Rolls-Royce оказывается когда-то изобрел свой роторный двигатель!
Роллс-Ройс много чем прославился, но смелые технологические разработки — точно не конек этой компании. Поэтому вдвойне странно, что они изобрели двигатель, даже описание которого звучит как-то не правдоподобно. Судите сами: дизельный двигатель Ванкеля с двумя отдельными роторными секциям (но это не двухроторный двигатель).
Я даже и не знал, что Роллс-Ройс экспериментируют с роторными двигателями, не говоря уже о дизельных роторных двигателях, но именно этим компания и занималась в период с конца 1960-х до начала 1970-х. Эти двигатели предназначались в первую очередь не для дико дорогих автомобилей, с которыми и связывают название Роллс-Ройс, а для военных машин.
В статье от декабря 1970 года, опубликованной в издании «Autocar», этот двигатель очень подробно описывается, и он бесподобен.
Это роторный двигатель на базе двигателей Ванкель с двумя роторами, но это не коаксиальные двигатели, которые можно видеть в традиционных двухроторных двигателях. По сути, это два объединенных роторных двигателя, один над другим, при чем нижний ротор и камера сгорания значительно большего размера. Это связано с тем, что двигатель двухступенчатый и нижний роторный двигатель большого размера функционирует, как компрессор для верхнего двигателя, последний как раз и отвечает за мощность машины.
Двигатель Ванкеля может работать вместо традиционного суперчарджера или турбонагнетателя, чтобы сжимать воздушно-топливную смесь, потому что роторный двигатель сам по себе является объемной гидравлической машиной. Это означает, что объем у приемной камеры больше, чем у выпускной, поэтому внутри нее происходит сжимание смеси.
В случае с дизельным двигателем Ванкеля Роллс-Ройс, воздушно-топливная смесь сначала сжимается в нижнем роторе, затем выпускное отверстие этого двигателя (как выпускной клапан в обычном роторе) посылает сжатую смесь дизеля и воздуха во входное отверстие верхнего маленького роторного двигателя, где смесь снова сжимается и возгорается, как в обычном дизельном двигателе.
Похоже, компания Роллс-Ройс потратила немало ресурсов и приложила много сил, чтобы вычислить, как решить проблему с уплотнителем поршня роторного двигателя и другие технические нюансы. В результате, было произведено не менее четырех тестовых двигателей, не считая модифицированный NSU двигатель Ванкеля, который они использовали как испытательную модель:
Первый двигатель, разработанный компанией Роллс-Ройс, был R1, который считался чисто исследовательским инструментом. С объемом выпущенного газа в ступени компрессора
1 126 см3, а в ступени сгорания — 500 см3, двигатель мог достигать до 50 л.с. эффективной мощности, а потребление топлива составляло 14 л/эффективной мощности/час. Помимо прочего, двигатель использовался для разработки наиболее эффективного расположения двух ступеней.
Двигатель R2 представлял собой альтернативную трехступенчатую компоновку, которая, однако не была детально изучена. R3 относится только к ступени сгорания.
Использовался этот двигатель как базовая единица для создания ряда других двигателей. Объем выпущенного газа 1 216 см3, эффективная мощность 180 л.с. при 4 500 оборотов в минуту в испытательных условиях.
Последний двигатель, о котором есть подробная информация — это 2-R6. Это военный двигатель, который состоит из двух блоков двухступенчатого двигателя. Каждая ступень высокого давления (сгорание) имеет объем 1 265 см3 и подача газа осуществляется через ступень низкого давления объемом 3 250см3. Проектная мощность 350 л.с. при 4 500 оборотов в минуту, вес 425 кг, что является поразительным примером удельной мощности двигателя на единицу массы для дизеля.
Похоже, Роллс-Ройс так и не выпустила в производство свой дизельный двигатель Ванкеля, даже для военных машин. Я понятия не имею, был ли когда-либо у компании инженер, который с энтузиазмом создавал бы дизельный двигатель Ванкеля для модели Silver Shadow, но мне хотелось бы на это посмотреть.
Источник
Дизельные роторные (динамические) ИБП мощностью от 1 до 2 МВт
Дизельные роторные (динамические) ИБП (Diesel Rotary Uninterruptible Power Supply – DRUPS) — это совмещённые в одном конструктиве синхронный генератор, кинетический модуль/маховик и дизельный двигатель.
Электрическое питание из городской сети, проходя через дроссель, питает синхронный генератор, выступающий в роли двигателя. В обычном режиме работы генератор выполняет функцию стабилизатора и фильтра напряжения: устраняет гармонические искажения и короткие перебои (до 50 мс), импульсы помех, нивелирует скачки и провалы напряжения городской электросети.
Области применения ДИБП
Динамические ИБП используются в дата-центрах, банках, больницах, аэропортах, а также для построения системы гарантированного энергоснабжения (СГЭ) заводов с конвейерными линиями, где нагрузка носит реактивный характер.
Величина нагрузки для большинства проектов, реализованных с использованием дизель-роторных ИБП находится в большинстве случаев в пределах от 1 МВА до нескольких десятков мегаватт, причем чаще всего используются агрегаты мощностью порядка 2,5 МВА. Практически повсеместно при этом используется параллельное соединение необходимого количества дизель-роторных ИБП с резервированием по схеме 2N или N+1.
Если мощность ЦОД составляет более 5 МВт, целесообразно использовать не классическую систему, состоящую из дизеля, АВР, статического ИБП и системы кондиционирования, а дизель-роторный ИБП – такое решение содержит меньше компонентов и не требует прецизионного кондиционирования – достаточно приточно-вытяжного охлаждения.
Одна из обязательных статей эксплуатационных расходов в ЦОДе – источники бесперебойного питания (ИБП). Статические (классические) ИБП состоят из двух компонент – самих источников и батарей – и работают с дизель-генераторными установками (ДГУ). Но они имеют недостаток — ограниченный срок службы батарей (5 лет).
Двигатели и системы запуска
Используемые для динамических ИБП дизельные установки отличаются от дизельных двигателей, применяемых в дизель-генераторах. Производители дизель-роторных ИБП выпускают самостоятельно, как правило, только роторные накопители энергии и выполняют окончательную сборку и проверку устройства.
Используют дизельные установки MTU и Mitsubishi. В двигателях, выпускаемых Mitsubishi по заказу Hitec Power Protection, используются двойной стартер, предварительный подогрев и самотечная система подачи топлива, специальная муфта сцепления свободного хода.
Организуем бесплатный выезд инженера для оценки стоимости работ и для составления сметы на ДИБП или ДГУ.
Отправьте запрос на [email protected]
Принцип работы
На одном валу с синхронной машиной вращается кинетический модуль – аккумулятор кинетической энергии, состоящий из двух роторов: внутреннего и внешнего. Внутренний ротор вращается с той же частотой, что и синхронный генератор – 1500 об/мин, внешний – около 3000 об/мин (относительно внутреннего – те же 1500 оборотов). При этом обмотка постоянного тока внутреннего и короткозамкнутая обмотка внешнего ротора вступают в электромагнитное взаимодействие. Кинетический модуль в процессе нормальной работы системы накапливает кинетическую энергию.
В случае кратковременного (в течение 5 с) пропадания внешнего электропитания или выхода его параметров за границы нормы синхронный генератор продолжает вращаться и питать нагрузку за счет передачи ему энергии модулем. Магнитное поле внутреннего ротора кинетического модуля замедляет скорость вращения внешнего ротора и благодаря электронному блоку управления автоматически поддерживает частоту синхронного генератора на уровне необходимых 1500 об/мин.
Если пропадание электропитания происходит на более длительное время, или напряжение питания изменяется больше, чем на 10%, включается дизельный двигатель. Входной выключатель при этом размыкается, и синхронный генератор из электрической машины трансформируется в генератор тока. В течение этой пятисекундной паузы срабатывает электромагнитное сцепление, обеспечивающее соединение дизельного двигателя и генератора (продолжительность процесса – в среднем не более 1 сек). Дизель вращается на оптимальных для системы оборотах – 1500 и передает энергию вращения синхронному генератору.
Выходное напряжение снимается с обмоток генератора и идет через ответственную нагрузку. Кинетический модуль в это время накапливает энергию, возвращаясь к 3000 об/мин. Когда электропитание от сети возобновляется, синхронный генератор переходит на режим синхронного двигателя.
Производители предусмотрели в своих DRUPS дополнительный механизм старта дизельного двигателя: если двигатель не вступает в работу, происходит электромагнитное сцепление (через 3–4 с) и, как следствие, прокручивание стартера. Двигатель в этом случае гарантированно «заводится с толкача», что увеличивает надежность пуска.
Ремонт и техническое обслуживание
Вращающиеся части кинетического накопителя энергии и синхронного мотор-генератора требуют смазки подшипников. В современных решениях эта работа выполняется без остановки системы, однако через некоторое время изношенные детали все равно придется менять. И тогда без вывода из эксплуатации дизель-роторного ИБП уже не обойтись.
Постоянного внимания требуют стартовые аккумуляторы, отвечающие за запуск дизельной установки, которым приходится работать в тяжелых температурных условиях.
Каждые 10 лет производится полная замена аккумулирующего ротора кинетического накопителя. За этот срок 2 раза меняются подшипники. Это требует проведения трудоемких и затратных работ, сравнимых с капитальным ремонтом двигателя — комплекс работ по балансировке, измерению, настройке и запуску системы в эксплуатацию.
Опыт работы ООО «Техэкспо» по ремонту и техобслуживанию ДИБП
Преимущества и недостатки
Для обеспечения работы ДИБП не требуются системы кондиционирования, быстро заряжаются (для раскрутки маховика требуется несколько минут), поэтому могут выдерживать многократные отключения электроэнергии в течение небольшого промежутка времени.
При многократных отключениях внешнего электропитания дизель-роторные ИБП — безальтернативное решение.
Зачастую мощность традиционных, статических ИБП рассчитывается таким образом, чтобы ее хватило для поддержания работы оборудования в течение 10-15 мин. Но если на протяжении короткого отрезка времени (менее часа) напряжение в сети пропадет несколько раз подряд хотя бы на 4-5 мин, то аккумуляторы могут просто не успеть зарядиться. Динамическим ИБП в силу их конструктивных особенностей такая угроза не страшна.
Достоинства дизель-роторных систем начинают проявляться на мощностях, приближающихся к 1 МВА. Причем речь идет не только и не столько о питании ИТ-оборудования. Скорее, наоборот, динамические системы могут эффективно применяться в промышленности, особенно если нагрузка носит реактивный характер или если возможны короткие замыкания в системе (дизель-роторные ИБП выдерживают 10-кратное превышение тока короткого замыкания).
Видео: принцип работы ДИБП
Сравнивая классические СГЭ, в состав которых входят статические ИБП на мощность 1 МВА и дизель-генератор на 1,6 МВА, с динамическими решениями на 1 МВА, эксперты отмечают, что, начиная с пятого года эксплуатации, суммарная стоимость владения для динамического ИБП становится меньше, а к десятому году такой ИБП оказывается в 1,5 раза выгоднее.
Например, для ЦОД мощностью в 1 МВА потребуется обеспечить резервирование за счет использования двух дизель-роторных ИБП по 1 МВА каждый (схема 1+1). Когда энергопотребление дата-центра начнет расти, нужно будет установить дополнительный ИБП мощностью 1 МВА, чтобы сохранить резервируемость (схема 2+1). В случае со статическими ИБП ситуация иная: на рынке они представлены в широком диапазоне мощностей, поэтому этот параметр можно наращивать постепенно. Эффективность дизель-роторных ИБП начинает появляться в расчетах ТСО на семь лет при мощности, превышающей 1 МВт на серверную нагрузку.
При отсутствии капитальных затрат на аккумуляторные батареи в случае использования динамических ИБП потребитель должен быть готов к расходам на ремонт дизельных двигателей, топливо, расходные материалы.
По сравнению с классическими ИБП, которые предусматривают резервирование с помощью ДГУ, дизель-роторные требует гораздо более частых запусков дизеля, поскольку время поддержки нагрузки кинетическими накопителями энергии значительно меньше, чем АКБ.
Частое количество запусков требует больше дизельного топлива, для которого необходимы дополнительные емкости для хранения. Такие хранилища нуждаются в повышенных мерах безопасности, таких, как возможность резервного сброса дизельного топлива в случае аварии.
Время восстановления системы в случае отказа: любая авария в статических ИБП может быть устранена за 8 ч, а минимальный срок для полного восстановления дизель-роторного ИБП составляет 24 ч.
При этом вероятность возникновения неожиданных аварий при использовании дизель-роторных ИБП значительно выше в сравнении с использованием аккумуляторных батарей. Это объясняется тем, что химические элементы в составе батарей и происходящие химические процессы в значительной степени поддаются контролю (например, с помощью специальных систем мониторинга). Кроме того, АКБ меняют планово в процессе их эксплуатации. Это позволяет заблаговременно осуществлять превентивные действия для предупреждения неисправностей.
В случае с дизель-роторным ИБП возможно скачкообразное возникновение аварии, поскольку поведение механической системы практически невозможно спрогнозировать.
Поскольку динамический ИБП – кинетическая конструкция с наличием большого количества подвижных частей, она требует ровного фундамента и тщательных выравниваний горизонтов при установке. Зачастую оптимально отвести под дизель-роторный ИБП отдельное здание, в котором должны быть кран-балки для проведения сборочно-разборочных работ и эксплуатационного обслуживания ИБП.
В отличие от статических ИБП, дизель-роторные оптимально использовать для электропитания кондиционеров. Компрессоры кондиционеров характеризуются очень высокими стартовыми токами, которые статические источники бесперебойного питания не всегда могут обеспечить.
Производители
Динамические ИБП выпускаются в диапазоне мощностей от 100 до 3000 кВА:
Hitec Power Protection: 500 — 3000 кВА.
Euro-Diesel: No-Break KS5 200 — 1750 кВА, No-Break KS5-SB 200 — 2000 кВА.
Piller: Uniblock UBTD 420 — 2500 кВА.
Роторный двигатель.Принцип работы роторного двигателя.
Роторный двигатель Феликса Ванкеля — уникальная разновидность двигателей, создан и более менее доведенный до ума в середине двадцатого века. В чем же уникальность роторно-поршневого двигателя Ванкеля? Ответ прост, при малых габаритах и рабочем объёме, в комплекте с простотой конструкции и значительно меньшем количестве деталей по сравнению с обычным поршневым двигателем, роторный двигатель выдаст мощность в 2-2.5 раза большую, нежели поршневой двигатель с тем же рабочим объёмом цилиндров. Однако, тут же возникает вопрос, раз роторный мотор такой простой и одновременно мощный, то почему он не получил широкого распространения.
В общем то вариантов довольно много, самый на мой взгляд вероятный ответ на данный вопрос кроется в событиях тогдашнего времени. В 70-х годах многие авто-концерны того времени попытались сделать ставку на роторный двигатель, ввиду его превосходящей мощности и простоты конструкции над традиционным ДВС того времени.
Все возможно и было бы хорошо, и роторные двигатели возможно сейчас ставили бы как минимум на половину современных авто, если бы не одно НО, как всегда, куда ж без него. В общем в 1973 году началась война на Аравийском полуострове. К слову, в то время арабские страны были основными поставщиками нефти в Европу и Америку, и война вынудила их значительно сократить поставки ресурсов в страны нового и старого света, что повлекло за собой невероятное подорожание нефтепродуктов, и в том числе и бензина, на котором работал роторный двигатель. Но, почему не перестали выпускать стандартные ДВС? Да потому, что в роторном двигателе всегда имеется огромный табун лошадей, который нужно кормить, короче РПД слишком много жрал, содержать его в то время было очень не выгодно, поэтому компании, вложившие деньги в разработки и производство роторных двигателей потерпели крах и понесли колоссальные убытки, машины с большим расходом топлива оказались совсем не востребованы на рынке. Производители отказались от прожорливого роторного двигателя в пользу более экономичного поршневого варианта.
Однако все же нашлись приверженцы роторного двигателя — авто-концерн Mazda встал на путь самурая и продолжил проводить исследования и совершенствование двигателя Ванкеля, подобно тому, как однажды Subaru не отказались от использования оппозитных двигателей, которые на сегодняшний день являются главной фишкой этой марки. Инженеры мазды тоже даром времени не теряли и также имели свои разработки в области РПД. Это позволило им создать роторный двигатель 13b-REW с системой твин-турбо, мощностью 350 л.с, который устанавливался в автомобили Mazda RX7, в процессе эксплуатации двигатель зарекомендовал себя достаточно хорошо, но один непобедимый недостаток, свойственный РПД у него всё же остался,это большой расход топлива. Далее маздисты воткнули роторник в следующую модель Mazda RX8, но в ней заметно сократили табун под капотом с 350 л.с до 200, уменьшив рабочий объём до 1.3 литра. Ну где вы видели ДВС объёмом 1.3 с мощностью 200 л.с.? Это позволило сократить расход топлива и вывести модель на более конкурентно-способный уровень.
Про попытку воткнуть РПД в жигуляторы думаю писать не стоит, инженеры купили авто с РПД у немцев и тупо скопировали двигатель. В результате ничего хорошего из этого не получилось.
Установленный на валу ротор, крепко сцеплен с зубчатым колесом, которое соединено с неподвижной шестернёй, название которой — статор. Размер ротора значительно больше, нежели статор, несмотря на это, вокруг шестерни свободно вращается ротор с зубчатой шестерней. Каждый из концов треугольного ротора движется по внутренней поверхности блока, отсекая определенное количество пространства в блоке благодаря трём клапанам. Функцию поршневых колец в роторном двигателе выполняют радиальные и торцевые уплотнительные пластины, которые прижимаются к стенкам блока-цилиндра центробежными силами, ленточными пружинами и давлением газа. Двигатель ванкеля лишен сложного механизма газораспределения, это значительно упрощает конструкцию роторного двигателя по сравнению с традиционным, также отсутствие многих деталей КШМ традиционного двигателя позволяет вырабатывать большую мощность за счет отсутствия потерь на трение. За один полный оборот ротора, в двигателе проходит три полных рабочих цикла. Чуть не забыл, почему он много жрет, потому что камера сгорания в момент такта сжатия получается весьма длинной и топливо не успевает догорать полностью, для борьбы с этим явлением на роторные моторы ставят по две свечи зажигания, которые срабатывают по очереди одна за другой, воспламеняя топливную смесь с двух сторон.
Такие меры весьма улучшили показатели роторников в плане экономичности и выдаваемой мощности. В общем все это очень хорошо звучит, но что же представляет из себя роторный двигатель в реальной жизни. На самом же деле по всему свету довольно много авто с роторными моторами времен 60-80х годов, многие на ходу и хранятся где то в музеях или частных коллекциях, еще больше гниют или уже сгнили на свалках. Стоит взглянуть на владельца авто с роторным двигателем, который мотор перегрел и носится по городу в поисках спецов и запчастей, всплывают все недостатки этого вида двигателей. Самое страшное для РПД на той же мазде рх8 это перегрев. Стоит один раз перегреть такой мотор и отремонтировать его будет потом очень сложно,так как запчасти стоят довольно недешево и ехать будут из Японии.В большинстве случаем при ремонте РПД бракуется и сам ротор и блок, на котором образовались задиры от поплавившегося металла. Многие в этом случае заказывают новый мотор, так как стоить он буден примерно так же как и ремонт старого двигателя.
Поэтому некоторые мечтают сменить роторник на традиционный поршневой ДВС, однако, есть и фанаты, которые его ни на что не променяют.
Роторный двигатель Карфидова — это… Что такое Роторный двигатель Карфидова?
Роторный двигатель Карфидова — двигатель внутреннего сгорания на базе объемной роторной машины. Главными конструктивными элементами является корпус, снабженный двумя роторами, шаровые камеры которых сообщены полой перемычкой с выполненной в ней камерой сгорания, причем каждый ротор содержит диск, установленный в диагонально расположенной канавке на внутренней стороне корпуса, с примыкающими к корпусу, к рабочей поверхности сферы и к диску конусами, вершины которых с выполненными в них выемками сопряжены с шаровой опорой, в которой расположены окна в зоне их совмещения с окнами в шаровой камере, с образованием первого и второго объемов, разделенных диском, жестко связанным с шаровой опорой и со сферой, между которыми установлены две лопатки в поворотных соединениях, жестко связанные с конусами, в которых примыкающие к лопаткам выполнены окна, а в шаровых опорах на осях поворотных соединений жестко закреплены скользящие элементы, установленные в канавки, выполненные на внешних поверхностях шаровых камер параллельно лопаткам.
Такой объемной роторной машине (ОРМ) присущи сбалансированность всех масс, благоприятные газодинамические эффекты, отсутствие паразитных объёмов, а также небольшая сумма взаимных перемещений трущихся поверхностей в расчете на рабочий цикл.
Так, раздельное сжатие объемов топлива и окислителя в роторе компрессора с одновременной их подачей в симметрично расположенные камеры сгорания рабочего ротора позволяет использовать любую необходимую степень сжатия и различные виды топлива, в том числе водород и кислород в качестве окислителя. Применение в данном двигателе газообразного топлива не сопровождается потерями мощности и экономичности.
Разделение функций роторов позволяет организовать поточный процесс, производить заполнение и сжатие в холодном компрессоре, а рабочий ход и выпуск — в горячем рабочем роторе, с меньшими механическими потерями и с большей эффективностью. За счет большего объема рабочего ротора по сравнению с ротором компрессора осуществляется доработка газов до более низких температуры и давления, с незначительным шумом при выпуске.
Симметричное приложение сил и полная динамическая сбалансированность роторов значительно уменьшает вибрации, позволяет в несколько раз расширить рабочий диапазон оборотов двигателя.
Ссылки
К вопросу о танковых двигателях. Часть 2
Страница 1 из 2
«…Эй, ямщик, поворачивай к черту!
Новой дорогой поедем домой!…»
Г.Сукачев. «Дорожная»
В первй части , размещенной здесь, я попытался рассмотреть основные принципы работы и классификационные признаки тепловых двигателей вообще, и двигателей внутреннего сгорания в частности, поскольку в современном нам мире именно ДВС во всех его проявлениях является основой, «рабочей лошадкой» любой мобильной техники – от и до.
Соответственно, наличие на инженерном мобильном сооружении – не важно, танк ли это, автомобиль или что-то другое – более совершенного, чем у супостата, двигателя позволяет конструкторам получить преимущество в одном из решающих факторов простого с виду уравнения «вооружение/подвижность/защищенность».
В части 1. выведены несколько направлений, позволяющих в частности повысить агрегатную мощность поршневых ДВС. Это:
1 Увеличение рабочего объема двигателя.
2 Увеличение степени сжатия.
3 Уменьшение механических потерь.
4 Оптимизация процессов горения смеси.
5 Увеличение наполнения цилиндров.
Но поршневые ДВС – это не предел совершенства, хотя за многие десятилетия основы их конструирования вылизаны, поставлены на серьезнейшую научно-техническую основу и проверены опытом. Однако, поршневые двигатели практически достигли вершины своего совершенства, и дальнейшее их развитие уже не может дать того качественного, скачкообразного эффекта, который позволил бы получить решающее, качественное преимущество. Как классический пример, можно привести замену поршневых ДВС в авиации на двигатели реактивные, в конечном итоге изменившую лицо авиатехники кардинально и позволившую выйти на качественно новые уровни и горизонты развития. Казалось бы, с наземной техникой все должно быть еще проще – земля не воздух, нет такой категорической жесткости условий и требований, как в авиации.
Казалось бы…
По словам Аганова,статья которого и послужила своеобразным «детонатором» к этому материалу, «…Ведущими в этой области являются США и Германия. Большая работа по разработке и совершенствованию двигателей проводится и в Великобритании.». Что ж. Попробуем посмотреть внимательно.
В настоящее время реально существуют несколько типов ДВС, могущих составлять друг другу конкуренцию – это:
Классические ДВС — это все разновидности кривошипно-шатунных двигателей.
Газотурбинные ДВС
Роторно-поршневые и роторные ДВС.
Среди конструкторов-двигателистов идёт конкурентная борьба за каждую долю процента в улучшении технических характеристик двигателей, но надо признать, что предел совершенства ДВС практически достигнут, рост качественных показателей прекратился, конструкторы толкают двигателестроение на экстенсивный путь развития. А именно на производство высокооборотных турбированных ДВС, а среди них лучшим считают тот, который «сожжёт больше топлива в единицу времени» для увеличения показателя мощности в ущерб КПД.
Результатом такого «развития» будет комплекс эксплуатационных и технико-экономических проблем.
Роторный дизельный двигатель задумывался прежде всего для получения большего КПД термодинамического цикла, то есть качественного показателя, и уже на его основе получения лучших технических и экономических характеристик. Иными словами целью являлось создание двигателя, производящего больше полезной работы при сжигании равного количества топлива в сравнении с другими ДВС. И вот этот важнейший показатель у РДД почти на 40% выше, к тому же благодаря своим конструктивным особенностям работает двигатель на оборотах в два с лишним раза меньших, чем у кривошипно-шатунных двигателей.
Таким образом, преимущества роторного дизельного двигателя внутреннего сгорания перед применяемым в настоящее время кривошипно-шатунным двигателем являются настолько очевидными, что позволяют предположить занятие им в скором времени доминирующего положения среди двигателей этого класса.
Здесь стоит напомнить, что еще лет 25–30 назад Советский Союз лидировал в области создания двигателей.
Безусловно, это происходило благодаря большому перекосу в области финансирования военной техники. Неудивительно, что до сих пор некоторые образцы двигателей для самолетов, вертолетов и танков считаются если не самыми лучшими в мире, то по крайней мере не уступают мировым аналогам.
Далее последовал распад СССР и разрушение десятилетиями наработанных между предприятиями связей. Да и сами предприятия оказались по разные стороны новых границ. Конечно, в нулевые годы в стране наметился экономический рост, некоторые предприятия общего машиностроения получили определенные возможности развития и роста, однако в области двигателестроения ситуация осталась весьма сложной. Это связано с тем, что создание современного образца двигателя (будь то поршневой ДВС или ГТД) требует серьезных вложений в НИОКР, в технологическое оборудование, в создание новых материалов. Все это в совокупности приводит к увеличению сроков окупаемости проекта. А собственники предприятий – многие из них, безусловно, хорошие экономисты – не готовы вкладывать деньги в проекты, срок окупаемости которых более чем 2,5 года.
Окупить создание современного двигателя за такой срок – нереально. С другой стороны, сейчас в мире проекты по разработке наукоемкой продукции наиболее интересны для инвесторов, так как именно подобные проекты при относительно невысоких рисках имеют максимальную добавленную стоимость. Как и всегда, задача государства как регулятора процессов, протекающих в экономике, – создать эти условия для собственников и инвесторов, чтобы заниматься разработкой такой наукоемкой продукцией, как современный двигатель.
Но вернусь «к заклёпкам». Первый двигатель внутреннего сгорания изобретен в 1765 году. Вначале без сжатия смеси перед зажиганием, потом с сжатием, после чего конструкция ДВС практически не менялась. Причем КПД тоже остался на почти таком же уровне (максимальный теоретический уровень КПД 70%, реально же в четырехтактных не более 35%-42%, а в дизелях 41%-52%).
Основным параметром любого двигателя является удельная мощность, т.е. сколько килограмм массы двигателя соответствует каждому киловатту (кВт) выдаваемой им мощности.
Например, для четырехтактных (обычный автомобильный двигатель) удельная мощность не более 1кВт/кг (1 л.с. равняется 736 Вт), т.е. для того чтобы получить мощность 20 л.с., сам двигатель будет весить не менее 20 кг. Естественно, с повышением степени форсировки удельная мощность будет возрастать, но до определенного предела, увеличивая при этом напряженность агрегата со всеми вытекающими последствиями.
Наименьшей удельной мощностью (т.е. для создания мощности 20 л.с. такие двигатели окажутся самыми тяжелыми) обладают четырехтактные двигатели — около 1 кВт/кг, двухтактные , очень грубо говоря, в 2 раза лучше — до 2 кВт/кг (т.к. каждый второй ход поршня является «рабочим», в отличие от четырехтактных, где только каждый четвертый), но из-за конструктивных особенностей (худший режим процесса сгорания, меньшая степень сжатия и т.д.) двухтактники потребляют больше топлива. Т.е. двухтактный двигатель мощностью 20 л.с. в 2 раза легче четырехтактного такой же мощности, но топлива потребляет немного больше.
Еще лучше по показателю масса/мощность роторно-поршневой двигатель (двигатель Ванкеля), но у него ресурс довольно мал, топлива потребляет больше четырехтактника (а вот меньше или больше двухтактного, зависит от многих факторов – схемы продувки, коэффициента зарада, наличия надувочного ресивера, степеней ГТН и проч), да к тому же сам является четырехтактным с не самой оптимальной камерой сгорания. Ну и самыми лучшими являются газотурбинные двигатели (ГТД). На каждый килограмм массы двигателя они выдают до 6 кВт, т.е. двигатель мощностью 20 л.с. будет весить всего 3.3 кг (вместо 20 кг для четырехтактного!). Но эти двигатели имеют свои врожденные пороки и недостатки – от наименьшего ресурса до наихудшей экономичности.
Таким образом, самый перспективный двигатель — это двигатель, использующий силу давления расширяющегося газа до полного его расширения (при этом предварительно топливная смесь сжимается перед зажиганием), а не тот что использует давление струи газа на лопасти турбины, пусть даже и с ротором активно-реактивного типа (турбина Парсонса с дополнительным расширением газов в аппарате лопаток ротора).
Следовательно, наиболее перспективным ДВС на обозримое будущее для наземной боевой техники можно считать именно многотопливный РДД, выполненный на принципах роторно-поршневого двигателя Ванкеля, на котором остановлюсь чуть подробнее.
Роторно-поршневой двигатель Ванкеля изобретен в 1957 году. Это четырехтактный двигатель (только каждый четвертый ход «рабочий»), в котором ротор, напоминающий треугольник, вращается через планетарную передачу, попеременно увеличивающий и уменьшающий объем камеры между ротором и стенками (статором). Достоинства: более простая конструкция (требует на 35..40% меньше деталей, чем обычный двигатель), почти в 2 раза меньший вес при одинаковой мощности, более компактный, практически без вибраций. Недостатки: малый ресурс из-за плохих материалов уплотнения, больше расход топлива, непростое вращательное движение (сам Ванкель был недоволен планетарной концепцией и до конца жизни искал более простой вариант).
За рубежом некоторые фирмы оснащали серийный машины роторно-поршневым двигателем, у нас ВАЗ выпускал двигатели Ванкеля мощностью 40 л.
с. и оснащал им некоторые модели «классики», а в конце 90-х пустил в предсерию роторный дизельный двигатель эффективной мощностью в 247 КВт с керамическими составляющими элементов уплотнений, но по вполне понятным любому россиянину причинам проект был похоронен, а сам выпуск двигателей прекращен.
А вот еще одна отечественная разработка, имеющая место быть в металле, разработка инженера В.И.Соколова, выполненная фирмой «Двигатель» под девизом Тепловой двигатель с круговым поступательным движением кольцевого поршня».
Кроме того, одновременно с Ванкелем другой инженер, Баландин, предложил свою версию «Бесшатунника», в котором улучшились условия работы поршня, резко увеличился ресурс пары трения «поршневое кольцо — гильза цилиндра», но при этом слабым местом с точки зрения надежности оказался механизм преобразования линейного движения во вращательное.
Говоря об отечественных разработках в области перспективных ДВС невозможно не говорить о роторном двигателе НЕПРЕРЫВНОГО ГОРЕНИЯ того же Баландина, построенного под девизом «Демиург №1» в 1998-м году.
В этом двигателе камеры сжатия, сгорания и расширения рабочей смеси разнесены в пространстве, а процессы сжатия, сгорания и расширения совмещены во времени, что обеспечивает непрерывность сжигания рабочей смеси и, соответственно, дает возможность повысить удельную мощность.В рабочей модели двигателя массой 4 кг мощность на рабочем режиме составляет 23 кВт. Это на уровне лучших ТРД, при этом расход топливной смеси ориентировочно 57 г/сек. Однако, наиболее перспективным и реалистичным образцом роторного ДВС является двигатель, спроектированный и построенный в Новосибирске конструкторским коллективом под руководством Е.Горлова, А.Коньшинова и В.Спичкина. Двигатель позиционируется, как «Роторно-Винтовой ДВС», испытания его прошли настолько успешно, что после краткой публикации в журнале «Двигатель» от 2000-го года, информация об этой разработке практически полностью исчезла из открытых источников, что подтверждает его работоспособность и перспективность.
В данной конструкции процесс сжатия смеси (воздуха или смеси воздуха и топлива) и сгорания происходит в подобии турбины, выполненной из элементов со сложной вогнутой конической сферовинтовой поверхностью. В такой турбине небольшие замкнутые объемы перемещаются вдоль оси двигателя слева направо. В левой части при перемещении этих объемов они уменьшаются (происходит сжатие топливной смеси), в центре топливо поджигается, и дальше движется направо по расширяющимся объемам.
Преимущество такого двигателя перед ТРД в том, что в сжимающихся/расширяющихся изолированных объема можно «снять» больше энергии с топлива, чем в случае «удара» сильной струи раскаленного газа в обычную турбину. Кроме того, доступна меньшая частота оборотов вала, а следовательно, уменьшаются потери на редукторе (по сравнению с ТРД, где турбина может вращаться с частотой вплоть до 100000 об/мин и более, а на выходе необходимо 500.
..3000 об/мин).
К достоинствам. конструкции винтового ДВС перед осепоршневым следует отнести следующие: отсутствие трения скольжения; теоретически неограниченную степень сжатия компрессора и, соответственно, степень расширения турбины; широкий рабочий диапазон оборотов двигателя, возможность работы при высокой частоте вращения; простоту конструкции; отсутствие несбалансированных масс, низкий уровень шума; небольшие массу и габариты; возможность работы на любых видах жидких и газообразных топлив; возможность введения в зону горения реагентов для улучшения характеристик; высокую удельную мощность и коэффициент полезного действия двигателя.
Проведенные расчеты показали, что шестикамерный ДВС со степенью сжатия-расширения 20, при работе на смеси метан-воздух развивает мощность до 125 кВт при частоте вращения выходного вала 7000 об/мин. При этом его длина составляет 460 мм, максимальный диаметр по турбине — 199 мм, а к.п.д. лежит в пределах 60…70 %. Недостатком является сложность технологии изготовления элементов (из-за материала и требуемой точности).
ПерваяПредыдущая 1 2 Следующая > Последняя >>
почему Mazda возвращается к роторным моторам :: Autonews
Капризный Ванкель: почему Mazda возвращается к роторным моторам
Mazda – единственный автопроизводитель, кто не утратил интерес к роторно-поршневым двигателям (РПД). Японцы собираются представить на Токийском автосалоне концептуальное купе с такой силовой установкой. Несмотря на то, что выпуск единственной модели с РПД был прекращен еще три года назад, инженеры компании продолжили развивать это направление, и в 2013 году представили гибридно-роторный концепт.Скорее всего, гибридная силовая установка будет стоять и под капотом токийского концепта, который в итоге превратится в серийный автомобиль.
Когда – неизвестно, но Mazda уже зарезервировала название RX-9 для новой машины. Японский автопроизводитель далеко не первым увлекся роторными моторами, но впоследствии стал самым преданным поклонником этой схемы.
NSU Spider
Работы над роторно-поршневым двигателем инженер Феликс Ванкель начал в 1951 году и дальше эта схема совершенствовалась специалистами немецкой компании NSU. Первый рабочий прототип завели только спустя 6 лет. В 1964 году NSU продемонстрировала свой первый роторный автомобиль – кабриолет Spider. Размещенный над задней осью силовой агрегат развивал 50 л.с. и разгонял машину до 100 км/ч за 14,5 секунды. Кабриолет оказался достаточно дорогим и за три года было выпущено чуть больше 2000 машин.
NSU Ro-80
В 1967 году NSU прекратила производство кабриолета и запустила новую роторную модель – изящный четырехместный седан Ro-80.
Это был инновационный для того времени автомобиль c дисковыми тормозами, полуавтоматической трансмиссией с вакуумным приводом сцепления, блок-фарами и двухсекционным роторным мотором, приводящим в движение передние колеса. Двигатель при рабочем объеме в 1 литр развивал 115 л.с. и 162 Нм и разгонял довольно легкий (1210 кг) седан до 180 километров в час. В 1968 году Ro-80 получил титул «Автомобиль года», однако экзотический мотор оказался крайне ненадежным. А из-за нефтяного кризиса популярность прожорливого седана упала окончательно. Концерн VW, частью которого NSU стала в 1969 году, пытался доработать капризный мотор, но в 1977 году свернул выпуск модели и роторные разработки.Как устроен роторный двигатель
Главная деталь в роторно-поршневом моторе – трехгранный ротор, который движется внутри цилиндра сложной формы и своими гранями отсекает изолированные объемы, где происходит сжатие, сгорание, расширение топливно-воздушной смеси и выпуск отработавших газов.
РПД устроен намного проще, чем обычный поршневой мотор. Он компактнее и легче, хорошо уравновешен и у него более высокая удельная мощностью. При этом роторно-поршневой мотор не обладает высоким ресурсом, требователен к качеству масла и склонен к перегреву. Он расходует больше топлива и менее экологичен.
Citroen GS Birotor
Когда недостатки двигателей Ванкеля еще не стали очевидны, многие компании заинтересовались тихим и компактным мотором. Citroen создал вместе с NSU компанию Comotor, занявшуюся выпуском РПД. Первым роторным «Ситроеном» стало купе M35 – небольшую партию этих автомобилей с гидропневматической подвеской передали лояльным клиентам для опытной эксплуатации. Вторая модель GS Birotor (или GZ) со 107-сильным двухроторным мотором пошла в серию в 1973 году. Однако ее продажи оказались низкими: роторный GS стоил на 70% больше стандартной модели и даже оказался дороже флагманского DS.
При этом в условиях разразившегося нефтяного кризиса он расходовал слишком много топлива. Удрученный неудачей французский производитель выкупил обратно все GS Birotor и отправил их на слом, так что до наших дней сохранилось всего несколько машин.Mercedes-Benz C111
Свой роторный прототип компания Mercedes-Benz представила во Франкфурте в 1969 году. Стеклопластиковое купе с дверями типа «крыло чайки» многим виделось как новая интерпретация легендарной модели 300SL. Однако автопроизводитель решил использовать прототипы этой серии для экспериментов с новыми типами силовых агрегатов. Первый автомобиль серии C111 c трехсекционным мотором развивал 280 лошадиных сил. Вторая машина с четырехсекционным агрегатом мощностью 350 л.с. уже могла разгоняться до 300 километров в час. Испытатели отмечали низкий уровень шума, однако инженерам так и не удалось справиться с перегревом и грязным выхлопом РПД.
В итоге следующие С111 оснащались дизельными моторами.Aerovette XP-895
General Motors также заинтересовался роторными двигателями и даже установил их ради эксперимента на компактную модель Vega. В 1972 году Джон ДеЛореан, возглавлявший Chevrolet, решил вернуться к идее среднемоторного суперкара, которую он до этого забраковал. Для концепта XP-895 два двухсекционных роторных мотора соединили вместе, получив четырехсекционный силовой агрегат мощностью 420 лошадиных сил. Кроме того, был создан еще вариант спорткара с двухсекционным мотором. Однако из-за нефтяного кризиса и невысокой надежности роторных двигателей работы по ним были свернуты. Спустя несколько лет среднемоторный суперкар, получивший имя Aerovette, снова собрались запустить в серию, но уже с обычным мотором V8.
Mazda Cosmo Sport
Компания Mazda дальше других продвинулась в применении роторных моторов — с ними связана и важная спортивная победа компании в Ле-Мане в 1991 году.
Первый РПД на основе силового агрегата NSU был создан японцами 1963 году, а два года спустя компания запустила в серию купе Cosmo c двухсекционным 110-сильным двигателем. В последующие годы Mazda выпустила множество различных автомобилей с РПД, в число которых входили даже пикапы и автобусы. В основном у них был задний привод и только у мелоксерийного купе Luce R130 — передний.Mazda RX-7
Изначально под индексом RX выпускались роторные версии обычных моделей Mazda, но с номера 7 он был зарезервирован под отдельную спортивную модель с РПД. Модель RX-7 производилась c 1978 года на протяжении 24 лет, сменила три поколения и разошлась тиражом более 800 000 машин. За счет увеличения рабочего объема, а также использования наддува сначала с одной, а потом и с двумя турбинами мощность моторов выросла со 100 до 280 лошадиных сил. RX-7 третьего поколения выступил в фильме «Форсаж» в качестве боевой машины Доминика (герой Вин Дизеля).
Mazda Eunos Cosmo JC
В 1990 году Mazda начала производство люксового купе Eunos Cosmo с трехсекционным роторным мотором. Благодаря двойному турбонаддуву, появившемуся на этой модели даже раньше, чем на купе RX-7, удалось снять с двух литров 300 лошадиных сил и добиться максимальной скорости свыше 250 километров в час. Кроме того, существовала и менее мощная версия с двухсекционным роторным мотором. Помимо передового двигателя, новшеством стала и спутниковая навигация. Однако несмотря на все достоинства, разработка Eunos Cosmo JC обошлась компании в астрономическую сумму.
Mazda RX-8
Новое роторное купе, представленное в 2003 году, отличалось необычным кузовом с дополнительными распашными створками, облегчающими посадку на задний ряд.
На этот раз японская компания отказалась от турбонаддува, зато смогла снизить расход бензина и масла нового роторного мотора Renesis и вписать его в экологический класс Евро-4. Тем не менее, силовой агрегат мощностью 192 или 240 л.с. обеспечивал легкой машине неплохое ускорение. В 2003 году новый РПД был удостоен звания «Двигатель года». Однако после ужесточения экологических норм Mazda была вынуждена прекратить продажи этой модели в Европе, а без европейского рынка производство RX-8 становилось нерентабельным. Тем не менее, компания продолжила опыты с РПД.ВАЗ-415
Волжский автозавод стал одной из немногих автомобильных компаний, серийно выпускавших автомобили с РПД. С начала 1990-х моторы, разработанные специальным конструкторским бюро тольяттинского предприятия, ставились по заказу МВД и ФСБ на передне- и заднеприводные ВАЗы, «Москвичи» и «Волги».
Внешне эти автомобили были ничем не приметны, зато легко могли догнать обычный автомобиль с поршневым мотором. Например, «восьмерка» с РПД мощностью 134 л.с. разгонялась до 100 км/ч всего за 8,5 секунды. Позже роторные машины мог приобрести любой желающий у официального дилера ВАЗа, однако спрос оказался небольшим – автомобили были дорогими и требовали частого обслуживания.Hercules Wankel
Устанавливались роторные моторы и на мотоциклы, первой в 1974 году стала компания Hercules. Мотор байка W-2000 с воздушным охлаждением развивал 27 лошадиных сил. Роторные мотоциклы с жидкостным охлаждением выпускали серийно компании Norton и Suzuki, а компания Van Veen использовала для своей эксклюзивной модели автомобильный РПД производство Comotor. А в СССР ограничились экспериментами с двигателями Ванкеля на тяжелых мотоциклах.
Правила жизни роторных двигателей
Алексей Вуль, инженер, разработчик бесшатунных двигателей, участвовал в калибровке роторно-поршневых моторов ВАЗа:- Роторно-поршневые моторы сыграли определенную роль в те временя, когда людей не так сильно волновали экологические показатели.
- Любой двигатель внутреннего сгорания представляет собой три важнейших функциональных блока. Первый – сосуд переменного объема. Второй – система газообмена и топливоснабжения. Третий – механизм, который преобразует удобную для газов форму движения во вращение выходного вала. Попытки совместить эти вещи в едином узле, как правило, заканчиваются потерей либо КПД, либо ресурса.
- За время впуска воздух должен совершить несколько оборотов для более тщательного перемешивания топлива. В двигателях со сложной камерой сгорания, а роторно-поршневые моторы относятся именно к таким, непонятно, как этот воздух крутится.
- Когда плохо смазываемая уплотняющая кромка пересекает выхлопное окно, получается прострел горячих газов через узкую щель со сверхзвуковой скоростью — возникает газовая эрозия.
- Сколько вы можете отыграть на роторно-поршневом моторе? 70-100 килограммов? Но эти же килограммы без нечеловеческих усилий вы сможете отыграть на каких-то других элементах конструкции.
- Существует много разных сценариев, с помощью которых можно получить отличный с точки зрения КПД и экологии термодинамический цикл. А уже после этого стоит садиться и думать, как сделать под него совершенное «железо». А если мы будем исходить из конструкции мотора, то потратим 70 лет, уйму денег для того, чтобы спасти довольно затейливую, но не очень перспективную идею.
- Я не верю, что Mazda или все прогрессивное человечество смогут толково решить проблему РПД и обеспечить пробег в полмиллиона километров.
Евгений Багдасаров
Тест драйв В погоне за мечтой: от Ванкеля до двигателя HCCI
Как роторный двигатель помог японскому бренду Mazda стать тем, чем он является сегодня
60 лет спустя после создания первого рабочего прототипа двигателя Ванкеля, 50 лет после его запуска Mazda и официального объявления компании о том, что она создала функциональный двигатель HCCI, — это повод вернуться в историю этого уникального теплового двигателя.
Mazda больше не скрывает того факта, что разработка двигателя, работающего в широком рабочем диапазоне в режимах HCCI — или гомогенное смешение и самовоспламенение от сжатия, оказалась успешной, и с 2019 года намерена запустить такой двигатель в серийное производство. Неудивительно, что Mazda всегда может удивить автомобильное сообщество. Достаточно даже беглого взгляда на исторические анналы бренда, чтобы найти источники этого утверждения. До недавнего времени японская компания была единственным и рьяным носителем идеи Ванкеля и первым производителем автомобилей с двигателями, работавшим по циклу Миллера (Mazda Xedos 9 с 1993 по 2003 год, а затем Demio, известная в Европе как Mazda 2).
Здесь стоит упомянуть дизельный двигатель с волновым сжатием воздуха Comprex, каскадный, двухструйный и форсированный с изменяемой геометрией для бензинового двигателя (разные версии Mazda RX-7), системы активного поворота задней оси 626 с конца 80-х гг. лет, уникальная система старт-стоп i-Stop, в которой запуск поддерживается процессом сгорания, и система регенерации энергии с помощью конденсаторов i-Eloop.
Наконец, отметим тот факт, что это единственный японский производитель, выигравший «24 часа Ле-Мана» — конечно же, с автомобилем с двигателем Ванкеля! Что касается стиля, такие модели, как Luce, культовый Wankel Cosmo Sport, RX-7 и RX-8, родстер MX-5 и Mazda 6, красноречиво говорят об уникальности бренда в этой области. Но это еще не все — в последние годы двигатели Skyactiv показали не только, что двигателю внутреннего сгорания еще предстоит пройти долгий путь, но и то, что Mazda может показать ему свой собственный путь.
Намного больше о разработках инженеров компании мы расскажем после нашего предстоящего визита по приглашению Mazda в Японию в конце октября. Однако причины для этой статьи не единственные, которые можно найти в подзаголовке выше. Потому что, чтобы понять причины, по которым создателям Mazda удалось создать свой двигатель HCCI, нам, возможно, придется вернуться к истории компании.
Роторный двигатель как основа Skyactiv-X
Спросите ультрамарафонца, которому удалось преодолеть 160-километровый маршрут, возникнут ли проблемы с прохождением стандартного 42-километрового марафона.
Что ж, он может не пробежать их два часа, но он определенно может продолжить как минимум еще 42 часа в довольно приличном темпе. При таком мышлении, если штаб-квартира вашей компании находится в Хиросиме, если на протяжении десятилетий вы боролись с огромными проблемами вращения поршня роторного двигателя и решили сотни проблем со смазкой или выбросами, волновыми эффектами и с турбонаддувом, или особенно с процессами сгорания в серповидной камере с изменяющимся объемом блока на основе Ванкеля, у вас может быть гораздо более стабильная основа для создания двигателя, работающего по принципу HCCI. Официальный старт проекту Skyactiv был дан ровно десять лет назад, в 2007 году (тот же год, в котором Mercedes представила сложный прототип двигателя HCCI Diesotto), и в то время Mazda RX-8 с двигателем Ванкеля все еще находилась в производстве. Как известно, инженеры японской компании экспериментируют с режимами работы HCCI именно при разработке прототипов роторных двигателей Skyactiv-R. Вероятно, в проекте HCCI, называемом Mazda SPCCI (Spark Plug Conrolled Compression Ignition) или Skyactiv-X, участвовали инженеры как из отдела роторных, так и из отдела бензиновых и дизельных двигателей, потому что даже в разработке процесса сгорания в Skyactiv-D мы можем распознать почерк людей, участвовавших в разработке процесса HCCI. Бог знает, когда эволюция двигателей Skyactiav превратилась в двигатель с однородным перемешиванием и самовоспламенением — давно известно, что инженеры Mazda были вовлечены в эту тему — но это, вероятно, произошло, когда двигатель Ванкеля был еще жив.
Десятилетия производства роторных автомобилей, большинство из которых в полном одиночестве, могут не принести Mazda серьезного финансового дохода, но также принесут признание непоколебимости духа, поиску решений всевозможных проблем, невероятной настойчивости и, как следствие, накопления огромного и очень бесценного опыта. Однако, по словам Киёси Фудзивара, ответственного за планирование продуктов Mazda, каждый из конструкторов, участвующих в проекте Skyactiv, несет в себе дух двигателя Ванкеля, но превращается в возможность улучшить обычный двигатель. Или в нетрадиционной HCCI. «Но страсть та же. Именно она делает Skyactiv реальностью. Это настоящее приключение стало самой большой радостью в моей жизни. Это правда, что каждая компания делает автомобили для продажи и зарабатывания денег, — объясняет Сеита Канаи, руководитель отдела развития Mazda, — но поверьте мне, для нас в Mazda тот факт, что автомобили, которые мы создаем, также важен. они берут начало в наших сердцах, и каждый раз их строительство становится для нас романтическим приключением. Главная движущая сила этого процесса — наша страсть. Быть лучшим — это мой инженерный роман ».
Мечта молодого человека
Возможно, в 60-х годах инженеры недавно выпущенного первого автомобиля Mazda обнаружили «свой инженерный роман» в двигателе Ванкеля. Потому что роторный двигатель родился из мечты 17-летнего немецкого юноши в 1919 году, и его зовут Феликс Ванкель. Тогда, родившийся в 1902 году в регионе Лар в Германии (где родились Отто, Даймлер и Бенц), он сказал своим друзьям, что автомобиль его мечты был оснащен двигателем, который был наполовину турбинным, наполовину поршневым. В то время он еще не обладал базовыми знаниями о поршневых двигателях внутреннего сгорания, но интуитивно полагал, что его двигатель может выполнять четыре цикла работы — впуск, сжатие, действие и выпуск при вращении поршня. Именно эта интуиция надолго приведет его к созданию работающего роторного двигателя, который другие конструкторы безуспешно пробовали бесчисленное количество раз, начиная с 16 века.
Отец Ванкеля погиб во время Первой мировой войны, после чего молодой человек продавал печатные произведения и читал много технической литературы. В 1924 году, когда ему было 22 года, он основал небольшую лабораторию по разработке роторного двигателя, а в 1927 году он сделал первые чертежи «Die Drehkolbenmaschine» (роторно-поршневой машины). В 1939 году гениальное министерство авиации обнаружило рациональное зерно в роторном двигателе и обратилось к Гитлеру, который лично приказал освободить Ванкеля, который затем находился в тюрьме по приказу местного гауляйтера, и оборудовать экспериментальную лабораторию на Боденском озере. Там он разработал прототипы для BMW, Lillethal, DVL, Junkers и Daimler-Benz. Однако первый экспериментальный двигатель Ванкеля появился слишком поздно, чтобы хоть как-то помочь выживанию Третьего рейха. После капитуляции Германии французы заключили Ванкеля в тюрьму — то же самое, что они уже сделали с Фердинандом Порше. Год спустя Феликс был освобожден и, из-за отсутствия более продуктивного занятия, начал писать книгу о роторно-поршневых двигателях. Позже он основал Технический институт инженерных исследований и продолжил разработку роторных двигателей и компрессоров для промышленного использования. В 1951 году амбициозному дизайнеру удалось убедить главу отдела спортивных мотоциклов NSU Вальтера Фреде к сотрудничеству. Ванкель и NSU сосредоточили свои усилия на роторном двигателе с камерой в форме яблока (трохоидной) и треугольным поршнем с арочными стенками. В 1957 году был построен первый действующий прототип двигателя под названием ДКН. Это дата рождения двигателя Ванкеля.
60-е: многообещающее будущее роторного двигателя
DKM показывает, что роторный двигатель — это не просто мечта. Настоящий практичный двигатель Ванкеля в известной нам форме с неподвижным корпусом — это следующий KKM. NSU и Wankel совместно реализовали первые идеи, связанные с уплотнением поршня, позиционированием свечей зажигания, заполнением отверстий, продувкой выхлопных газов, смазкой, процессами сгорания, материалами и производственными зазорами. Однако остается много проблем …
Это не мешает NSU официально объявить в 1959 году о создании двигателя будущего. Более 100 компаний предлагают техническое сотрудничество, в том числе Mercedes, Rolls-Royce, GM, Альфа-Ромео, Porsche, Citroen, MAN и ряд машиностроителей покупают лицензии. Среди них Mazda, президент которой Цуней Мацуда видит в двигателе огромный потенциал. Помимо параллельных консультаций с инженерами NSU, Mazda создает собственный отдел разработки двигателей Ванкеля, который первоначально включает 47 инженеров.
New York Herald Tribune объявляет двигатель Ванкеля революционным изобретением. В то время акции NSU буквально взорвались — если в 1957 году они торговались за 124 немецкие марки, то в 1960 году они достигли космических 3000! В 1960 году был представлен первый автомобиль с двигателем Ванкеля — NSU Prinz III. В сентябре 1963 года за ним последовал NSU Wankel Spider с однокамерным двигателем объемом 500 см3, который спустя два года выиграл чемпионат Германии. Однако сенсацией Франкфуртского автосалона 1968 года стал новый NSU Ro 80. Элегантный седан, разработанный Клаусом Люте, авангарден во всех отношениях, а его аэродинамические формы (коэффициент потока 0,35 сам по себе делает автомобиль уникальный для своего времени) стали возможными благодаря малогабаритному двухроторному двигателю ККМ 612. Трансмиссия имеет гидравлическое сцепление, четыре тормоза — дисковые, причем передняя часть расположена рядом с трансмиссией. Ro 80 был настолько впечатляющим для своего времени, что в 1968 году стал автомобилем года. В следующем году Феликс Ванкель получил докторскую степень в Техническом университете Мюнхена и получил золотую медаль Федерации инженеров Германии — самую престижную награду за научные и технические достижения в Германии.
(следовать)
Текст: Георгий Колев
Роторный дизель: мощность без поршней
Создание дизельного двигателя, в котором не используются традиционные поршни, может показаться странным, но в современную эпоху высокой эффективности, низкого уровня выбросов и снижения веса двигатель с нетрадиционным ротором может стать ключом к достижению цели. вещи впереди.
Роторная силовая установка с воспламенением от сжатия — не новая концепция; идея возникла примерно в тот же период, когда был разработан первый роторный газовый двигатель Ванкеля (первый рабочий прототип Феликса Ванкеля был создан в 1957 году).Разделяя базовую конструкцию со своими газовыми собратьями, дизельная силовая установка Ванкеля использует треугольный ротор в овальном эпитрохоидном корпусе. Эта конструкция предлагает предложение эффективного двигателя с малой массой и плавной работой.
Проблема, которая не позволяла двигателю заработать, заключается в конструкции камеры сгорания роторного двигателя Ванкеля, которая имеет удлиненную и выпуклую форму. Такая форма затрудняет получение достаточно высокого сжатия для правильного зажигания без чрезмерных потерь тепла.Источник наддувочного воздуха необходим, но нагнетатели с коленчатым валом или выхлопными газами потребляют слишком много энергии, чтобы быть эффективными. Таким образом, использование сжатого воздуха, подаваемого извне, — единственный способ заставить двигатель работать. Ванкель придумал внешний нагнетатель, чтобы попытаться решить эту проблему. Другой проблемой конструкции является правильное расположение камеры сгорания к форсунке для получения надлежащей топливно-воздушной смеси.
Посмотреть все 4 фотографии Прототип дизельного роторного двигателя LiquidPiston X4 весит 60 фунтов и развивает мощность 40 л.с.Масштабируемый размер и выходная мощность делают его идеальным для таких приложений, как невооруженные летательные аппараты, расширители дальности действия, небольшие транспортные средства, портативное силовое оборудование и робототехника.Несколько разных компаний работали с прототипами роторных дизелей Ванкеля. Daimler-Benz, MAN, Krupp и KHD создали совместное предприятие под названием Diesel-Ring, но обнаружили, что его конструкции недостаточно для дизельного топлива. Еще одна компания, которая экспериментировала с роторным двигателем, — это Rolls-Royce. Он потратил много ресурсов на выяснение того, как заставить роторный двигатель работать должным образом в качестве дизельной силовой установки, сосредоточив внимание на использовании второго, большего ротора, для наддува основного меньшего ротора и, в конечном итоге, достижения необходимой высокой степени сжатия.Эта двухступенчатая конфигурация ротора придавала двигателю 8-образный корпус. Но после многих попыток (прототипов) и неудач, чтобы оправдать ожидания, от концепции отказались.
Хотя в прошлом роторный дизель никогда не выходил за рамки стадии разработки прототипа, у этой концепции есть свои достоинства. Это легкий, компактный двигатель с хорошим соотношением мощности к массе. Это качество привлекло к идее такие компании, как LiquidPiston.
Дизайн LiquidPiston X Engine воспринимается скорее как «перевернутый» механизм Ванкеля.Уплотнения, обычно устанавливаемые на роторе двигателя Ванкеля, встроены в корпус. X работает по новому термодинамическому циклу и решает проблемы с уплотнением, охлаждением, смазкой, выбросами и эффективностью, присущие оригинальной роторной конструкции. Этот новый цикл является высокоэффективным гибридным циклом компании.
Посмотреть все 4 фотографииСуществует значительная разница в размерах между обычным дизельным двигателем мощностью 35 л.с. слева и роторным дизелем LiquidPiston мощностью 40 л.с. справа.HEHC сочетает в себе преимущества термодинамических циклов Дизеля, Отто и Аткинсона.Для максимальной эффективности HEHC сжимает воздух до высокой степени, непосредственно впрыскивает топливо и воспламеняет сжатие. Задержка (плоская область) около верхней мертвой точки заставляет горение происходить в условиях почти постоянного объема, что создает больший объем расширения, чем объем сжатия. Это означает, что топливно-воздушная смесь воспламеняется как дизельное топливо и горит намного дольше обычного, что обеспечивает более полное сгорание. Выбросы уменьшаются, и высокое давление в камере действует на ротор, пока он почти не достигнет атмосферного давления, и почти вся доступная энергия используется до того, как достигнет выпускного отверстия.Напротив, обычный двигатель внутреннего сгорания выпускает заполненные энергией выхлопные газы под высоким давлением.
Еще одним элементом HEHC является пропуск цикла, который модулирует мощность и способствует высокой эффективности при низких настройках мощности, одновременно охлаждая внутреннюю стенку двигателя и обеспечивая частичную рекуперацию тепла. Благодаря конструкции, которая преобразует гораздо больше тепловой энергии в механическую силу, блок двигателя требует меньше отвода тепла, что означает отсутствие необходимости в системе охлаждения, заполненной водой.Если двигатель действительно нуждается в охлаждении, процесс впрыска можно пропустить, а для отвода тепла можно всасывать только холодный воздух. Другой вариант — впрыск воды для внутреннего охлаждения двигателя. Затем часть охлаждающей энергии рекуперируется, когда вода превращается в пар, увеличивая давление в камере.
Посмотреть все 4 фотографииДвухступенчатый роторный дизельный двигатель Rolls Royce имеет уникальную 8-образную конструкцию. Ротор большего размера используется для наддува меньшего ротора для достижения достаточного сжатия.В X Engine мало подвижных компонентов. Он имеет ротор (основной рабочий компонент) и эксцентриковый вал. Единственные другие детали, которые работают, — это форсунки, топливные насосы и масляные насосы, что делает двигатель чрезвычайно простым. За один оборот ротора происходит три процесса сгорания, что приводит к высокой удельной мощности.
Текущая модель LiquidPiston мощностью 40 л.с. (прототип X4) весит всего 80 фунтов. Серийная версия должна весить менее 50 фунтов. Они рассчитывают примерно на двигатель мощностью 1 л.с. на фунт.Для сравнения, обычный дизельный двигатель мощностью 40 л.с. весит около 400 фунтов.
В конечном счете, двигатели X могут изготавливаться для выработки от 1 до 1000 л.с., что делает их идеальными для использования на различных рынках двигателей внутреннего сгорания (генераторы, вспомогательные силовые установки, беспилотные летательные аппараты, расширители диапазона, портативное внешнее силовое оборудование, малые автомобили и робототехника).
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Двигатель: LiquidPiston X4 Prototype
Объем: 750 см3
Компоновка двигателя: роторный
Степень сжатия: от 16: 1 до 26: 1
Мощность: 40 л.с. 1,490 кг)
Длина: 11 дюймов
Ширина: 7.9 дюймов
Высота: 7,6 дюйма
Двухроторный 11,6-литровый роторный дизельный двигатель был почти в моде
Роторный двигатель имел момент автомобильной славы с Mazda, но в то время как роторные двигатели японского автопроизводителя были малолитражными, Один американский стартап попробовал совершенно другой подход, спроектировав 11,6-литровый роторный двигатель с большим блоком, работающий на дизельном топливе, для морских применений.
Компания была Rotary Power International, двигатель — модель 2116R.Согласно пресс-материалам от августа 2000 года, обнаруженным Car Expert , 2116R был двухроторным двигателем с алюминиевым блоком, степенью сжатия 8,5: 1, стратифицированной системой прямого впрыска и искровым зажиганием. По словам компании, это позволило бы 2116R работать как на бензине, так и на дизельном топливе или даже на керосине или авиакеросине.
Rotary Power International заявляет о мощности в 1000 лошадиных сил при 3600 об / мин и 1550 фунт-фут крутящего момента при 2400 об / мин.
Компания также обсудила другие, более крупные роторные судовые двигатели, в том числе четырехроторный 23,1-литровый 4231R и 6-роторный 34,7-литровый 6347R. Эти двигатели должны были выдавать соответственно 2000 и 3000 л.с.
Rotary Power International Роторный двигатель модели 2116R
Основным преимуществом роторного двигателя, по мнению Rotary Power International, была удельная мощность. Компания утверждала, что ее роторные двигатели достигают 2,5 фунта на лошадиную силу по сравнению с 4 фунтами на лошадиную силу для современных судовых поршневых двигателей.
Однако в то время как Rotary Power International признали, что при цене 165 000 долларов (в долларах 2000 года) 2116R был на 45 000 долларов дороже, чем сопоставимый поршневой двигатель. Как и в случае с автомобильными роторными двигателями, не ожидалось, что экономия топлива будет одной из сильных сторон этого судового двигателя. Неясно, были ли проблемы с уплотнением апекса.
В начале 2000-х годов Rotary Power International рассказывала о планах использования 2116R в качестве «скоростного парома», но эти планы, казалось, развалились. Затем компания предложила роторный двигатель, работающий на водороде, а затем двигатель меньшего размера, названный Series 70.Очевидно, это тоже не нашло желающих, и компания, похоже, распалась где-то после 2005 года.
Ни один автопроизводитель не продал серийный автомобиль с роторным двигателем с момента прекращения производства Mazda RX-8 в 2012 году. С тех пор ходили слухи о возвращении роторного двигателя Mazda, причем в самых последних отчетах утверждается, что роторный двигатель может быть использован в качестве расширителя диапазона. в будущих электромобилях.
12-роторный двигатель Ванкеля растопит ваш мозг
Ходят слухи, что Mazda возвращает почтенный роторный двигатель.Скорее всего, это будет не , а этот роторный двигатель .
Знаете ли вы, что FD RX-7, одна из самых легендарных Mazdas когда-либо, обходилась всего двумя роторами? Пожалуйста. Даже у Eunos Cosmo, автомобиля, на который мы можем смотреть только издалека, было всего на один винт больше, чем у этого. Чтобы соответствовать творению, которое создал Тайсон Гарвин, вам придется умножить роторы Eunos Cosmo на три, а затем добавить еще три ротора. Затем разделите это на четыре и добавьте еще пять роторов. Затем уберите два, потому что вы зашли слишком далеко.А потом у вас будет 12-роторный двигатель Ванкеля и, вполне возможно, кровотечение из носа.
Гарвин участвовал в гонках на моторных лодках на выносливость и проехал от Нью-Йорка до Бермуд за чуть менее 16 часов, рекорд для Bermuda Challenge, который он и его товарищ по команде Крис Фертиг установили дважды . Лодка, которую они использовали, была оснащена двумя дизельными двигателями Cummins объемом 5,9 литра, мощность каждого из которых составляла 480 л.с. И он, и новый роторный двигатель с 12 винтами подчеркивают безумие гонок на моторных лодках.
Роторный двигатель Гарвина R12 делает забавные вещи с концепцией рационального мышления.Он полностью отполирован, весит 830 фунтов и умещается в пространстве большого блока Chevrolet V8. Объем двигателя 960 кубических дюймов. Его 12 роторов расположены в трех блоках по Y-образной схеме: два блока сверху и один снизу. Они просто великолепны. Нижняя банка имеет выходной вал; два верхних блока помогают управлять нижним. Все три банки соединены шестернями. Один блок вращается в противоположных направлениях относительно дна, чтобы соответствовать стороне выпуска; другой вращается в том же направлении, что и выходной вал.В нем всего 19 движущихся частей — когда вы пересекаете Атлантический океан со средней скоростью 78 миль в час, вам понадобится вся надежность, которую вы можете получить.
Давайте поговорим о мощности. Это всегда самое интересное. Гарвин может совершить круиз на R12 в течение 400 часов без обслуживания прогулочного катера с мощностью 1400 лошадиных сил. Добавьте пару турбонагнетателей, и это подскочит на 1000 л.с. Добавьте гоночный бензин и 25 фунтов наддува, и вы получите 3600 л.с. По его оценкам, удвоить наддув, и Гарвин потенциально может производить 5000 л.с.
Собственная стоматологическая бормашина Satan ожидает своей участи на стенде двигателя.
12 ротор
Конечно, это все теоретически — Гарвин, который начал проектировать двигатель пять лет назад, все еще набирает впрыск топлива и вносит другие настройки. На видео выше показан первоначальный пробег на динамометрическом стенде с одним карбюратором. Он выдавал 815 фунт-фут крутящего момента при 3200 оборотах в минуту, и при этом звучал как стоматологическая бормашина сатаны.Обратите внимание на стакан с водой на задней части двигателя — двигатель работает так плавно, что нет ни малейшей ряби. Мы не смогли бы это придумать, если бы попытались. Возьми, Лексус.
Все в этом двигателе (имейте в виду, что это эквивалент трех 787B) просто невероятно. Это заставляет нас желать, чтобы мы могли втиснуть его в Mazda GLC 1976 года и прогореть на лужайках владельцев Ram SRT10.
Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты.Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.
LIquidPiston представляет крошечный, но мощный роторный двигатель
Двигатель нового типа впервые продемонстрировал свои качества за пределами лаборатории, и хотя он просто сделал картинг, он вполне мог стать началом чего-то большого.
Двигатель представляет собой роторную конструкцию, бес поршневую установку, которая обеспечивает максимальное отношение мощности к массе. Это плод с лишним лет работы LiquidPiston, стартапа, основанного Алеком Школьником, который имеет докторскую степень.Доктор компьютерных наук со специализацией в области искусственного интеллекта и моделирования. Сам двигатель основан на технологии сгорания, разработанной его отцом, Николаем, инженером-механиком, получившим советское образование и прошедшим переподготовку в США на физика.
Но нет жидкости и нет поршня: компания переросла название, которое относилось к конструкции, которая использовала и то, и другое для преобразования расширяющегося газа в движущую силу. Теперь, спустя полдюжины итераций, в результате получился цельнометаллический роторный двигатель, который явно не является Ванкелем вашего отца, знаменитым, гудящим сердцем серии Mazda RX.
«Это нечто вроде ванкеля, вывернутого наизнанку, конструкция, которая решает старые проблемы с герметизацией и расходом топлива», — говорит основатель компании Алек Школьник. «Ванкель имеет треугольный ротор внутри корпуса в форме арахиса; у нас есть ротор в форме арахиса внутри треугольного корпуса. Наши уплотнения находятся на вершинах треугольника […], а наши уплотнения неподвижны, потому что они находятся в корпусе ».
Уплотнения препятствуют перемещению газа из одной камеры в другую. В ванкеле уплотнения двигаются быстро, что затрудняет их смазку.Вы должны распылять масло в камеру сгорания, зная, что только его часть достигнет уплотнений, а остальная часть уйдет с дымом — проблема как для экономии топлива, так и для выбросов двигателя. Двигатель LiquidPiston лишен этого багажа, но сохраняет внутреннюю механическую простоту роторного двигателя — только ротор и эксцентриковый вал вместе с топливными форсунками, топливными насосами и масляными насосами.
Школьник признает, что его машина еще не готова к 100 000-километровому стандарту автомобильной промышленности по долговечности.Но он утверждает, что даже на начальных этапах развития он должен найти применение в любой области, где ценится крошечный, экономичный простой двигатель, который обладает большой мощностью при небольшом объеме и массе.
«Мы заменили 40-фунтовый двигатель картинга на наш 4-фунтовый двигатель мощностью от 3 до 5 лошадиных сил», — говорит Школьник. С сегодняшнего дня вы можете купить комплект разработчика.
Двигатель более эффективен, чем двигатель Ванкеля, потому что у него более высокая степень сжатия и поскольку изменяющаяся геометрия его внутренних полостей позволяет ему извлекать большую часть энергии выхлопных газов до их выпуска, что называется чрезмерным расширением.
«Toyota использует цикл Аткинсона в своем Prius, и это приводит к чрезмерному расширению — так что это не новость», — говорит он. «Но двигатель Prius слишком большой. Мы получаем сверхрасширение почти бесплатно, просто изменив расположение порта [клапана]. Для этого нам не нужны неуклюжие клапаны ».
Клапанный механизм — это система с приводом от распределительного вала, которая открывает и закрывает клапаны в камере сгорания поршневого двигателя, чтобы впускать топливо и воздух, а также выпускать выхлопные газы. Вращение этого вала потребляет энергию — на автомобильном жаргоне это «паразитная потеря».
1,5-килограммовая силовая установкаLiquidPiston размером с грейпфрут — это идеальный вариант для среднетоннажного беспилотного летательного аппарата с пропеллерным двигателем. Вот почему американские военные заинтересованы в этом: компания получила финансирование от Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA).
«Многие люди сразу же пытаются продавать улучшенные двигатели на рынке автомобилей и грузовиков, и я не могу их винить, это рынок стоимостью 300 миллиардов долларов», — говорит Школьник. «Но для того, чтобы воплотить в жизнь новый двигатель в автомобильном мире, требуется не менее семи лет и стоит буквально 500 миллионов долларов — и это для поршневого двигателя, где риск невелик.”
Итак, он сначала изучает рынки, на которых остро ощущается потребность в очень компактных двигателях — ручные электроинструменты, грузовые дроны для таких компаний, как Amazon и FedEx, и, что самое интересное, расширители запаса хода для автомобилей.
«У нас есть концепция двигателя мощностью 30 киловатт, работающего на дизельном топливе, весом 30 фунтов, в корпусе размером 10 на 8 дюймов», — говорит Школьник. «Это может быть часть электромобиля для массового потребителя, дающего вам привычный запас хода — 300 миль вместо 30 — и быструю дозаправку».
Безусловно, Ванкель также предлагался как расширитель диапазона.И хотя двигатель LiquidPiston может претендовать на то, что он — или может стать — более эффективным и компактным, чем двигатель Ванкеля, эти вещи могут не иметь большого значения, когда машина работает только в режиме помощника.
Радикальные новые конструкции двигателей возникают постоянно, но редко добиваются успеха. Помните газовые турбины 1960-х годов? Сверхгорячий и сверхэффективный керамический двигатель 80-х годов? Радикально улучшенный двухтактный двигатель, выхлоп которого будет чище, чем окружающий воздух? Даже Wankel неоднократно терпел неудачу, пока инженеры Mazda не засучили рукава и не сделали ее успех своим приоритетом.
Однако спасительная изящество LiquidPiston — это постоянно расширяющаяся область применения для двигателей всех типов. Даже если ни одна машина никогда не будет работать только на одном из ее продуктов, есть множество рыночных ниш, которые она может заполнить: гибриды, дроны, может быть, даже бензопилы.
Примечание редактора: отрывок, касающийся газовых уплотнений, был изменен для ясности.
«Вывернутый наизнанку» роторный двигатель X-Engine LiquidPiston выигрывает контракт на исследования в армии это обеспечит такую же мощность, как и нынешняя армейская генераторная установка в одну пятую размера.
Мы уже несколько раз писали об удивительном роторном двигателе LiquidPiston. Это не Ванкель — на самом деле, он ближе к Ванкелю, вывернутому наизнанку — и всего с двумя движущимися частями он способен обеспечить исключительную удельную мощность до 1,5 лошадиных сил на фунт (0,45 кг).
По словам соучредителя и генерального директора Алека Школьника, конструкция X Engine сочетает в себе высокую степень сжатия и прямой впрыск дизельного двигателя с процессом сгорания постоянного объема двигателя с циклом Отто и способностью к чрезмерному расширению двигателя с циклом Аткинсона. , решая проблемы смазки и уплотнения роторного двигателя Ванкеля, обеспечивая при этом огромную мощность и эффективность.Ознакомьтесь с конструкцией, используемой в картинге и беспилотном летательном аппарате, на видео ниже.
Жидкостно-поршневой двигатель в полете
«Если вы помните Wankel, — говорит Школьник, — у них есть треугольный ротор внутри корпуса в форме арахиса. У нас есть противоположный ротор в форме арахиса в трехлопастном корпусе. Так что возьмите все, что вы знаете о Wankel и выверните его буквально наизнанку.У них длинная, тонкая, подвижная камера сгорания, у нас есть стационарная камера сгорания, красивая и круглая. Вы можете довести его до сильного сжатия, просто уменьшив камеру. А поскольку он стационарный, мы можем напрямую впрыснуть топливо туда, куда Ванкель не мог. Таковы два ключевых преимущества дизеля: высокая степень сжатия и прямой впрыск.
«А еще есть наши верхние уплотнения, они как наши поршневые кольца», — продолжает он. «В двигателе Ванкеля они снова внутри ротора.Они движутся с большой скоростью и подпрыгивают, их очень сложно смазать. В нашем случае они стационарные, не подпрыгивают, и их можно смазать прямо из корпуса.
«Таким образом, мы в основном решили ключевые проблемы, которые возникали у старых роторных двигателей со сгоранием и смазкой. Эти проблемы с смазкой вызвали как проблемы с долговечностью, так и проблемы с выбросами. Сделав эти компоненты стационарными, мы решаем проблемы старого роторного двигателя. И мы также модернизировали его цикл, чтобы дать ему гораздо более высокую эффективность.»
Способность X-Engine уменьшать объем и вес является выдающейся; чтобы дать вам представление, команда извлекла из картинга двигатель мощностью 40 фунтов (18 кг) и мощностью 6,5 л.с., показанный на видео выше. и заменил его на 4,5 фунта (2 кг) X-Engine мощностью 3 л.с.
Генератор компактной артиллерийской системы питания (CAPS), питающий цифровую систему управления огнем артиллерийского орудия M777 Howitzer.Жидкостный поршень
LiquidPiston продемонстрировала технологию для армии США, построив генератор компактной системы питания артиллерии (CAPS), предназначенный для питания цифровой системы управления огнем артиллерийской установки M777 Howitzer.Он заменил генератор, для передвижения которого требовался грузовик, на что-то на 20 процентов меньше: коробка весом 41 фунт (18,6 кг) и 1,5 кубических фута (28,3 л) размером с игровой ПК, который легко может быть несут двое мужчин.
Разработанный с умом для работы с аккумулятором в гибридной системе, генератор CAPS мощностью 2 кВт произвел на армию такое впечатление, что LiquidPiston получила контракт на исследования в области инноваций для малого бизнеса с целью дальнейшей разработки его в качестве малого тактического генератора мощностью 2-5 кВт. для ряда военных случаев, работает на дизельном топливе с воспламенением от сжатия.
Компания прогнозирует, что версия мощностью 5 кВт будет весить около 100 фунтов (45 кг) и занимать от 4 до 6 кубических футов (113–170 л), заменив нынешнюю MEP-1030 массой 764 фунта (347 кг). ) и 30 кубических футов (850 л).
Может ли он появиться в автомобильном мире? Совершенно верно, — говорит Школьник. «В долгосрочной перспективе мы определенно нацелимся на автомобильный мир. Это может быть отличная первичная силовая установка для автомобилей или часть гибридной системы. Она будет хорошо работать в обоих условиях.Но, как вы понимаете, разработка двигателя для автомобильного мира требует много времени и денег. Когда GM выпускает двигатель, за ним стоят сотни миллионов долларов на разработку. И это для тех, кто основан на известных технологиях. Здесь мы меняем термодинамический цикл, мы меняем архитектуру, мы меняем все. Поэтому мы приняли бизнес-решение не начинать с автомобильного мира. Мы хотим сначала изучить нишевое приложение и доказать это.Тогда мы сможем заняться чем-то вроде автомобилестроения ».
Это определенно выглядело бы привлекательно в качестве сверхлегкого расширителя дальности полета для электромобилей — или даже в качестве авиационного двигателя для мира авиации, в котором каждый фунт — враг. намного больше, за счет замены их батарей на эффективных генераторах с низким уровнем выбросов; даже с учетом эффективности трансмиссии, говорит Школьник, топливо переносит примерно в 35 раз больше энергии, чем современные батареи.
Система Liquid Piston CAPS размером с игровую установкуLiquidPiston
.Как проходит испытания двигателя на долговечность? «Мы были очень сосредоточены на том, чтобы доказать общую работоспособность и показать, что движок работает в этих демонстраторах приложений», — говорит Школьник.«Теперь, когда совершенно очевидно, что он работает, каждый хочет знать, сколько часов он может проработать. Мы работаем над этим, это часть того, что мы собираемся делать в следующем году. Мы запускаем двигатели для десятки часов, десятки часов, мы еще не достигли тех сотен часов, где хотим быть.
«Мы даже не используем их достаточно долго, чтобы думать о таких вещах, как замена уплотнения, — продолжает он». Это была комбинация мелких вещей, которыми мы занимаемся по мере продвижения.Например, у нас были проблемы с передачей; это было адресовано. Затем возникли некоторые проблемы с подшипниками, и, похоже, они были решены. Так что прямо сейчас я даже не знаю, какое слабое место в двигателе. Мне нужно построить пять или десять таких двигателей, запустить их как можно дольше, посмотреть, что ломается, и внести коррективы, пока мы не достигнем тех показателей прочности, которые хотим достичь. На данный момент ничего не известно, это ставит нас под сомнение. Это просто время, техника и ресурсы.«
Безусловно, было интересно наблюдать за технологическим прогрессом LiquidPiston, и мы с нетерпением ждем результатов тестирования надежности. Следите за обновлениями.
Источник: LiquidPiston
Этот может быть самым странным двигателем Rolls-Royce, когда-либо созданным
Rolls-Royce известен многими вещами, но смелая технологическая странность обычно не входит в их число. Вот почему так удивительно, что они создали движок, который при описании кажется набором самых невероятных прилагательных, которые вы можете связать вместе: Ванкель с двумя отдельными роторами (но не двухроторный) Дизель производства Rolls-Royce.
Я даже не подозревал, что Rolls-Royce экспериментировал с роторными двигателями, не говоря уже о роторных двигателях Diesel , но это именно то, что они делали в конце 1960-х — начале 1970-х годов. Целью создания этих двигателей были не безумно дорогие роскошные автомобили, с которыми мы обычно ассоциируем имя Rolls-Royce, а на самом деле они предназначались для их подразделения военной техники.
Статья в декабрьском выпуске журнала Autocar за 1970 год детально описывает двигатель, и это очень увлекательно.Это ротор Ванкеля с двумя роторами, но два ротора не соосны, как в традиционном двухроторном двигателе. Вместо этого это похоже на два сиамских роторных двигателя, расположенных один над другим, причем нижний ротор и камера сгорания значительно больше.
Это связано с тем, что двигатель представляет собой двухступенчатый двигатель, в котором более крупный нижний роторный двигатель действует как компрессор для верхнего двигателя, который фактически производит мощность.
G / O Media может получить комиссию
Двигатель Ванкеля может работать вместо обычного нагнетателя или турбонагнетателя для сжатия воздушно-топливной смеси, потому что роторный двигатель по своей сути является объемной машиной — по сути, это означает, что впускной Камера имеет больший объем, чем выпускная / выпускная камера, поэтому смесь внутри сжимается.
В случае с дизельным двигателем Rolls-Royce Wankel, топливно-воздушная смесь сначала сжимается нижним ротором, а мощность этого двигателя (который будет похож на выпускной клапан обычного роторного двигателя) направляет сжатое дизельное топливо / воздушная смесь поступает на впуск меньшего верхнего роторного двигателя, где она сжимается и воспламеняется, как обычный дизельный двигатель.
Rolls-Royce, кажется, потратил много энергии и ресурсов на выяснение того, как решить проблемы с уплотнением вершины и другие технические препятствия, и в итоге произвел по крайней мере четыре испытательных двигателя, не считая модифицированного NSU Wankel, который они использовали в качестве испытательного стенда. :
Первым двигателем разработки Rolls-Royce был R1, задуманный исключительно как инструмент исследования.Со ступенью компрессора 1126 куб. См и ступенью сгорания 500 куб. Среди прочего, он использовался для разработки наилучшего взаимодействия между двумя этапами.
Двигатель R2 представлял собой альтернативную трехступенчатую компоновку, построенную, но не исследованную подробно. R3 относится только к стадии сгорания, которая используется в качестве базовой единицы для создания ряда двигателей; он имеет водоизмещение 1,216 c.c., и в условиях испытаний выдал 180 л.с. при 4500 об / мин.
Остающийся двигатель, подробности которого можно указать, — это 2-R6. Это военный двигатель, состоящий из двух блоков двухступенчатого двигателя. Каждая ступень высокого давления (сгорания) имеет рабочий объем 1265 куб.см и питается от ступени низкого давления 3250 куб. Расчетная мощность составляет 350 л.с. при 4500 об / мин при весе 939 фунтов — впечатляющее соотношение мощности и веса для дизеля.
Для умов и ушей, привыкших к бензиновым двигателям, 939 фунтов для двигателя мощностью 350 лошадиных сил кажутся менее чем «впечатляющими», но похоже, что современный дизельный двигатель GM Duramax V8 вырабатывает около 330 л.с. при весе около 850 фунтов, так что, действительно, для время, чертовски хорошее.Дизели нуждаются в более тяжелых картерах, чтобы выдерживать сильное сжатие, поэтому они, как правило, тяжелые.
Не похоже, что двухроторный дизельный двигатель Ванкеля Rolls-Royce когда-либо производился, даже на военной технике, и я понятия не имею, был ли у Rolls когда-либо инженер, лихорадочно планировавший дизельный двигатель Ванкеля Silver Shadow, но я очень, очень нравится это представлять.
Роторный двигатель John Deere
Тема этого месяца состоит как из литературы, так и из своего рода «игрушки».Он также касается двигателей, которые я обычно не затрагиваю. В частности, роторные двигатели John Deere. Вы не поверите, но в 80-е годы был период, когда компания Deere проектировала и производила эти роторные устройства. В следующих параграфах это будет описано более подробно.
Прежде чем мы начнем с двигателей, мне нужно вернуть вас во времени в более раннюю часть моей жизни, а именно в колледж. Моим фокусом в UW-Madison было машиностроение, хотя я прошел несколько курсов по сельскохозяйственному машиностроению, включая тракторы и двигатели, а также принципы работы с сельскохозяйственной техникой.Мне всегда нравилось узнавать о том, как все работает, и особенно я хотел найти работу проектировщиком сельскохозяйственной техники или тракторов. К сожалению, когда я закончил учебу в 1983 году, найти работу было в лучшем случае трудно. У меня было предложение от военно-морского ведомства поработать в штабе морской пехоты в Вашингтоне, округ Колумбия, в качестве инженера в отделе материально-технического снабжения. В этом качестве мы работали над всем, кроме самолетов. Наша миссия заключалась в том, чтобы конструкция оборудования в сочетании с надлежащими инструментами и обучением гарантировала, что войска в полевых условиях могут надлежащим образом обслуживать и ремонтировать оборудование, чтобы гарантировать твердую готовность.Это была классная работа, и она, безусловно, многому меня научила.
Для любого типа продукции есть выставка. Для автомобилей, грузовиков, сельхозтехники, компьютеров и бытовой техники проводятся выставки. Военная техника и техника не исключение. Осенью 1984 года в Вашингтоне, округ Колумбия, прошла одна такая выставка. Группа моих коллег с работы и я пошли на выставку, чтобы посмотреть, что нового в военной сфере. Каково же было мое удивление и волнение, когда я увидел, что у John Deere есть будка! Удивление быстро сменилось удивлением, когда я задумался о том, что Дир мог бы предложить военным.Компания подтолкнула к созданию нового типа двигателя, названного роторным двигателем SCORE. В то время Mazda предлагала роторный двигатель (двигатель Ванкеля) в своих автомобилях RX-7, так что для большинства из нас это не было совершенно новой концепцией. Я взял брошюру и небольшую пластиковую модель двигателя и направился к следующей будке.
Перенесемся в сегодняшний день. Как я коллекционер, я храню много вещей, которые большинство людей давно бы выбросило. Да, брошюра и модель двигателя все еще находятся в моем распоряжении после многих лет и переездов.На фото 1 изображена передняя обложка брошюры. Представлен большой вырезанный рисунок роторного двигателя SCORE, окруженный художественными рисунками потенциальных применений. Торговая марка John Deere находится внизу вместе с надписью «Government Product Operations».
В тексте поясняется, что Deere and Company приобрела активы роторных двигателей у Curtiss-Wright и надеялись улучшить продукт и представить его для использования в военных целях. Основными преимуществами роторного двигателя перед стандартным дизельным двигателем были названы более высокая удельная мощность и способность сжигать различные виды топлива, включая дизельное топливо, боевой бензин, реактивное топливо и спирт.Также поясняется название SCORE. Как некоторые из вас, возможно, знают, правительству нравятся слова, которые называются акронимами, то есть названия, основанные на первых буквах слов, описывающих предмет. SCORE расшифровывается как «Всеядный роторный двигатель со стратифицированной зарядкой». Я знаю, что это звучит очень странно для описания двигателя, но если он сломался, это имеет смысл. Послойный заряд означает, что топливо вводится слоями, а не сразу. Первоначальная заправка топлива осуществляется пилотной форсункой, за которой следует большая заправка из основной форсунки.Это обеспечивает более равномерный рабочий ход. Всеядный буквально означает «поедание всех видов пищи». Поскольку этот двигатель предназначен для сжигания многих видов топлива, термин «всеядный» вполне уместен. Слова «роторный» и «двигатель» говорят сами за себя.
Вместо поршневых поршней роторный двигатель имеет один или несколько роторов, каждый с тремя изогнутыми поверхностями. Ротор устанавливается на кривошип и вращается со скоростью, равной одной трети скорости кривошипа. Результатом является рабочий ход на каждый оборот кривошипа.Заряд воздуха втягивается с одной стороны двигателя и сжимается, когда уплотнение (наконечник) ротора проходит мимо впускного отверстия. Пилотный инжектор обеспечивает начальную заправку топлива, и он воспламеняется. Главный инжектор добавляет оставшийся заряд топлива, и рабочий такт завершается. По мере того как ротор продолжает вращаться, открывается еще один порт, позволяющий выходить выхлопным газам.
Продукция для строительства и производства электроэнергии — это лишь некоторые из товаров, которые компания Deere производит для всех видов вооруженных сил.На странице 5 брошюры показаны дорожный грейдер, генераторная установка, полноприводный погрузчик и автомобиль для ремонта взлетно-посадочной полосы в качестве примеров военной продукции John Deere.
На момент публикации брошюры двигатели SCORE планировались, но еще не производились. На странице 8 (фото 2) показаны два семейства двигателей в плане. Первым было семейство SCORE II, которое должно было быть введено в производство к 1990 году для военных целей. Эти двигатели были двухроторными, мощностью от 375 до 2250 л.с.Двигатели SCORE III были однороторными для военного и коммерческого применения, мощностью от 80 до 320 лошадиных сил.
Абзацы текста на задней обложке объясняют, что двигатели Deere SCORE «предложат всем военным более легкие, меньшие, более быстрые и удобные в транспортировке боевые машины, генераторные установки и силовые агрегаты для воздушных и морских судов». Дата печати в нижнем левом углу указывает на сентябрь 1984 года.
Маленькая пластиковая модель двигателя представлена на другом фото.Он имеет красный пластиковый корпус с серым ротором и белым кривошипом. Прозрачную пластиковую ручку на задней панели можно повернуть, чтобы вращать ротор и проворачивать. Зона впуска — оранжевая, а зона выпуска — черная, причем обе расположены с левой стороны. На каждом есть стрелка, показывающая направление газа. Форсунки напечатаны черным цветом с правой стороны. Также на обратной стороне находится серебряная наклейка с черными буквами, на которой написано «SCORE ROTARY ENGINE FROM JOHN DEERE» и «LICENSED BY NSU / WANKEL». Также имеется стрелка направления вращения.Интересно, что наклейка имеет форму ротора двигателя.
Американское общество инженеров-механиков (ASME) выпускает ряд отраслевых публикаций для своих членов. Я являюсь участником, и в выпуске ASME News за февраль 1986 года была включена фотография двигателя Deere SCORE вместе с коротким описательным абзацем (фото 3). В нем поясняется, что Deere недавно представила модели и макеты двигателя на другой недавней торговой выставке в Вашингтоне, округ Колумбия.Для военных целей они достигли 750 лошадиных сил. Изображенный двигатель разрабатывался в лаборатории Вуд-Ридж, штат Нью-Джерси.
Когда компания John Deere начала заниматься производством роторных двигателей, она основала дочернюю компанию John Deere Technologies Inc. для управления этими усилиями. После семи лет работы в бизнесе Deere and Company продали этот сегмент компании Rotary Technologies International Inc. из Линкольна, Небраска, в 1991 году. На фотографии 4 показана статья из выпуска Chicago Tribune от 10 апреля 1991 года, в которой говорится о продаже роторного двигателя. описан бизнес компании John Deere.Ротари Пауэр Интернэшнл, кажется, нынешнее название компании, расположенной в Вуд Ридж, штат Нью-Джерси. Однако поиск в Интернете показывает, что у них всего восемь сотрудников по сравнению с 80, когда компания Deere владела бизнесом.
Брошюра и модель двигателя кажутся несколько скудными, потому что я видел эту модель в продаже только на одной выставке несколько лет назад. Я не видел ни одной копии этой или любой другой брошюры, описывающей роторные двигатели SCORE.Учитывая, что эти предметы не имеют никакого отношения к сельскому хозяйству, они могут не иметь большой ценности для коллекционеров.