Новый виток эволюции ДВС: супер двигатель без коленвала. Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания.

Двигатель
Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания - Макетный этап (закончен) Что в итоге Country Status (1) Адекватные ученые От спойлеров для ВАЗов до мебели

Двигатель GDI: что это такое? Конструктивные особенности двигателей с непосредственным впрыском GDI по сравнению с двигателями с распределенным впрыском топлива. Режимы работы, неисправности GDI.

RU2006627C1 — Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания — Google Patents

Номер публикации RU2006627C1 RU2006627C1 SU4925138A RU2006627C1 RU 2006627 C1 RU2006627 C1 RU2006627 C1 RU2006627 C1 RU2006627 C1 RU 2006627C1 SU 4925138 A SU4925138 A SU 4925138A RU 2006627 C1 RU2006627 C1 RU 2006627C1 Authority RU Россия Ключевые слова предыдущей технической записки Шестерни Редуктор Корпус редуктора Дата предыдущей технической записки 1991-. 03-11 Номер заявки Другие языки Английский ( en ) Изобретатель Леонид Шафир Правопреемник Леонид Шафир Дата приоритета (Дата приоритета является гипотезой, а не юридическим заключением. Google не проводил юридического анализа и не гарантирует точность указанной даты). 1991-03-11 Дата подачи заявки 1991-03-11 Дата публикации 1994-01-30 1991-03-11 Заявка подана Леонидом Семеновичем Шафиром 1991-03-11 Приоритет SU4925138 Приоритет критического патента/RU2006627C1/en 1994-01-30 Заявка удовлетворена Критический 1994-01-30 Публикация публикации RU2006627C1 Критический патент/RU2006627C1/en.

  • Espacenet
  • Global Dossier
  • Discuss
  • 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims description 12
  • 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims 1
  • 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 4
  • 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 2
  • 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
  • 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
  • 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
  • 239000010754 BS 2869 Class F Substances 0.000 description 3
  • 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
  • 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
  • 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
  • 230000002349 favourable Effects 0.000 description 1
  • 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
  • 238000000034 method Methods 0.000 description 1
  • 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
  • 230000003584 silencer Effects 0.000 description 1
  • 230000001360 synchronised Effects 0.000 description 1

Images

Используйте: При механической обработке он позволяет уменьшить размер и интенсивность металла двигателя. Суть изобретения: Держатели инструментов расположены на внутренней и внешней стороне крышки двигателя. Один держатель является съемным и взаимозаменяемым, другой состоит из свободно установленных рабочих шестерен, которые находятся в постоянном зацеплении с валом редуктора. Ведомые шестерни эксцентрично соединены с ведомыми шестернями с помощью штифтов и соединены между собой с помощью выступов и отверстий. Рычаги взаимодействуют с поршневыми штоками. Кулачковые колеса дополнительно крепятся к кронштейнам на внешней стороне крышки. Вал имеет резервную шестерню. 4 страницы, 7 ссылок.

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к производству бесштоковых двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства: в транспортном, тракторном и сельскохозяйственном машиностроении, в качестве поршневых компрессоров и насосов, газогенераторов.

Известны поршневые двигатели внутреннего сгорания (С. С. Баландин, М.: Машиностроение, 1968 г., с. 25 рис. 23, с. 39 рис. 40, с. 47 рис. 48) с крестообразными, Х-образными или Y-образными цилиндрами, содержащими картер, цилиндры, поршни с шатунами, ползуны или шестерни для замены коленчатого вала и т.д. Наличие регуляторов уменьшает размеры двигателей, но усложняет конструкцию.

Известен двигатель внутреннего сгорания (свидетельство об обозначении № 1134749, кл. F 02 B 75/32) с параллельными цилиндрами с поршнями, которые кинематически связаны шатунами, взаимодействующими с кривошипами коленчатого вала через подшипники. Шатуны кинематически связаны подшипниками с дополнительным коленчатым валом, установленным в подшипниках корпуса. Три поршневые шестерни жестко закреплены на валу, чтобы разгрузить поршни от бокового давления на стенки цилиндра и т.д. Наличие коленчатого и дополнительного коленчатого валов увеличивает двигатель и усложняет его конструкцию.

Нам известен двигатель внутреннего сгорания без шатуна (свидетельство об обозначении № 1262074, кл. F 02 B 75/24), состоящий из двух поршней, соединенных шатунами, установленных на цилиндре с возвратно-поступательным движением, и двух газораспределительных механизмов, каждый в виде клапанов с распределительным валом, впускными и выпускными отверстиями в корпусе, двух коленчатых валов, двух шатунов, соединяющих коленчатые валы, четырех упоров на концах коленчатого вала, переднего, заднего и центрального коленчатых валов, шестерен и т.д. и т.п. д.

Двигатель сложно построить, так как наличие коленчатого вала увеличивает длину двигателя. Система хронометража также сложна.

Также известен как двигатель внутреннего сгорания (описательный документ N 1281700, кл. F 02 B 75/32), состоящий из картера, в котором установлен цилиндр с системой газораспределения, поршня, соединенного со штоком, имеющим кулачок, снабженный направляющими, двух коленчатых валов с дополнительными противовесами, установленных параллельно друг другу в картере и кинематически связанных шестернями для одновременного вращения в противоположных направлениях, два ползуна, установленные на коленчатых валах осей и перемещающиеся в плоскости вращения осей в направлении коромысла, причем коромысло выполнено в виде цилиндрического стержня, а кулачки снабжены цилиндрическими отверстиями, в которые вставляется стержень. Наличие двух коленчатых валов усложняет конструкцию двигателя.

Известен двухцилиндровый двигатель внутреннего сгорания для авиации, например, 16-цилиндровый (патент Великобритании N 400430, № ссылки F 02 B 75/22, опубликован 1933 г.), состоящий из корпуса с боковыми крышками, выходного вала с установленной на нем шестерней, цилиндра, установленного на поршнях, каждый из которых имеет два шатуна, кинематически связанных с шестерней коленчатого вала эксцентрично установленными шейками. Шейки шестерен упираются в боковые крышки корпуса, а сами шестерни соединены с шестерней выходного вала. Двигатель содержит коленчатый вал, солнечные шестерни, дифференциал и т.д. Наличие двух шатунов, кинематически связанных с поршнем, увеличивает сложность и размеры двигателя.

Мотор без коленчатого вала: преимущества и сложности реализации

Мотор без коленвала

Таким образом, основной задачей и назначением двигателя внутреннего сгорания является преобразование энергии от сгорания топлива в механическую работу. Проще говоря, топливо сгорает в закрытой камере сгорания, газы оказывают давление на поршень, и возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение с помощью кривошипно-шатунного механизма.

Это создает крутящий момент двигателя, который через коробку передач передается на колеса автомобиля. Хотя с момента разработки и внедрения в массы первых двигателей прошло более 100 лет, общая конструкция двигателя внутреннего сгорания не изменилась.

Хотя в современных двигателях разработаны электронные системы впрыска и управления с большей точностью, и теперь можно изменять фазы газораспределения клапанов и т.д., привычная камера сгорания по-прежнему является основой бензинового, дизельного или газового двигателя.

Он постоянно дорабатывается, чтобы двигатель мог работать без коленчатого вала. Это связано с тем, что привычный кривошипно-шатунный механизм не лишен недостатков. Именно поэтому инженеры пытаются избавиться от этого узла.

Дело в том, что работа коленчатого вала связана с неизбежным возникновением трения и значительных боковых сил, которые приводят к износу стенок цилиндра. В результате повреждаются гильзы цилиндров, повреждаются поршневые кольца и т.д. Что касается потерь на трение, то общая производительность двигателя значительно снижается.

Кроме того, двигатель с коленчатым валом сложен в обслуживании, поскольку на многих автомобилях снять коленчатый вал без демонтажа двигателя крайне сложно. Очевидно, что при устранении этих недостатков двигатель будет работать более эффективно и иметь более длительный срок службы.

Наиболее известными в этой области являются двигатель Баландина и двигатель Фролова, которые сегодня наиболее широко используются в мире. Наибольшего внимания в этой области сегодня заслуживают двигатель Баландина и двигатель Фролова. Давайте рассмотрим механизм бесшатунного шатуна и коленчатого вала немного подробнее.

Бесшатунный двигатель Баландина

Бесшатунный двигатель Баландина

Этот двигатель известен тем, что у него нет шатунов. Возвратно-поступательное движение поршней передается на цилиндры благодаря использованию в конструкции специального кулачкового механизма.

Общая структура бесштокового двигателя предполагает наличие следующих элементов:

  • специальный поршневой шток
  • коленвал особой конструкции
  • подшипник кривошипа и кривошип
  • вал для отбора мощности
  • поршень
  • ползун штока
  • цилиндр

В таком ДВС вместо шатунов используются поршневые штоки, которые жестко соединены с поршнями (в обычном агрегате для соединения используется поршневой палец). Эти шатуны, как и обычные шатуны, охватывают коленчатый вал.

Ползуны также крепятся к стержням с обеих сторон подшипника. Эти поршни скользят по специальным направляющим в картере. В результате на поршень и стенки цилиндра не действуют боковые силы. В этой конструкции поршень можно рассматривать как обычную клетку для поршневых колец, уплотняющую зазор между цилиндром и поршнем.

Отсутствие боковых сил уменьшает допуски на размеры поршня. Двигатель становится более производительным, экономичным и имеет более длительный срок службы. Также стоит отметить компактный дизайн и малый вес двигателя. Однако основным недостатком всей конструкции можно считать чрезвычайно высокие требования к общей точности изготовления рассматриваемых кулачков.

Двигатель Фролова: мотор без шатунов и коленвала

Двигатель Фролова без коленвала

Основной принцип конструкции В. Фролова заключается в том, что коленчатый вал — далеко не идеальная деталь. По этой причине талантливый инженер подробно изучил конструкцию двигателя Баландина, а затем предложил несколько собственных модификаций.

Поскольку недостатком бесшатунного двигателя Баландина по-прежнему остаются повышенные требования к точности работы распределительного вала, Фролов на начальном этапе значительно усовершенствовал этот конверсионный агрегат. Однако было также признано, что полностью устранить недостатки системы двигателя Balandin крайне сложно.

Двигатель FSI плюсы и минусы

Мы также рекомендуем прочитать статью о том, что представляет собой двигатель FSI. В этой статье вы узнаете о характеристиках этого типа двигателя, его преимуществах и недостатках.

Однако Фролов не сдался и не отказался от идеи избавиться от коленчатого вала. Дальнейший поиск надежных и эффективных механизмов преобразования заставил изобретателя обратить внимание на механизм ткацкого станка.

В результате был создан сегментный роторный двигатель, основанный на заимствованных и усовершенствованных идеях, а также на его собственных. Полученный двигатель не имеет коленчатого вала, но использует механизм, похожий по принципу и конструкции на шарнир с различными угловыми скоростями. Такое устройство более известно как шарнир Гука.

Вращающиеся части этого двигателя Фролова работают с помощью подшипников качения. Что касается системы смазки, то моторное масло подается под клапанные крышки, а затем сливается, смазывая и отводя избыточное тепло. Для хорошего охлаждения масла перед двигателем отдельно установлен масляный радиатор.

Область применения

Большинство транспортных средств различного назначения (автомобили, автобусы, среднетоннажные грузовики, небольшие лодки, квадроциклы, снегоходы, мобильные генераторы, компрессоры, насосы и т.д.) имеют силовые агрегаты в диапазоне от 50 до 200 л.с.

Различные легкие летательные аппараты (самолеты, вертолеты, автожиры) имеют двигатели такой же мощности.

БМБ-200 является модульным, что позволяет создавать узлы двигателя мощностью 400 и 600 л.с., значительно расширяя спектр применения этого двигателя.

Изготовлен из металла в нескольких вариантах трех макетов BMB-200.

Уже построены четыре полноразмерных модели; — второй полноразмерный прототип введен в эксплуатацию на стенде и работает автономно; — подтверждены массогабаритные параметры создаваемого двигателя; — на третьем и четвертом прототипах дорабатывается конструкция блока цилиндр-поршень.

Следующим шагом будет: — создание рабочего прототипа; — работа по оптимизации газораспределения; — работа по оптимизации рабочего процесса с газификацией топлива; — ресурсные испытания прототипа и его доработка.

Этап опытной эксплуатации

— Этот этап будет осуществляться при участии заинтересованных потребителей, которые будут покупать произведенные прототипы, прошедшие испытания на прочность, и устанавливать их на свою технику (внедорожники, снегоходы, самолеты, гирокоптеры, вертолеты и т.д.).

— В ходе пилотирования выявляются и учитываются предложения по улучшению двигателя.

Лед тронулся

Пока государство думает со своей чудовищной неуклюжестью, изобретатель Сергеев уже делает следующие шаги. Сейчас вместе со специалистами Самарского университета он формирует команду программистов, чтобы усовершенствовать двигатель, внедрить другие разработанные им технологии и создать двигательные системы для различных задач — автомобилей, беспилотников, малой авиации, малой энергетики, кораблей и т.д. Готовится документация на 35 новых патентов для защиты ноу-хау, еще не реализованных в новом двигателе. Понятно, что у университета нет денег, и проекту срочно нужен стратегический инвестор. Разработками Сергеева уже заинтересовались РКК «Энергия» и компания, разработавшая беспилотный боевой самолет для Министерства обороны.

Массовое внедрение более качественных двигателей внутреннего сгорания, несомненно, сделает экономику более энергоэффективной. Подумайте об этом: двигатели внутреннего сгорания в настоящее время вырабатывают более 80% мировой энергии. Электричество будет стоить копейки (можно будет автономно отапливать дом с помощью мини-электростанций по цене в три раза ниже сетевой), а сама генерация будет доступна даже в самой глухой тайге. А как насчет автомобилей? Представьте себе джип с 300-сильным двигателем, который расходует всего три литра топлива на 100 километров, или обычный легковой автомобиль, который буквально «пахнет» 0,5 литрами на 100 километров. Более того, в бак можно заливать не только бензин с определенным октановым числом, но и буквально все, что горит: нет поблизости заправки — просто залейте бутылку водки и езжайте дальше.

Шокирующее заявление.

Механический КПД предлагаемого двигателя в размере 95% достигается за счет использования кинематической схемы бесштокового звеньевого механизма (механизма Баландина), где потери на преодоление сил трения значительно снижены за счет устранения бокового давления поршня на стенки рабочего цилиндра. Лучшие кривошипно-шатунные двигатели внутреннего сгорания имеют механический КПД 90 %.

Топливная эффективность двигателя Александра Сергеева достигает 98% благодаря новому запатентованному процессу смесеобразования и сгорания, который обеспечивает полное сгорание топлива в рабочем цилиндре.

Термодинамический КПД предлагаемой разработки составляет 60-65% за счет организации работы бензинового двигателя по двухтактному циклу с полным заполнением рабочего цилиндра атмосферным воздухом на всех режимах его работы, при степени сжатия ε = 14÷20 без зажигания.

Разработанный двигатель постоянно работает в двухтактном цикле с двойной продувкой, на холостом ходу и при частичной нагрузке (основные режимы работы двигателя в городе и на трассе, что составляет ≈80÷85% работы двигателя), т.е. один такт работает, следующий — продувка, которая идеально подготавливает рабочий цилиндр к следующему рабочему циклу. Это позволяет дополнительно снизить расход топлива и обеспечить оптимальную рабочую температуру двигателя, что также способствует повышению тепловой (термодинамической) эффективности двигателя.

Принципиальное устройство бесшатунного двигателя 20-02.jpg Источник: wiki.zr.ru

Базовая конструкция бесшатунного двигателя

Действительно ли тема эволюционировала? Бесшатунный двигатель является инновацией не только с технической, но и с экономической точки зрения. По мнению Валерия Тишакова (ныне покойного, профессионального конструктора двигателей и энтузиаста беспроводных двигателей, с которым мне посчастливилось встретиться), беспроводные двигатели со сбалансированной системой имеют довольно значительные преимущества при прочих равных условиях. Они имеют многократный срок службы, меньшую металлоемкость, габариты и вес.

Бесшатунный мотор СССР

В конструкции Баландина противоположные поршни соединены штоком и движутся вперед и назад как единое целое. То есть, когда сжатие происходило в одном цилиндре, такт выхлопа происходил в другом, и так далее….. Используя отдельные блоки, можно было собрать любую конфигурацию, аналогично радиальным двигателям.

Двигатель ЗИЛ ДБ-1800 без шатуна. Фото: Youtube.com

Но затем проект был отложен, так как авиация вступила в новый реактивный век. Однако конструкторский отдел Баладина был признан настолько перспективным, что проект был засекречен, и публикация любой информации о нем была запрещена. Позже в СССР было построено несколько прототипов бесшатунного двигателя, в том числе на заводе ЗИЛ, но после распада Советского Союза работы были прекращены. Казалось, что этому можно положить конец, но недавно «маятник» качнулся в противоположную сторону!

«Западный фронт»: Crankless Engines

В рассказе о бесштоковых двигателях было бы несправедливо не упомянуть австралийского инженера британского происхождения Энтони Джорджа Малдона Мичелла. В 1920-х годах Мичелл разработал бесшатунный двигатель Michell. В этой концепции четыре цилиндра были расположены попарно, по два в ряд, так, чтобы они образовывали «квадрат». Для передачи крутящего момента на выходной вал Мишелл использовал наклонный двигатель.

Бесшатунные двигатели могут быть либо противовращающимися, либо Х-образными. Фото: Youtube.com

General Motors и Ford заинтересовались новым двигателем, но не проявили чрезмерного любопытства. Причины отказа от перспективного двигателя заключались, во-первых, в нежелании автопроизводителей переоборудовать свои производственные линии. Во-вторых, полевые испытания показали, что фактический расход топлива составляет всего 10 %. И в-третьих, у двигателя оказались серьезные проблемы со смазкой и износостойкостью механизма опрокидывания.

Новая надежда

Инженер компании Tiumen Александр Зверев последовал примеру Баландина и разработал перспективный бесшатунный двигатель. Конструкция обещала 200 лошадиных сил при весе 45 килограммов! Предполагалось, что изготовлением двигателя займется Курганский машиностроительный завод, но этот план, видимо, был успешно похоронен.

Чтобы передать крутящий момент от 4 цилиндров обычного двигателя, необходимо 40 компонентов, тогда как здесь их всего три! Фото.

В последнее время в мировой автомобильной промышленности наметился переход на электромобили. Но в условиях нашей страны, с низкими температурами и большими расстояниями между населенными пунктами, их перспективы кажутся сомнительными. Для России больше подойдут последовательные гибридные автомобили, оснащенные экономичными и легкими двигателями Balandin. Осталось сделать только одно — сломить непреклонность лидеров автомобильной промышленности и найти финансирование для широкомасштабных испытаний двигателей тюменского изобретателя.

Фото с сайта: youtube.com

Оцените статью