| Обратная связь |
В современном мире стало модно быть, экологически чистым. Буквально все твердят об экологической чистоте. Первым делом этот вопрос сказался на автомобильном транспорте, не даром большинство современных автомобилей соответствуют нормам Евро 4. Деньги на совершенствование экологической безопасности автомобилей тратятся огромные, они идут на совершенствование систем впрыска, разработку новейших нейтрализаторов, а так же производство новейших видов топлива. Обо всем выше сказанном знают, наверное, многие, а вот о том, что разработкой экологически чистого двигателя в 60-х годах прошлого столетия занимался профессор Кушуль работающий в Ленинградском институте авиационного приборостроения, знают единицы. Двигатель, построенный профессором при первом взгляде, напоминал обычный 6-ти цилиндровый V образный двигатель с малым углом развала цилиндров. Но это только при первом взгляде. На самом деле были и кардинальные отличия. Двигатель состоял: из 2-х поршней, шатунов не стандартной конструкции, маховика, блока цилиндров. Отличительной особенностью данного двигателя было перепускное окно, соединяющее между собой параллельные цилиндры. Для того чтобы понять все достоинства и недостатки двигателя Кушуля давайте рассмотрим его рабочий процесс. Впуск - поршни, как и на "обычном" двигателе идут вниз, но вся разница в том, что один цилиндр "питается" сильно переобогащенной топливно-воздушной смесью, а второму перепадает только чистый воздух и, ни грамма топлива. Сжатие - поршни идут вверх, сжимая находящееся внутри цилиндров "добро". Причем поршни идут с небольшой разницей, первый впереди второго на 20…30 градусов. То есть когда в первом цилиндре происходит зажигание топливно-воздушной смеси, 2-й поршень находится в 30…40 градусах от верхней мертвой точки. Рабочий ход – поршень (1-й) начинает движение вниз под действием расширяющихся газов, в то время как 2-й поршень еще продолжает свое движение вверх и сжимает находящийся в цилиндре воздух. Через некоторое время поршни выстроятся "в линию", и давление над 1-м и 2-м поршнями будет иметь примерно одинаковое значение. Но рабочий ход продолжается и 1-й поршень движется вниз, давление горячих газов над ним при этом уменьшается, а 2-й поршень все еще продолжает двигаться вверх и сжимать находящийся в цилиндре воздух. Из-за большой разницы давлений, воздух, находящийся во втором цилиндре начинает перетекать в первый через перепускное окно с огромной скоростью. Новая порция воздуха позволяет полностью сгореть топливу, попавшему в первый цилиндр. После того как 2-й поршень прошел в.м.т. в нем так же начинается рабочий ход. Горячие газы в этот момент времени одновременно воздействуют на два поршня сразу. Выпуск - открываются выпускные клапаны, оба поршня идут вверх, выбрасывая в атмосферу продукты сгорания, все как у обычного двигателя, но с одной оговоркой. Процесс выпуска у двигателя Кушуля не очень то и громогласен, виной всему низкое давление отработанных газов - топливо попало в один цилиндр, а расширение горячих газов произошло в двух. Кстати говоря, здесь прослеживается и еще одно достоинство этого двигателя - достаточно высокий КПД, так как энергия горячих газов максимально возможно использована в недрах мотора, а выброс отработанных газов происходит при относительно низком давлении и температуре. Главный козырь этого двигателя, ради чего он в принципе и создавался, низкий выброс вредных веществ, благодаря наиболее полному сгоранию топлива. К преимуществам можно так же отнести возможность работы на различных видах топлива и экономичность. Все недостатки "вылезли" в процессе ходовых испытаний построенного Кушулем двигателя, который был имплантирован в "тело" легендарной "Волги". Недостатков было не много, но они были достаточно существенны. Первое - большая масса агрегата, с ней пытались бороться, применяя облегченные детали, но срок их службы бал значительно меньше чем у массивных. Второе - несбалансированная работа двигателя, так как в каждый момент времени работало по два цилиндра, то двигатель был аналогичен трехцилиндровому мотору. Балансионный вал в конструкции этого двигателя предусмотрен не был, хотя сейчас практически все трехцилиндровые двигатели работают в паре с "балансиром". Как и в других случаях, конструкция этого двигателя не "пошла" по технологическим причинам. Обычный двигатель был намного проще в производстве, чем двигатель Кушуля.
| |
pdnr.ru
Подводя итог, попробуем описать наилучший двигатель, который максимально использует определенные резервы. Он должен быть:
- двухтактный;- по схеме с противоположно-движущимися поршнями;- с минимальным количеством цилиндров и максимальным их объемом;- с изменяемой степенью сжатия;- с рециркуляцией отработавших газов;- с наддувом и промежуточным охлаждением наддувочного воздуха;- с силовой турбиной.
Большего классический цикл ДВС не позволяет.
Неклассические рабочие циклы
Наша цель – полное сжигание топлива и подведение всей выделившейся энергии в начале такта рабочего хода. Наши резервы – большая часть от потерянной энергии в 47%÷75%.
Частичным решением поставленной выше задачи можно считать наиболее раскрученный сегодня проект – двигатель Скудери, разрабатываемый американской компанией «Scuderi Group». Назван он так по имени его изобретателя, как думают американцы, Кармело Скудери, рассчитавшего его на логарифмической линейке в 2001 году.
Справедливости ради вспомним, что автором базового цикла, применяемом в этом проекте, является профессор Ленинградского института авиационного приборостроения Вениамин Моисеевич Кушуль, защитивший в 1962 г. докторскую диссертацию на тему «Термодинамические основы и рабочий процесс автотракторного двигателя внутреннего сгорания нового типа». Цикл свой он осуществил на П-образном двигателе Цоллера. Как видим, «Scuderi Group» ни от базового цикла, ни от двигателя Цоллера не отошла.
Цикл осуществляется в парных сообщающихся цилиндрах, в которых движутся поршни с фазовым смещением кривошипов друг относительно друга.
Смещение кривошипов, за счет совместного движения поршней в районах мертвых точек, позволяет получить такой закон изменения суммарного рабочего объема цилиндров, при котором время минимального и максимального суммарных объемов как бы удлиняется (аналогично выстою поршня в верхней и нижней мертвых точках).
Это дополнительное время при постоянном объеме позволяет более полно сжечь топливо до такта рабочего хода. А особым способом осуществляемое смесеобразование, использующее потоки воздуха при перетекании из одного цилиндра в другой для турбулизации заряда, позволяет более качественно и быстро произвести смесеобразование.
Доработанный «Scuderi Group» цикл с пневмоаккумулятором превращает подачу рабочего заряда в цилиндр в аналог топливной системы Common Rail.
Основные недостатки двигателя Кушуля и Скудери очевидны:
- существенное усложнение конструкции двигателя;
- снижение его механического КПД за счет дополнительных узлов и газодинамических потерь при перетекании большого объема газов в сообщающихся цилиндрах. Это уменьшает эффект, получаемый от, несомненно, лучшей организации рабочего цикла;
- увеличенные, по сравнению с обычным ДВС, габариты и вес.
Положительные качества бесспорны – лучшие, чем у классических ДВС, экономические и экологические показатели.
Здесь мы видим движение к поставленной нами цели, но полностью она не достигается.
Дальнейшим развитием рабочего процесса Кушуля и «Scuderi Group» является двигатель американца Джона Заджака (John Zajac), разрабатываемый фирмой «Zajac Motors».
В нем уже в полной мере реализован принцип отделенного процесса сгорания, позволяющего произвести наиболее полное и экологически чистое сжигание топлива.
Результат достигнут, двери к кладовым главных резервов открыты.
Но основные недостатки этого двигателя те же, что и у двигателей Кушуля и Скудери.
Но ближе всех к отделенному процессу сгорания, без излишеств рассмотренных выше двигателей, подошла немецкая фирма «DIRO Konstruktions GmbH & Co. KG». Свои решения она защитила американским, немецким и японским патентами в 2001 году.
Принцип отделения процесса реализуется посредством вращающегося в головке цилиндра блока, в котором размещены две камеры сгорания. Камеры сгорания, работая друг с другом в противофазе, периодически соединяются с рабочей полостью цилиндра в конце такта сжатия и начале такта рабочего хода. Процесс сгорания производится в каждой камере сгорания отдельно, после разобщения ее с полостью цилиндра, и длится до следующего соединения камеры с полостью цилиндра в начале такта рабочего хода. Немцы реализовали процесс на базе 4-х тактного цикла, назвав его 5-и тактным. Времени на сгорание топлива может быть выделено предостаточно.
О достигнутых успехах фирма пока не сообщает.
Однако цикл с отделенным процессом сгорания был разработан задолго до Скудери, Заджака и DIRO мной, еще в конце 1980-х годов, и защищен патентом Российской Федерации №2066773 с приоритетом от 2 апреля 1993 года. Он не имеет недостатков двигателей Кушуля, Скудери, Заджака и DIRO потому, что изначально создавался как отделенный процесс сгорания с задачей динамичного управления циклом. И если Вы обратите внимание на схемы реализации цикла, описанные в патенте (рисунок ниже), то увидите варианты и перечисленных выше двигателей. Кстати, именно поэтому патенты Заджака и DIRO в части принципа организации отделенного процесса сгорания могут быть аннулированы по признаку отсутствия новизны.http://www.rtc-ec.ru/notes/o_dvs.html
is2006.livejournal.com
В настоящее время проблема загрязнения воздушного бассейна крупных городов выхлопными газами автомобилей стоит очень остро. Ядовитый туман - смог, порождаемый в основном выхлопными газами автомобилей, уже по нескольку раз посетил крупнейшие города мира:
Лондон, Лос-Анджелес, Дюссельдорф, Париж, унося каждый раз сотни человеческих жизней. И не удивительно. Ведь, например, автомобильное население Лос-Анджелеса ежедневно выбрасывает в атмосферу 10 тыс.т. угарного газа, 2 тыс.т. углеводородов (среди них есть и канцерогены!), 530 т. окислов азота. Во всем мире ведутся интенсивные исследования как по снижению общей загазованности выхлопа автомобильного двигателя, так и по уменьшению содержания в нем токсичных веществ.Всевозможные фильтры, скрубберы и нейтрализаторы, очищающие выхлопные газы перед выпуском их в атмосферу, - меры половинчатые, компромиссные. Радикальным, полностью решающим проблему является путь создания конструкций двигателей, которые вообще не давали бы ядовитых веществ в выхлопе, обладали бы чистым дыханием. В таком двигателе должен быть коренным образом изменен сам рабочий процесс так, чтобы дожигание и разложение вредных частей выхлопа происходили в самом рабочем цилиндре, а еще лучше, если бы вредные вещества вообще не образовывались при сжигании топлива. Подобные конструкции были созданы и успешно испытаны. Это, во-первых, довольно широко известные двигатели с форкамерно-факельным зажиганием. Во-вторых, двигатель профессора Ленинградского института авиационного приборостроения Вениамина Моисеевича Кушуля. В 1962 г. им была написана и защищена докторская диссертация Термодинамические основы и рабочие процессы двигателей внутреннего сгорания нового типа. Затем был сконструирован и построен опытный образец такого двигателя, имеющий три пары цилиндров, образующих единый двухрядный блок, и трехкривошипный коленчатый вал. В общей головке цилиндров устроено обычного вида верхнеклапанное газораспределение со штанговым приводом клапанов. Каждый цилиндр имеет впускной и выпускной клапаны.На этом двигателе были получены замечательные результаты. Установленный на автомобиле Волга, он за короткое время прошел 30 тыс. км. И показал хорошие пусковые и эксплуатационные качества, высокую надежность в работе. Автомобиль, на котором стоял опытный двигатель, имел отличные динамические и ходовые качества, совершенно бездымный выхлоп и расходовал на 25 % меньше топлива, чем серийный. На стендовых же испытаниях двигателя В.М. Кушуля было достигнуто снижение расхода топлива на 30% по сравнению с обычными двигателями. В карбюраторном четырехтактном варианте двигатель работает так. Первый такт - впуск. Поршни 2 и 4 идут вниз, засасывая через открытые впускные клапаны в первый цилиндр сильно переобогащенную смесь, а во второй - чистый воздух. Когда поршни приходят в нижние мертвые точки, впускные клапаны закрываются.Второй такт - сжатие. Поршни идут вверх, сжимая в первом цилиндре горючую смесь, а во втором - чистый воздух. За 10-12 ( по углу поворота кривошипа) до прихода поршня 2 в в.м.т.; в первом цилиндре проскакивает электрическая искра, и смесь воспламеняется. Поршень 4 в момент вспышки не дошел еще до своей мертвой точки на 32-40 по углу поворота кривошипа.Общий объем в обоих цилиндрах в момент вспышки соответствует степени сжатия, равной 6.5 - 7.Третий такт - рабочий ход. Когда поршень 2 первого цилиндра будет в в.м.т. и давление сгорания здесь будет максимальное, поршень 4 второго цилиндра еще продолжает сжимать чистый воздух. По мере его приближения к своей в.м.т. давление в обоих цилиндрах сравняется и здесь возможно небольшое перетекание чистого воздуха из воздушного цилиндра в рабочий. Первая фаза горения закончилась.С подходом поршня 4 к в.м.т. давление воздуха превышает давление рабочих газов, и начинается вторая фаза горения. Раскаленный от сжатия чистый воздух, интенсивно перетекая по косонаправленному каналу в камеру сгорания и создавая в ней завихрения, способствует быстрому и полному догоранию всех возможных горючих веществ, находящихся в в рабочей камере. После прохождения поршнем 4 своей в.м.т., горение полностью заканчивается, и рабочие газы начинают расширяться в обоих цилиндрах, воздействуя сразу на оба поршня.Хотя горючая смесь была подожжена при степени сжатия 6.5 -7 , общая степень сжатия в двигателе, работающем по новому циклу, получается больше 11. Это происходит потому что, во-первых, сгорает переобогащенный заряд (т.е. в камеру сгорания поступает большая, чем обычно, порция горючего, и в результате максимальные давление и температура рабочих газов в цикле повышаются) и, во-вторых, эти рабочие газы расширяются до вдвое большего конечного объема сразу в двух цилиндрах. Конечное давление в цилиндрах к моменту открытия выпускных клапанов гораздо ниже, чем в двигателях обычных циклов. Это очень важно, так как часть энергии выхлопных газов, которая была бы просто выброшена в атмосферу, здесь преобразуется в полезную механическую энергию на валу двигателя.Четвертый такт - выпуск. По приходе обоих поршней в нижнюю мертвую точку (н.м.т.) открываются выпускные клапаны обоих цилиндров и выхлоп происходит, как обычно, разве что для этого двигателя при одинаковых мощности и уровне шума требуется менее мощный глушитель, в результате чего получается также некоторый выигрыш в мощности двигателя.Но самое существенное заключается в том, что двигатель В.М. Кушуля дает чистый выхлоп - его выхлопные газы не содержат вредных для здоровья человека веществ. В этом двигателе совершенно отсутствует склонность к детонации, что позволяет при электрическом зажигании использовать более тяжелые и более дешевые сорта топлива.Был построен и испытан также и дизельный вариант двигателя Кушуля. Он отличался от рассмотренного лишь тем, что в рабочем цилиндре находится форсунка для впрыска тяжелого нефтяного топлива: солярки, нефти (нет карбюратора и системы электрического зажигания). В дизельном варианте в рабочий цилиндр также впрыскивается гораздо большее количество топлива (коэффициент избытка воздуха равен 0.5 вместо 1.2 - 1.5).Разумеется, схему этого цикла можно применить и в двухтактном варианте двигателя, причем основные детали в принципе остаются без изменения.В заключении отметим положительные и отрицательные стороны двигателя В.М.Кушуля. Недостатки.Конструкция опытного двигателя гораздо сложнее, чем обычного д.в.с., хотя эта сложность объясняется многоцилиндровостью: шестицилиндровый двигатель обычной схемы был бы так же сложен.В принципе двигатель В.М. Кушуля имеет повышенные, по сравнению с обычным д.в.с., габариты и вес, хотя изобретателю уже в экспериментальном образце удалось успешно разместить опытный двигатель даже несколько большей мощности на месте обычного, серийного. Удельный же вес опытного двигателя не выше, чем у серийного.Пожалуй. Именно то обстоятельство, что изобретатель стремился гораздо больший в принципе двигатель ужать до размеров обычного серийного той же мощности и привело к неудаче при испытаниях; двигатель был признан ненадежным из-за поломок и температурного коробления некоторых деталей - шатунов, гильз цилиндров и т.п.Двигатель В.М.Кушуля имеет худшую уравновешиваемость, обусловленную сложным взаимосвязанным движением пары поршней в каждом отсеке, а опытный экземпляр был плохо уравновешен еще и потому, что по существу, он был трехцилиндровым мотором (хорошо уравновешиваются двигатели шестицилиндровые и с числом цилиндров, кратным четырем:
4-,8-,12-цилиндровые).Положительные качества этого двигателя более существенны, чем его недостатки.Расход топлива меньше, чем у обычных двигателей Отто на 30% и даже меньше, чем у обычных дизелей.Возможна работа карбюраторного двигателя на более тяжелых видах топлива. Расширив пределы регулировки, и применив некоторые другие специальные меры, можно получить всеядный двигатель, работающий практически на любом топливе.Совершенно чистый выхлоп, не содержащий вредных для здоровья человека веществ.Конечно, трудности постройки и особенно доводки нового двигателя очень велики, однако перспектива очищения воздуха наших городов от загазованности и сокращения расхода топлива многомиллионного парка автомобилей на 30 % весьма заманчива.
В. Славуцкий, март, 2017 г.
1 2
freedocs.xyz
