Esmu pārliecināts, ka daudzi mūsu lasītāji zina par uzņēmuma ar nosaukumu eksistenci. Kēnigsē. Taču mēs esam arī pārliecināti, ka jūs gandrīz neko neesat dzirdējuši par tā meitasuzņēmumu FreeValve.
Ja tā ir taisnība, laipni lūdzam augsto auto tehnoloģiju pasaulē. Skandināvi ir izstrādājuši un ievieš ārkārtīgi interesantu produktu, jauna (tas nav pārspīlēts) dzinēja tipu, kurā nav tik visiem pazīstamas detaļas, kas saistītas ar automašīnām, piemēram, dzinēja sadales vārpsta.
Ja paskatās pagātnē, 80. gados augstākā un progresīvākā tehnoloģija bija VTEC vārstu vadības sistēma, 90. gadi izcēlās ar progresīvas degvielas iesmidzināšanas sistēmas izstrādi un izmantošanu, nedaudz vēlāk attīstības kulminācija. tiešā injekcija tērauds 2000. gadu beigās. Nākotne pieder FreeValve tehnoloģijai, kas “bez sadales vārpstas sistēmas” vada iekšdedzes dzinēja vārstus. Bet vai tā tiešām ir taisnība? Paskatīsimies kopā.
Kā jebkurai citai tehnoloģiskai revolūcijai, kurai vajadzētu (vai obligāti?) jāmaina spēku samērs iekšdedzes dzinēju radīšanas tehnoloģijās. Pamatprincips izklausās vienkārši un ģeniāli, nevis piesaistīts konkrētai, statiskai formulai, jauna tehnoloģija piedāvā elastību motora darbībā.
Mainīgas vārstu atvēršanas tehnoloģijas pastāv jau salīdzinoši ilgu laiku, ir izgatavoti daudzi prototipi no dažādiem autoražotājiem, ir pat līdzīgi sērijas versijas no BMW, taču neviens no tiem nevar līdzināties iespējām, ko piedāvā pieticīgās skandināvu kompānijas izstrādātais jaunā tipa dzinējs. Reklamētās sistēmas ģēnijs arī slēpjas apstāklī, ka tas nenozīmē būtiskas izmaiņas paša dzinēja konstrukcijā. Tomēr šī šķietamā vienkāršība nepalīdzēja FreeValve izvairīties no dārga un . Tas ir uzņēmējdarbības likums, ka jauni produkti vienmēr maksā daudz naudas.
MotorsFreeValvepar 30% jaudīgāks, divreiz videi draudzīgāks un par 20-50% ekonomiskāks nekā parastais sadales vārpstas dzinējs
Tāpat kā citi inženieri, kas koncentrējās uz mainīgu kompresijas pakāpi un mainīgu tilpumu, FreeValve puiši ir strādājuši pie tā dēvētās pasaules labākās dzinēju tehnoloģijas, kas ir progresa priekšgalā.
Pētījuma laikā, Uzņēmums Koenigsegg uzzinājis, ka vārstu izpildmehānismu tehnoloģijai ir milzīgs attīstības potenciāls, loģisks bija lēmums izstrādāt reālu sistēmu, balstoties uz teorētisko pieredzi, līdz ar to ambiciozu mērķu sasniegšanai notika apvienošanās ar Cargine meitas uzņēmumu, kas vēlāk pārdēvēts par FreeValve.
Ievads ir beidzies. Pāriesim pie detaļām.
Pāriesim pie visu FreeValve tehnoloģijas nianšu izpēti, kas nesen tika publiski atklāta.
Kāda ir atšķirība starp sistēmu bez sadales vārpstas un klasisko vārstu piedziņas tehnoloģiju?
No tehnoloģijas nosaukuma un apraksta kļūst skaidrs, ka mēs patiešām runājam par dzinēju, kurā nav sadales vārpstas. Faktiski neparasta pieeja dzinēja tehnoloģiju inženierijai, kuras galvenais noslēpums ir tas, ka dzinējam šīs vārpstas nav vajadzīgas, jo vārsti ir paredzēti darbam atsevišķi, katrs atsevišķi. Katrs vārsts nav stingri savienots ar blakus esošajiem vārstiem, tāpēc nosaukums “free valves”, FreeValve.
Galvenā ideja ir padarīt iekšdedzes dzinēja darbību efektīvāku visās darbības fāzēs. Standarta sadales vārpstas raksturīgo īpašību dēļ dizaina iezīmes ir ārkārtīgi kompromisa iespējas, kas bieži noved pie noteiktiem “upuriem”, palielināts patēriņš degvielu jaudas vai zema griezes momenta dēļ liels ātrums pīķa jaudas labad utt.
Dzinējs var darboties četros ciklos: standarta - Otto, kompleksais - Miller un ekonomiskais - Atkinson. Dzinējs spēj arī reproducēt Hedmana ciklu ar mainīgu kompresijas pakāpi
Piemēram, dzirksteļaizdedzes dzinējā (lasi: benzīna dzinējā), kurā ir uzstādīts FreeValve, to var droši noņemt, un pat jaudīga benzīna dzinēja efektivitāte kļūs līdzīga dīzeļa versijai.
Rezultātā iegūtais spēka agregāts būs lētāks nekā līdzvērtīgs dīzeļdzinējs, norāda FreeValve. Ieslēgts dīzeļdzinēji Var uzstādīt arī modernus elektroniskos vārstu izpildmehānismus, kam teorētiski vajadzētu nedaudz samazināt dzinēja patēriņu un nopietni uzlabot tā izplūdes gāzu videi draudzīgumu.
Jaunās tehnoloģijas izmaksas. Ja ņem vērā ekonomikas zinātni, izrādās, ka pirmie 10-100 tūkstoši dzinēju, kas izgatavoti, izmantojot šo tehnoloģiju, maksās vairāk nekā parastā tipa spēka agregāti, bet galu galā, kad ražošana tiek nodota rūpnieciskajā ražošanā un sasniedzot noteiktu “kritiskā masa”, jauna veida dzinēju izmaksas sāks pakāpeniski samazināties un galu galā kļūs vienādas ar standarta iekšdedzes dzinēja izmaksām.
Tajā pašā laikā šādi dzinēji būs efektīvāki par tradicionālajiem modeļiem, patērēs mazāk degvielas, palielinoties jaudai, un sāks uzrādīt daudz pieņemamākus griezes momenta līmeņus.
Kas notiek, ja sistēma izrādīsies neizturama?
Klasiskā dzinēja dizaina piekritēji un tie cilvēki, kuri piesardzīgi pieņem visus atjauninājumus un tehniskos jauninājumus, iespējams, domā, cik slikti viss būs, ja jaunizveidotā sistēma sabojāsies. Un vispār, vai tas ir uzticams?
Ir stulbi noliegt, ka jebkura, pat visuzticamākā ierīce var izraisīt nepatīkamu aizdedzes izlaidumu, kā arī nevajadzētu aizmirst par dizaina defektiem, kas var nebūt atklāti sākotnējā izstrādes stadijā. Rezultāts ir paredzams, dārgs sadalījums. Taču arī šeit FreeValve piedurknē ir neliels mierinājuma dūzis.
Neticami, ka šis dzinējs spēs normāli veikt savas darbības funkcijas pat tad, ja sabojāsies viens vai vairāki vārstu izpildmehānismi, protams, tas ietekmēs maksimālo jaudu pie lieliem apgriezieniem, taču, kā apgalvo izstrādātāji, atšķirība būs niecīga.
Tiek nodrošināta avārijas iespēja dzinēja darbībai, kas nozīmē, ka pat tad, ja 75% vārstu izpildmehānismu neizdosies, automašīna varēs patstāvīgi nokļūt degvielas uzpildes stacijā, kas ir neticama izturība. Testēšana turpinās... bet vissvarīgākais, ko izstrādātāji joprojām nevar pārvarēt, ir šāda veida piedziņas izturība. Tajā viss ir labi, bet klupšanas akmens ir tas, ka sistēma par sevi ilgstoši nerūpējas. Taču šī ir īslaicīga parādība un to būs iespējams neitralizēt, jo inženieri, balstoties uz teorētiskiem aprēķiniem, ir atklājuši, ka šādas sistēmas uzticamība ir pielīdzināma standarta. iekšdedzes dzinējs. Simtiem līdz miljoniem braukšanas ciklu ir simulēti, un manāms nodilums nav konstatēts. Atliek tikai zināšanas likt lietā un var doties prom.
Zviedru uzņēmums salīdzina pašreizējās tehnoloģijas izciļņu vārpsta, ar divām rokām, kas spēlē klavieres, katra piesieta pretējos slotas kāta galos. Izmantojot katru pirkstu atsevišķi, kā to dara pianisti, tiek nodrošināta individuāla vārsta vadība.
No iepriekš minētā varam secināt:
1. Šobrīd tehnoloģija ir nepārprotami neapstrādāta. Dzinējs nespēj iet tik tālu, cik dzinēji ar parasto sadales vārpstas sistēmu var iztikt bez nopietnām problēmām.
2. Bet pat šajā attīstības stadijā sistēma izrādījās tāda labākā puse. Neviens dzinējs ar standarta gāzes sadales sistēmu nespēj vismaz kaut kā normāli darboties, ja 75% vārstu pārstāj darboties (iedomāsimies to hipotētiski). Turklāt, ja vismaz viens no parastajiem iekšdedzes dzinējiem vārstiem pārstāj darboties normāli, lielā ātrumā jūs zaudēsiet vairāk nekā maksimālo jaudu. Tas ir, bojājumu ziņā, ja kaut kas noticis ar zobsiksnu, skandināvu tehnoloģija nepārprotami ir pārāka par visiem citiem dzinēju veidiem.
Vēl viens pluss. Saskaņā ar projektā strādājošo inženieru teikto revolucionāram dzinējam nav iespējams, ka vārsti saskaras ar virzuļiem siksnas pārrāvuma/ķēdes izstiepšanas gadījumā, jo tā vienkārši nav.
Tehniskas nianses. FreeValve — vairāk nekā pilnībā mainīgs vārstu laiks?
Īsā atbilde ir, jā, tas ir vairāk nekā dzinējs ar maināmu vārstu laiku, jo katram konkrētajam vārstam var būt dažādi “pacēlumi” gan laika, gan atvēršanas stāvoklī. Tas var arī atvērt un aizvērt dažādos ātrumos, mainot frekvenci, to tiešsaistē uzrauga sistēma borta datori nepieciešamā vārsta gājiena režīma aprēķināšana atbilstoši dzinēja darba režīmam ar pacelšanas precizitāti līdz 1/10 milimetra.
Kā redzat, piedziņas (izpildmehānismi) spēj to izdarīt ar neparastu precizitāti, ievērojami pārsniedzot parastā dzinēja veiktspēju.
Elektrības kontaktligzda ir kļuvusi par progresa simbolu. Lielākajai daļai automobiļu uzņēmumu stendi Detroitas autoizstādē janvārī bija burtiski elektriski, un jebkura pieminēšana par veco labo iekšdedzes dzinēju izklausījās slikta garša. Nu ko - iekšdedzes dzinējs ar blīkšķi nokļuva zem pārsega? Nesteidzieties izteikt līdzjūtību. Vismaz tur, Detroitā, Toyota pārstāvis Koei Saga uz žurnālistu jautājumu par to, kad iekšdedzes dzinējs beidzot pametīs spēli, vienkārši atbildēja: “Nekad! Kad mums beigsies nafta, cilvēce to piepildīs ar ūdeņradi.
Amerikas Enerģētikas departamenta DOE analītiķi uzskata, ka iekšdedzes dzinēji var turpināt darboties vēl vairākas desmitgades. Turklāt benzīna un dīzeļdzinēju efektivitātes pieaugums līdz 2020. gadam varētu būt 30%, bet līdz 2030. gadam - 50%. Šodien tiek pārbaudītas tehnoloģijas, kas palīdzēs sasniegt šos rezultātus.
Visur klātesoša liesma
Jau 1978. gadā Japānas Tīro dzinēju izpētes institūta zinātnieku grupa, kas mēģināja optimizēt degvielas sadegšanas procesu divtaktu motociklu dzinējos, nejauši reģistrēja neparastu parādību, ko sauc par HCCI (homogeneous charge kompresijas aizdedze). Kad benzīna divtaktu dzinēja kamerā tika sasniegts noteikts spiediens, degvielas-gaisa lādiņš aizdegās bez aizdedzes sveces dzirksteles. Bet pats interesantākais ir tas, ka parastās maisījuma aizdegšanās vietā pie sveces un sekojošās liesmas izplatīšanās uz perifēriju kamerā vienlaikus parādījās milzīgs skaits mikroaizdegšanās. Rezultātā maisījums sadega zemākā temperatūrā nekā parasti, ļoti ātri un gandrīz pilnībā. Tolaik pieejamais matemātiskais aparāts un termodinamikas attīstības līmenis neļāva izprast HCCI fenomena rašanās iemeslus, un tas tika uzskatīts par kuriozu. Pēc 20 gadiem inženieru arsenālā parādījās jaudīgi datormodelēšanas rīki, kas palīdzēja pacelt noslēpumainības plīvuru pār HCCI. Darbs šajā jomā sākās 90. gadu beigās Vācijā (Mercedes-Benz, Volkswagen), Japānā (Nissan) un Amerikā (General Motors).
Amerikāņu inženieris Džons Zajaks ierosināja savu iekšdedzes dzinēja koncepciju, kas ir tuvu Scuderi dalītā cikla dzinējam. Izgudrotājs apgalvo, ka viņa dzinējs jaudas ziņā ir par 15% ekonomiskāks nekā dīzeļdzinējs un par 30% efektīvāks nekā tā benzīna līdzinieks. Zaķa dzinējā gaiss no kompresijas cilindra nonāk kamerā, kurā tas ir izveidots augsts asinsspiediens degvielas maisījums, par 40% vairāk nekā parastais līmenis benzīna dzinējiem. Kamera, tās forma, darbības princips, dizains un izgatavošanas materiāli ir aizsargāti ar 19 patentiem. Tajā esošais gaiss sajaucas ar degvielu un aizdegas. Maisījuma sadegšanas process aizņem daudz ilgāku laiku nekā parastajā iekšdedzes dzinējā. Kameras iekšpusē tiek izveidota īpaša vide - "karstā siena", kas patiesībā ir enerģijas akumulators - nemainīga temperatūra un spiediens tiek uzturēti 10-100 reizes ilgāk nekā parastā dzinēja sadegšanas kamerā. Tad karstās gāzes caur īpašu vārstu nonāk darba cilindrā. Zajac Motors izstrādes vienkāršība, minimālais detaļu skaits un efektivitāte ir piesaistījusi auto milzu uzmanību. 2009. gadā Zaķis ieguva nopietnus partnerus - General Motors un Kanādas Magna.
Lai izveidotu viendabīgu gaisa-degvielas mākoni ar ārkārtīgi zemu blīvumu, maisījumā tiek ievadītas karstas izplūdes gāzes. Viņi ātri uzsilda šo kokteili, padarot to vieglāk maisīt kamerā. Ja klasiskās tiešās iesmidzināšanas apstākļos degvielu izsmidzina aerosola veidā, tad HCCI maisījums ir niecīga migla. Kad virzulis saspiež maisījumu līdz noteiktam tilpumam, temperatūra paaugstinās līdz pašaizdegšanās punktam. HCCI sadegšanu raksturo atklātas liesmas neesamība un zemāka temperatūra nekā dīzeļdzinējiem. Rezultātā sadedzinātās degvielas īpatsvars palielinās līdz 95-97%, salīdzinot ar 75% Otto un Diesel ciklos. Turklāt HCCI nedarbojas uz bagātīgiem maisījumiem - tam ir vajadzīgas gandrīz homeopātiskas degvielas proporcijas, kas ir par 30 vai vairāk procentiem nabadzīgākas nekā labākajiem mūsdienu iekšdedzes dzinējiem.
Tomēr pārbaudīta HCCI tehnoloģija joprojām ir nākotnes jautājums. Procesa termodinamika ir ārkārtīgi sarežģīta un prasa zinātniekiem atrisināt daudzas problēmas. Galvenie no tiem ir nestabila darbība tukšgaitā un maksimālais ātrums, nekontrolēta maisījuma atlieku detonācija un nevienmērīgs gaisa-degvielas mākoņa sadalījums kamerā. Tiesa, pēdējos mēnešos labas ziņas parādās ar iepriecinošu regularitāti. General Motors saka, ka ir izmantojis jaudu pie zemiem apgriezieniem, un Lotus britu inženieri saka, ka viņi ir izveidojuši funkcionējošu Omnivore superdzinēja prototipu, kas atbalsta HCCI procesu no augšas līdz apakšai. Pēc Bosch viceprezidenta Heninga Šneidera teiktā, 2015. gadā sērijveida automobiļi, kuru degvielas patēriņš nepārsniedz 3 litrus uz 100 km, aprīkoti ar iekšdedzes dzinējiem ar HCCI tehnoloģiju. Volkswagen ir piesardzīgāka pieeja – uzņēmums attīstās jauns dzinējs, kas darbojas, izmantojot aizdedzes sveces pie pilnas slodzes un tukšgaitā, un vidējā diapazonā apgriezieniem minūtē - HCCI režīmā. Arī Nissan inženieri nestāv uz vietas – viņi nesen paziņoja par jaudīgas programmatūras izveidi, kas ļauj izveidot HCCI fenomena datormodeli, un jau ir sākuši darbu pie sava superdzinēja.
Darba dalīšana
2001. gada Lieldienu rītā inženieris Karmelo Skuderi savā mājā pulcēja visu ģimeni un svinīgi paziņoja, ka ir izstrādājis jauna tipa iekšdedzes dzinēju, kas mainīs pasauli. Detalizēts tehnoloģijas apraksts ietilpa vairākās ar roku rakstītās piezīmju grāmatiņās – vecajam vīram dators nepatika un visus aprēķinus veica uz slaida kārtula. 2002. gadā Karmelo, tikko uzsākot konsultācijas ar Dienvidrietumu universitātes zinātniekiem, nomira no sirdslēkmes. Scuderi bērni pārņēma sava tēva biznesu, un tikai astoņus gadus vēlāk SAE pasaules kongresā Detroitā tika prezentēts dalītā cikla sadedzināšanas SCC dzinēja darba prototips. Jāsaka, ka sadalītās cilpas jēdziens nav jauns. Vēl 1891. gadā amerikāņu kompānija Backus Water Motor Company ražoja šādus motorus nelielās sērijās, taču tie nebija plaši izplatīti, un ideja nogulēja plauktā simts gadus.
Otto dzinējā katrs virzulis secīgi veic sūkšanas, kompresijas, jaudas gājiena un izplūdes gājienus. Scuderi konstrukcijā pienākumi ir brālīgi sadalīti starp pārī savienotiem cilindriem: viens ir paredzēts ieplūdei un kompresijai, otrs - jaudas gājienam un izplūdes gāzēm. Cilindrus savā starpā savieno kanāli ar vārstu mehānismu, pa kuriem saspiestā gaisa-degvielas maisījums nonāk darba cilindrā. Scuderi dzinējs sastāv no diviem šādiem pāriem.
Otto ciklā jaudas gājiens notiek katru otro apgriezienu. kloķvārpsta, Scuderi dzinējā - katrā. Cilindru funkciju nodalīšana ļauj efektīvāk izmantot katru no tiem, piemēram, palielināt darba virzuļa gājienu un degvielas sadegšanas ilgumu, nepārsniedzot pieļaujamo degvielas kompresijas pakāpi. Pretēji tam, maisījums tiek aizdedzināts pēc tam, kad darba virzulis sāk kustēties uz leju parasts dzinējs ar aizdedzes priekšu. Aprēķini liecina, ka cikla sadalīšana nodrošina daudz augstāku maisījuma saspiešanas pakāpi un tā ātru un pilnīgu sadegšanu.
Dzinēja ar HCCI (homogeneous charge kompresijas aizdedzes) sistēmu sadegšanas kamerā vienlaikus notiek milzīgs skaits mikroaizdedzes. HCCI vides aizsardzības pilnvaras ir iespaidīgas. Ja dīzeļdegvielas sadegšanas process dīzeļdzinējos izraisa pastiprinātu kvēpu un slāpekļa oksīdu veidošanos, tad “vēsākajam” HCCI šo problēmu nav. Pēc īpaši kompakto benzīna dzinēju EA111 izstrādes projekta vadītāja Hermana Midendorfa teiktā. Volkswagen uzņēmums, HCCI tipa vienības var iztikt bez dārga katalizatora.
Karmelo dēli uzlaboja dzinēja konstrukciju, pievienojot saspiestā gaisa cilindru. Gaiss iekļūst darba cilindrā, uzlabojot maisījuma sadegšanas procesu. Tajā pašā laikā Scuderi dzinēja izplūdes gāzes satur par 80% mazāk oglekļa dioksīda un slāpekļa oksīdu nekā tradicionālajos četrtaktu dzinējos. Scuderi dzinēja efektivitāte ir par 5-10% augstāka nekā modernākajiem dīzeļa turboagregātiem. Paaugstinājuma pievienošana palielina efektivitātes starpību līdz 25-50%.
2008. gadā SCC dzinējs piesaistīja vairāku lielāko autoražotāju uzmanību, tostarp PSA Peugeot Citroën un Honda, kas parakstīja līgumus ar Scuderi grupu par patentētās tehnoloģijas izpēti. Arī vācu Daimler un itāļu Fiat publiski apliecināja savu lielo interesi par Scuderi dzinēju. Roberts Bošs ir noslēdzis līgumu ar Scuderi Group, lai izstrādātu SCC komponentus, cerot, ka tehnoloģija kādu dienu kļūs komerciāli pieejama. Un izcilais termodinamists no Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta, profesors Džons Heivuds, sauca par dalīto sadegšanas ciklu reāla alternatīva HCCI. Samontēt šādus iekšdedzes dzinējus rūpnieciskā mērogā esošajās ražotnēs nav grūti - tam nav nepieciešami ne eksotiski materiāli, ne nestandarta tehnoloģiskās darbības.
Visēdājs divtaktu
Daudzi iekšdedzes dzinēju speciālisti mūsdienās paļaujas uz VCR (Variable Compression Rate) mehānismu. Jau 2000. gada martā Saab inženieri prezentēja automašīnas prototipu ar eksperimentālu 1,6 litru benzīna dzinēju ar SVC (Saab Variable Compression) tehnoloģiju. Šis dzinējs ražoja 228 ZS. un 305 Nm griezes momentu, vienlaikus patērējot 30% mazāk degvielas nekā parastie analogi jaudas ziņā.
Pēdējo desmit gadu laikā VCR tehnoloģija ir guvusi milzīgus panākumus uz priekšu. Francijas uzņēmums MCE nesen paziņoja par MCE-5VCR dzinēja izveidi. Kompresijas pakāpe tajā svārstās no 7:1 līdz 20:1, un 1,5 litru dzinēja degvielas patēriņš ir par 30% mazāks nekā tā analogiem. Amerikāņu Envera izstrādā 1,85 litru 4 cilindru benzīna videomagnetofonu ar kompresijas pakāpi no 8,5:1 līdz 18:1. Darbu finansē ASV Enerģētikas departaments. Mērķa dzinēja jauda ir 300 ZS - gandrīz 162 ZS. uz 1 litru tilpuma. Aprēķinātais maksimālais griezes moments pārsniedz 400 Nm pie 4000 vārpstas apgriezieniem. Galvenais dizaina elements ir hidrauliskais pievads, kas griež ar dzinēja kloķvārpstu savienotu ekscentriķi. Ekscentriķa šūpoles paceļ un nolaiž vārpstu attiecībā pret cilindra galvu, mainot kompresijas pakāpi no 8,5 uz 18:1.
Slavenais Lotus Engineering ir guvis vislielāko progresu VCR tehnoloģiju attīstībā. Ieslēgts Ženēvas autoizstāde 2009. gada martā briti prezentēja savu konceptuālo ICE Omnivore (“Omnivore”). Stumt vilkt benzīna dzinējs ar tiešo degvielas iesmidzināšanu un mainīgu kompresijas pakāpi no 10:1 līdz 40:1, pēc Lotus inženieru domām, tas spēj sagremot jebkuru šķidro degvielu un vienlaikus ir ekonomisks un videi draudzīgs.
Pieci takti, trīs cilindri
Izstādē Engine EXPO 2009 Lielbritānijas uzņēmums Ilmor Engineering prezentēja konceptuālu piectaktu iekšdedzes dzinēju. Koncepcijas autora Gerharda Šmica ideja ir izmantot četrtaktu un divtaktu ķēdi vienā vienībā. Piectaktu iekšdedzes dzinēja trim cilindriem ir atšķirīgs iekšējais diametrs. Mazie viens un trīs darbojas regulārā četrtaktu ciklā. Vidēji, zems spiediens, — par izplūdes gāzu atlikušo izplešanos push-pull režīmā. Pirmajos trīs gājienos maisījums, kā parasti, tiek iesūkts, saspiests un veic jaudas gājienu mazajos cilindros. Ceturtā gājiena laikā izplūdes gāzes pārvietojas no mazajiem cilindriem uz lielo cilindru un tiek saspiestas. Izplūdes gāzu atlikušā izplešanās lielajā cilindrā izraisa piekto, darba gājienu.
Omnivore ir monobloks ar viengabala bloku un galvu. Motora darba tilpums ir tikai 0,5 litri. Viena no galvenajām monobloka priekšrocībām ir cilindra diametra samazināšanās trūkums. Parastos iekšdedzes dzinējos nodilums rodas skrūvju mikronu kustības dēļ vietās, kur galva ir piestiprināta pie bloka. Inovatīvais CTV (Charge Trapping Valve) izplūdes traktā ļauj mainīt atvēršanas laiku izplūdes vārsts plašā diapazonā. 6,5 bāru FlexDI iesmidzināšanas sistēmu Omnivore radīja Austrālijas uzņēmums Orbital. Tas ļauj sagatavot sabalansētu maisījumu cilindra iekšpusē neatkarīgi no degvielas veida. Šis maisījums ir HCCI režīma pamats, un iesmidzināšanas vadības sistēma ir HCCI parametru kontroles pamatā.
Omnivore kompresijas pakāpes mehānisms ir kustīga paplāksne cilindra augšpusē, ko darbina ekscentru pāra rotācija. Paplāksnes apakšējā pozīcijā saspiešanas pakāpe sasniedz 40:1. Viens no FlexDI inžektoriem ir integrēts paplāksnē, bet otrs, fiksēts, ir iebūvēts cilindra korpusā. Testi ir pierādījuši uzticama darbība Visēdājs HCCI režīmā visā ātruma diapazonā, vienlaikus ievērojot Euro 6 standartus ar ievērojamu atstarpi.
Kāpēc briti izvēlējās divtaktu konfigurāciju? “Lotus Engineering, tāpat kā daudzas citas automašīnu kompānijas, jau sen ir apņēmusies izmantot četrtaktu koncepcijas. Tās ir šādu vienību vēsturiskās dominēšanas sekas. Problēma ar šādiem iekšdedzes dzinējiem ir neefektīva degvielas sadegšana pie daļējas un ekstremālas slodzes. Divtaktu dzinēji neslimo ar šo slimību un tāpēc ir ārkārtīgi interesanti auto industrijai. Turklāt tiem nav nepieciešama blīvēšana,” skaidro Džeimijs Tērners, Lotus Engineering galvenais inženieris. Lotus lēš, ka Omnivore komercializācija prasīs vēl pusotru līdz divus gadus.
Jauno tehnoloģiju mērķis ir padarīt iekšdedzes dzinējus efektīvākus. Iepriekšējos gados tie ir kļuvuši visuresoši, un nākotnē tie kļūs "gudri". Diemžēl tiem vēl nav augsta efektivitāte un tie nav ekonomiski. Bet, izmantojot jaunākos sasniegumus materiālu un elektronikas jomā, ir pilnīgi iespējams labot šos trūkumus.
Automobiļu koncerns Mazda bieži piedāvā interesantus inovatīvus risinājumus. Viens no jautājumiem, kuru viņš nolēma risināt, bija degvielas ekonomija. Uzņēmums ir izstrādājis jaunus Skyactiv-G dzinējus. Subkompaktās automašīnas jau tiek plānotas ražošanai. Mazda automašīnas 2 ar tiem aprīkoti. Tiem ir visaugstākā kompresijas pakāpe, kas uzlabo degvielas efektivitāti. Pēc izstrādātāju domām, vidējais benzīna patēriņš būs aptuveni 3 litri uz simts kilometriem.
Elektroniskais vārsts
Šo divtaktu dzinēju izstrādāja Grail Engine Technologies Corporation. Tas ir izgatavots no vienkāršām detaļām, kas izgatavotas ar liešanu.
Priekšrocības:
- ražots saskaņā ar vides standartiem;
- patērējot no trīs līdz četriem litriem uz “simts”, tas saražo 200 ZS;
- Var uzstādīt uz hibrīda transportlīdzekļiem.
Lāzeri
Jaunas tehnoloģijas iekšdedzes dzinējos kļuva iespējamas līdz ar lāzeru parādīšanos. Standarta aizdedzes svecēm ir nopietna problēma. Tam nepieciešama spēcīga dzirkstele, taču šajā gadījumā elektrodi ātri nolietojas. Šo problēmu var atrisināt, izmantojot lāzeru, lai aizdedzinātu degvielu. To priekšrocība ir iespēja iestatīt svarīgus parametrus: aizdedzes leņķi un jaudu.
Zinātnieki ir izstrādājuši keramikas lāzerus d 9 mm. Tie derēs lielākajai daļai dzinēju.
Pinnacle
Viens no daudzsološajiem jauninājumiem ir Pinnacle dzinēji, kuros virzuļi atrodas viens pret otru, atrodoties vienā cilindrā. Starp tiem degviela aizdegas. Šis izkārtojums ievērojami ietaupa enerģiju un palielina dzinēja efektivitāti. Tajā pašā laikā izmaksas spēka agregāts diezgan zems.
Šie dzinēji būtiski atšķiras no parastajiem bokseru modeļiem, ko izmanto visur.
Iriss
Šis ir divtaktu dzinējs ar mainīgu ģeometriju un virzuļa laukumu. Tas ir viegls un kompakts, un tā efektivitāte ir 45%.
Irisas izgudrotājs Timbers Diks nāca klajā ar koncepciju ar sešiem virzuļiem ar trīs reizes lielāku izmantojamo laukumu nekā standarta pāri. Katrs virzulis ir tērauda, izliekta ziedlapiņa.
Darba algoritms:
- gaisa plūsma caur sadegšanas kameru;
- aizverot ziedlapiņas kameras vidus virzienā un saspiežot gaisu;
- virzuļu pārvietošana un vārpstu pagriešana;
- degvielas iesmidzināšana un aizdedze;
- izplūdes vārstu atvēršana.
Radiatoru atdalīšana
Inovācijas īpatnība ir tāda, ka dzinēju divās daļās sadala radiators. Degvielas ieplūde un saspiešana tiek veikta aukstos cilindros, bet gāzu sadegšana un izplūde tiek veikta karstos. Ar šo iekārtas darbību tiek iegūti aptuveni 40% ietaupījumi. Zinātnieki joprojām pilnveido un uzlabo šo sistēmu, lai panāktu vēl lielāku ietaupījumu (līdz 50%).
Scuderi
Šo Air-Hybrid dalītā cikla dzinēju izstrādāja amerikāņu kompānija Scuderi Group. Tas ir ekonomiskāks, salīdzinot ar parastajiem analogiem. Uzņēmuma darbinieki sagaida, ka viņu izgudrojums būs īsts izrāviens. Par to viņi jau ir saņēmuši patentu. Visefektīvākai enerģijas izmantošanai tas sadala 4 standarta virzuļu cilindrus darba un palīgcilindros. Tas tiek darīts, lai saprātīgi izmantotu enerģiju, ko tie radīs. Darbības mehānisms ir balstīts uz divu cilindru savienošanu, izmantojot īpašu kanālu. Pēc tam otrajā cilindrā tiek ievadīts saspiests gaiss, kam seko aizdedze. gaisa-degvielas maisījums un izplūdes.
Ekomotors
Eco Motors International radošā veidā ir pārveidojis iekšdedzes dzinēju. Tas izrādījās divtaktu, ar elegantu un vienkāršu dizainu. Moduļu pāris (katrs četri virzuļi) ir savienoti ar savienojumu un tiek elektroniski vadīti.
Turbokompresors atjauno enerģiju izplūdes gāzes un piedalās elektroenerģijas ražošanā.
Priekšrocības:
- vieglums;
- zems degvielas patēriņš;
- zemas ražošanas izmaksas;
- mērogojamība (pievienojot vairākus moduļus, maza auto dzinējs pārvēršas par kravas automašīnas dzinēju).
Dzinējs var darboties ar benzīnu, dīzeļdegvielu, etanolu.
Rotācijas dzinēji
Amerikāņu zinātnieki izstrādā vēl vienu interesantu jauninājumu automašīnas dzinējs. Tā resurss būs lielāks nekā parastajiem modeļiem. Darbības mehānisms:
- Enerģijas iegūšana sprādziena viļņu ietekmē.
- Rotora rotācija, degvielas pārvietošanās pa kanāliem.
- Trieciena viļņa veidošanās.
- Izplūdes gāzu aizdedze un izplūde.
2018. gadā zinātnieki turpina meklēt jaunas tehnoloģijas ekonomisku un videi draudzīgu iekšdedzes dzinēju modeļu ražošanai. Daudzi projekti joprojām ir izstrādes stadijā un gaida finansējumu.
S. Balandina piedāvāto bezstieņu virzuļdzinēju attīstības vēsture aizsākās pagājušā gadsimta trīsdesmitajos un četrdesmitajos gados, kad projektēšanas birojā, kurā strādāja autors, tika izstrādāti un uzbūvēti vairāki veidi. lidmašīnu dzinēji ar neparastu, atšķirīgu no kloķa, spēka mehānismu.
Rīsi. 1
Rīsi. 2
Par pamatu dzinēja projektēšanas iedarbināšanai bija labi zināmā apgrieztā elipsogrāfa kinemātiskā diagramma (1. att.), kuras punktu trajektoriju apraksta elipses vienādojums:
Kur r ir sākotnējā apļa rādiuss un d- patvaļīga punkta koordināte m.
Visi punkti, kas atrodas uz līnijas A B, apraksta elipses, punkts C apraksta apli (kā īpašu elipses gadījumu), savukārt punkti A un B, kas atrodas uz virsmas D, veic turp-kustīgu kustību 4r robežās. Apļa D loks ripo, neslīdot pa loku E, kura diametrs ir divreiz lielāks. Piesienot krustgalvas ar stieņiem un virzuļiem pie punktiem, kas patvaļīgi atrodas uz virsmas D (piemēram, pie punktiem A un B), un izejas vārpstu pie punkta C, mēs iegūstam bezgriežu mehānismu, kuram ir viens lieks kinemātiskais savienojums. Tie. lai nodrošinātu punktu A un B trajektoriju taisnumu, kas savienotas savā starpā un ar OS kloķa punktu C ar stingru saiti ASV, pietiek ar vadotnēm tikai vienā punktā A vai B (2. att.). Bet šāda shēma ir nepieņemama mehānismā darbojošos spēku sadales apstākļu dēļ. Ja vadotni uzstādāt tikai punktā A, tad, kad leņķis φ tuvojas 90° un 270°, spēka P punktam A pieliktās sastāvdaļas ir sānu spēks N = P tg φ un spēks S = P/cos φ. vērsts pa maiņstrāvas asi - palielināties bezgalīgi, tiecoties līdz bezgalībai. Tāpēc otrās vadotnes ieviešana kinemātiskajā diagrammā atbilst mehānisma darbības nosacījumiem.
Iepriekš izteiktais pamatojums pieder pašam S. Balandinam, tas galu galā noteica visu pirmās paaudzes bezstieņu klaņu dzinēju attīstības evolūciju. Visi konstruētie paraugi (arī autora paraugi) tika balstīti uz shēmu ar vienu lieku kinemātisko savienojumu.
Šķita, ka S. Balandina piedāvātais bezstieņa dzinēja jaudas mehānisms ātri izspiedīs klasiskā izkārtojuma dzinējus, un mašīnbūves uzņēmumi, izmantojot aviācijas nozares sasniegumus, bez problēmām spētu to palaist masveida ražošanā. Līdz tam laikam aviācija bija stingri apguvusi gāzes turbīnas un virzuļdzinēji viņu vairs neinteresēja.
Šeit izrādījās, ka vispārējai mašīnbūvei aviācijas nozarei pieejamās tehnoloģijas tiek nodrošinātas par pārāk augstu cenu. Radās jautājums par dzinēja konstrukcijas maiņu, lai tā atbilstu esošo uzņēmumu esošajām iespējām. Neskatoties uz šķietamo vienkāršību, mehānisms saturēja neattīstītus kinemātiskus savienojumus, un, tos pielietojot siltuma dzinējiem, tie tika slikti izpētīti, un tāpēc to iespējas bija slikti prognozētas. Tikai viens lieks kinemātiskais savienojums tik sarežģītā mehānismā kā iekšdedzes dzinējs apšaubīja visu tā turpmāko darbību. Turklāt nebija izpratnes par to, kā atbrīvoties no šī savienojuma, attiecīgais sinhronizācijas mehānisms bija paša dzinēja neatņemama sastāvdaļa. Šodien, sešdesmit gadus pēc pirmā bezstieņa dzinēja parādīšanās, mēs varam droši apgalvot (labāk vēlāk nekā nekad), ka šī problēma ir pilnībā atrisināta.
Rīsi. 3
1,2,3,4 - virzuļi; 5,6 - stieņa gultņi; 7,8-konsoles vārpsta; 9,10,11,12 - sinhronizācijas mehānisma zobrati; 13-kloķvārpsta; A, B, C, D - kustīgi balsti.
3. attēlā parādīta tipiska S. Balandina bezstieņa dzinēja kinemātiskā diagramma. Ir skaidri redzams, ka tikai viena planētas rotējoša vārpsta aizvieto visus savienojošos stieņus spēka mehānismā. Vārpsta ir uzstādīta starp diviem konsoles rotējošiem balstiem, kas savukārt ir savienoti viens ar otru ar zobratu mehānismu. Šis ir S. Balandina piedāvātais universālais virzuļu savienošanas mehānisms, kas iebūvētajos paraugos nodrošina: mazus izmērus un svaru, lielu ātrumu, racionālu divvirzienu darba procesu cilindros, efektīva sistēma virzuļa dzesēšana un, visbeidzot, augsta mehāniskā efektivitāte, kuras vērtība dažos dzinēja darba režīmos sasniedza 94% (parastajos iekšdedzes dzinējos aptuveni 85%).
Līdz ar S. Balandina grāmatas "Connecting Rod-less ICEs" izdošanu 1968. un 1972. gadā daudzas inženieru komandas un vairākas rūpnīcas (piemēram, Dagdizel, SKB "Sirpis un āmurs" utt.) sāka mēģināt būvēt dzinēju, kopējot to oriģinālajā vai pat uzlabotajā versijā. Projektēšanas un ražošanas process, kā likums, tika veikts, pamatojoties uz autora piedāvātajiem aprēķiniem un metodēm. Pretēji gaidītajam, lielākajā daļā uzbūvēto paraugu pie pirmajiem vārpstas apgriezieniem jaudas mehānisms iestrēga dzinēja korpusā, jo virzuļi skrāpējās pret cilindra virsmu. Tie, kuriem izdevās konstruēt un uzbūvēt strādājošu dzinēju, atklāja, ka tas ir pakļauts intensīvam šķērsgalvas vadotņu nodilumam un šķeldošanai (piting). Visi mēģinājumi cīnīties ar šo parādību bija neveiksmīgi. Spēka mehānisma noturību noteica vairāku stundu darbība.
Pastāvīgās neveiksmes veidoja negatīvu attieksmi zinātnieku un dizaina aprindās pret pašu ideju izveidot šāda veida bezstieņa dzinēju. Izrādījās, ka neviens, izņemot pašu S. Balandinu, nespēja uzbūvēt darbspējīgu būvi. Pēc paša autora domām, katrs ceturtais dzinējs, kas vienā reizē iznāca no viņa projektēšanas biroja, iepriekš minēto problēmu dēļ sabojājās.
Atskatoties uz klasiku kloķa mehānisms parastais (tronk) dzinējs, mēs atzīmējam, ka ar visiem tā trūkumiem tas ir ļoti uzticams. Tā ilgtermiņa veiktspēju nosaka fakts, ka katra atsevišķa šī dzinēja daļa piedzīvo simetrisku slodzi. To veicina arī stingrais kloķvārpstas stiprinājums gultņu balstos, kas atrodas abās klaņu pusēs. To nevar teikt par S. Balandina dzinēju (3. att.), kurā katrs virzulis (1-4) caur stieņa (kloķa) kakliņu (5,6) balstās vienā pusē uz slīdošās krustgalvas (A, B vai C, D), un otra puse uz konsoles vārpstas (7.8.), kas pakļauta liecei. Attiecīgi 50% no gāzes spēku slodzes krīt uz šķērsgalvas balstu (zem tā atrodas motora rāmis), bet atlikušos 50% uztver “elastīgais elements” - kāda ir tā uzticamība?
S. Balandina lieljaudas dzinējos šī problēma tika daļēji atrisināta, ievietojot planētu vārpstas gala kakliņus liela diametra gultņos, savukārt gultņu savienojošo ārējo virsmu perifērie ātrumi trīskāršojās.
Nākamā neatrisinātā problēma bija eļļas padeves sistēma uz klaņu dzinēja gultņu berzes virsmām. Tātad, ja konsoles balstu A un D gala gultņi darbojas hidrodinamiskās šķidrās eļļošanas apstākļos, nav iespējams radīt līdzīgus darbības apstākļus šķērsgalvām B un C, kas viena vārpstas apgrieziena laikā apstājas divas reizes; šādi gultņi var darboties tikai kā hidrostatiskie balsti, t.i. uz tiem attiecas pavisam cita eļļošanas teorija; tas nerada hidrodinamisko eļļas ķīli starp savienojuma plaknēm, un tai ir jāuzrauga nepārtraukti mainīgie apstākļi, lai krustgalva noturētu virs atbalsta virsmām. Iepriekš minētais tikai izskaidro, ka vienas vārpstas daļas ieeļļošanai tās principā tiek izmantotas dažādas sistēmas smērvielas Kas nav labi. Un, ja šo šķērsli nevar pārvarēt, tad gultņus, kas pieder pie kopējās vārpstas un veic vienas un tās pašas funkcijas, ir nepieciešams izgatavot vismaz viena tipa.
Galvenais iemesls, kāpēc aplūkojamās kinemātiskās shēmas izmantošana nav praktiski ieviesta, ir tas, ka tā ir sarežģītāka par parasto kloķa mehānismu. Papildus galvenajiem elementiem jaudas mehānismā tiek izmantotas papildu sinhronizācijas vārpstas, kas ar zobratu palīdzību savienotas ar galveno vārpstu. Lielam skaitam pārošanās elementu ir nepieciešams augsts to ražošanas tehnoloģiskais līmenis. Savienoti sērijveidā, sinhronizācijas mehānisma zobrati (9-12) veido garu izmēru ķēdi. Tās kopējās pielaides vērtībai jābūt mazākai par viena no planētas vārpstas ārējo gultņu diametrālās klīrensa vērtību, pretējā gadījumā nav iespējams nodrošināt labās un kreisās puses sinhrono rotāciju. Šo pielaidi ir tehnoloģiski grūti izpildīt (par to tika runāts raksta sākumā).
Nākamā sadaļa ir veltīta jaunās paaudzes jaudas mehānismiem, kur “sinhronizācijas mehānisms” tiek aizstāts ar “sinhronizācijas žurnāliem”, kas ļauj bezkloķa dzinējā atteikties no pārmērīga kinemātiskā savienojuma, kas faktiski izbeidz šo virzienu. .
Rīsi. 4
P - gāzes spiediena spēks; N - sānu spēks; S ir spēks, kas vērsts pa ASV asi; 1,2,3,4 - virzulis; 5.6 - darba šķērsgalva; 7.8 - sinhronizācijas krustgalva; I, II - sinhronizācijas kakls; α ir attālums starp blakus esošo kloķvārpstas kakliņu centriem; A, B, A, B" - atbalsta.
Kā redzams no att. 4, ķēdē vairs nav pazīstamā sinhronizācijas mehānisma; tā vietā planētu rotējošajai kloķvārpstai tagad ir savi planētu gultņi, kas spēj veikt tādas pašas funkcijas kā parastie rotējošo vārpstu gultņi. Atrodas gar vārpstas malām, tie spēj nodrošināt visus tā punktus ar sinhronu orbītas rotāciju pa noteiktu trajektoriju. Lai to izdarītu, aplūkotajai S. Balandina konstrukcijas planētu vārpstai ir jāpievieno divi papildu kakliņi (I un II, sk. 4. att.), vienlaikus atsakoties no liekā kinemātiskā savienojuma punktā C (punkts, kas iepriekš bija stingri savienots ar izejas vārpsta) un izslēgšana, un neizmetot to no savienojošā stieņa mehānisma strāvas ķēdes. Zem papildu vārpstas kakliņiem ir uzstādīti divi jauni šķērsgalvas vadotnes A" un B", kas atspoguļotas A un B. Tagad katrs darba virzulis saņem divus identiskus kustīgus balstus, kas atrodas vienādos attālumos no tā pa labi un pa kreisi. Viens no balstiem (A, B) var pārvadāt blakus esošo darba virzuli, otrs (A, B") novērš planētas vārpstas kropļojumus un nodrošina tā sinhronizāciju. Šis izkārtojums ļauj atteikties no sinhronizācijas mehānisma, kas sastāv no savienojošās vārpstas un zobratu komplekta, jo pilnīgu vārpstas sinhronizāciju nodrošina tā paša konstrukcija.
Jaunizveidotajā bezstieņa dzinējā planētu rotējošajā vārpsta, kas savieno virzuļus, tāpat kā iepriekš, satur darba atveres, kas savienotas ar virzuļa stieņiem, kas vienmēr kustas taisnā līnijā. Uz šādas vārpstas korpusa ir asis, kas pārvietojas pa apļveida orbītu (pirmā tuvinājuma gadījumā tie ir apļi), tāpēc tās visvieglāk savienojamas ar jaudas noņemšanas vārpstu, piemēram, piedziņas mehānismu. Ja šādai vārpstai, kurā ir darba žurnāli un jaudas ņemšanas kakliņi (I, II), pievienojam divus papildu kakliņus (I, II) un saucam tos par “sinhronizāciju”, tad katrs darba žurnāls, kas savienots pārī ar sinhronizācijas kakliņu, veido vienu planetāro gultni, un divi gultņu pāri veido pilna atbalsta vārpstu (9) ar divām brīvības pakāpēm, rotāciju ap savu asi un tajā pašā laikā planētu rotāciju. Tad vārpstas slodzes raksturs vienmēr kļūst simetrisks, un pati kloķvārpsta iegūst iespēju pašizlīdzināties balstos. Turklāt katrs planētu balsts ir konfigurēts tā, lai nodrošinātu turp un atpakaļ kustību blakus esošajiem atbalsta žurnāliem krustojošos virzienos. Tas nodrošina planētas vārpstas stabilitāti jebkurā tās orbitālās rotācijas punktā.
Piemēram, 4. attēlā parādīta arī diagramma par gāzu (P) spēka iedarbību uz dzinēja virzuļiem un gultņu balstu slodzes raksturu. Virzuļi ar stieņiem 1 un 3 kā balstu izmanto 2. un 4. virzuļu šķērsgalvu 6 un sinhronizācijas šķērsgalvu 7. Virzuļi 2 un 4 atbalstam izmanto šķērsgalvas 5 un 8, no kurām 8. šķērsgalva sinhronizē. Rezultātā degmaisījuma aizdegšanās brīdī jebkurā no četriem dzinēja cilindriem vienādās daļās tiek noslogotas šķērsgalvas 6 un 7 vai 5 un 8, kas vienādi izvietotas no darba virzuļa. Ar šo izkārtojumu planētu vārpstas gala kakliņi tiek pilnībā izņemti no gāzes spēku darbības zonas un uz jaudas noņemšanas vārpstu pārraida tikai griezes momentu, kas nav iekļauts mehānisma jaudas ķēdē.
Ļaujiet mums sniegt vēl dažus piemērus, kas izskaidro simetrijas principus, piemērojot aplūkojamajiem bezgriežu spēka mehānismiem.
Rīsi. 5
Pretēja klaņa motora diagramma:
1,2,3,4 - virzuļi; 5 - kloķvārpsta; 6,7 - pretsvari; 8.9- jaudas noņemšanas vārpsta(-s); 10,11 - darba krustgalvas; 12,13,14 - sinhronizācijas krustgalvas; I, II, III - sinhronizējošie kakli.
Labākais piemērs ir pretējā bezstieņa dzinēja kinemātiskā diagramma (5. att.). Atšķirībā no krustveida četrcilindru dzinējiem (4. att.) jaudas gājienu maiņa šeit notiek vienmērīgi, ik pēc 180° pa kloķvārpstas griešanās leņķi. Spēka mehānisma konstrukcijā ietilpst: četri darba virzuļi ar stieņiem (1-4), divas darba krustgalvas (10,11), trīs sinhronizācijas krustgalvas (12.13,14). Nosauktos elementus vieno kopīgs kloķvārpsta(5) un atrodas uz tā pieciem kakliem. Vārpstas (5) sestais un septītais kakliņs ir paredzēts pretsvaru (6,7) uzstādīšanai un griezes momenta pārvadīšanai uz jaudas noņemšanas vārpstu (8 vai 9). No 5. att. redzams, ka katram darba virzulim abās pusēs un vienādos attālumos ir sinhronizējošas krustgalvas (12,13,14). IN boksera dzinējs tie veic šādas funkcijas:
- Kopā ar darba šķērsgalvām tie nodrošina kloķvārpstas sinhronizāciju.
- Tie uzņemas galveno slodzi no gāzes spēkiem, atdalot darba cilindru šķērsgalvas no “trieciena” slodzes degošo gāzu aizdegšanās brīdī blakus esošajos balonos.
- Tie darbojas kā pretsvari, lai līdzsvarotu visas masas.
Aplūkotajam mehānismam ir plašas kinemātiskās iespējas un tas ir lieliski līdzsvarots. Un šis ir vienīgais klaņa dzinēja veids, kurā sinhronizējošos šķērsgalvas slīdņus var aizstāt ar alternatīviem klaņi grupas(6. att.).
Rīsi. 6
1,2,3,4-virzuļi; 5,6 - darba krustgalvas; 7,8,9 - savienojošais stienis; 10 - kloķvārpsta; I, II, III - sinhronizējošie kakli.
Šajā gadījumā pietiekams nosacījums vārpstas (10) sinhronizācijas nodrošināšanai būs pilnīga kinemātisko pāru izlīdzināšana, kas dublē viens otru, kad tie tiek projicēti uz XOU plakni. Šeit, tāpat kā iepriekšējā piemērā, virzuļiem (1-4) piederošās darba šķērsgalvas (5,6) pārvietojas pa taisnu līniju. Sinhronizācijas tapu (I, II, III) klaņiem (7,8,9) ir kopēja šūpošanās ass. Izjauktās kinemātiskās diagrammas ieviešanas izstrādes darbu var ievērojami samazināt, galvenokārt pateicoties tās maksimālai unifikācijai ar stumbrā montējamo iekšdedzes dzinēju elementu bāzi. Vispārīgā gadījumā visas kinemātiskās shēmas atbilst vienam noteikumam: jebkuram iepriekš noteiktam darba žurnālu skaitam vārpstas galos jāpievieno vismaz divi sinhronizācijas žurnāli. Šim noteikumam ir viens izņēmums - kinemātiskā shēma, kurā vienlaikus tiek sinhronizēti visi darba žurnāli (7. att.).
Rīsi. 7
1,2,3,4 - virzuļi; 5 - kloķvārpsta; 6,7 - pretsvari; 8.9- jaudas noņemšanas vārpsta(-s); 10,11,12 - darba sinhronizācijas krustgalvas, 13,14 - dvīņi.
Kloķvārpsta (10) sastāv tikai no pieciem žurnāliem. Divi ārējie vārpstas tapi ir paredzēti griezes momenta pārvadīšanai un pretsvaru uzstādīšanai uz tiem (6,7). Atlikušos žurnālus piepilda ar krustgalviņām (10,11,12). Šķērsgalvas 11 un 12 ir savienotas savā starpā pa pāriem (13,14), uz tiem ir uzstādīti virzuļi 1 un 2. Vārpstas centrālais kakliņs ar krustveida galvu 10 ir savienots ar stieņiem ar citu virzuļu pāri (3,4). Virzuļu kopu 1,2 un 3,4 trajektorijas krustojas. Darba gājiena laikā virzulis 3 (vai 4) kopā ar šķērsgalvu 10 balstās uz šķērsgalvām 11 un 12, kas šajā brīdī veic sinhronizācijas funkcijas. Kad virzulis veic darba gājienu 1 (vai 2) kopā ar šobrīd strādājošām krustgalvām 11 un 12, atbalsta šķērsgalva 10 tiek sinhronizēta. Un tā tālāk pa apli līdz bezgalībai. Gāzes spēku darbības plakne šādā mehānismā vienmēr tiks slēgta ar trim vārpstas centrālajiem kaktiem.
Šis dizaina risinājums ļauj novietot četrus darba cilindrus vienā plaknē ar minimālo kloķvārpstas garumu un maksimālo stingrību. Kopējais berzes pāru skaits dzinējā ir samazināts divas līdz trīs reizes, salīdzinot ar stumbra iekšdedzes dzinēju!!! Šeit, tāpat kā iepriekšējās pārskatītajās diagrammās, kloķvārpsta atbilst visiem nepieciešamajiem simetriskas slodzes nosacījumiem (sīkāku informāciju skatiet nozares žurnālā "Dvigatelestroyeniye" Nr. 3 par 1998. gadu un Nr. 1 par 2000. gadu).
Iepriekš minētais apraksts ir tikai īss ceļvedis tiem, kuri interesējas par bezstieņu dzinējiem un vēlas izmēģināt savus spēkus. Un, lai gan tai trūkst “dažādu detaļu”, bez kurām ir gandrīz neiespējami uzbūvēt strādājošu mašīnu, iepriekš minētā analīze palīdzēs izvairīties no acīmredzamām kļūdām, izšķērdēta laika un naudas.
Un nobeigumā mēs uzskaitām galvenās priekšrocības, kas piemīt iekšdedzes dzinējiem bez kloķa:
- Bezkloķa dzinēja izkārtojums ļauj ievērojami samazināt tilpumu dzinēja nodalījums dzinēja sastāvdaļu un detaļu racionālas izkārtojuma dēļ.
- Gāzes spēku un inerces spēku savstarpēja kombinācija ievērojami samazina radušos spēkus, kas noslogo kinemātiskās saites, kas ļauj palielināt dzinēja mehānisko efektivitāti.
- Dzinējs ir daļēji vai pilnībā atbrīvots no rotējošā spararata, jo kustīgās virzuļu masas ar krustgalvām veido vienu progresīvi kustīgu spararatu.
- Bezvadu dzinējā, jo lielāka ir virzuļu masa ar stieņiem un šķērsgalvām, jo lielāks ir motora apgriezienu skaits (noteiktās robežās), jo mazāka ir gultņu slodze; bagāžnieka motorā ir otrādi.
- Samazinās darba virzuļiem piešķirto funkciju skaits (virzuļi pārstāj būt berzes pāri), un attiecīgi palielinās to darbības uzticamība.
- Ir iespējams organizēt darba procesu dzinējā abās darba virzuļa pusēs vai izmantot apakšvirzuļa telpu kompresora uzlādēšanai.
- Ir iespējams uzlabot virzuļa dzesēšanas sistēmu, sūknējot eļļu caur virzuļa stieņiem un virzuļiem, lai tos efektīvi atdzesētu.
- Taisniski kustīgiem virzuļiem kļūst iespējams izmantot labirinta tipa blīvējumu ar pilnīgu vai daļēju virzuļa gredzenu noraidīšanu.
Pie teiktā jāpiebilst, ka, tāpat kā jebkurai virzuļmašīnai, klaņa dzinējam ir vairāki ierobežojumi, kas neļauj palielināt tā ātrumu. Tas ietver gāzes sadali ar ievērojamiem inerces spēkiem, kas tajā rodas no vārstu turp un atpakaļ kustības; un augsta gāzes-gaisa ceļa pretestība, ierobežojot dzinēja darba tilpumu piepildīšanu ar degošu maisījumu; un termiskais stress, kas pastāvīgi apdraud dzinēju ar pārkaršanu, un dīzeļa konfigurācijā ir arī ierobežojumi, kas saistīti ar degvielas padeves aprīkojumu.
Bez pārspīlējumiem iekšdedzes dzinējs grieza zinātnes un tehnikas progresa dzinēju. Autotransports ir vissvarīgākais pasažieru un kravu pārvadāšanas līdzeklis. ASV šodien ir gandrīz 800 automašīnu uz 1000 cilvēkiem, un līdz 2020. gadam Krievijā šis rādītājs būs aptuveni 350 automašīnas uz tūkstoti iedzīvotāju.
Lielākajā daļā no vairāk nekā viena miljarda automašīnu uz planētas joprojām tiek izmantots iekšdedzes dzinējs (ICE), kas izgudrots 19. gadsimtā. Neskatoties uz visiem tehnoloģiskajiem trikiem un “gudro” elektroniku, mūsdienu efektivitāte benzīna dzinēji joprojām svārstās ap 30% atzīmi. Visekonomiskākais dīzeļa iekšdedzes dzinēji kuru efektivitāte ir 50%, tas ir, pat tie izdala pusi degvielas kā kaitīgas vielas atmosfērā.
Likumsakarīgi, ka par iekšdedzes dzinēju efektivitāti nav jārunā, it īpaši ņemot vērā, ka mūsdienu automobiļi sadedzina 10-20 litrus degvielas uz 100 km. Nav pārsteidzoši, ka zinātnieki visā pasaulē cenšas radīt elektriskas un ūdeņraža automašīnas par pieņemamām cenām. Tomēr iekšdedzes dzinēja koncepcija nav izsmēlusi modernizācijas potenciālu. Pateicoties jaunākajiem sasniegumiem elektronikas un materiālu jomā, ir kļuvis iespējams izveidot patiesi efektīvu iekšdedzes dzinēju.
Ekomotors
EcoMotors International inženieri ir radoši pārveidojuši tradicionālo iekšdedzes dzinēju. Tas saglabāja virzuļus, klaņi, kloķvārpstu un spararatu, taču jaunais dzinējs ir par 15-20% efektīvāks, turklāt daudz vieglāks un lētāks ražošanā. Šajā gadījumā dzinējs var darboties ar vairākiem degvielas veidiem, tostarp benzīnu, dīzeļdegvielu un etanolu.
Kopumā EcoMotors dzinējam ir elegants vienkāršs dizains, kurā ir par 50% mazāk detaļu nekā parastais motors
Tas tika panākts, izmantojot pretēju dzinēja konstrukciju, kurā sadegšanas kameru veido divi virzuļi, kas virzās viens pret otru. Šajā gadījumā dzinējs ir divtaktu un sastāv no diviem moduļiem pa 4 virzuļiem katrā, kas savienoti ar īpašu elektroniski vadāmu sajūgu. Dzinējs ir pilnībā elektroniski kontrolēts, kas nodrošina augstu efektivitāti un minimālu degvielas patēriņu. Piemēram, sastrēgumā un citos gadījumos, kad pilna jauda nav vajadzīgs dzinējs, darbojas tikai viens modulis no diviem, kas samazina degvielas patēriņu un troksni.
Khafiyatullin Rinat:
Dzinējs ir aprīkots arī ar elektroniski vadāmu turbokompresoru, kas izmanto izplūdes gāzu enerģiju un ģenerē elektrību. Kopumā EcoMotors dzinējam ir elegants, vienkāršs dizains ar par 50% mazāk detaļu nekā parastajam dzinējam. Tam nav cilindru galvas bloka, tas ir izgatavots no parastiem materiāliem un rada mazāku troksni un vibrāciju. Tajā pašā laikā dzinējs izrādījās ļoti viegls: uz 1 kg svara tas ražo vairāk nekā 1 ZS (praksē tas ir aptuveni 2 reizes vieglāks nekā tradicionāls tādas pašas jaudas dzinējs). Turklāt EcoMotors produkts ir viegli mērogojams: vienkārši pievienojiet dažus moduļus, un mazs automašīnas dzinējs pārvēršas par jaudīgu kravas automašīnas dzinēju.
Eksperimentālais EcoMotors EM100 dzinējs, kura izmēri ir 57,9 x 104,9 x 47 cm, sver 134 kg un ražo 325 ZS. pie 3500 apgr./min (dīzeļdegviela), cilindra diametrs - 100 mm. Piecvietīgajam auto ar EcoMotors dzinēju degvielas patēriņš plānots ārkārtīgi zems - 3-4 litru līmenī uz 100 km.
Ietaupījumi it visā
Achates Power ir izvirzījis mērķi Ford Fiesta izmēra automašīnai izstrādāt iekšdedzes dzinēju ar degvielas patēriņu 3-4,5 litri uz 100 km. Pagaidām viņu eksperimentālais dīzeļdzinējs izrāda daudz lielāku apetīti, taču izstrādātāji cer samazināt patēriņu. Tomēr galvenais ir šis motors– ārkārtīgi vienkāršs dizains un lēts. Mēs piekrītam, ka ietaupīt uz degvielu nav liela vērta, ja tas notiek uz vairākkārtēja dzinēja izmaksu pieauguma rēķina.
Achates Power dzinējam ir ārkārtīgi vienkāršs dizains
Achates Power dzinējam ir ārkārtīgi vienkāršs dizains. Šis ir divtaktu bokserdīzeļdzinējs, kurā divi virzuļi virzās viens pret otru, veidojot sadegšanas kameru. Tas novērš nepieciešamību pēc cilindra galvas un sarežģīta gāzes sadales mehānisma. Lielākā daļa dzinēja detaļu tiek ražotas, izmantojot vienkāršus ražošanas procesus, un tām nav nepieciešami dārgi materiāli. Kopumā dzinējā ir daudz mazāk detaļu un metāla nekā parastajā dzinējā.
Pašlaik testēšanā esošais Achates Power dzinējs uzrāda par 21% lielāku efektivitāti nekā labākie "tradicionālie" dīzeļdzinēji. Turklāt tam ir modulāra konstrukcija, augsts jaudas blīvums (svara/zs) attiecība. Tāpat, pateicoties virzuļa augšdaļas īpašajai formai, tiek izveidota īpašas formas virpuļplūsma, kas nodrošina lielisku gaisa-degvielas maisījuma sajaukšanos, efektīvu siltuma noņemšanu un samazina degšanas laiku. Rezultāts ir tāds, ka dzinējs ne tikai atbilst ASV armijas militārajām specifikācijām, bet arī pārspēj dzinējus, kas mūsdienās atrodami militārajos transportlīdzekļos.
Viegls ceļs
Amerikāņu uzņēmums Transonic Combustion nolēma neradīt jaunu dzinēju, bet gan panākt iespaidīgu (25-30%) degvielas ietaupījumu, izmantojot jauna sistēma injekcija
Augsto tehnoloģiju iesmidzināšanas sistēma TSCiTM neprasa radikālas dzinēja modifikācijas, un patiesībā tā ir inžektoru komplekts un īpašs degvielas sūknis.
TSCiTM degšanas procesā izmanto tiešā injekcija benzīns superkritiska šķidruma un īpašas aizdedzes sistēmas veidā
TSCiTM sadegšanas procesā tiek izmantota tiešā superkritiskā šķidrā benzīna iesmidzināšana un īpaša aizdedzes sistēma.
Superkritiskais šķidrums ir vielas stāvoklis noteiktā temperatūrā un spiedienā, kad tas nav ne cieta viela, ne šķidrums, ne gāze. Šajā stāvoklī viela iegūst interesantas īpašības, piemēram, tai nav virsmas spraiguma, un fāzes pārejas laikā tā veido smalkas daļiņas. Turklāt superkritiskajam šķidrumam ir spēja ātri pārnest masu. Visas šīs īpašības ir ārkārtīgi noderīgas iekšdedzes dzinējā, jo īpaši, superkritiskā degviela ātri sajaucas, tai nav lielu pilienu, ātri sadeg ar optimālu siltuma izdalīšanos un augstu cikla efektivitāti.
Elektroniskais vārsts
Uzņēmums Grail Engine Technologies ir izstrādājis unikālu divtaktu dzinēju ar ļoti pievilcīgām īpašībām. Tātad, ja patēriņš ir 3-4 litri uz “simts”, dzinējs ražo 200 ZS. Motors ar jaudu 100 zs. sver mazāk par 20 kg un tā jauda ir 5 ZS. - tikai 11 kg! Tajā pašā laikā Grail Engine, atšķirībā no parastajiem divtaktu dzinēji, nepiesārņo degvielu ar eļļu no kartera, kas nozīmē, ka tā atbilst visstingrākajiem vides standartiem.
Pats dzinējs sastāv no vienkāršām detaļām, kuras lielākoties ražo liešanas ceļā. Izcilās veiktspējas noslēpums ir Grāla dzinēja darbības veidā. Virzulim virzoties uz augšu, apakšā tiek radīts negatīvs gaisa spiediens un gaiss caur īpašu oglekļa šķiedras vārstu iekļūst sadegšanas kamerā. Noteiktā virzuļa kustības brīdī sāk padot degvielu, tad augšējā nāves punktā ar trīs parasto elektrisko aizdedzes sveču palīdzību tiek aizdedzināts degvielas-gaisa maisījums, un vārsts virzulī aizveras. Virzulis nolaižas, cilindrs ir piepildīts ar izplūdes gāzēm. Sasniedzot apakšējo miršanas punktu, virzulis atkal sāk kustēties uz augšu, gaisa plūsma vēdina sadegšanas kameru, izspiežot izplūdes gāzes, un darbības cikls atkārtojas.
Izcilas veiktspējas noslēpums slēpjas Grāla dzinēja dizainā
Kompakts un jaudīgs Grāla dzinējs ir ideāli piemērots hibrīdauto, kur benzīna dzinējs ģenerē elektrību un elektromotori griež riteņus. Šādā mašīnā Grail Engine darbosies optimālā režīmā bez pēkšņiem jaudas pārspriegumiem, kas ievērojami palielinās tā izturību, samazinās troksni un degvielas patēriņu. Tajā pašā laikā modulārais dizains ļauj savienot divus vai vairākus viena cilindra Grāla dzinējus ar kopēju kloķvārpstu, kas ļauj izveidot rindas dzinēji dažāda jauda.
Katru gadu parādās jauni auto modeļi – taču tiem nez kāpēc nav iepriekš aprakstīto ekonomisko un vienkāršo dzinēju. Patiešām, visus interesē jaunais dzinēju dizains: no visuresošā investora Bila Geitsa līdz Pentagonam. Tomēr autoražotāji nesteidzas uzstādīt jaunus produktus savām automašīnām. Acīmredzot visa būtība ir tāda lielie autoražotāji Viņi paši ražo dzinējus un, protams, nevēlas dalīt peļņu ar trešo pušu izstrādātājiem. Bet vienalga grūts vides standartiem un elektriskie transportlīdzekļi liks autoražotājiem ieviest jaunas tehnoloģijas, kas ir daudz svarīgākas cilvēku un visas planētas veselībai nekā multimediju sistēmas un dizaina prieki.
Mihails Ļevkevičs
