Осевой двигатель duke engineering: Duke Engineering— осевой двигатель с удивительными особенностями

Новозеландцы изобрели революционный двигатель, о котором не могли помыслить наши отцы и деды

Наука

5424

Поделиться

Пока он находится на стадии прототипа, но уже сейчас он оставляет впечатление произведения искусства. По словам компании Duke Engineering, разработанный ими осевой двигатель – самый эффективный и лёгкий двигатель из всех, которые вы можете установить на свою лодку, малый самолёт или генератор.

Фото: youtube.com

Как сообщают сами разработчики, финальная коммерческая модель их двигателя пока не завершена, но уже сейчас подаёт большие надежды:

«Механические и другие ключевые характеристики двигателя (сгорание топлива, производительность, тайминг портов, их геометрия, и так далее) показывают удовлетворительные результаты уже сейчас, на стадии прототипа, но без всякого сомнения получат выгоду от дальнейших исследовательских и конструкционных разработок». 

Подписаться

Авторы:

Источник:
gearmix.ru

Что еще почитать

Что почитать:Ещё материалы

В регионах

  • Зерновая сделка приостанавливается из-за теракта в Севастополе

    43924

    Крым

    Фото: Pixabay.com

  • «У девочки началась истерика»: что творилось в момент обстрела автобуса в Пскове

    Фото

    25620

    Псков

    Светлана Пикалёва

  • В Ярославле элитный комплекс остался без воды и отопления

    14111

    Ярославль

  • Минобоpоны РФ: Севастополь атаковали 9 летательных и 7 морских дронов

    14044

    Крым

    фото: crimea. mk.ru

  • Глава Ярославской области рассказал ярославцам, что делать с полученными повестками

    8497

    Ярославль

  • Крупная база в Екатеринбурге может стать разменной монетой в «ментовских войнах»

    Фото

    7146

    Екатеринбург

    Максим Бойков

В регионах:Ещё материалы

Аксиальные двигатели внутреннего сгорания / Хабр

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».

Не остались в стороне и советские инженеры. В 1916-м году появился двигатель конструкции А. А. Микулина и Б. С. Стечкина, а в 1924 г — двигатель Старостина. Об этих двигателях знают, пожалуй, только любители истории авиации. Известно, что детальные испытания, проведенные в 1924 г, выявили повышенные потери на трение и большие нагрузки на отдельные элементы таких двигателей.

Двигатель Старостина из музея авиации в Монино

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

Многотопливный, с низким уровнем вибрации, высокой удельной мощностью, 5 цилиндров

График разработки

  • 1993
  • 1995
  • 1996
  • 1998
  • 1999
  • 2001
  • 2003
  • 2004
  • 2005
  • 2006
  • 2007
  • 2008
  • 2009
  • 2010
  • 2011

  • Родилась идея двигателя Duke.

  • Начало сборки Duke Proof of Concept (POC)

  • POC запускается впервые.

    Университет Окленда проводит кинематический анализ POC

  • Двигатель

    V1 (996 куб. см) испытан на динамометрическом стенде Оклендского университета до 3500 об/мин.

  • V1 установлен в Daihatsu Charade.

  • Начало сборки версии 2.1 (933 куб.см)

  • Двигатель

    V2.1 испытан на динамометрическом стенде Оклендского университета. Протестировано до 4500 об/мин и произведено 31 кВт

  • V2.2 (933 см3) работает со скоростью 6500 об/мин. 30-часовой ездовой цикл завершается в Оклендском университете.

  • Начало сборки V3 (3 литра)

  • V3 прошел испытания на динамометрическом стенде Оклендского университета и показал впечатляющие результаты.

  • 100-часовой тест ездового цикла на динамометрическом стенде UoA с двигателем V3.

    V3 протестирован и протестирован в Mahle Powertrain (Великобритания)

  • Усовершенствования подготовки топлива

  • Новые итерации «нижнего конца» для V3i.

  • V3 запускается на JetA1 в UoA dyno

  • V3i успешно протестирован как на бензине, так и на JetA1 на динамометрическом стенде UoA.

    Партнерство по совместной разработке с Mahle Powertrain (США)

 

 

+-

  • Home
  • The Team
  • Technology
    • Overview
    • Endorsements
    • FAQ
  • Advantages
  • Applications
  • Contact Us

Duke Engines are in an продвинутый этап разработки уникального высокоскоростного бесклапанного 5-цилиндрового 3-форсуночного осевого двигателя внутреннего сгорания с нулевой вибрацией первого порядка, значительно уменьшенными размерами и массой, очень высокой удельной мощностью и возможностью работы на нескольких видах топлива и биотопливе. топлива. Двигатель Duke подходит для многих применений, включая морские, военные, автомобильные, легкие самолеты и приложения для увеличения дальности полета.

Двигатель Duke уже находится на продвинутой стадии разработки. Многоцилиндровые двигатели находятся в эксплуатации и прошли испытания в Австралии, Европе и США. . Платформа 5-цилиндрового 3-литрового 4-тактного двигателя внутреннего сгорания двигателя Duke с уникальным осевым расположением уже находится в третьем поколении. Во время разработки Duke был протестирован в Mahle Powertrain в Великобритании и США, и результаты испытаний доступны.

В Duke Engine реализовано множество технологических прорывов . Уникальное встречное вращение Duke, трехмерное движение почти без вибраций и инновационная методология, используемая для достижения этого, устраняют прежние ограничения, которые до сих пор препятствовали коммерциализации аксиально-поршневых двигателей, особенно при более высокой мощности и скорости.

Duke предлагает дизайнерам больше свободы . Осевая геометрия Duke создает очень компактный цилиндрический корпус, что позволяет использовать его в широком диапазоне дизайнерских решений, размещать в ограниченном пространстве, оптимизировать аэродинамику и легко устанавливать.

Двигатель Duke обеспечивает значительную экономию веса и габаритов . По сравнению с обычными двигателями внутреннего сгорания с аналогичным рабочим объемом двигатель Duke оказался на 19% легче и на 36% меньше.

Двигатель Duke имеет незначительную вибрацию 1-го или 2-го порядка . Нутирующий возвратно-поступательный механизм Герцога приводит к очень малым углам сочленения шатуна, что приводит к почти синусоидальному возвратно-поступательному движению. Это в сочетании с группой цилиндров, вращающихся в противоположных направлениях, и коленчатым валом в двигателе Duke обеспечивает почти идеальный механический баланс, что приводит к очень низкой вибрации двигателя.

Двигатель Duke отличается высокой термодинамической эффективностью . Отсутствие горячих клапанов в камере сгорания оптимальной формы обеспечивает высокую степень сжатия для эффективной работы на низкооктановом топливе. Имея всего 3 выпускных коллектора для 5 цилиндров, площадь поверхности для потерь тепла перед любым каталитическим нейтрализатором мала, что дает потенциальное преимущество при отключении катализатора.

Продолжение обзора –

Двигатель Duke предлагает широкий выбор топлива. Текущий двигатель может работать на любом подходящем топливе с искровым зажиганием. Работа Kerosene/Jet A1 была успешно протестирована. Ожидается, что при дальнейшем развитии он сможет работать на всех подходящих видах топлива, включая этанол/метанол и их смеси, биоэтанол, СНГ, КПГ, водород, керосин и дизельное топливо.

Двигатель Duke намного проще, чем традиционные двигатели внутреннего сгорания . Меньшее количество компонентов двигателя Duke (всего 3 комплекта форсунок и портов для 5 цилиндров без клапанного механизма) в сочетании с потенциально более низкими производственными затратами обеспечивают экономию при производстве и эксплуатации. При строительстве Duke используются существующие материалы и производственные процессы.

Компания Duke Engines занимается исследованиями и разработками, и уже вовсю продвигается вперед. Герцог в настоящее время находится в рабочем прототипе 3-го поколения. Двигатель был успешно испытан на динамометрических стендах и испытательных стендах Оклендского университета и Mahle в Великобритании и США (данные имеются) при совместной разработке систем экспертами-партнерами из Великобритании. Инновационные механические системы Duke Engines могут быть разработаны не только для платформы двигателя, но и для насосов, коробок передач и т. д.

Двигатель Duke имеет защиту IP . На протяжении всего процесса разработки Duke Engines подавала патентные заявки для защиты своей технологии.

Финансовая поддержка Duke Engine . Помимо первоначального вклада основателей, Duke Engines получила финансовую и иную поддержку от New Zealand Trade & Enterprise, TechNZ, Министерства науки и инноваций и частных инвесторов, включая Gallagher Group.

Двигатели Duke — будущее . В настоящее время Duke Engines работает над двигателем третьего поколения и в настоящее время разрабатывает технологию следующего поколения, в том числе работу на керосине и биотопливе, а также исследует уникальные конструктивные характеристики двигателя Duke, позволяющие использовать переменную степень сжатия.

Duke Engines прямо сейчас активно ищет партнеров, чтобы присоединиться к разработке этой дальновидной технологии с учетом конкретных параметров приложения.

Многоцелевой двигатель Включая морской, военный, автомобильный, легкий самолет

Помимо применения в автомобилестроении, двигатель Duke хорошо подходит для морских и авиационных двигателей, а также для генераторов и коммунальных предприятий. Выходной вал, «заниженный» до 5/6 скорости возвратно-поступательного движения поршня, позволяет увеличить крутящий момент «на выходе из двигателя» и развить максимальный крутящий момент на более низких скоростях. Двигатель Duke, как правило, хорошо подходит для многих применений мощностью 40 кВт и выше.

МОРСКОЙ

Осевое расположение двигателя Duke хорошо подходит для морских подвесных (вертикальный вал) и внутренних (горизонтальный вал) применений.

Максимальные характеристики крутящего момента/мощности при низких оборотах двигателя Duke часто требуются в судовых приложениях и могут позволить меньшее изменение передаточного числа, что приводит к потенциально меньшим корпусам трансмиссии с меньшим сопротивлением вокруг нижней ведущей стойки.

В общем, двигатель Duke лучше всего подходит для морских применений мощностью около 50 кВт и выше, поскольку низкий уровень вибрации двигателя Duke обеспечивает преимущества производительности во всех морских применениях. Группа цилиндров двигателя Duke, вращающаяся в противоположных направлениях, и коленчатый вал обеспечивают частичную или полную компенсацию гироскопических реакций крутящего момента, что дает еще одно преимущество в тех случаях, когда требуется маневренность на высокой скорости.

ПОДВЕСНОЙ ДВИГАТЕЛЬ

В двигателе Duke с вертикальным валом весь коллектор, топливная система и система зажигания расположены на верхней стороне, что обеспечивает простой доступ для обслуживания. С выпускным отверстием на верхней стороне двигателя эффективная функция стояка является неотъемлемой частью, эффективно предотвращающей попадание воды в двигатель из выхлопной системы. Это устраняет необходимость в более тяжелом внешнем стояке, как на традиционных подвесных двигателях.

Малый вес двигателя Duke очень привлекателен для снижения веса подвесного двигателя и нагрузки на транце. Двигатель Duke с меньшей шириной по сравнению с обычными двигателями с V-образной конфигурацией, используемыми в более крупных подвесных двигателях, позволит уменьшить расстояние между двигателями при установке нескольких подвесных двигателей.

ВНУТРЕННИЙ

Такое сочетание легкого веса, простой конструкции и высокого крутящего момента позволяет 4-тактному двигателю Duke обладать некоторыми желательными характеристиками и преимуществами, традиционно присущими 2-тактным двигателям, и в то же время соответствовать законодательным требованиям рынка 4-тактных двигателей. требования.

Элементы доступа для обслуживания на двигателе в этом приложении сосредоточены на передней поверхности двигателя, что обеспечивает удобный доступ, даже когда двигатели плотно прилегают к транцу.

При установке с горизонтальным валом двигатель Duke отличается очень низким профилем, низким центром тяжести и малым весом, что расширяет возможности установки двигателя под палубой или сидячими местами. Все это дает преимущества в плане управляемости и производительности.

САМОЛЕТ

Небольшой вес и небольшой размер упаковки являются очевидными преимуществами для самолетов, а двигатель Duke с искровым зажиганием, работающий на керосине, обладает потенциалом развития, который будет оценен как гражданскими, так и военными машинами.

Цилиндрическая форма двигателя Duke хорошо подходит для установки в небольшие кожухи с меньшим лобовым сопротивлением, а превосходные характеристики балансировки и вибрации осевого двигателя Duke будут оценены во многих аэрокосмических приложениях, что приведет к снижению вибрации планера, усталости и монтажу. требования изоляции.

В совокупности эти характеристики открывают перспективу того, что поршневой двигатель Duke станет жизнеспособной альтернативой некоторым современным малогабаритным двигателям с турбонаддувом и вспомогательным силовым установкам.

Группа цилиндров Duke, вращающихся в противоположных направлениях, обеспечивает частичную компенсацию гироскопических реакций крутящего момента.