В 60-х годах прошлого века профессором Ленинградского института авиационного приборостроения В.М. Кушулем была предложена конструкция двигателя, не создающего вредного выхлопа. Это один из наиболее экологически чистых ДВС, работающих на традиционных видах топлива.
Конструктивные особенности двигателя Кушуля
В отличие от классического ДВС, в этом двигателе каждая пара цилиндров сообщается при помощи узкого косонаправленного канала, снабженного мощным клапаном. Во время работы в первый из парных цилиндров поступает обыкновенная топливо-воздушная смесь, а во второй – чистый воздух. Клапан при этом закрыт, а поршни находятся в нижнем положении. Вверх они движутся неравномерно – тот, в котором находится топливо, опережает второй на 40° по углу вращения кривошипа.
Когда в первом цилиндре топливо воспламеняется, он останавливается и под действием газов поршень начинает движение вниз. Поршень второго цилиндра в это время продолжает двигаться вверх, сжимая воздух. При достижении критической отметки клапан открывается и воздух поступает в первый цилиндр. Топливо-воздушная смесь обогащается кислородом, что приводит к усилению реакции горения. Этому же способствуют и завихрения воздуха, создаваемые перемещением газов между цилиндрами.
Увеличение объема кислорода позволяет «дожечь» все несгоревшие компоненты топлива и создать тем самым увеличенный объем газов. Часть из них по тому же каналу переходит во второй цилиндр, в результате чего оба поршня начинают асинхронное движение вниз. В нижней мертвой точке происходит выпуск отработанных газов – аналогично тому, как это осуществляется в ДВС классической конструкции.
Характеристики двигателя
Главное преимущество двигателя Кушуля в том, что топливо в цилиндрах сгорает на 99%. Из-за этого выхлоп двигателя бездымный, а содержание в нем загрязняющих атмосферу газов минимально. Кроме того, в таком двигателе принципиально невозможно детонация топлива, а звук его работы в разы тише, чем у обычного ДВС. Испытания показали, что такой двигатель на 30-35% экономичней классических образцов.
Однако конструкция двигателя Кушуля весьма громоздка и обладает немалым весом. Для нормальной работы двигатель нуждается в установке балансировочного механизма – это делает процесс его изготовления более трудоемким и дорогим. Из-за этого устанавливать такие двигатели в современные авто экономически невыгодно.
zaryad.com
расход топлива лежал в пределах 185— 210 г/л. с. в час. Двигатель эксплуатировался на автомобиле ГАЗ-21 и прошел без неполадок около 30 000 км. Однако этот интересный эксперимент не нашел продолжения.Нельзя пройти мимо гоночной модификации двигателя «Москвич-412», который комплектовался головкой цилиндров с двумя кулач-ковыми валами (конструктор — И. А. Гладилин). Существовали его разновидности рабочим объемом от 1478 до 1840 см1, развивающие удельную мощность 80 л. с./л при 6000 об/мин. Такие двигатели в конце 60-х гг. были изготовлены опытной партией около двух десятков.Вопросами впрыска топлива с электронным управлением цикловой подачей много лет занимался Центральный научный институт топливной аппаратуры (ЦНИТА) в Ленинграде. Разработанной им системой был оснащен в 1962 г. автомобиль ГАЗ-21, а позже экспериментальный «Москвич-408-турист» на базе модели «408» и некоторые образцы гоночных автомобилей.На ЯАЗе проводились эксперименты по новым двухтактным двигателям с петлевой продувкой, а также был построен в 1962 г. дизель ЯМЗ-248 воздушного охлаждения. Годом позже испытывался первый шестицилиндровый горизонтальный дизель ЯМЗ-970/2, представлявший собой половину 1 2-цилиндрового V-образного двигателя ЯМЗ-240, выпускавшегося в дальнейшем серийно.С того же 1963 г. ЯМЗ начал работать с турбонаддувом дизелей. Его первой серийной моделью с такой системой питания стал 12-цилиндровый двигатель ЯМЗ-240Н рабочим объемом 22 300 см'. Он развивал мощность 520 л. с. при 2100 об/мин, и, таким образом, его удельная мощность выросла до 23,3 л. с./л.Много экспериментальных дизелей построил НАМИ. В частности, силовой агрегат НАМИ-0101 для автомобилей УАЗ. Этот четырехцилиндровый двигатель 1970 г. при рабочем объеме 2445 см развивал мощность 75 л. с. и был на 53 кг тяжелее двигателя типа ГАЗ-21. Другой дизель, шестицилиндровый (рабочий объем 5450 или 4950 см'), V-об-разный, модели НАМИ-0118 предназначался для грузовых автомобилей ГАЗ-53А или ГАЗ-66. Его мощность составляла 125 или 115 л. с. при 3000 об/мин. Масса — 410 кг.Работал над дизелем и Уральский автомобильный завод, где в 1968 г. был построен двигатель «Урал-640» с пленочным смесеобразованием.Весьма серьезное внимание наша автомобильная промышленность уделяла газотурбинным двигателям. Первая экспериментальная машина с такой силовой установкой «Ту рбоНАМИ-053» (ведущий конструктор — М. А. Косое) изготовлена в 1959 г. на базе автобуса ЗИС-1 27. Однако в его салоне было только десять сидений, остальное пространство занимали приборы и оборудование.В задней части машины находилась двух-вальная газовая турбина мощностью 350 л. с. при 17 000 об/мин, не имевшая теплообменника. Ее мощность вдвое превосходила мощность дизеля, которым оснащался ЗИС-127, но масса турбины была вдвое меньше, чем у этого двигателя.Масса «ТурбоНАМИ-053» в снаряженном состоянии составляла 13 000 кг, а наибольшая скорость — 160 км/ч. Собственно лимитирующим фактором являлись шины, не рассчитанные на такой режим движения.В дальнейшем институт испытывал и трехосный КрАЗ-214Б с газотурбинным двигателем. Как автомобильный силовой агрегат, он носитель немалых преимуществ: малая масса на единицу мощности, легкий пуск в холодную погоду, лучшая полнота сгорания топлива. А главный недостаток—низкая топливная экономичность. Во всяком случае, «ТурбоНАМИ-053», еще не имевший теплообменников, слыл «пожирателем топлива».Ярославский моторный завод приступил к экспериментам над автомобильными газотурбинными двигателями несколько позже, в 1966 г. Однако уже в 1969 г. был готов к испытаниям самосвальный автопоезд БелАЗ-549В грузоподъемностью 120 0 00 кг, оснащенный 1200-сильной газовой турбиной. Работал над газотурбинными двигателями и ГАЗ. Его первая (170-сильная) модель была испытана в 1963 г. Работы вело специальное КБ под руководством В. М. Костюкова. Позже ими были созданы образцы мощностью от 380 до 600 л. с, оснащенные теплообменниками.Сознательный акцент на экспериментальных конструкциях вовсе не означает, что многие удачные образцы не смогли попасть на конвейер. Просто он служит иллюстрацией всплеска инициативы, творческого поиска, самостоятельных разработок в период, когда экономические условия особенно этому благоприятствовали.
istorija-avtomobilja.blogspot.com
С. Митрофанов
На мою статью «О ДВС, его резервах и перспективах развития глазами специалиста» написал отзыв Андрей Миллер. Привожу его полностью. Единственное, что я позволил себе – проставить по тексту отзыва номера, чтобы было удобнее читающим сопоставлять ответы и вопросы.
Андрей Миллер
Сергей, прочитал Вашу статью, спасибо! Однако, устранение «внутрицилиндровых противоречий» в Вашем двигателе по моему мнению не случилось.
1) Начну с того, что сама идея совсем не нова. Владимир Илларионович на ветке Бесшатунные двигатели-2 рассказывал, как он разобрал древний американский двигатель, в котором были форкамеры с КЛАПАНАМИ.
2) Могу добавить, что в ряду своих предшественников и конкурентов Вы забыли упомянуть английского изобретателя Меррита. Его схема практически повторяет Вашу, только завязана она была только на два цилиндра.Статья про двигатель Меррита (уже созданный) была опубликована у нас в «Автомобильной про-сти США» в начале 1990 годов и я этот журнал подарил В.М. Кушулю. У А.И. Костина эта информация где то еще есть.
3) Основной смысл ваших камер сгорания – отделить процесс сгорания от движения поршней для увеличения времени сгорания. Однако, процесс сгорания остается циклическим, времени, пока поршень сходит вниз и вернется, все равно мало, и даже разделение рабочего процесса на две камеры большого выигрыша принести не сможет. 6000 об/мин при Вашем любимом 2хтактном цикле, это много. Большого выигрыша во времени у Вас нет.
4) Американец Джон Заяц (я так привык его называть) не зря отказался от циклического сгорания и создал КС с «горячей стеной». Определенный уровень сгорания ТВС в КС его двигателя поддерживается постоянно.
5) А вот недостатки Вашей конструкции велики. Вам не удалось обойти главный недостаток двигателя В.М. Кушуля – недоиспользование воздушного заряда. По опыту нижнеклапанных двигателей можно однозначно сказать, что степень сжатия Вашего мотора будет не более 6-6,5 единиц. Думаю, не нужно рассказывать, что это значит.
6) Экономичность мотора при повышении СС с 6 до 12 единиц растет на 40-50-%. Это проверено реальным моторостроением. Мощность при этом так же повышается очень сильно. У Вас ничего этого не будет.
7) Поршень Вашего двигателя в ВМТ оставляет больше невытесненного в «отдельную КС» воздуха или смеси, чем поршень двигателя Кушуля. Но у Кушуля СС была 12,5 и могла быть еще увеличена. У Вас этой возможности нет. Конечно, Вы скажете, что в отдельной камере ТВС сжимается до Рz = 150 бар и Тz = 2500 град. Ну и что? Потом все это разбавляется неучаствовавшим в раб. процессе рабочим телом и общие получившиеся параметры никого не обрадуют. Как это и происходило в правом цилиндре двигателя Кушуля. Сгоревшие, в условиях недостатка кислорода газы, из камеры сгорания попадают в тонкий зазор между поршнем и стенкой ГБЦ. Обрыв цепей сгорания и охлаждение пламени тут обеспечены, примерно, как и в КС РПД. Так же появятся NOx, СН и СО, возможно альдегиды и другие «полезные» вещи. А вихря из «высокосжатого» воздуха, как в двигателе Кушуля или факела из горящего топлива, как в двигателе Костина, у вас в КС нет! Нет и СС 12,5…
8) Кстати, на появление NOx, например, влияет не только уровень Т сгорания, но и скорость охлаждения отработавших газов!
9) Все остальные недостатки: Сложное управление клапанами, стоящими в КС с очень напряженными тепловыми параметрами высоким давлением. Клапаны то нужно открывать вовремя и их открытие регулировать! Поэтому система типа «Вальвтроник» - необходимое условие существования этого двигателя.
10) Потери на охлаждение двух «лишних» и очень «горячих» КС. Вы поверхности теплообмена не уменьшаете, а увеличиваете.
11) Даже каналы из КС вы расположили тангенциально. Вы хотите нагревать стенки камеры сжатия? Зачем? Экология будет никакой. Это по опыту двигателя Кушуля и форкамерно-факельного двигателей.
12) «Отдельные камеры сгорания» не прочищаются потоками горящей бедной смеси. Что будет на определенных режимах работы преподносить неприятные сюрпризы, в основном виде выбросов ОГ и «провалов» характеристик двигателя.
13) Все это уже было…
14) Не могу не остановится на «механической части» ДВС. Вы говорите только о трении. Но силовой механизм ДВС должен еще обеспечивать определенные уровни вибрации, шума, ресурс, ремонтопригодность и еще большое количество других потребительских качеств двигателя. Их постоянное улучшение.Что, почему то, Вами совсем не рассматривается. Степень уравновешенности и ресурс двигателя – важнейшие показатели его технического совершенства.
Увы, Сергей, Вы не конструктор двигателей…
Ответы на вопросы Андрея Миллера
Из замечаний, который сделал А. Миллер, следует его полное согласие с выводами статьи о незначительности резервов в механической части двигателя и исчерпанности в основном резервов классических рабочих процессов ДВС. Спасибо.
Теперь ответы на возникшие у А. Миллера вопросы:
1) В статье обсуждается рабочий процесс с отделенным подводом тепла, а не камеры сгорания (далее КС) с клапанами, коих действительно в патентной литературе много. Задача их, как правило, либо очистка камеры, либо турбулизация заряда, либо ввод в КС топлива. Однако решения, где клапаны отделяют камеру сгорания (именно КС, а не бустерную, или продувочную, или воздушно-вспомогательную камеру) от полости цилиндра на период сгорания топлива я не нашел, хотя во время подачи заявки на изобретение провел глубокий патентный поиск, как и положено. Не исключаю, что такое решение в принципе могло существовать. Если уважаемому А. Миллеру оно известно, прошу его указать.Также обещаю опубликовать рассказ Владимира Илларионовича о том, как он разобрал древний американский двигатель, если его мне пришлют.
2) Я искренне рад за В.М. Кушуля и сам, наверное, обрадовался бы такому подарку, но, не смотря на радость, не вижу связи двигателя Меррита и обсуждаемого здесь процесса.В качестве прототипа при патентовании моего изобретения было выбрано наиболее близкое по смыслу – отделение КС от полости цилиндра – авторское свидетельство № 1252517 (в моем патенте, естественно, оно указано). Привожу его реферат.
Указанный А. Миллером двигатель Меррита является вариацией вышеназванного авторского свидетельства, согласно формуле изобретения <отличающийся тем, что он снабжен управляемым средством перепуска воздуха из первого цилиндра во второй>. Малый цилиндр в этом патенте является по сути КС с элементами управления потоком. Цитата из формулы изобретения Меррита: <основан на перемещении газов между двумя цилиндрами неодинакового рабочего объема, соединенный друг с другом посредством общей камеры сгорания, в которой происходит воспламенение, для того чтобы способствовать сегрегации>.Таким образом, оно дальше от обсуждаемой темы, чем выбранное мной авторское свидетельство, и, судя по формуле изобретения, задачу ставит совершенно другую, а именно – интенсификация смесеобразования. О неэффективности этого изобретения говорит уже то, что даже такой мощный совладелец патента, как британский Университет Coventry, не смог его продвинуть в жизнь.Привожу реферат изобретения Меррита.
3) При отделении процесса продолжительность его может составлять до 360 градусов поворота коленчатого вала (град. п.к.в.). При этом условия для сгорания топлива остаются лучшими по сравнению со сжиганием в цилиндре, так как объем камеры сгорания не изменяется. В принципе, это похоже на сжигание топлива в цикле Отто, то есть обыкновенного карбюраторного ДВС (подвод тепла при постоянном объеме), происходящее в надпоршневой полости при положении поршня в ВМТ, но более эффективно, так как сгорание производится в КС, имеющей гораздо меньшие поверхности теплообмена, чем надпоршневое простванство (поршень, огневая поверхность головки цилиндра, стенки цилиндра).Кроме того, сжигание топлива в замкнутом пространстве с ограниченным количеством кислорода имеет экологические преимущества, в идеале позволяющие избавиться от нейтрализаторов.Чтобы не утомлять читателей, предлагаю А. Миллеру самостоятельно познакомиться с исследованиями по сжиганию топлива в замкнутом объеме, так называемой «бомбе», которая в нашем случае является аналогом предложенных мной КС. Из современных материалов могу порекомендовать работы ученых Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова.
· ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА В ОГРАНИЧЕННЫХ ОБЪЕМАХ И ДВС В АЛТАЙСКОМ ТЕХНИЧЕСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ, П.К. Сеначин, Д.Д. Матиевский, B.C. Бабкин;
· МОДЕЛИРОВАНИЕ ГОРЕНИЯ СМЕСИ В ДВС С ИСКРОВЫМ ЗАЖИГАНИЕМ С ОБРАЗОВАНИЕМ ТОКСИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ В РАМКАХ МНОГОЗОННОЙ МОДЕЛИ В.И. Жгутова, М.Ю. Свердлов, Д.Д. Матиевский, П.К. Сеначин;
· МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗРЫВА ГАЗА В БОМБЕ ПОСТОЯННОГО ОБЪЕМА С УЧЕТОМ РАВНОВЕСНОГО СОСТАВА ПРОДУКТОВ ГОРЕНИЯ, Жгутова В.И., Свердлов М.Ю., Сеначин П.К., Матиевский Д. Д.
Относительно того, что времени мало, предлагаю взглянуть со следующей точки зрения. Оптимальная величина условной продолжительности сгорания топлива в классическом ДВС равна 40-60 град. п.к.в. При этом условия сгорания ухудшаются, объем камеры сгорания увеличивается, эффективность подвода тепла снижается – ведь чем позже подводится тепло, тем менее оно участвует в работе расширения, и в НМТ оно вообще бесполезно.Продолжительность сгорания в отделяемых камерах сгорания может быть до 360 град. п.к.в.Из отношения продолжительностей сгорания в обоих случаях получим, что в отделяемых камерах процесс может длиться в 6-9 РАЗ ДОЛЬШЕ, чем в классическом цилиндре.На самом деле, думаю, такая продолжительность не понадобится – условия сгорания лучше. Однако надо испытывать.Кстати, я не сторонник высоких оборотов двигателя (А. Миллер называл 6000 об/мин) из-за существенного роста механических потерь. К высоким оборотам прибегают для форсирования мощности, когда нет возможности форсировать по крутящему моменту. А колеса и винты крутит все-таки момент. В отделенном процессе сгорания по моменту как раз и нужно форсировать, все возможности для этого есть.
4) Я не слышал о попытках Заяца (пусть будет Заяц, если его так привык называть А. Миллер) сделать циклический процесс сгорания. Да и базу он взял такую, при которой это просто не возможно. В то же время и Заяц, и Скудери использовали схему соединения КС, указанную в моем патенте, который имеет существенный временной приоритет перед их разработками.Также обращаю внимание на то, что мой патент защищает СПОСОБ работы двигателя внутреннего сгорания, а не УСТРОЙСТВО. СПОСОБ защищает принципы, под которые могут быть созданы устройства, например Заяца или DIRO. Соответственно, варианты реализации способа, указанные в патенте, всего лишь демонстрируют его осуществимость.Кстати, в части устройств, указанных как примеры в патенте, признак новизны (одно из непременных условий для патентования) в последующих патентах уже отсутствует, и если у Заяца запатентована КС как отделяемый от 2-х цилиндров объем, его патент может быть аннулирован на основании моего.Кроме того, камера сгорания, примененная Заяцем, имеет на порядки (то есть в десятки раз) большие поверхности теплообмена, чем две КС на цилиндр, посмотрите хотя бы на фотографию его двигателя.
К поверхностям камеры сгорания еще следует добавить соединительные каналы и трубопроводы. В результате поверхности теплообмена КС двигателя Заяца и двух камер КС по моему патенту просто несопоставимы.Двигатель Заяца является аналогом паровоза, только рабочее тело в нем не пар, а на продукты сгорания. И мы еще пока не говорим о лишних цилиндрах, дополнительных насосных потерях и механическом КПД, который не может быть в конструкции Заяца высоким в силу перечисленных избыточных механизмов. Отсюда и отношение к проекту. При экологической перспективности бесперспективность в экономике.
5) По поводу нижнеклапанных двигателей. В статье речь идет преимущественно о двигателе с противоположно движущимися поршнями (ПДП).
Я пока не встречал среди действующих конструкций нижнеклапанный ПДП, поскольку у ПДП нет ни головок цилиндров, ни клапанов.Вообще же предложенный мной процесс может быть реализован НА ЛЮБОМ двигателе, на котором может быть реализован вихрекамерный процесс. Разница лишь в том, что камер две и канал, соединяющий камеру с полостью цилиндра, перекрывается дополнительно клапаном. Такой вариант (имею ввиду с клапаном, перекрывающим канал в КС) не удивляет же в двигателе Заяца.Хотя, повторюсь, с точки зрения термодинамики и газодинамики наилучший вариант – ПДП.
6) Насчет степени сжатия А. Миллер не прав в силу, очевидно, слабой теоретической подготовки. Рассмотрим классический цикл.В наилучшем с точки зрения КПД цикле реальной тепловой машины – цикле Отто, который описывает идеализированный цикл обыкновенного карбюраторного (или газового) двигателя с подводом тепла (естественно, выделяющегося при сгорании топлива) при постоянном объеме (т.е., говоря простым языком, с основным сгоранием топлива при положении поршня в ВМТ), термический КПД описывается формулой:
гдеε – степень сжатияk – показатель адиабаты. Для неспециалистов, чтобы голову не забивать, показатель адиабаты для воздуха равен 1,4 и применяется в расчетах тогда, когда подразумевается, что теплообмен со стенками надпоршневой полости отсутствует – идеал, мечта, позволяющая получить самый высокий КПД. Естественно, в жизни так не бывает и все несколько хуже.Из формулы видно, что термический КПД цикла Отто не зависит ни от количества подведенного тепла, ни от давления и температуры газа, а зависит только от степени сжатия.При степени сжатия 6:1 он равен величине 0,51.При степени сжатия 12:1 он равен величине 0,63.Таким образом, при увеличении степени сжатия с 6:1 до 12:1 термический КПД цикла Отто увеличится на 0,12 единицы, или на 23,5% В реальном двигателе адиабатический процесс неосуществим, поэтому за счет увеличения температур и давлений цикла, а соответственно и потерь, КПД увеличится не более чем на 20% Это очень много, но все-таки не 40-50%.Кстати говоря, чтобы увеличить термический КПД на 50%, необходимо степень сжатия поднять до 38:1, что технически неосуществимо, а практически не имеет смысла. Потому что при такой степени сжатия только давление газа в конце сжатия, до сжигания топлива, при обычных начальных атмосферных условиях, без наддува, составит более 160 атмосфер, что выше максимальных давлений при сгорании топлива серийных дизельных двигателей.Для того, чтобы на 50% поднять КПД действительного цикла, степень сжатия надо было бы увеличить не менее чем до 45-50 единиц.В связи с этим ждем от А. Миллера указания на источник в реальном машиностроении, подтверждающий его слова о 50% росте КПД при переходе от степени сжатия 6:1 к 12:1.
7) Представленные в статье графики показывают сгорание топлива при альфа=1 в отделяемой КС и альфа=1,7 в двигателе в целом. Степень сжатия двигателя с одной подсоединенной камерой сгорания составляет 14,5:1. (Для читателей, не являющихся специалистами в области двигателестроения, поясняю: альфа – это коэффициент избытка воздуха - отношение действительного количества воздуха, присутствующего в цилинде при сгорании, к теоретически необходимому для сгорания всего топлива количеству воздуха. Иными словами, он показывает, во сколько раз воздуха было больше, чем теоретически необходимо для сгорания топлива. Напимер, альфа=1,5 – воздуха больше в полтора раза, чем нужно для сгорания топлива).Возможно создание двигателя со степенью сжатия и до 20:1, как в вихрекамерных конструкциях. Да это и так понятно, поскольку рассматриваемый двигатель является аналогом вихрекамерного с той лишь разницей, что камер – две, и они отделяются от полости цилиндра клапаном.Однако путь повышения степени сжатия не эффективен и на самом деле степень сжатия следует понижать. А вот степень расширения увеличивать. Но это тема другой статьи, которая, надеюсь, скоро появится. Кстати говоря, все эти принципы заложены в конструкцию разработанного нами двигателя.
8) Если объяснять на пальцах, то образование NOx происходит в обратимой реакции при наличии свободного кислорода и азота. При понижении температуры газа ниже температуры реакции происходит так называемая «закалка» газа и не распавшиеся окислы азота остаются. Тут А. Миллер правы. Но! Ключевое слово здесь ОСТАЮТСЯ, а для это надо, чтобы образовались! А при альфа=1 образовываться не из чего, поскольку кислород связан продуктами сгорания. А если более грамотно, то можно вернуться к ответу на вопрос № 3 в части исследований алтайских ученых.
9) Начну с того, что замечу: «очень напряженное и высокое» – не аргумент в технической дискуссии, а «Вальвтроник» - не единственная система. Заяц и Скудери имеют также в своих двигателях клапаны КС, требующие динамичного управления, и, по-видимому, с этой задачей справились, также как и DIRO.Я имею в конструкции двигателя эффективные решения этих проблем. Но здесь есть один момент, отчасти ради которого я и затеял дискуссию. Не сомневаюсь, что есть более эффективные решения клапанного узла, чем найденные мною. ПОЭТОМУ И ПРЕДЛАГАЮ НАШИМ ИЗОБРЕТАТЕЛЯМ И КОНСТРУКТОРАМ ПРОЯВИТЬ СВОИ СПОСОБНОСТИ В ПОИСКЕ ЭТИХ РЕШЕНИЙ. Считаю, что это может быть более рациональный путь увеличения эффективности ДВС, чем изобретение замены КШМ.
10) Ответ в общем то дан в п. № 4. Но дополнительно добавлю. Внимательно посмотрев на графики температуры в статье, вполне можно прийти к мысли, что КС до начала процесса сгорания работают как рекуператоры тепловой энергии. Температура стенок камеры выше температуры свежего заряда, поэтому происходит подогрев заряда и внутреннее охлаждение камеры. При этом, безусловно, любое увеличение поверхностей теплообмена, а в данном случае из-за увеличения количества КС, приводит к увеличению тепловых потерь. Но все-же не в такой пропорция, как у Заяца. В представленных же в статье графиках УЧТЕНЫ ТЕПЛОВЫЕ ПОТЕРИ ОТ ВЫНУЖДЕННОЙ КОНВЕКЦИИ И ЛУЧИСТОГО ТЕПЛООБМЕНА.
11) Ответ № 4 в части, касающейся патентования СПОСОБА. Действительная конструкция, естественно, другая. В статье не обсуждается конструкция конкретного двигателя, а обсуждаются принципы организации рабочего процесса. Кстати говоря, дизель 2Д82/2*60, для одного из режимов которого показаны графики, был разработан более 15 лет назад. Сегодня это уже другая конструкция.
12) Не буду углубляться в кинетику горения. С одним соглашусь. Как правильно заметил один из читателей статьи - КРИТЕРИЙ ИСТИНЫ - ПРАКТИКА.
13) Это самый мощный довод А. Миллера. Пожалуй, оставлю его без комментариев.
14) Читатель статьи не мог не обратить внимание на то, что она посвящена резервам, а не надежности и ресурсу, которые представляют собой отдельные огромные темы.
Но раз уж А. Миллер, блистая своей эрудицией, непременно хочет меня задеть и указывает на мой ограниченный опыт и однобокость знаний, давайте познакомимся поближе, я представлюсь.
13 лет проработал в конструкторском бюро рабочего процесса двигателей Волгоградского моторного завода, был его начальником. В КБ входили: лаборатория топливной аппаратуры, лаборатория аэродинамики, группа развернутых двигателей – 2 моторных бокса и лаборатория токсичности, группа одноцилиндровых установок – 3 моторных бокса. КБ выполняло как заводские задачи по разработке новых и модернизации выпускаемых двигателей, так и программы с другими заводами и ведущими институтами страны. Каким оборудованием было укомплектовано это подразделение можно посмотреть в статье Оборудование, используемое для создания и доводки двигателей внутреннего сгорания (экспериментальная база ОАО "Волгоградский моторный завод").
Свободно владею языками программирования Assembler, FORTRAN, TURBOPASCAL, С++, профессионально писал программы, в том числе и по расчетам ДВС. Одна из программ легла в основу теоретической проработки отделенного процесса сгорания. Графики в статье – результат расчета этой программы.
Владею большинством современных систем проектирования и расчета: AutoCAD, Solidworks, SolidEdge, Unigraphics, CATIA, COSMOS и др., математическими пакетами Mathcad и др., пакетами статистической обработки данных Statistica, Statgraphics и др., математическим планированием эксперимента.
Имею изобретения и патентоспособные решения в области рабочего процесса, динамики и уравновешенности ДВС, в области компрессорной техники.
Создавал и возглавлял временные творческие коллективы по разработке технических объектов, в том числе и ДВС. Кстати говоря, о двигателе, разработанном мною с моими товарищами, в числе которых мой близкий друг и великолепный инженер Костенко Алексей Геннадьевич: в 1997г. на ОАО «Волгоградский моторный завод» проект успешно прошел два технических совета в Специализированном конструкторском бюро и два технических совета у генерального директора предприятия. Было принято решение о создании Отдельного конструкторского бюро по теме проекта, но в связи с дальнейшим критическим финансовым положением завода проект реализован не был, завод только катился вниз. Так что один товарищ, на каком-то форуме обвинивший персонально меня в развале отечественного двигателестроения, не прав – Я ПРОСТО НЕ УСПЕЛ ЕГО РАЗВАЛИТЬ, РАБОТАЯ НА ЗАВОДЕ, А В ПРАВИТЕЛЬСТВО МЕНЯ НЕ ПОЗВАЛИ.
«О надежности» – представление имею, помимо конструкторской работы довелось поработать несколько лет на родном заводе в должности начальника отдела технической эксплуатации по странам дальнего зарубежья и создавать дилерские сети и гарантийно-ремонтные структуры за рубежом.
С последними достижениями в области двигателестроения тоже знаком, и не только из литературы – не так давно был руководителем службы сервиса регионального дилера компании «Джон Дир». Компания «Джон Дир» - крупнейший мировой производитель строительных и сельскохозяйственных машин, специальной, садовой и парковой техники. А что такое современный сельскохозяйственный трактор, Вы, надеюсь, представляете. На всякий случай скажу - это машина, напичканная электроникой и автоматикой под потолок, вдобавок с интегрированной системой спутниковой навигации и руления, позволяющей машине перемещаться по сложной траектории и позиционироваться с точностью до 3 см без участия механика. А двигатели у этих машин управляются исключительно электроникой, про «Common rail», EGR, турбины с изменяемой геометрией соплового аппарата, байпасные клапаны и пр. вообще не говорю, это стандарт. Однако ж ломается все и ремонтировать приходилось.
С «ресурсом и ремонтопригодностью» также знаком – работал руководителем структуры, эксплуатировавшей, ремонтировавшей и обслуживающей парк из более чем 500 единиц автомобильных и самоходных машин, от старых отечественных образцов до современных импортных. И что такое ремонт в поле, особенно зимой и весной (я это все про ресурс и ремонтопригодность – своими руками проверял) могу тоже рассказать. С самолетами, правда, дела никогда не имел. С танками да, с самолетами нет.
Техническую гарантию на очень сложную промышленную технику, в том числе и двигатели, мне довелось в разное время обеспечивать со стороны изготовителя, потребителя и посредника между ними. Надеюсь, А. Миллер представляет нюансы каждой из этих трех сторон, особенно в определении качества эксплуатации, обслуживания, доказательств заводского брака и в конечном счете назначении виновного за поломку.
Весь опыт, и мой, и моих коллег используется при создании нами конструкций. Ибо нет доходчивее опыта, способствующего созданию надежных и ремонтопригодных машин, чем полученный лично, особенно в поле в жару и на морозе.
По поводу динамики и уравновешенности. Постоянный активный участник известного А. Миллеру форума под ником JohnDoe присутствовал в обсуждении двигателя, создававшегося КБ «Бекас», и наверняка может рассказать его историю. Вкратце - это двигатель с оригинальной кинематикой, защищенный несколькими патентами, в том числе Евразийскими. Представитель КБ «Бекас» обратился ко мне с предложением провести анализ конструкции. На тот момент двигатель уже разрабатывался 2 года и был изготовлен в металле. Анализ конструкции я сделал, после чего через неделю получил благодарственное письмо и сообщение, что КБ «Бекас» прекращает свое существование. Руководители поступили мудро и не стали тратить лишние деньги. Благодарность они поместили на главную страницу сайта. В настоящее время сайт не работает. Проблемы двигателя были именно в кинематике, динамике, уравновешенности, рабочем процессе и прочности. Все это было отражено в моем анализе, который можно было свободно скачать с сайта «Бекаса». Возможно, у JohnDoe эти материалы есть.
Ниже привожу персональную благодарность «Бекаса».
Уж не знаю теперь и сам - конструктор я или нет.
rtc-ec.ru
Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению. Распространена конструкция поршневого двигателя внутреннего сгорания (Автомобильные двигатели) под ред. М.С.Ховаха - М.: Машиностроение, 1977, 591 с, Петровский В.А. Автомобили Япония: Устройство, техобслуживание, ремонт. Справ. материалы - Одесса, МП изд-во "Весть", 1993 - 391, 2,8 л), работающего по четырехтактному циклу Отто путем впуска в цилиндр горючей смеси, ее сжатия поршнем цилиндра, воспламенения искрой свечи сгорания, расширения сгоревших газов и выпуска отработавших газов из цилиндра, причем крутящий момент снимается с коленчатого вала двигателя, для которого характерны простота конструкции, достаточная надежность, большой опыт конструирования, изготовления и доводки. Однако поршневой двигатель имеет низкий коэффициент полезного действия, большой расход топлива, высокую токсичность отработавших газов, малый ресурс, высокие требования к октановому числу топлива. Известна конструкция двигателя Кушуля (Кушуль В.М. Новый тип двигателя внутреннего сгорания. - Л.: Судостроение, 1965, 212 с.), имеющего по меньшей мере один отсек, содержащий картер с двумя вертикальными рядом расположенными цилиндрами, соединенными поверху каналом, направленными по касательной к окружностям цилиндров, поршень первого цилиндра с кольцами и поршневым пальцем и поршень второго цилиндра с кольцами и поршневым пальцем, соединенные соответственно посредством прицепного и главного шатунов с кривошипом коленчатого вала, установленном в картере, причем центр нижней головки прицепного шатуна установлен с угловым смещением 20-30o против направления вращения относительно центра головки главного шатуна, головку цилиндров, содержащую камеру сгорания над первым цилиндром со свечой зажигания и по меньшей мере по одному впускному и выпускному клапанам на каждый цилиндр. Способ работы двигателя осуществляется путем впуска в первый цилиндр обогащенной топливной смеси, а во второй - чистого воздуха, сжатия, воспламенения смеси первого цилиндра искрой свечи зажигания за 10-12o по углу поворота кривошипа до прихода поршня первого цилиндра в верхнюю мертвую точку, первой фазы сгорания, когда сгорает к моменту прихода в верхнюю мертвую точку горючая смесь первого цилиндра с большим количеством продуктов неполного сгорания, а движущийся с запаздыванием поршень второго цилиндра продолжает сжимать чистый воздух, второй фазы сгорания, когда поршень первого цилиндра движется вниз, а поршень второго цилиндра подходит к своей верхней мертвой точке и сильно нагретый вследствие высокой степени сжатия воздух второго цилиндра перетекает по каналу в первый цилиндр, завихряет смесь и к приходу поршня второго цилиндра к верхней мертвой точке дожигает полностью все продукты неполного сгорания, находящихся к этому моменту в камере сгорания первого цилиндра, расширения газов в двух цилиндрах, выпуске отработавших газов, причем крутящий момент снимается с коленчатого вала двигателя. Для двигателя Кушуля характерны малый расход топлива, малая токсичность отработавших газов, нетребовательность к октановому числу топлива. К его недостаткам можно отнести высокий уровень вибраций, жесткую работу, малый ресурс, невозможность получения высоких рабочих частот. Известна конструкция роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания (патент ФРГ N 1137902, 46 a510 1961), содержащего корпус с полостью эпитрохоидальной формы, впускными и выпускными окнами, выходной вал, установленный в корпусе трехгранный ротор с тремя камерами сгорания, снабженный радиальными и торцевыми уплотнительными устройствами, редуктор внутреннего зацепления, содержащий цилиндрическую зубчатую шестерню внутреннего зацепления, установленную жестко в роторе и цилиндрическую шестерню внешнего зацепления, жестко установленную в корпусе и посаженную на выходной вал с возможностью его вращения, свечу зажигания, установленную в корпусе. Способ работы двигателя осуществляется путем впуска топливной смеси при открытом ротором впускном окне, сжатия, воспламенения смеси искрой свечи зажигания, расширения, выпуска отработавших газов при открытии ротором выпускного окна, причем в двигателе осуществляется одновременное протекание трех различных процессов цикла, а крутящий момент снимается с выходного вала двигателя. Для роторно-поршневого двигателя характерны простота конструкции, полная уравновешенность, малый уровень вибраций, малые габариты и вес. К недостаткам данного двигателя относится низкий коэффициент полезного действия, большой расход топлива, высокая токсичность отработавших газов, ненадежная работа уплотнительных устройств, малый ресурс. Известна конструкция роторно-поршневого двигателя-прототипа (патент РФ N 2003818, кл. F 02 B 53/00, 1993), содержащего секционный корпус с цилиндрической полостью и впускным и выпускными окнами, два ротора с лопастными поршнями, расположенными в полости корпуса, и силовой механизм, включающий два одинаковых карданных шарнира, кинематически связанных с выходным валом и расположенных по разные стороны корпуса двигателя, причем кинематическая связь шарниров с выходным валом выполнена в виде конического редуктора с двумя парами шестерен, одна пара шестерен которого связана с выходным валом, а другая - с выходными частями карданных шарниров, свечи зажигания, установленной в корпусе. Способ работы двигателя по циклу Отто осуществляется путем впуска горючей смеси при открытии лопастными поршнями впускного окна и увеличении объема между лопастными поршнями и корпусом за счет раздвижения лопастных поршней разных роторов в цилиндрической полости корпуса, сжатия при уменьшении объема между лопастными поршнями за счет сближения лопастей, воспламенения горючей смеси искрой зажигания при подходе данного замкнутого объема между лопастными поршнями и корпусом к свече зажигания, расширения сгоревших газов при увеличении замкнутого объема за счет раздвижения лопастных поршней, выпуска отработавших газов при сообщении ранее замкнутого объема с выпускным окном и его уменьшении за счет сдвижения лопастных поршней, причем число изменяющихся объемов между лопастными поршнями и корпусом равно четырем, лопастные поршни разных роторов, совершая качательные движения друг относительно друга, вращаются за счет силового механизма, действие которого основано на неравномерности вращения карданных шарниров и соединенных с ними частей при определенных углах перелома валов роторов в карданных шарнирах, а крутящий момент снимается с выходного вала двигателя. Для роторно-поршневого двигателя-прототипа характерны полная уравновешенность, низкий уровень вибрации, простота конструкции, малые габариты и вес, высокая надежность, большая долговечность. К недостаткам двигателя-прототипа относятся невысокие мощностные показатели, неоптимальные характеристики крутящего момента, малый диапазон рабочих частот вращения выходного вала из-за ограничения максимальной частоты вращения по причине повышенного износа радиальных уплотнительных устройств, возникающего при увеличении центробежных сил, прижимающих детали уплотнительных устройств к корпусу на больших частотах вращения вала и значительных нагрузок, вызывающих повышенный износ и возможность заклинивания карданных шарниров при высоких рабочих частотах из-за большого угла перелома валов в шарнирах, низкий коэффициент полезного действия и большой расход топлива, обусловленный отсутствием возможности регулирования угла опережения зажигания в зависимости от режима работы двигателя и неудобная форма камеры сгорания, движущейся относительно свечи зажигания, высокая токсичность отработавших газов при работе по четырехтактному циклу Отто. Изобретение направлено на снижение расхода топлива двигателем внутреннего сгорания, снижение токсичности отработавших газов, повышение мощностных и эластичных качеств двигателя, повышение долговечности двигателя. Это достигается тем, что в роторном двигателе, содержащем по меньшей мере один отсек с двумя секционными корпусами с цилиндрическими полостями и полостями для охлаждающей жидкости, установлены два ротора с лопастными поршнями в цилиндрических полостях каждой секции, свечи зажигания первой секции, силовой механизм каждой секции, включающий карданные шарниры, расположенные по разные стороны секций и связанные с валами секций коническими редукторами с двумя парами шестерен, при этом одна пара шестерен связана с валом секции, а другая - с выходными частями карданных шарниров, впускные и выпускные окна выполнены в корпусе каждой секции, причем цилиндрические полости соединены косонаправленными каналами, силовой механизм каждой секции содержит четыре карданных шарнира, а взаимосвязь между валами секций осуществляется двумя парами синхронизирующих цилиндрических шестерен, установленных по две на каждом валу секции, уплотнение радиального и торцевого газовых зазоров выполнено бесконтактным лабиринтным, на шипы крестовин карданных шарниров установлены колпачки с вкладышами подшипников скольжения, шестерни конических и цилиндрических зубчатых передач снабжены упругими противоизносными обоймами, повторяющими контур зубьев шестерен, вкладыши карданных шарниров и обоймы зубчатых передач установлены с возможностью подвода смазки под давлением, свечи зажигания расположены во всех лопастных поршнях первой секции, а провода для подвода высокого напряжения к свечам зажигания - в роторах, распределители зажигания выполнены на продолжениях роторов, а вал второй секции с силовым механизмом и лопастными поршнями установлен с угловым смещением 15o против направления вращения относительно вала первой секции. Кроме того, опоры валов секций могут быть выполнены в виде подшипников качения, двигатель может быть дополнительно снабжен предохранительными кольцами, установленными с натягом в корпус и с зазорами в ротор, а опоры участков валов между роторами и карданными шарнирами могут быть выполнены в виде подшипников качения, а на концах участков валов с опорами силовых механизмов могут быть установлены упорные шайбы. В конструкцию заложен принцип двустадийного сгорания за счет применения косонаправленных каналов, соединяющих цилиндрические полости корпусов секций двигателя для перетекания рабочих тел из одной секции в другую, углового смещения вала второй секции с силовым механизмом и лопастными поршнями на 15o против направления вращения относительно вала первой секции, расположения свечей зажигания во всех лопастных поршнях первой секции, синхронизирующих цилиндрических шестерен, установленных по две на каждом валу секции для осуществления взаимосвязи между валами секций для синхронизации вращения роторов с лопастными поршнями разных секций и передачи крутящего момента с вала второй секции на вал первой секции, являющийся выходным валом двигателя. Совокупность данных устройств в патентной и научно-технической литературе не встречается и обеспечивает двигателю улучшение топливной экономичности и снижение токсичности отработавших газов. Для повышения мощностных и эластичных качеств двигателя форма впускных и выпускных окон, известных по конструкции двигателя-прототипа, выполнена оригинальной конфигурации, обеспечивающей увеличение коэффициента наполнения на малых и средних рабочих частотах вращения выходного вала двигателя. Для повышения долговечности двигателя на конические шестерни редукторов силовых механизмов, известных по конструкции двигателя-прототипа и служащих для передачи крутящего момента от карданных шарниров к валам двигателя, а также на синхронизирующие цилиндрические зубчатые шестерни дополнительно установлены упругие противоизносные обоймы, повторяющие контур зубьев шестерен, они предназначены для снижения ударных нагрузок, повышения долговечности шестерен, причем к обоймам осуществляется подвод смазки под давлением для предварительного уменьшения нагрузок и снижения сил трения в зубчатых парах, вкладыши подшипников скольжения, известные по конструкции поршневого двигателя, установлены с колпачками на шипы крестовин карданных шарниров для снижения ударных нагрузок и сил трения при качательном движении вилок карданных шарниров относительно крестовин, причем вкладыши установлены с натягом в колпачки, а колпачки жестко соединены с вилками и к вкладышам осуществлен подвод смазки под давлением, силовой механизм каждой секции, известный по конструкции двигателя-прототипа, дополнительно снабжен двумя такими же карданными шарнирами для уменьшения углов перелома валом и тем самым повышения работоспособности двигателя на высоких рабочих частотах вращения выходного вала, предохранительные кольца, установленные с натягом в корпус и с зазором в ротор, предохраняют от заклинивания лопастных поршней о цилиндрические полости корпусов секций, бесконтактное лабиринтное уплотнение радиальных и торцевых газовых зазоров между лопастными поршнями и цилиндрической полостью каждой секции, известные по авторскому свидетельству СССР N 131592, кл. F 02 B 53/00, 1960, позволяет для роторно-поршневых двигателей снизить износ цилиндрических полостей корпуса и увеличить их долговечность. Совокупность всех признаков заявляемого технического решения в патентной и научно-технической литературе не выявлена, но именно такая совокупность позволяет достичь снижение расхода топлива двигателем внутреннего сгорания, снижение токсичности отработавших газов, повышение мощностных и эластичных качеств двигателя, повышение долговечности двигателя, что свидетельствует о соответствии критерию "изобретательский уровень". Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен симметричный поперечный разрез двигателя; на фиг. 2 - продольный разрез фиг. 1 по А-А; на фиг. 3 - разрез фиг. 2 по Б-Б; на фиг. 4 - разрез фиг. 2 по В-В. Позиции на чертеже обозначают: корпус первой секции - 1, корпус второй секции - 2, цилиндрические полости секций - 3, полости для охлаждающей жидкости - 4, правый ротор с лопастными поршнями второй секции - 5, левый ротор с лопастными поршнями первой секции - 6, правый ротор с лопастными поршнями первой секции - 7, левый ротор с лопастными поршнями второй секции - 8, свечи зажигания - 9, карданные шарниры - 10-13, выходной вал двигателя - 14, вал второй секции - 15, конические шестерни - 16-19, впускное окно первой секции - 20, впускное окно второй секции - 21, выпускное окно первой секции - 22, выпускное окно второй секции - 23, синхронизирующие цилиндрические шестерни - 24-27, колпачок подшипника скольжения - 28, вкладыш подшипника скольжения - 29, противоизносные обоймы цилиндрических зубчатых шестерен - 30, противоизносные обоймы конических зубчатых шестерен - 31, предохранительные кольца - 32, косонаправленные соединительные каналы 33. Роторный двигатель состоит по меньшей мере из одного отсека с двумя секционными корпусами 1 и 2 с цилиндрическими полостями 3 и полостями для охлаждающей жидкости 4, двумя установленными в цилиндрическую полость первой секции роторами с лопастными поршнями 6 и 7 и двумя установленными в цилиндрическую полость второй секции роторами с лопастными поршнями 5 и 8, свечами зажигания 9 первой секции, силовым механизмом каждой секции, включающим карданные шарниры 10-13, расположенные по разные стороны секций 1 и 2 и связанные с валами секций 14 и 15 коническими редукторами с двумя парами шестерен 16, 17 и 18, 19, при этом одна пара шестерен 16 и 19 связана с валом секции, а другая - 17 и 18 - с выходными частями карданных шарниров, впускными 20, 21 и выпускными 22, 23 окнами в корпусе каждой секции, причем цилиндрические полости соединены косонаправленными каналами 33, силовой механизм каждой секции содержит четыре карданных шарнира 10-13, а взаимосвязь между валами секций осуществлена двумя парами синхронизирующих цилиндрических шестерен 24-27, установленных по две на каждом валу секции 14 и 15, уплотнение радиального и торцевого газовых зазоров выполнено бесконтактным лабиринтным, на шипы крестовин карданных шарниров установлены колпачки 28 с вкладышами подшипников скольжения 29, шестерни конических и цилиндрических зубчатых передач снабжены упругими противоизносными обоймами 30 и 31, повторяющими контур зубьев шестерен, вкладыши карданных шарниров 29 и обоймы зубчатых передач 30 и 31 установлены с возможностью подвода смазки од давлением, свечи зажигания 9 расположены в лопастных поршнях первой секции, а провода для подвода высокого напряжения к свечам зажигания - в роторах, вал второй секции с силовым механизмом и лопастными поршнями установлен с угловым смещением 15o против направления вращения относительно вала первой секции, а роторы дополнительно снабжены предохранительными кольцами 32, установленными с натягом в корпус и с зазором в ротор. Рассмотрим работу заявляемого двигателя по способу работы двигателя Кушуля, предварительно отметив, что в заявляемой конструкции лопастные поршни каждой секции делят кольцевые рабочие полости на четыре камеры, а каждая из четырех камер первой секции работает совместно с соответствующей камерой второй секции, причем лопастные поршни при своем вращении совершают дополнительно качательные движения, позволяющие изменять объем камер, что обеспечивается силовыми механизмами секций. Таким образом, для рассмотрения работы двигателя достаточно рассмотреть работу двух совместно работающих камер, одна из которых расположена в первой секции, а другая - во второй. Первый такт-впуск. Объем обоих камер увеличивается при открытых лопастными поршнями впускных окнах 20, 21, при этом в камеру первой секции засасывается сильно обогащенная горючая смесь, а в камеру второй секции - чистый воздух. Второй такт - сжатие. Объемы камеры уменьшаются, сжимая в камере первой секции горючую смесь, в камере второй секции - чистый воздух. С небольшим опережением до конца такта сжатия в камеру первой секции подается искра с помощью свечи зажигания 9, расположенной в лопастном поршне и смесь воспламеняется. В камере второй секции, движущейся с запаздыванием 15o по углу поворота выходного вала 14, продолжается процесс сжатия. Общий объем в обоих камерах в момент подачи искры соответствует степени сжатия 7,0-7,5 единиц. Третий такт - рабочий ход. Когда объем камеры первой секции будет минимальным, и давление сгорания здесь примет максимальное значение, объем камеры второй секции продолжает уменьшаться, сжимая чистый воздух. По мере дальнейшего сжатия давление в обоих камерах сравняется, и здесь возможно небольшое перетекание чистого воздуха из второй камеры в первую через открытые лопастные поршни обеих камер, косонаправленные каналы 33, соединяющие цилиндрические полости 3 секций. Первая фаза сгорания закончилась. К моменту принятия объема камеры второй секции своего минимального значения давление сжатия в ней существенно превышает давление сгорания в камере первой секции и раскаленный от сжатия чистый воздух, интенсивно перетекая по косонаправленным каналам 33 в камеру первой секции, создавая завихрения, способствует быстрому и полному догоранию всех возможных горючих веществ, оставшихся в камере первой секции после первой фазы сгорания. С началом увеличения объема камеры второй секции горение полностью заканчивается и рабочие газы начинают расширяться в обеих камерах, воздействуя сразу на лопастные поршни обеих камер. Хотя горючая смесь и была поддожжена при степени сжатия 7,0-7,5 единицы, общая степень сжатия получается 12,0 единиц. Это происходит потому, что, во-первых, конструктивно степень сжатия в камере первой секции имеет значение 7,5 единиц, в камере второй секции - 22,5 единицы, а вал второй секции установлен с угловым смещением 15o против направления вращения относительно вала первой секции, во-вторых, в первой фазе горения сгорает переобогащенная смесь, догорание которой при постоянном повышении давления происходит во второй фазе горения, и в-третьих, расширяются до вдвое большего конечного объема сразу в двух камерах. Конечное давление в цилиндрах к моменту открытия выпускных окон лопастными поршнями каждой секции гораздо ниже, чем в двигателях обычных циклов. Четвертый такт - выпуск. При занятии камерами соответствующих положений лопастные поршни открывают выпускные окна 22 и 23 в корпусах секций 1 и 2, и происходит выхлоп при уменьшении объема камер. В дальнейшем цикл повторяется для каждой пары камер. Качание роторов 5, 6, 7, 8 с лопастными поршнями обеспечивается кинематикой и начальным положением (установкой) карданных шарниров 10-13, в которых, с целью повышения их долговечности, установлены колпачки 28 с вкладышами подшипников скольжения 29, к которым осуществляется подвод смазки под давлением. Дальнейшая передача крутящего момента на валы секции 14 и 15 осуществляется посредством конических редукторов, состоящих из пары зубчатых конических шестерен 16 и 17 с обоймами 31, повторяющими контур зубьев на каждой, при этом осуществляется подвод смазки под давлением к внутренней и наружной поверхностям обойм для снижения трения и ударных нагрузок, возникающих при сгорании рабочей смеси. Синхронизацию вращения валов 14 и 15 выполняют четыре синхронизирующие цилиндрические шестерни 24-27, установленные по две на каждом валу, причем на каждую синхронизирующую шестерню установлена обойма 30, повторяющая контур зубьев, с возможностью подвода смазки к наружной и внутренней поверхностям для уменьшения сил трения и снижения ударных нагрузок, возникающих при сгорании рабочей смеси, все валы и участки валов возле карданных шарниров вращаются на опорах, а вал первой секции 14 является выходным валом двигателя. Для обеспечения работоспособности двигателя на высоких рабочих частотах вращения выходного вала уплотнение радиального и торцевого газовых зазоров камер секций осуществляется бесконтактным лабиринтным уплотнением, канавки которого нарезаны на поверхностях лопастных поршней роторов 5, 6, 7, 8, действие которого основано на образовании вихревого газового шнура, препятствующего перетеканию газов из одной камеры в другую в пределах каждой секции, а фазы газораспределения конфигураций впускных и выпускных окон выбраны так, что обеспечивают оптимальную кривую крутящего момента во всем диапазоне рабочих частот. Предложенная конструкция автомобильного роторного двигателя внутреннего сгорания обладает высоким коэффициентом полезного действия и, как следствие, малым расходом топлива, низкой токсичностью и малым содержанием токсических компонентов, в отработавших газах, малой склонностью к детонации, практически полной уравновешенностью, оптимальной характеристикой крутящего момента, высокой литровой мощностью, предположительно большим ресурсом и требует меньшего количества ступеней в коробке перемены передач при использовании на автомобиле.
\ \ \ 1 1. Роторный двигатель, содержащий по меньшей мере один отсек с двумя секционными корпусами с цилиндрическими полостями и полостями для охлаждающей жидкости, расположенные в каждой секции два ротора с лопастными поршнями, свечи зажигания первой секции, силовой механизм каждой секции, включающий карданные шарниры, расположенные по разные стороны секций и связанные с валами секций двумя парами шестерен, при этом одна пара шестерен связана с валом секции, а другая - с выходными частями карданных шарниров, впускные и выпускные окна в корпусе каждой секции, отличающийся тем, что цилиндрические полости соединены косонаправленными каналами, силовой механизм каждой секции содержит четыре карданных шарнира, а взаимосвязь между валами секций осуществлена двумя парами синхронизирующих цилиндрических шестерен, установленных по две на каждом валу секции, уплотнение радиального и торцевого газовых зазоров выполнено бесконтактным лабиринтным, на шипы крестовин карданных шарниров установлены колпачки с вкладышами подшипников скольжения, шестерни конических и цилиндрических зубчатых передач снабжены упругими противоизносными обоймами, повторяющими контур зубьев шестерен, причем вкладыши карданных шарниров и обоймы зубчатых передач установлены с возможностью подвода смазки под давлением, свечи зажигания расположены во всех лопастных поршнях первой секции, а провода для подвода высокого напряжения к свечам зажигания - в роторах, вал второй секции с силовым механизмом и лопастными поршнями установлен угловым смещением против направления вращения относительно оси вала первой секции. \\\2 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что вал второй секции с силовым механизмом и лопастными поршнями установлен с угловым смещением 15º против направления вращения относительно вала первой секции. \\\2 3. Двигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что опоры валов секций выполнены в виде подшипников качения. \\\2 4. Двигатель по пп.1 - 3, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен предохранительными кольцами, установленными с натягом в корпус и с зазором в ротор, а опоры участков валов между роторами и карданными шарнирами выполнены в виде подшипников качения, установленных с натягом в корпус и в ротор. \\\2 5. Двигатель по пп. 1 - 4, отличающийся тем, что опоры участков валов между карданными шарнирами и коническими зубчатыми передачами выполнены в виде подшипников качения. \ \ \2 6. Двигатель по п.5, отличающийся тем, что на концах участков валов с опорами силовых механизмов установлены упорные шайбы.
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 14.05.2004
Извещение опубликовано: 20.02.2005 БИ: 05/2005
bankpatentov.ru
Артикул: 00-00007066
В наличии
Автор: Кушуль В.М.
Место издания: Ленинград
Год: 1965
Формат: 60x90/16 (~145х215 мм)
Переплет: Твердая обложка
Страниц: 212
С этим товаром покупают
Скачать/полистать/читать on-line
В книге изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований, позволивших создать новый как по принципу действия, так и по конструкции двигатель внутреннего сгорания, превосходящий существующие по своим технико-экономическим показателям. Исследовано влияние основных термодинамических факторов на экономичность двигателя и определены условия, при которых достигаются наивысшие значения к. п. д. и удельной мощности. Разработан новый термодинамический цикл, который позволяет максимально приблизить реальный рабочий процесс к теоретическому с оптимальными параметрами.Изложена методика теплового расчета двигателя при переменном количестве рабочего тела в цилиндре и методика расчета энтропии, учитывающая изменение состава рабочего тела и молярного количества вещества. Приведены данные испытаний опытных образцов, подтвердившие перспективность нового двигателя как для судостроительной, так и для машиностроительной промышленности.Книга рассчитана на инженерно-технических и научных работников заводов, конструкторских бюро и научно-исследовательских институтов, а также на аспирантов и студентов вузов по специальности «Тепловые машины и двигатели внутреннего сгорания».
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПредисловиеГлава I. Пути создания рационального типа двигателя внутреннего сгорания§ 1. Требования к способу работы рационального двигателя§ 2. Критерии экономичности двигателей внутреннего сгорания на режимах полной и частичных нагрузокГлава II. Новый термодинамический цикл и новый принцип работы двигателей внутреннего сгорания§ 3. Сущность нового термодинамического цикла§ 4. Рациональность нового цикла§ 5. Особенности нового принципа работы двигателя§ 6. Некоторые конструктивные схемы двигателей, работающих по новому принципуГлава III. Исследование и расчет рабочего процесса нового типа двигателя§ 7. Исходные предпосылки для расчета процесса сгорания§ 8. Первый метод расчета§ 9. Второй метод расчета§ 10. Влияние перетекания газов на рабочий процесс и определение оптимального сечения перепускного канала§ 11. Индикаторные показатели двигателя§ 12. Пример теплового расчета двигателя, работающего на полной нагрузке§ 13. Пример теплового расчета двигателя, работающего на частичной нагрузке§ 14. Пример теплового расчета двигателя при ? = 30°§ 15. Энтропия в действительном цикле двигателей внутреннего сгоранияГлава IV. Экспериментальные исследования нового типа двигателя внутреннего сгорания§ 16. Задачи экспериментальных исследований и методика их проведения§ 17. Опытная установка§ 18. Влияние отставания в движении поршня в цилиндре, степени сжатия в цилиндре I и коэффициента избытка воздуха§ 19. Влияние сечения перепускного канала. Антидетонационные свойства двигателя§ 20. Доводка конструкции и испытания по определению основных характеристик полноразмерного двигателяЛитература
www.morkniga.ru
