигатель с оппозитным расположением поршней

| News

Обещает повышение эффективности на 30-50%, без компромиссов между стоимостью и возможностями

Изучение новых сумасшедших конфигураций двигателей — это весело, и каждый год или около того какой-нибудь изобретатель появляется на ежегодном собрании Общества автомобильных инженеров. в Детройте с очередной идеей «лучшей мышеловки». Одна из этих идей, по-видимому, преодолела невероятные трудности, с которыми сталкиваются такие нетрадиционные концепции, и движется к массовому производству с шестью противоположными поршнями, делящими три цилиндра и вращающими два коленчатых вала, которые соединены вместе. Настоящим мы называем эту конфигурацию OP-3.

Джеймс Аткинсон, чье имя украшает многие сегодняшние высокоэффективные двигатели, создал свой цикл на двигателе с оппозитными поршнями в 1882 году, но эта идея получила широкое распространение в 30-х и 40-х годах, когда Хьюго Юнкерс построил двигатели с оппозитными поршнями. для самолетов Второй мировой войны. С тех пор эта конфигурация используется в приложениях с большими двигателями, таких как подводные лодки, грузовые суда и поезда, но именно в 2004 году была запущена Achates Power с целью внедрения этой технологии в обычные легкие транспортные средства, сконфигурированные для установки в основном вертикально. положение, которое соответствует той же оболочке, что и у обычного I-4 или V-6, с нижним коленчатым валом в том же положении, что и текущие кривошипы, для легкой интеграции в автомобиль. Первоначально основное внимание уделялось оснащению легких грузовиков, поскольку они представляют собой более сложную задачу и имеют больший потенциал для общей экономии топлива.

Компания Motor Trend впервые обнаружила эту технологию на выставке SAE 2014, где мы отметили, что она готовится к производству в стационарных приложениях для производства электроэнергии. Примерно через год наш августовский технический специалист отметил, что тесты и моделирование показали, что 4,9-литровый двухтактный дизельный двигатель Achates OP-3 с наддувом и турбонаддувом мощностью 275 л.с. литровый турбодизель PowerStroke V-8. Темпы развития ускорились в 2015 году благодаря $9млн. Грант Министерства энергетики ARPA-E на разработку концепции легкого режима работы (еще 14,4 млн. долл. США пошло на разработку военного применения двигателя для армии). С тех пор Achates использует свои двигатели OP на бензине и природном газе, а также на дизельном топливе и JP8, все с воспламенением от сжатия.

Во время отраслевых дней на Североамериканском международном автосалоне 2017 года генеральный директор Дэвид Джонсон объявил, что к 2018 году Achates выпустит управляемый прототип грузовика с 2,7-литровым двигателем мощностью 270 л.турбодизельный двигатель OP-3 с наддувом, способный соответствовать требованиям Tier 3, LEV III, Euro 6 по выбросам, превышая при этом стандарты CAFE 2025 года (прогнозируемые значения на этикетке EPA будут составлять 25/32/28 миль на галлон по городу/шоссе/комбинированному циклу, что дает 37 миль на галлон, нескорректированное значение CAFE, когда 33 является требованием для грузовиков с площадью основания 65-70 квадратных футов). Джонсон также заявил, что он будет на 30 процентов эффективнее, чем лучшие дизельные двигатели сопоставимой мощности, и на 50 процентов экономичнее, чем лучшие аналогичные газовые двигатели. Но еще большей бомбой стало его заявление о том, что из девяти автопроизводителей, подписавших контракт в качестве партнеров по разработке, по крайней мере один из них начал готовиться к выпуску двигателя с оппозитными поршнями в больших объемах.

Почему это эффективно:

• Термический КПД: Низкое отношение площади поверхности камеры сгорания к рабочему объему цилиндра и отсутствие головки цилиндра означают, что в систему охлаждения поступает гораздо меньше тепла, поэтому больше теплоты сгорания идет на приведение автомобиля в движение.
• Низкое трение: Отсутствие болтов головки блока цилиндров, которые деформируют отверстие, меньше кольцевое трение, а более низкая пиковая рабочая скорость любого двигателя с воспламенением от сжатия снижает трение.
• Нижняя насосная работа: Впуск и выпуск входят и выходят через порты, расположенные вокруг цилиндра вверху и внизу хода поршней, поэтому поршни не выполняют насосную работу. Когда некоторые из этих портов постоянно открыты на двигателе с тремя и более цилиндрами, нагнетатель и турбокомпрессор также работают более эффективно.
• Меньший вес: Более низкое давление в цилиндрах означает, что даже дизель не нуждается в «закалке» в той же степени, что и обычный четырехтактный дизель.

Почему выбросы снижаются:

• Работа охладителя: Более низкие пиковые давления и температуры в цилиндре снижают количество NOx и других загрязняющих веществ, образующихся в цилиндре.
• Горизонтальный непосредственный впрыск: Две топливные форсунки распыляют поперек цилиндра, а не на горячие поршни, что может вызвать закалку, приводящую к образованию твердых частиц. Кроме того, ход поршня достаточно длинный, чтобы полностью сжечь углеводороды.

Почему затраты ниже:

• Более простая сборка: Отсутствие головки блока цилиндров, клапанного механизма и их механической обработки частично компенсируется добавлением второго коленчатого вала и шестерен, соединяющих кривошипы, но сборка в целом должна быть проще. Также обратите внимание, что конструкция Achates требует лишь минимального переоснащения существующих двигателей.
• Снижение потребности в охлаждении: Поскольку он выделяет меньше тепла, систему охлаждения, вероятно, можно уменьшить.
• Меньше выбросов, требующих контроля: Более чистые выбросы на выходе из двигателя позволяют уменьшить размер всех катализаторов и/или снизить содержание в них драгоценных металлов.
• Широкая кривая крутящего момента: Благодаря широкому диапазону крутящего момента и КПД двигателя менее важно инвестировать в 9- или 10-ступенчатую коробку передач.

Итог: Achates утверждает, что соблюдение правил CAFE 2025 года с этим двигателем будет стоить примерно на 1000 долларов меньше, чем дальнейшая модификация и/или электрификация существующих двигателей. Это должно позволить производителям соответствовать более строгим стандартам, не заставляя клиентов «платить за экономию топлива», о которой они не заботятся, дешевым бензином, и не заставляя их идти на компромисс в отношении размера или возможностей своего автомобиля.