Бесклапанный двигатель – Инновационный бесклапанный двигатель из Новой Зеландии по всем параметрам превосходит традиционные модели

Инновационный бесклапанный двигатель из Новой Зеландии по всем параметрам превосходит традиционные модели

Инновационная бесклапанный двигатель от компании Duke обеспечивает отличную производительность, высокую степень сжатия, он чрезвычайно компактен и лёгок, и содержит меньшее число движущихся частей, чем обычные двигатели.

Осевая конструкция означает, что его пять цилиндров окружают вал привода и параллельны ему. Поршни передают усилие на манипулятор в форме звезды, который обкатывает приводной вал. Манипулятор, который используется для передачи усилия на вал привода,  вращается в направлении, противоположном движению вала. Такое противовращение очень точно балансирует двигатель, и обнаружить его вибрацию на ощупь практически невозможно.

Вместо механического или пневматического управления клапанами, цилиндр с поршнями вращается мимо впускных и выпускных окон в стационарной головке в форме кольца. Свечи зажигания также установлены в этом неподвижном кольце — поршни просто скользят мимо каждого из окон, выполняя обычный цикл. Таким образом, система Duke устраняет всю сложность работы клапанной системы и при этом удается запустить пятицилиндровый двигатель всего тремя свечами и на трёх топливных форсунках.

В тесте 3-литровый пятицилиндровый двигатель дает мощность 215 лошадиных сил и 30 кгс крутящего момента при 4500 об/мин, опережая обычные 3-литровые двигатели, которые к тому же весят почти на 20 процентов больше.

Двигатель показал отличную устойчивость к предзажиганию (или детонации) — обеспечивая степень сжатия 14: 1 на обычном 91-ом бензине. Это говорит о том, что дальнейшая доводка позволит выжать из данного количества топлива ещё большую мощность, повышая общую эффективность устройства. К тому же двигатель практически всеяден – без всяких перенастроек он способен работать на керосине и может использовать альтернативные виды топлива.

Вряд ли этот двигатель появится в автомобилях в ближайшем будущем; концерны-автогиганты уже вложили большие средства в собственные технологии двигателей. Но авиастроение, портативные генераторы и морские лодочные моторы имеют уникальную возможность воспользоваться преимуществами высокой производительности, компактными размерами и малым весом двигателя Duke.


Инновационный бесклапанный двигатель из Новой Зеландии по всем параметрам превосходит традиционные модели

Двигатель, разработанный фирмой Duke из Новой Зеландии, мощнее, меньше, легче и проще, чем двигатели, создаваемые по традиционным технологиям

 Инновационная бесклапанный двигатель от компании Duke обеспечивает отличную производительность, высокую степень сжатия, он чрезвычайно компактен и лёгок, и содержит меньшее число движущихся частей, чем обычные двигатели.

 Осевая конструкция означает, что его пять цилиндров окружают вал привода и параллельны ему. Поршни передают усилие на манипулятор в форме звезды, который обкатывает приводной вал. Манипулятор, который используется для передачи усилия на вал привода, вращается в направлении, противоположном движению вала. Такое противовращение очень точно балансирует двигатель, и обнаружить его вибрацию на ощупь практически невозможно.

Вместо механического или пневматического управления клапанами, цилиндр с поршнями вращается мимо впускных и выпускных окон в стационарной головке в форме кольца. Свечи зажигания также установлены в этом неподвижном кольце — поршни просто скользят мимо каждого из окон, выполняя обычный цикл. Таким образом, система Duke устраняет всю сложность работы клапанной системы и при этом удается запустить пятицилиндровый двигатель всего тремя свечами и на трёх топливных форсунках.

В тесте 3-литровый пятицилиндровый двигатель дает мощность 215 лошадиных сил и 30 кгс крутящего момента при 4500 об/мин, опережая обычные 3-литровые двигатели, которые к тому же весят почти на 20 процентов больше.

Двигатель показал отличную устойчивость к предзажиганию (или детонации) — обеспечивая степень сжатия 14: 1 на обычном 91-ом бензине. Это говорит о том, что дальнейшая доводка позволит выжать из данного количества топлива ещё большую мощность, повышая общую эффективность устройства. К тому же двигатель практически всеяден – без всяких перенастроек он способен работать на керосине и может использовать альтернативные виды топлива.

Вряд ли этот двигатель появится в автомобилях в ближайшем будущем; концерны-автогиганты уже вложили большие средства в собственные технологии двигателей. Но авиастроение, портативные генераторы и морские лодочные моторы имеют уникальную возможность воспользоваться преимуществами высокой производительности, компактными размерами и малым весом двигателя Duke.

 

Четырехтактный бесклапанный поршневой двигатель внутреннего сгорания

Изобретение может быть использовано в поршневых двигателях внутреннего сгорания. Четырехтактный бесклапанный поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит рабочие цилиндры с поршнями, коленчатый вал поршней рабочих цилиндров, цилиндры газораспределения с поршнями и впускными и выпускными окнами и коленчатые валы поршней цилиндров газораспределения. Каждый рабочий цилиндр (14) имеет, по крайней мере, четыре цилиндра (7), (8), (9), (10) газораспределения, из них два цилиндра (8), (10) с выпускными окнами и два цилиндра (7), (9) с впускными окнами. Выпускные (впускные) окна цилиндров (7), (8), (9), (10) газораспределения открываются последовательно по ходу вращения их коленчатых валов. Поршни цилиндров (7), (8), (9), (10) газораспределения имеют дезаксиальные кривошипно-шатунные механизмы. Выпускные окна первого газораспределительного цилиндра (8) открываются поршнем первыми в начале выпуска при обратном ходе дезаксиального кривошипно-шатунного механизма. Выпускные окна второго газораспределительного цилиндра (10) открываются поршнем при открытых выпускных окнах первого газораспределительного цилиндра (8) при прямом ходе дезаксиального кривошипно-шатунного механизма. Впускные окна третьего цилиндра (7) газораспределения открываются поршнем первыми в начале впуска при обратном ходе дезаксиального кривошипно-шатунного механизма. Впускные окна четвертого газораспределительного цилиндра (9) открываются поршнем при открытых впускных окнах третьего газораспределительного (7) цилиндра при прямом ходе дезаксиального кривошипно-шатунного механизма. Технический результат заключается в улучшении газообмена рабочих цилиндров двигателя. 2 ил.

 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности, к поршневым двигателям внутреннего сгорания.

Разнообразие областей применения поршневых двигателей внутреннего сгорания обуславливает и разнообразие конструкций, размеров и массы их [2, стр.9-13].

В качестве аналога можно представить тепловозный дизель 10Д100, рядный, двухтактный, бесклапанный, вертикальный, с противоположно движущимися поршнями, с двумя коленчатыми валами, связанными через вертикальную передачу [1, стр.276-82]. Выпускные окна открываются нижними поршнями, а впускные окна верхними поршнями [1, стр.281, рис.165]. Нижний коленчатый вал опережает верхний на 12 градусов, что определяет режим выпуска, прямоточной продувки, дозарядки цилиндра воздухом давлением выше атмосферного, и определяет, что нижний коленчатый вал развивает 70% мощности двигателя. Недостатком такого технического решения является снижение мощности на единицу массы двигателя за счет верхней, запаздывающей поршневой группы.

Наиболее близким по технической сути или прототипом является двигатель из патентного документа DE 4138983 A1 опубликованного 03.06.1993, где четырехтактный бесклапанный поршневой двигатель, содержит рабочие цилиндры с поршнями, коленчатый вал поршней рабочих цилиндров, цилиндры газораспределения с поршнями, впускными и выпускными окнами, коленчатые валы поршней цилиндров газораспределения, каждый рабочий цилиндр имеет, по крайней мере, четыре цилиндра газораспределения, из них, два цилиндра с выпускными окнами и два цилиндра с впускными окнами, причем, выпускные (впускные) окна цилиндров открываются последовательно по ходу вращения их коленчатых валов. Недостатком такого технического решения является ослабленный газообмен в момент начала или окончания выпуска (впуска), определяемый скоростью перемещения поршней в цилиндрах газораспределения в зоне выпускных (впускных) окон при аксиальных кривошипно-шатунных механизмах этих поршней.

Задачей изобретения является улучшить систему газообмена четырехтактного бесклапанного двигателя внутреннего сгорания, что сделает заявляемый двигатель эффективнее прототипа. Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом четырехтактном двигателе поршни цилиндров газораспределения приводятся в движение коленчатыми валами через дезаксиальные кривошипно-шатунными механизмы. Для улучшения газообмена двигателя открывания и закрывания выпускных (впускных) окон используется обратный ход (большая скорость) дезаксиального кривошипно-шатунного механизма. Следовательно, заявляемый двигатель эффективнее прототипа.

Сопоставимый анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый ЧЕТЫРЕХТАКТНЫЙ БЕСКЛАПАННЫЙ ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ будет эффективнее прототипа. Автору не известна подобная конструкция двигателя, где поршни цилиндров газораспределения приводятся в движение через дезаксиальные кривошипно-шатунными механизмы. Следовательно, заявляемое решение соответствует критерию «новизна».

Сравнение заявляемого решения с прототипом позволило выявить в нем признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «Изобретательский уровень».

Сущность технического решения подтвеждается чертежом (фиг.2). На фиг.2 представлен один цилиндр заявляемого двигателя, где рабочий цилиндр 14, ось коленчатого вала рабочего цилиндра 13, цилиндры газораспределения с выпускными окнами 8, 10, цилиндры газораспределения с впускными окнами 7, 9, оси коленчатых валов поршней цилиндров газораспределением 11, 12. Коленчатый вал поршней рабочих цилиндров вращается в два раза быстрее, чем коленчатые валы поршней цилиндров газораспределения. Поршни цилиндров газораспределения имеют дезаксиальные кривошипно-шатунные механизмы. Для улучшения газообмена двигателя открывания и закрывания выпускных (впускных) окон используется обратный ход (большая скорость) дезаксиального кривошипно-шатунного механизма. Следовательно, заявляемый двигатель эффективнее прототипа.

Для понимания сущности технического решения предлагаемого автором приведу подробное описание дезаксиального кривошипно-шатунного механизма и заявляемого двигателя с ним. На фиг.1 представлен дезаксиальный кривошипно-шатунный механизм с эксцентриситетом 6, где поршень 1 в положении верхней мертвой точки, а поршень 2 в положении нижней мертвой точки, шатун 4. При прямом ходе угол поворота кривошипа больше 180 градусов на угол 3, а обратном на тот же угол меньше. Следовательно, скорость перемещения поршня в отношении угла поворота кривошипа 5 при прямом ходе меньше, а обратном ходе больше, чем у аксиального кривошипно-шатунного механизма [4, стр.195-199]. На фиг.2 представлен один цилиндр заявляемого двигателя, где рабочий цилиндр 14, ось коленчатого вала рабочего цилиндра 13, цилиндры газораспределения 8, 10 с выпускными окнами, цилиндры газораспределения 7, 9 с впускными окнами, оси коленчатых валов поршней цилиндров газораспределения 11, 12. Коленчатый вал поршней рабочих цилиндров вращается в два раза быстрее, чем коленчатые валы поршней цилиндров газораспределения. Поршни цилиндров газораспределения имеют дезаксиальные кривошипно-шатунные механизмы [4. стр.195-199]. Выпускные окна цилиндра 8 открываются первыми в начале выпуска, поршнем его с дезаксиальным кривошипно-шатунным механизмом на обратном ходе (большая скорость). Вторыми, через определенный угол поворота коленчатых валов, открываются выпускные окна цилиндра 10 (при открытых окнах цилиндра 8) поршнем с дезаксиальным кривошипно-шатунным механизмом на прямом ходе (меньшая скорость). Определенный угол поворота коленчатых валов открыты выпускные окна цилиндров 8, 10. Далее, через определенный угол поворота коленчатых валов, закрываются выпускные окна цилиндра 8 на прямом ходе (меньшая скорость) поршнем с дезаксиальным кривошипно-шатунным механизмом. Далее, через определенный угол поворота коленчатых валов, закрываются выпускные окна цилиндра 10 на обратном ходе (большая скорость) поршнем с дезаксиальным кривошипно-шатунным механизмом. Впускные окна цилиндра 7 открываются первыми в начале впуска, поршнем его с дезаксиальным кривошипно-шатунным механизмом на обратном ходе (большая скорость) Вторыми, через определенный угол поворота коленчатых валов, открываются впускные окна цилиндра 9 (при открытых окнах цилиндра 7) поршнем с дезаксиальным кривошипно-шатунным механизмом на прямом ходе (меньшая скорость). Определенный угол поворота коленчатых валов открыты впускные окна цилиндров 7, 9. Далее, через определенный угол поворота коленчатых валов, закрываются впускные окна цилиндра 7 на прямом ходе (меньшая скорость) поршнем с дезаксиальным кривошипно-шатунным механизмом. Далее, через определенный угол поворота коленчатых валов, закрываются впускные окна цилиндра 9 на обратном ходе (большая скорость) поршнем с дезаксиальным кривошипно-шатунным механизмом. Начало выпуска (впуска) и окончание их совершается поршнями на большой скорости. В средине выпуска (впуска) при максимальной скорости поршня в рабочем цилиндре открыты окна двух цилиндров газораспределения.

Следовательно, конструкция ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО БЕСКЛАПАННОГО ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ с дезаксиальными кривошипно-шатунными механизмами поршней цилиндров газораспределения улучшить газообмен в сравнении с прототипом, увеличит мощность, экономичность заявляемого двигателя, следовательно, сделает производство его экономически эффективным.

Источники информации, принятые во внимание при написании:

1. А.Э. Симсон А.З. Хомич и др. Двигатели внутреннего сгорания. Тепловозные дизели. Газотурбинные установки. — М.: Транспорт, 1980. 383 с.

2. А.С. Орлин М.Г. Круглов и др. Двигатели внутреннего сгорания. Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей. — М.: Машиностроение, 1984. 382 с.

3. А.С. Орлин М.Г. Круглов и др. Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей. — М. Машиностроение, 1983. 374 с.

4. И.И. Артоболевский. Теория механизмов. — М.: Наука, 1967. 719 с.

5. Патент DE 4138983 опубликован 03.06.1993.

Четырехтактный бесклапанный поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий рабочие цилиндры с поршнями, коленчатый вал поршней рабочих цилиндров, цилиндры газораспределения с поршнями и впускными и выпускными окнами и коленчатые валы поршней цилиндров газораспределения, каждый рабочий цилиндр имеет, по крайней мере, четыре цилиндра газораспределения, из них два цилиндра с выпускными окнами и два цилиндра с впускными окнами, причем выпускные (впускные) окна цилиндров газораспределения открываются последовательно по ходу вращения их коленчатых валов, отличающийся тем, что поршни цилиндров газораспределения имеют дезаксиальные кривошипно-шатунные механизмы, причем выпускные окна первого газораспределительного цилиндра открываются поршнем первыми в начале выпуска при обратном ходе дезаксиального кривошипно-шатунного механизма, выпускные окна второго газораспределительного цилиндра открываются поршнем при открытых выпускных окнах первого газораспределительного цилиндра при прямом ходе дезаксиального кривошипно-шатунного механизма, впускные окна третьего цилиндра газораспределения открываются поршнем первыми в начале впуска при обратном ходе дезаксиального кривошипно-шатунного механизма, а впускные окна четвертого газораспределительного цилиндра открываются поршнем при открытых впускных окнах третьего газораспределительного цилиндра при прямом ходе дезаксиального кривошипно-шатунного механизма.

Необычные двигатели внутреннего сгорания

Другой цикл

В начале ХХ века тихие бесклапанные моторы устанавливались на многие престижные модели. К примеру, под капотом этого шикарного “Daimler Double Six 40/50” стоял именно такой двигатель.

“Mazda Millenia/Xedos 9” – один из немногих массовых автомобилей, который оснащался двигателем Аткинсона.

ОБЫЧНЫЙ 4-тактный двигатель работает по циклу, изобретенному еще в 1876 году немецким инженером Николаусом Отто: в цилиндре при определенных условиях попеременно происходят определенные процессы – впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. В 1886 году эту схему попытался усовершенствовать британский инженер Джеймс Аткинсон.

На первый взгляд его двигатель мало отличался от прародителя – тот же порядок тактов, схожий принцип работы… Однако на самом деле различий было немало. К примеру, за счет специального коленвала со смещенными точками крепления Аткинсону удалось снизить потери на трение в цилиндре и поднять степень сжатия мотора.

Также в подобных двигателях другие фазы газораспределения. Если на обычном ДВС впускной клапан закрывается практически сразу по прохождении поршнем нижней мертвой точки, то в цикле Аткинсона такт впуска значительно длиннее – клапан закрывается лишь на полпути поршня к верхней мертвой точке, когда в цикле Отто уже вовсю идет такт сжатия.

Что это дало? Самое главное – лучшее наполнение цилиндров благодаря снижению так называемых насосных потерь. Не вдаваясь в технические подробности, лишь скажем, что в результате двигатель Аткинсона примерно на 10% эффективнее (и экономичнее) обычного ДВС.

Однако на серийных автомобилях моторы, действующие по схеме Аткинсона, до последнего времени не встречались. Дело в том, что такой двигатель может правильно работать и выдавать хорошие показатели лишь на высоких оборотах. А на холостых он, наоборот, норовит заглохнуть. Чтобы решить проблему наполнения цилиндров на малых оборотах, на подобные моторы приходится устанавливать механические нагнетатели (такую схему иногда не совсем верно еще называют “двигатель Миллера”), что еще больше усложняет и удорожает конструкцию. К тому же потери на привод компрессора практически сводят на нет преимущества необычного мотора.

Поэтому серийные массовые автомобили с двигателями Аткинсона можно пересчитать по пальцам одной руки. Характерный пример – “Mazda Xedos 9/Millenia”, которая выпускалась с 1993-го по 2002 год и оснащалась 210-сильным 2,3-литровым V6.

Зато в чистом виде моторы Аткинсона оказались очень подходящими для гибридных моделей вроде знаменитого “Toyota Prius” или новейшего “Mercedes-Benz” S-класса, который вскоре пойдет в серийное производство. Ведь на малых скоростях такие машины передвигаются в основном на электротяге, а бензиновый двигатель подключается только при разгоне или при больших нагрузках. Эта схема, с одной стороны, позволяет нивелировать врожденные недостатки мотора Аткинсона, а c другой – максимально использовать его положительные качества.

Бесшумные золотники

Благодаря высокой экономичности моторы, работающие по циклу Аткинсона, сегодня все чаще используются на гибридных автомобилях вроде “Toyota Prius”.

МЕХАНИЗМ газораспределения – один из самых сложных и шумных в традиционном двигателе. Поэтому многие изобретатели пытались полностью избавиться от него или хотя бы существенно модернизировать.

Пожалуй, самой успешной альтернативной конструкцией стал мотор, созданный американским инженером Чарльзом Найтом в начале ХХ века. Привычных клапанов и их громоздкого привода в этом двигателе не было – их заменили специальные золотники в виде двух гильз, размещенных между цилиндром и поршнем. С помощью оригинального привода золотники перемещались вверх-вниз и в необходимый момент открывали окна в стенке цилиндра, через которые внутрь поступала свежая горючая смесь и удалялись в атмосферу выхлопные газы.

Такой мотор был сложен в изготовлении и достаточно дорог, зато он отличался очень тихой, практически бесшумной по меркам того времени работой. Поэтому многие компании, выпускавшие представительские автомобили, стали устанавливать двигатели Найта на свои модели. Покупатели готовы были переплачивать ради высокого комфорта. В начале прошлого века подобные моторы использовали такие известные фирмы, как “Daimler”, “Mercedes-Benz”, “Panhard-Levassor”..

Однако первоначальный восторг от бесшумной работы двигателей Найта вскоре сменился разочарованием. Конструкция оказалась ненадежной, к тому же отличалась повышенным потреблением бензина и масла из-за высокого трения между золотниками и стенками цилиндра, которое в разы возрастало при увеличении оборотов коленвала. Поэтому позади автомобилей с такими моторами всегда вился характерный сизый дымок.

Эпоха двигателей Найта закончилась в 30-е годы, когда на рынке появились моторы с усовершенствованным клапанным механизмом газораспределения, который почти избавился от чрезмерной шумности. Тем не менее в наши дни то и дело появляются сообщения о различных опытных вариантах бесклапанных двигателей, так что не исключено, что в будущем мы еще увидим такие моторы на серийных машинах.

Переменная степень сжатия

СТЕПЕНЬ сжатия – одна из важнейших характеристик двигателя. Чем больше этот параметр, тем выше максимальная мощность, экономичность и КПД бензинового мотора. Однако бесконечно увеличивать степень сжатия нельзя – в цилиндрах будет происходить детонация, то есть взрывное, неконтролируемое сгорание рабочей смеси, приводящее к повышенному износу деталей и механизмов.

Еще острее эта проблема стоит при создании двигателей с наддувом, которые в последнее время получают все большее распространение. Дело в том, что детали таких моторов работают в более жестких условиях, поэтому они сильнее нагреваются, и риск появления детонации выше. Так что степень сжатия приходится снижать. При этом соответственно падает и эффективность двигателя.

В идеале степень сжатия должна плавно меняться в зависимости от режима работы мотора. Для получения максимальной отдачи ее надо увеличивать, когда нагрузка на двигатель невелика, а затем по мере роста сопротивления движению постепенно уменьшать.

Первые проекты моторов с изменяемой степенью сжатия появились еще во второй половине ХХ века, однако сложность конструкции пока не позволяет широко использовать на массовых моделях. Тем не менее над совершенствованием этой схемы работают многие автопроизводители.

К примеру, SAAB в 2000 году представил опытный рядный 5-цилиндровый мотор SVC (“Saab Variable Compression”), который за счет изменяемой степени сжатия при скромном рабочем объеме 1,6 л выдает приличные 225 л.с. Шведский двигатель по горизонтали разделен на две части, шарнирно соединенные друг с другом с одной стороны. В нижней находятся коленвал, шатуны и поршни, а верхняя объединяет в едином моноблоке цилиндры и их головки. Специальный гидропривод может слегка наклонять моноблок, варьируя степень сжатия от 14 единиц на холостых оборотах до 8 – на высоких, когда в работу включается приводной компрессор. Такая конструкция оказалась эффективной, но очень дорогой, поэтому вскоре после премьеры проект SVC закрыли до лучших времен.

По мнению специалистов, более жизнеспособной выглядит другая схема. Такой двигатель практически неотличим от обычного, за исключением оригинального кривошипно-шатунного механизма. Коленвал здесь связан с поршнем через специальное коромысло. Оно, в свою очередь, закреплено на специальном валу, который может поворачиваться с помощью электро- или гидропривода. При наклоне коромысла меняется положение поршня в цилиндре, а значит, и степень сжатия. Преимущества такой компоновки в относительной простоте – в принципе ее можно создать на основе практически любого мотора.

Таким образом, современные технологии уже позволяют построить двигатель с переменной степенью сжатия. Осталось только решить проблему высокой стоимости таких проектов..

 

 

Не тот гибрид

Возможно, в недалеком будущем мы увидим на автомобилях концерна GM двигатели, сочетающие в себе преимущества как дизельных, так и бензиновых моторов.

НА СОВРЕМЕННЫХ автомобилях в основном применяются два типа двигателей – бензиновые и дизельные. Первые отличаются высокой мощностью, вторые – хорошей тяговитостью и экономичностью.

Сейчас многие автопроизводители работают над созданием мотора, который совместил бы в себе оба эти достоинства. В принципе конструкция обычных бензиновых агрегатов уже стала очень похожей на дизель: непосредственный впрыск топлива позволил поднять степень сжатия до 13-14 единиц (против 17-19 у дизельных вариантов).

На экспериментальных моделях степень сжатия еще выше – 15-16 единиц. Однако для постоянного самовоспламенения смеси этого не всегда достаточно. Поэтому при запуске двигателя, а также при высоких нагрузках топливо поджигается обычной свечой. При равномерном движении она отключается, и мотор переходит на “дизельный” режим работы, потребляя минимум топлива. Контролирует всю систему электроника, которая следит за условиями движения и при их изменении дает соответствующие команды исполнительным механизмам. По словам разработчиков, подобные двигатели весьма экономичны и практически не загрязняют окружающую среду. Однако уже сейчас ясно, что стоимость автомобилей с такими моторами будет достаточно высокой. Найдут ли они свое место на рынке, пока сказать сложно.

Автор
Юрий УРЮКОВ
Издание
Клаксон №24 2008 год
Фото
фото фирм-производителей

10 самых необычных двигателей за всю историю автомобилестроения

Большинство современных автомобильных двигателей очень похожи друг на друга. Даже те, которые могут на первый взгляд показаться особыми, например шестицилиндровый Porsche, или новый двухцилиндровый Fiat, построены по все той же заезженной технологии, которая используется в конструкции двигателей уже более 50 лет. Однако, не все производители следуют этой тенденции. Некоторые двигатели являются поистине уникальным, а некоторые из них просто шокируют. Кто-то гнался за эффективностью, другие – за оригинальностью. В любом случае, их проекты поражают.

Сегодня я расскажу вам о десяти самых необычных двигателях за всю историю автомобилестроения, однако, есть некоторые правила. В этом списке имеют право находиться только двигатели серийных пассажирских автомобилей, никаких кастомных проектов. Итак, давайте же приступим!

 

Bugatti Veyron W16

Конечно, куда же без него, великий и могучий Veyron W16. Одни только цифры поражают: 8 литров, более 1000 лошадиных сил, 16 цилиндров – этот двигатель является самым мощным и сложным среди всех серийных автомобилей. Он имеет 64 клапана, четыре турбины, W-компоновку – такого мы еще никогда не видели. И да, на него распространяется гарантия.

Такие двигатели являются удивительно редкими, поэтому мы должны ценить то, что нам удалось застать такие уникальные технологические прорывы.

 

Knight Sleeve Valve

В начале прошлого века, Чарльз Йел Найт решил, что пора внести в конструкцию двигателей что-то новенькое, и придумал бесклапанный двигатель с гильзовым распределением. К всеобщему удивлению, технология оказалась рабочей. Такие двигатели были весьма эффективными, тихими и надежными. Среди минусов можно отметить потребление масла. Двигатель был запатентован в 1908 году, а позднее появлялся во многих автомобилях, в том числе Mercedes-Benz, Panhard и Peugeot. Технология отошла на задний план, когда двигатели стали быстрее крутиться, с чем традиционная клапанная система справлялась гораздо лучше.

 

Mazda Wankel Rotary

Пришел как-то один парень в офис Mazda, и предложил сделать двигатель, в котором трехконечный поршень должен вращаться в овальном пространстве. По сути, это напоминало футбольный мяч в стиральной машине, но по факту двигатель оказался удивительно сбалансированным.

Вращаясь, ротор создает три небольших полости, которые отвечают за четыре фазы силового цикла: впрыск, компрессия, мощность и выхлоп. Звучит эффективно, и так оно и есть. Соотношение мощности и объема довольно высоко, но сам по себе движок нефонтанистый, потому что камера сгорания у него сильно удлинена.

Странно, не так ли? А знаете, что еще более странно? Он всё еще в производстве. Купите Mazda RX-8 и получите сумасшедший движок, который вращается до 9000 об/мин. Чего же вы ждете? Скорее в салон!

 

Eisenhuth Compound

Джон Айзенхат знаменит тем, что изобрел интересный трехцилиндровый двигатель, в котором два крайних цилиндра питали средний, «мертвый» незажженный цилиндр своими выхлопными газами, который, в свою очередь, отвечал за выходящую энергию. Айзенхат пророчил своему двигателю 47-процентную экономию топлива. Через пару лет компания развалилась и обанкротилась. Делайте выводы.

 

Panhard Flat-Twin

Французская компания Panhard стала известна благодаря своим интересным двигателям с алюминиевыми блоками. Их изюминкой является конструкция. Суть в том, что блок и головка блока цилиндров сварены в единое целое. Объем двигателя составлял от 0.61 до 0.85 литра, мощность – от 42 до 60 л.с, в зависимости от модели. Удивительный факт: этот двигатель является самым странным участником и победителем (!!!) гонок Le Mans.

 

Commer Rootes TS3

Странный двигатель со странным названием. Трехлитровый движок с оппозитными поршнями Commer TS3 оснащался компрессором и одним коленвалом (большинство оппозитных двигателей имеет два). Очень интересная махина во всех смыслах этого слова.

 

Lanchester Twin-Crank Twin

Компания Lanchester была основана в 1899 году, а уже через год они выпустили свой первый автомобиль Lanchester Ten, оснащенный  четырехлитровым атмосферным двигателем с двумя коленвалами. Выжимал он 10.5 лошадиных сил при 1250 об/мин. Если вы еще не встречали элегантного произведения инженерного искусства, то вот оно.

 

Cizeta-Moroder Cizeta V16T

Как и Veyron, суперкар Cizeta выпускался ограниченной партией, и его ключевой деталью был двигатель. 560 лошадей, 6 литров, компоновка V-16. По сути, это два двигателя V8, использующих общий блок. Найти эту машину сейчас сложнее, чем честного чиновника. Количество произведенных автомобилей держится в тайне.

 

Gobron Brillie Opposed Piston

Двигатель Commer TS3 построили, вдохновившись именно этим чудом инженерии родом из Франции. Поршни располагались противоположно друг другу. Первая пара отвечала за коленвал, вторая – за шатуны, соединенные с коленвалом под углом 180°.

Компания производила широкий спектр двигателей, от двухцилиндровых объемом 2.3 литра, до шестицилиндровых объемом 11.4 литра. Был еще огромный 13.5-литровый четырехцилиндровый гоночный движок, благодаря которому впервые была пройдена отметка скорости в 100 миль/час в 1904 году.

 

Adams-Farwell

 

Сама идея того, что сзади тебя в автомобиле вращается двигатель, довольно интересна, именно поэтому данный движок попал в наш список. Вообще, вращался не весь двигатель, а только цилиндры и поршни, потому что коленвалы были прочно зафиксированы. Установленные по кругу цилиндры охлаждались воздухом и напоминали крутящееся колесо.

Сам двигатель устанавливался позади водительского места, которое было выдвинуто максимально вперед. Идеальная схема для летального исхода во время аварии.

 

Бонус! Безумные двигатели не из серийных автомобилей

 

Chrysler A57 Multibank

30 цилиндров, пять карбюраторов, пять распределителей – вот что случается, когда Америка выходит на тропу войны. Этот монстр питал своими 425 силами такие знаменитые танки, как M3A4 Lee и M4A4 Sherman.

 

British Racing Motors H-16

Не упомянуть его было бы преступлением. Трехлитровый двигатель имел 32 клапана H-16, по сути два восьмицилиндровых двигателя, соединенных воедино инженером по имени Тони Радд. Он выжимал более 400 л.с, но был ненадежным и ужасно высоким. В 1966 году этот двигатель стал победителем гонок Формула 1 Гран При США, за рулем болида находился Джим Кларк.

Двигатель Найта

Двигатель Найта — бензиновая силовая установка альтернативной конструкции, изобретенная в начале 20-го века.

Двигатель

Двигатель Найта отличается от традиционного ДВС конструкцией механизма газораспределения, позволяющей «снимать» с установки огромную мощность, недосягаемую для наиболее распространенных в наши дни двигателей внутреннего сгорания.

История создания двигателя Найта

В начале XX века ученый Чарльз Найт создал четырехтактный двигатель, основанный на гильзовой системе газораспределения. Несмотря на сложность изготовления и относительно высокую стоимость, моторы Найта завоевали широкую популярность и часто использовались различными автомобильными компаниями.

Не исключено, что в ближайшем будущем двигателем Найта займется инновативный концерн Toyota, недавно представившая линейку новых двигателей с рекордно высоким тепловым КПД

В 1906 году изобретатель со своим партнером Лайменом Кильбурном представили общественности автомобиль «Silent Knight» с бесклапанным четырехцилиндровым двигателем. Основным преимуществом машины стал значительно меньший уровень шума по сравнению с аналогами того времени. Спустя некоторое время различные вариации двигателей Найта стали разрабатывать и за пределами США, например, во Франции, Великобритании и других странах.

Многоцилиндровые двигатели Найта выпускались компаниями «Rolls-Royce», «Napier» и «Bristol». Мощность мотора могла достигать 3,5 тысяч л.с. Тогда эти двигатели не имели аналогов и являлись самыми мощными. В ходе Второй мировой войны такие агрегаты стали применяться в авиации.

Устройство и принцип работы двигателя Найта

Механизм двигателя Найта основан на работе подвижных гильз, расположенных в цилиндре и оснащенных рабочим поршнем и крупными боковыми окнами. При перемещении гильзы данные окна периодически совпадают с впускным или выпускным отверстием, расположенным в стенке цилиндра. В результате цикла в цилиндр поступает горючая смесь, а выхлопные газы удаляются.

Немецкая фирма Daimler Motoren Gesellschaft также не прошла мимо казавшегося перспективным двигателя. Автомобиль Mercedes с двигателем этого типа назывался «Knight»

В XX веке существовали варианты исполнения моторов, в которых гильзы вращались вокруг цилиндра, а не скользили вдоль него. Данный механизм получил название «Система МакКаллума». Другим альтернативным вариантом были двигатели с цилиндрами, окна которых располагались в головке блока, а не в боковых стенках. Следует отметить, что данные моторы встречались гораздо реже, нежели двигатели Найта.

Автомобили с двигателем Найта

В разное время двигателями Найта оснащались машины таких марок, как Mercedes, Panhard-Levassor, Daimler, Peugeot, Willys и др. Механизм постоянно совершенствовался, однако общая идея всегда оставалась неизменной. В 1905-1919 годах одним из основных производителей автомобилей с двигателем Найта была компания «Avions Voisin». Ярким представителем того поколения стал кабриолет «Voisin C11». В различных моделях устанавливались четырех-, шести, а иногда и двенадцатицилиндровые моторы Найта.

Преимущества и недостатки двигателя Найта

На момент создания моторы Найта во многом превосходили стандартные клапанные двигатели. Благодаря наличию крупных окон для впуска и выпуска не затруднялся процесс газообмена. Двигатель Найта имел высокую мощность и отличался длительным сроками службы.

Низкий уровень шума при работе двигателя Найта в свое время привлек закупщиков из армии США. По их заданию над созданием военного автомобиля работал концерн Chrysler

Среди главных недостатков – слабая герметичность цилиндров, чрезмерный расход масла, плохая приработка поршневых колец и внутренней гильзы. Из-за перечисленных проблем двигатель Найта утратил свою актуальность, хотя на протяжении XX века многие компании пытались улучшить данный механизм. Тем не менее, этот вид двигателя был вытеснен более совершенными аналогами.

Двигатели Найта на современном этапе

Моторы Найта утратили популярность в 30-е годы XX века, и сегодня они не представлены на мировом рынке. На смену пришли усовершенствованные клапанные механизмы газораспределения, которые не только решают проблему чрезмерного шума, но и обладают множеством преимуществ по сравнению с системой Найта. Тем не менее, некоторые ученые рассматривают возможность появления бесклапанных двигателей на современных серийных автомобилях. Подобные заявления регулярно печатаются в СМИ и вызывают многочисленные споры среди представителей научно-технической отрасли.

Многоклапанные двигатели — Энциклопедия журнала «За рулем»

Когда нижнеклапанные двигатели ушли в прошлое, клапаны перекочевали наверх в головку блока, и с тех пор их расположение не менялось. Чтобы избежать длинных толкателей, которые ограничивали возможность форсирования двигателя по оборотам (такая конструкция — инерционная и нежесткая), распределительный вал перенесли в головку блока, чем и закончилась трансформация. Потом росли только степень сжатия и обороты. Но если «оборотистый» двигатель и годится для гонок (правда, не для всех), то для повседневной эксплуатации он не подходит: высоки требования к материалам, из которых сделаны детали, топливу и маслам, велики токсичность выхлопа и эксплуатационные расходы. Пришлось искать другие пути.

Площадь четырех вписанных кругов больше, чем двух; соответственно больше проходное сечение каналов, которые прикрыты клапанами.

Идею двигателя с четырьмя клапанами на цилиндр не назовешь особо оригинальной или новаторской, но нельзя отрицать и то, что это достаточно простой способ улучшить наполнение цилиндра горючей смесью и удаление отработавших газов из него. Нарисуйте окружность и впишите в нее две другие максимально возможного диаметра, а затем попробуйте изобразить то же, но уже с четырьмя. Большая окружность обозначает цилиндр, а малые — каналы, закрытые клапанами. Невооруженным глазом видно, в каком случае площадь, занимаемая вписанными кругами, больше и, следовательно, больше проходное сечение впускного и выпускного каналов в головке двигателя.
Четыре клапана «спустились» с высот формулы 1 сначала на другие гоночные, затем на более простые спортивные автомобили, а сейчас они бодро «шествуют» от дорогих машин в средний класс и дальше, к малым и дешевым (этот этап начался в начале 1990-х).

Типичная схема механизма газораспределения двигателя (Mazda 121): зеленым цветом выделен распредвал, коричневым — клапаны с пружинами и фиксирующими деталями. Интересно, что рычаги распредвала выполнены из легкого сплава (показаны желтым цветом) и снабжены стальными роликами (красные). Видны винты для регулировки зазора с контргайками и свеча зажигания (эти детали — белые).

Двигателю с четырьмя клапанами на цилиндр вовсе не обязательно иметь два распределительных вала в головке, как думают иногда автолюбители. Есть моторы, в которых клапаны приводит один вал, например у «Мазды-121».

Двигатель автомобиля Mitsubishi Galant: два распределительных вала, гидравлические компенсаторы клапанного зазора — типичные для четырехклапанных моторов.

Двигатель более дорогого «Мицубиси-Галант» — уже с двумя распределительными валами, гидрокомпенсаторами клапанных зазоров. Заметим, что схема с двумя распредвалами применяется в четырехклапанных двигателях чаще.
Есть двигатели и с тремя клапанами на цилиндр: несколько таких моделей использует, например, Toyota на автомобилях Starlet и Corolla. В этом случае два клапана впускные, а один — выпускной. Это обусловлено тем, что для впуска требуется большее сечение: рабочая смесь хуже проходит по узким каналам, чем выхлопные газы.
Когда фирма Opel добавила к модификациям своей Vectra модную полноприводную, то едва не оступилась. Инертная трансмиссия, возросший вес машины почти свели на нет ее достоинства по сравнению с переднеприводной. Спасти положение помогла новая головка с четырьмя клапанами на цилиндр. Прибавилась мощность, динамика и скорость выросли под стать полноприводным амбициям. Это пример настоящей конструкторской удачи.
Если сечение каналов больше, это не значит, что топлива в цилиндры поступает больше и расход должен быть выше. Многоклапанные головки двигателя позволяют изменить распределение рабочей смеси по камере сгорания, снизить потери впуска и уменьшить количество оставшихся в цилиндрах отработавших газов. Все это увеличивает КПД двигателя, следовательно, появляется возможность уменьшить расход, хотя бы на некоторых режимах.
Двигатель потребляет не столько топлива, сколько войдет в цилиндры, система впрыска «определяют дозу» согласно желанию конструкторов. Но и разработчики иной раз вынуждены идти на уступки, например, применять высокооктановый бензин.
Конечно, улучшить характеристики автомобиля можно не только изменив конструкцию двигателя (увеличив число клапанов). Нередко вместе с этим изменяют передаточные числа в коробке передач, модифицируют систему впрыска топлива и т. д. Но все же ведущие фирмы широко применяют четырехклапанные двигатели.
В условиях современного производства затраты на выпуск технологически более сложной головки блока невелики, а повышенная цена автомобиля, как правило, оправдывается хорошими характеристиками и не отпугивает покупателя.
Некоторые ездят на четырехклапанных машинах, даже не подозревая об этом. Автомобильные фирмы иной раз упоминают о конструкции только в технических характеристиках: ведь потребителя волнуют эксплуатационные показатели, а не устройство двигателя. Другие, наоборот, стремятся подчеркнуть технический уровень или спортивные качества модели, тогда в названии появляются обозначения «16V», «24V». Первое говорит о том, что двигатель имеет четыре цилиндра и четыре клапана на цилиндр, всего шестнадцать, а второе — шесть цилиндров, по четыре клапана на каждый (6X4=24). Индексы трехклапанных двигателей «12V», «18V». Те же надписи могут быть и на клапанной крышке, а кроме них «DOHC» и «Twincam», что означает «два распределительных вала в головке». Если же рядом с «DOHC» не стоит «12V» или «24V», то двигатель вовсе не обязательно четырехклапанный: два распредвала могут быть и у обычного, двухклапанного.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о