Поршень на свободе: двигатель со свободным поршнем. Двухпоршневой системы
Поршень на свободе: двигатель со свободным поршнем
«Современный двигатель внутреннего сгорания по определению не самый выдающийся продукт с точки зрения технологий. Это значит, что его можно совершенствовать до бесконечности» (Мэтт Тревитник, президент венчурного фонда семьи Рокфеллер Venrock).
Владимир Санников
22 марта 2010 20:48
Уже в ноябре этого года на американский рынок выйдет Chevrolet Volt, электромобиль с бортовым генератором электроэнергии. Volt будет оснащен мощным электродвигателем, вращающим колеса, и компактным ДВС, который лишь подзаряжает истощенную литий-ионную батарею. Этот агрегат всегда работает на максимально эффективных оборотах. С этой задачей легко справляется обычный ДВС, привыкший к куда более тяжкому бремени. Однако в скором времени его могут сменить куда более компактные, легкие, эффективные и дешевые агрегаты, специально созданные для работы в качестве электрогенератора.
Когда речь заходит о принципиально новых конструкциях ДВС, скептики начинают морщить носы, кивать на сотни пылящихся на полках псевдореволюционных проектов и трясти святыми мощами четырех горшков и распредвала. Сто лет господства классического двигателя внутреннего сгорания кого хочешь убедят в бесполезности инноваций. Но только не профессионалов в области термодинамики. К таковым относится профессор Питер Ван Блариган.
Энергия взаперти
Одна из самых радикальных концепций ДВС в истории — двигатель со свободным поршнем. Первые упоминания о нем в специальной литературе относятся к 1920-м годам. Представьте себе металлическую трубу с глухими концами и цилиндрический поршень, скользящий внутри нее. На каждом из концов трубы расположены инжектор для впрыска топлива, впускной и выпускной порты. В зависимости от типа топлива к ним могут добавлены свечи зажигания. И все: меньше десятка простейших деталей и лишь одна — движущаяся. Позднее появились более изощренные модели ДВС со свободным поршнем (FPE) — с двумя или даже четырьмя оппозитными поршнями, но это не изменило сути. Принцип работы таких моторов остался прежним — возвратно-поступательное линейное движение поршня в цилиндре между двумя камерами сгорания.
Куда уходит КПД Двигатель Питера Ван Бларигана отличается от обычного ДВС значительно более высоким КПД за счет отсутствия паразитных потерь. В конструкции отсутствуют вращающиеся массы, инерция которых увеличивается за счет центробежной силы. На поршни не действуют боковые силы, прижимающие их к стенкам цилиндра, благодаря чего уменьшается трение. Подшипники коленчатого вала и шатунов, поршневые пальцы, распредвал, кулачки и клапаны — все те узлы двигателя ОТТО, в которых свирепствует трение, отсутствуют в FPLA. Кроме того, на каждый цикл работы двигателя со свободным поршнем приходится два рабочих такта. При этом FPLA намного компактнее, проще и надежнее обычного ДВС. Рабочий прототип мотора Ван Бларигана уже был воплощен в металле и успешно прошел первую стадию испытаний.
Теоретически КПД FPE переваливает за 70%. Они могут работать на любом виде жидкого или газообразного топлива, крайне надежны и великолепно сбалансированы. Кроме того, очевидны их легкость, компактность и простота в производстве. Единственная проблема: как снять мощность с такого мотора, механически представляющего собой замкнутую систему? Как оседлать снующий с частотой до 20000 циклов в минуту поршень? Можно использовать давление выхлопных газов, но эффективность при этом падает в разы. Эта задача долго оставалась неразрешимой, хотя попытки предпринимались регулярно. Последними о нее обломали зубы инженеры General Motors в 1960-х годах в процессе разработки компрессора для экспериментального газотурбинного автомобиля. Действующие образцы судовых насосов на основе FPE в начале 1980-х были изготовлены французской компанией Sigma и британской Alan Muntz, но в серию они не пошли.
Возможно, об FPE еще долго бы никто не вспомнил, но помогла случайность. В 1994 году Департамент энергетики США поручил ученым Национальной лаборатории Sandia изучить эффективность бортовых генераторов электроэнергии на базе ДВС различных типов, работающих на водороде. Эта работа была поручена группе Питера Ван Бларигана. В ходе осуществления проекта Ван Блариган, которому концепция FPE была отлично известна, сумел найти остроумное решение проблемы превращения механической энергии поршня в электричество. Вместо усложнения конструкции, а значит — снижения результирующего КПД, Ван Блариган пошел путем вычитания, призвав на помощь магнитный поршень и медную обмотку на цилиндре. Несмотря на всю простоту, такое решение было бы невозможным ни в 1960-х, ни в 1970-х годах. В то время еще не существовало достаточно компактных и мощных постоянных магнитов. Все изменилось в начале 1980-х после изобретения сплава на основе неодима, железа и бора.
Схема двигателя Штельзера Единая деталь сочетает в себе два поршня, топливный насос и клапанную систему.
За эту работу в 1998 году на Всемирном конгрессе Общества автомобильных инженеров SAE Ван Бларигану и его коллегам Нику Парадизо и Скотту Голдсборо была присвоена почетная премия имени Харри Ли Ван Хорнинга. Очевидная перспективность линейного генератора со свободным поршнем (FPLA), как назвал свое изобретение Ван Блариган, убедила Департамент энергетики продолжить финансирование проекта вплоть до стадии экспериментального агрегата.
Электронный пинг-понг
Двухтактный линейный генератор Бларигана представляет собой трубу из электротехнической кремнистой стали длиной 30,5 см, диаметром 13,5 см и массой чуть более 22 кг. Внутренняя стенка цилиндра представляет собой статор с 78 витками медной проволоки квадратного сечения. Во внешнюю поверхность алюминиевого поршня интегрированы мощные неодимовые магниты. Топливный заряд и воздух поступают в камеру сгорания двигателя в виде тумана после предварительной гомогенизации. Зажигание происходит в режиме HCCI — в камере одновременно возникает множество микроочагов возгорания. Никакой механической системы газораспределения у FPLA нет — ее функции выполняет сам поршень.
Труба Франка Штельзера
В 1981 году немецкий изобретатель Франк Штельзер продемонстрировал двухтактный мотор со свободным поршнем, который он разрабатывал в своем гараже с начала 1970-х. По его расчетам, движок был на 30% экономичнее обычного ДВС. Единственная движущаяся деталь мотора — сдвоенный поршень, снующий с бешеной частотой внутри цилиндра. Стальная труба длиной 80 см, оснащенная карбюратором низкого давления от мотоцикла Harley-Davidson и блоком катушек зажигания Honda, по грубым прикидкам Стельзера, могла вырабатывать до 200 л.с. мощности при частоте до 20 000 циклов в минуту. Штельзер утверждал, что его моторы можно делать из простых сталей, а охлаждаться они могут как воздухом, так и жидкостью. В 1981 году изобретатель привез свой мотор на Франфуртский международный автосалон в надежде заинтересовать ведущие автокомпании. Поначалу идея вызвала определенный интерес со стороны немецких автопороизводителей. По отзывам инженеров Opel, прототип двигателя демонстрировал великолепный термический КПД, а его надежность была совершенно очевидной — ломаться там было практически нечему. Всего восемь деталей, из которых одна движущаяся — сдвоенный поршень сложной формы с системой уплотнительных колец общей массой 5 кг. В лаборатории Opel были разработаны несколько теоретических моделей трансмиссии для мотора Штельзера, включая механическую, электромагнитную и гидравлическую. Но ни одна из них не была признана достаточно надежной и эффективной. После Франкфуртского автосалона Штельзер и его детище пропали из поля зрения автоиндустрии. Еще пару лет после этого в прессе то и дело появлялись сообщения о намерениях Штельзера запатентовать технологию в 18 странах мира, оснастить своими моторами опреснительные установки в Омане и Саудовской Аравии и т. д. С начала 1990-х Штельзер навсегда пропал из виду, хотя его сайт в интернете все еще доступен.
Максимальная мощность FPLA составляет 40 кВт (55 лошадок) при среднем потреблении топлива 140 г на 1кВтч. По эффективности двигатель не уступает водородным топливным ячейкам — термический КПД генератора при использовании в качестве топлива водорода и степени сжатия 30:1 достигает 65%. На пропане чуть меньше — 56%. Помимо этих двух газов FPLA с аппетитом переваривает солярку, бензин, этанол, спирт и даже отработанное растительное масло.
Однако ничто не дается малой кровью. Если проблема превращения тепловой энергии в электрическую Ван Блариганом решена успешно, то управление капризным поршнем стало серьезной головной болью. Верхняя мертвая точка траектории зависит от степени сжатия и скорости сгорания топливного заряда. Фактически торможение поршня происходит за счет создания критического давления в камере и последующего самопроизвольного возгорания смеси. В обычном ДВС каждый последующий цикл является аналогом предыдущего благодаря жестким механическим связям между поршнями и коленвалом. В FPLA же длительность тактов и верхняя мертвая точка — плавающие величины. Малейшая неточность в дозировке топливного заряда или нестабильность режима сгорания вызывают остановку поршня или удар в одну из боковых стенок.
Зеленый и плоский Двигатель Ecomotors отличается не только скромными габаритами и массой. Внешне плоский агрегат напоминает оппозитные моторы Subaru и Porsche, которые дают особые компоновочные преимущества в виде низкого центра тяжести и линии капота. Это означает, что автомобиль будет не только динамичным, но и хорошо управляемым.
Таким образом, для двигателя такого типа требуется мощная и быстродействующая электронная система управления. Создать ее не так просто, как кажется. Многие эксперты считают эту задачу трудновыполнимой. Гарри Смайт, научный руководитель лаборатории General Motors по силовым установкам, утверждает: «Двигатели внутреннего сгорания со свободным поршнем обладают рядом уникальных достоинств. Но чтобы создать надежный серийный агрегат, нужно еще очень много узнать о термодинамике FPE и научиться управлять процессом сгорания смеси». Ему вторит профессор Массачусетского технологического института Джон Хейвуд: «В этой области еще очень много белых пятен. Не факт, что для FPE удастся разработать простую и дешевую систему управления».
Ван Блариган более оптимистичен, чем его коллеги по цеху. Он утверждает, что управление положением поршня может быть надежно обеспечено посредством той же пары — статор и магнитная оболочка поршня. Более того, он считает, что полноценный прототип генератора с настроенной системой управления и КПД не менее 50% будет готов уже к концу 2010 года. Косвенное подтверждение прогресса в этом проекте — засекречивание в 2009 году многих аспектов деятельности группы Ван Бларигана.
У кого шатун длиннее Значительная часть потерь на трение в обычных ДВС приходится на повороты шатуна относительно поршня. Короткие шатуны поворачиваются на больший угол, нежели длинные. В OPOC очень длинные и сравнительно тяжелые шатуны, которые снижают потери на трение. Уникальная конструкция шатунов OPOC не требует использования поршневых пальцев для внутренних поршней. Вместо них применяются радиальные вогнутые гнезда большого диаметра, внутри которых скользит головка шатуна. Теоретически такая конструкция узла позволяет сделать шатун длиннее обычного на 67%. В обычном ДВС серьезные потери на трение возникают в нагруженных подшипниках коленвала во время рабочего такта. В OPOC этой проблемы не существует вовсе — линейные разнонаправленные нагрузки на внутренний и внешний поршни полностью компенсируют друг друга. Поэтому вместо пяти опорных подшипников коленвала для OPOC требуется лишь два.
Конструктивная оппозиция
В январе 2008 года знаменитый венчурный инвестор Винод Хосла рассекретил один из своих последних проектов — компанию EcoMotors, созданную годом ранее Джоном Колетти и Петером Хоффбауэром, двумя признанными гуру моторостроения. В послужном списке Хоффбауэра немало прорывных разработок: первый турбодизель для легковых автомобилей Volkswagen и Audi, оппозитный двигатель для Beetle, первый 6-цилиндровый дизель для Volvo, первый рядный 6-цилиндровый дизель Inline-Compact-V, впервые установленный в Golf, и его близнец VR6, созданный для Mercedes. Джон Колетти не менее известен в среде автомобильных инженеров. Долгое время он руководил подразделением Ford SVT по разработке особых серий заряженных автомобилей.
В общем активе Хоффбауэра и Колетти более 150 патентов, участие в 30 проектах по разработке новых двигателей и в 25 проектах новых серийных автомобилей. EcoMotors была создана специально для коммерциализации изобретенного Хоффбауэром модульного двухцилиндрового двухтактного оппозитного турбодизеля с технологией OPOC.
www.popmech.ru
Как выбрать двухпоршневой компрессор для автомобиля?
Прокол колеса весьма неприятное событие. Еще хуже если это произошло летом в жару, а в багажнике у вас только ручной или ножной поршневой насос. Впрочем, этот кошмар автомобилистов уже давно в прошлом – сейчас можно приобрести электрический автомобильный компрессор, работающий от 220 вольт или от прикуривателя. Главное, выбрать подходящий именно для вашего размера автомобильных шин насос.
Компрессор поршневой или двухпоршневой, или автомобильный электрический насос. На сегодняшний день на рынке представлено великое множество моделей, главное, только сделать правильный выбор.
Как не прогадать с выбором
В первую очередь следует определиться с тем, какой компрессор подойдет именно вам. Обычно все зависит от функций, которые выполняет устройство. Если это автомобильный насос, главный, параметр — это его производительность. Естественно, она будет идеальной, если он электрический и работает от 220 вольт. Остальные насосы значительно проигрывают, независимо будь это поршневой или двухпоршневой автомобильный агрегат. Впрочем, это и не удивительно электрический от 220 вольт будет работать бесконечно долго в отличие от насоса для автомобильных шин, которые питаются от прикуривателя. Последние быстро перегреваются и в случае, если необходимо подкачивать шину в режиме нон стоп, к примеру, чтобы доехать до СТО, могут выйти из строя.
Все преимущества, правда, перекрывает один нюанс – электрический агрегат для шин вы сможете использовать только там, где есть розетка, а на трассе их, как известно не бывает. Поэтому рассматриваем только переносной поршневой или двухпоршневой агрегат. Также можно рассмотреть вибрационный компрессор для шин. Однако обо всем по порядку
Поршневой компрессор
Основное назначение такого устройства – подкачка колес с радиусом не более 15 и с давление до 3 атмосфер. Поршневой, пожалуй, самый дешевый из всех насосов, что есть сегодня на рынке. Правда , и качество оставляет желать лучшего. Компрессор выручит вас максимум, раз 5 после чего откажется работать. Не очень хороший вариант для автомобильных шин с большим радиусом. Использовать целесообразно на мотоциклах или мотороллерах не более.
Двухпоршневой компрессор
Двухпоршневой агрегат – устройство уже совсем другого уровня. Подойдет для подкачки колес любого объема. Кроме того, прибор можно использовать и в бытовых целях. Он за пару минут надует матрас, резиновую лодку или бассейн. Фактически благодаря двум поршням такой насос для автомобильных шин получает удвоенную мощность и долговечность. Кроме того, он гораздо менее шумный чем однопоршневый. Также стоит отметить, что новые модели оснащены предохранителями от перегрузок и воздушными фильтрами. Ну и, главное, работает такое устройство от автомобильных прикуривателей.
Вибрационный компрессор
Вибрационный автомобильный насос также стоит рассмотреть при выборе подходящего варианта. Работает такое устройство за счет электродвигателя, однако, для его работы вполне достаточно прикуривателя. Принцип работы такого насоса заключается в том, что воздух в систему попадает в результате вибрации мембраны. Примечательно, что вибрационные насосы подают в шины чистый и негорячий воздух, правда, в нашем случае это не имеет никакого значения.
Фактически покупать такой насос стоит если это единственно возможный вариант. Поскольку устройство не может дать большого объема воздуха. Ставка при его работе делается именно начистоту.
Вихревые компрессоры
Пожалуй, самый серьезный вариант как по мощности, так и по надежности. Принцип работы схож с мясорубкой. У устройства тоже есть вал. Причем он идеально подогнан к корпусу, при вращении захватывает потоки воздуха и загоняет их в ресивер. Компрессор способен давать очень большие объемы воздуха за короткий срок.
Минусы вихревых устройств, что называется навиду. Они весьма дорогостоящи и могут работать только от 220 вольт. Поэтому исходя из вышеперечисленного, выбирать для своего автомобиля стоит именно поршневой или двухпоршневой компрессор. Только так вы будете ограждены от неприятностей со стороны автомобильных шин даже на трассе.
Похожие статьи:
autodont.ru
Двухпоршневая система
Существует такая модель двигателя внутреннего сгорания со встречным движением поршней. Теоретически, и пневму такую можно смастырить. Думается, лучше использовать систему с одной пружиной и рычажным сопряжением поршней - из-за разницы жёсткостей пружин более сильная пружина будет перетягивать более слабую, впустую теряя мощность. Точнее технически объяснить не могу, ибо технарь с гуманитарной (!) вышкой. Но идею, думаю, развить стоит.
gnom 18-03-2006 21:20Матчевые дианы 30-летней давности были сделаны именно с двумя поршнями.
val 18-03-2006 21:39И еще:
Спасибо за инфу!
docalex 19-03-2006 08:39to Val:Проект "ППП без отдачи", рассматривающий 2-х поршневую системку, продолжается. Огромное спасибо Вам за вышеприведенную ссылку на него, т. к. мной этот топик был потерян.
val 19-03-2006 09:09Пожалуйста, конечно, но было очень легко: щелчок на docalex, потом еще раз на docalex на открывшейся страничке, потом - "Найти все письма этого участника" или "Найти все картинки". Щелчок на картинку открывает тему.Примерно так: http://forum.guns.ru/forummisc/search/unsearch?user=docalex&number=24 http://forum.guns.ru/forum/show_profile/00023825?username=docalex http://forum.guns.ru/forum/images?user=23825 (упс, последнее упустил, буду наверстывать)Стандартная процедура (по крайней мере для меня) для знакомства с собеседником или (как в данном случае) поиска материалов от того, с кем знаком. В уголочке каждой открытoй темы - кнопочка "добавить в закладки", раз нажал, и при открытии Guns.ru Talks все интересующие темы на виду. ЗдOрово? 
Услуга за услугу: можно на ты? Просто устоявшаяся форма общения в инете.
С глубоким уважением. val 
Без труда и с удовольствием.Docalex
guns.allzip.org
"Оппозитка, или двухпоршневая"
Ого... Вот это зенитка 
Ух ты!!!Вот это работа!!!Поздравляю, и с днем рождения - тоже!А отчет нужен подробный Докалекс делал "Тяни-толкай", есть в этой схеме проблемы с массой поршней: не хватает ее. Но по отсутствию отдачи - песня!
Не перевелись ещё кулибины в стране. Автору однозначтно респект и уважуха!
Отчёт очень охота почитать.
Удачи в начинаниях и что бы всё работало как надо!
Ну и с Днём рождения!
ycb1 31-01-2009 13:36Вот это работа!Молодец.
Petrucha 31-01-2009 14:11Не удержусь от предварительных комментариев. При проектировании подобного стенда следовало бы начать с копирования настройки существующей однопоршневой винтовки.Например, с компрессором 28х100. Меряем пружину и массу поршня.Режем компрессор вдоль. Получаем два компрессора диаметром 20. Масса поршней с рейками вдвое меньше исходного, пружины вдвое слабей.Это будет работать.А с такими большими диаметрами - КПД будет низким.На Диане в конце концов превратили один поршень в противовес. И на Тянитолкае - тоже.Это вызывает повышенную нагрузку на синхронизатор. 
И поршня под 30 я смотрю сделаны под какие то 2 уплотнительных кольца, 2 кольца - это перебор и вообще не так делается.Проще/нужно было под обычные манжеты сделать и действительно взять стандартные например диановские, 28мм и 25мм.
П.С. Солидарен с Петрухой, что 30мм уже явный перебор.Но продолжай, интересная работа. Моолодец!
WRCMaN 31-01-2009 14:43а если объединить 2 компрессора по типу двухстволки? тяги взведения объединить СК тоже и сделать 1 ствол на двоих =) мощща будет то что надо для "Хатсанолюбов" правда расколбас усилится...
WRCMaN 31-01-2009 15:00а вот для фантазии и пробивания в упор сковородки можно и сделать =)а если вообще 2 Хатсана(как пример так как дешево и мощьно) сварить вместе то адская двустволка будет
Лучше четыре. И поршни связать так, чтобы при выстреле одного - второй взводился. Фляйгерабверканоне выйдет.
Petrucha 31-01-2009 15:24Два стандартных компрессора на один ствол и пулю работать не будут.Каждый компрессор будет толкать пулю массой 0,34г через ствол калибром 3,1мм.Под это нужны свои настройки.А вот в 6,35 может получиться. Это аналог двух стволов 4,5мм. Только взводить два полноценных компрессора - домкратель нужен.
Имено об это подумал.b4now 31-01-2009 15:57Взвод можно и раздельный сделать, поочередно. Даже ногой, как на арбалетах. Был бы смысел сего действа.
b4now 31-01-2009 16:48Не-а. Типа кик-стартера или арбалетной козьей ноги.Или представь варин97 или проспортовский взвод, только с площадкой для ноги.
А педалями - лучше поршни синхронизировать. 
Как PCP работает. quote:Originally posted by b4now:Вот бы еще выкинуть стремную механическую связь синхронизации поршней и сделать ее гидро/пневматической... Вот с такой предпосылкой и начинал. http://guns.allzip.org/topic/24/103133.html Вообще то при 2-х рабочих поршнях можно ограничиться синхронизацией взведения и спуска. А поэтому рабочий зацеп на одном поршне решает все. А вот убрать гидропривод внутрь цилиндра, расположив его по оси - это вещь! Я не доделал такую. Автору - зачет, и ориентировку на больший калибр держать. По поводу взвода хороших пружин - можно сделать раздельно-последовательный при двунаправленном движении рычага (открыл-1, закрыл-2). Обсуждать здесь есть чего, но вынужденно закрываюсьBlacKDeatH 31-01-2009 17:07quote:Originally posted by b4now:Не-а. Типа кик-стартера или арбалетной козьей ноги.Или представь варин97 или проспортовский взвод, только с площадкой для ноги. Аааааааааа, я понял, вот так 
Ну да, тут собственно нужно подождать, что получится и что намеряет автор на первом этапе, а потом уже делать выводы корректировать по выходным данным.
gnom 31-01-2009 17:14Ух ты! Такого я еще не видел в железе.
Чего тут думать! Дайош результы испытаниев! Аж трэмчу вид нэтэрплячкы!Будет отличный повод помакать лицом в навоз всяких триндетелей "о пользе скоростного поршня".
КМК двустволка была бы выгоднее в плане мощности - раздельный взвод и перепуски, объединенные досылатель и спуск. Энергия от 2 пулек будет полюбому выше, чем от одной. Грубо говоря 2 винта в одном, но без отдачи.
Дайош картечницу Гатлинга! Только пневматическую. Объединить десяток стволов с компрессорами в карусельную сборку - и очередяме!
docalex_rpt 31-01-2009 23:01quote:Originally posted by b4now:Чего тут думать! Дайош результы испытаниев! Аж трэмчу вид нэтэрплячкы!Будет отличный повод помакать лицом в навоз всяких триндетелей quote:Originally posted by b4now:Дайош картечницу Гатлинга! Только пневматическую. Объединить десяток стволов с компрессорами в карусельную сборку - и очередяме! b4, не надо излишне мусорить. Заглянул в твой профайл, это ж надо 3,5 килопостов за 6 мес. Ты не обижайся, но форум из-за этого становится читать труднее и малоприятнее.b4now 31-01-2009 23:31quote:Originally posted by docalex_rpt:b4, не надо излишне мусорить. Заглянул в твой профайл, это ж надо 3,5 килопостов за 6 мес. Ты не обижайся, но форум из-за этого становится читать труднее и малоприятнее.Критику и оценку действий учаснега принято осуществлять ч-з П.М.
Техническим языком я тоже умею, есть опыт работы мастером-технологом металлообработки на пр-ве. Но, к сожалению, 90% здешней публики не располагают к общению на таком уровне. 
В профайле нет подписи. Она гласит: не говорите херни - не услышите ее в ответ.Ты не обижайся, но форум из-за этого становится читать труднее и малоприятнее. ------------------Laber doch keine Scheiße um Keine zurück zu bekommen.
val 01-02-2009 10:25Молодец, Сэм. Похвальная настойчивость и исполнение на уровне.
Но Petrucha прав, с диаметрами перебор, 30 мм вообще не свистит, для приемлемого кпд массу поршней придется наращивать, а иначе бОльшая часть энергии уйдет в отскок поршней и затухающие колебания.
Но дело это поправимо даже в рамках изготовленных стендов, особенно в варианте без центральной перегородки. Коаксиальный стержень, лучше трубчатый, максимально возможного диаметра (порядка 12 - 12,5 мм наружого для Ф25), закрепленный на одном из поршней, скользящий внутри противоположного (массу которого тоже соответственно нужно увеличить), поможет отобрать излишнюю площадь поперечного сечения цилиндра и увеличить кпд.
Кстати, не думал о об использовании такого штока для переноса синхронизатора внутрь цилиндра и распложения реек (в этом случае они выходят в виде секторов трубы в поперечном сечении с перфорацией для зубьев) последовательно сборке поршней? Сборка получается длиннее, но диаметр шестерни увеличивается, смещение масс, вызывающее поворотный момент во время выстрела, минимально. Наработки есть, могу поделиться.
Одно время сильно увлекся схемой Тяни-Толкая Дока. Намного проще, смещение масс, в отличие от зубчатых реек, минимальное. Схему я развил в сторону увеличения диаметра шкива, что важно для увеличения срока службы стального троса, в моем случае - двойного. Тоже поделюсь, только свистни.
val 01-02-2009 12:25quote:Originally posted by docalex_rpt:Вообще то при 2-х рабочих поршнях можно ограничиться синхронизацией взведения и спуска. Если только можно обеспечить абсолютно одинаковое трение манжет поршней и усилие пружин, в чем я лично сомневаюсь.Petrucha 01-02-2009 12:57quote:Originally posted by val:Но дело это поправимо даже в рамках изготовленных стендов, особенно в варианте без центральной перегородки. Коаксиальный стержень,....Не пришло в голову. А ведь и правда!А к перегородке его прикрепить? Зачем к одному из поршней?val 01-02-2009 13:11quote:Не пришло в голову. А ведь и правда!А к перегородке его прикрепить? Зачем к одному из поршней?Удивил - очевидная схема, я показывал картинку с коаксиальным подвижным стволом; помнится, Док упоминал стержень во второй теме о тяни-толкае, не говоря уже о нашем общем знакомстве с Доком на ганзе по поводу схемы с гидросинхронизатором, которая невозможна без этого стержня. К перегородке можно, но добавляется трение еще одной манжеты на штоке, да и в технологии и сборке - разборке сложнее. Плюс, ради экономии общей массы винта, лучше включить такой шток в подвижную массу поршня. По всем упомянутым причинам, мой выбор был автоматически однозначен, иначе и не думалось.val 01-02-2009 14:40quote:Ну тогда вам сюдаТему читай, ссылки в ссылках не пропускай. Все давно обсосано. starshoi 01-02-2009 15:38ну обычно в темаx где б4нау и остальные всегда один флюд. Так что я проскакиваю.
val 01-02-2009 15:50ОК. Привет, до связи. Если чо умное в голову придет - не стесняйся, заходи обратно.
b4now 01-02-2009 17:44quote:Originally posted by val:К перегородке можно, но добавляется трение еще одной манжеты на штоке, да и в технологии и сборке - разборке сложнее. А зачем манжета на етом штоке? Имхо, манжета там - только лишнее трение и препятствие выходу воздуха, когда шток входит в ету полость. Воздух в полости будет и так и так - полюбому.А вот с етим «ради экономии общей массы винта, лучше включить такой шток в подвижную массу поршня» - тут да, плюс существенный.А что если сделать «осторожно, бредовая идея!» так - газовая пружина с двумя цилиндрами на противополложных концах одного общего штока и работает - к центру? Шток можно сделать полым и газодинамику синхронизации хтябы по давлению выполнять ч-з него. Ы?А на старшого внимания не обращайте - типичный миссионер из слаборазвитой страны. Ходит и везде сыплет "открытиями", которые уже как с десяток лет в архивах.
Quest61 01-02-2009 20:04А может подумать о синхронизации поршней через тросик (вроде томозного на велике)?
val 01-02-2009 20:38quote:через тросикТак и работает тяни-толкай Дока.b4now, если шток на поршне, манжета между штоком и вторым поршнем - одна, если крепить шток неподвижно к переборке - две.
starshoi 01-02-2009 20:45quote:Originally posted by b4now:А на старшого внимания не обращайте - типичный миссионер из слаборазвитой страны. Ходит и везде сыплет "открытиями", которые уже как с десяток лет в архивах.да мне на тебя уже и в е-маил жалобы пишут как ты всеx достал. Ну и логика у тебя!.... это же когда миссионеры в слаборазвитыx странаx были? Ты да из слаборазвитой 
тут спору нет.
И чтобы ты знал то что я пишу на многиx сайтаx людям интересно. Во всяком случае по слушав меня у людей ржавчины на винтовке не бывает. И на БАМ они свои деньги не выбросят.
У тебя одни понты знаний твоиx я не видел вижу xамство и полное отсутствие логики, такие как ты зафлюдили тут весь форум и превратили его в ту тему что ты предлогал открыть.
BlacKDeatH 01-02-2009 21:08Забанят тебя, Лёха, ой забанят...Зачем так критично на всё реагировать?Ты лучше проанализируй менталитеты (именно во множественном числе, то бишь разные), и нейтрально общайся/флуди/наставляй/создавай/советуй/спрашивай
Поскольку здесь уже много и правильно сказано, приведу схемку над которой думал ранее ( еще до ПСП-занятий). Предпосылки: 1. Взвод и удержание 2 поршня - трос, ибо проще ничего нет. Также как и шума. 2. ГП бесспорно. Хотя здесь с дифференциальными манжетами (дань уменьшению площади поршня), можно и 2 обычных ГП, соединенных объемами через каппиляр.3. Перегородки не надо, а один из поршней снабдить металлическим (капролоновым) пятачком 3 мм, имеющим продольный паз против перепуска.4. Рассинхронизация динамики поршней - это чепуха. Но,на всякий случай, правую пружинку можно сделать чуть сильнее, увеличив ф штока в правом окончании на 0.5 мм. Тогда она будет "ведущей" в ГП и подгонять левую за собой (через тросик, ес-сно). Очевидно, что плоскость троса ориентирована в реалии не так, как на схеме. В принципе, он просто обходит механизм СК, оставясь под компрессором. Живучесть тросика огромная. На ТяниТолкае после 1000 выстрелов никаких следов износа (при ролике ф19мм и трении в изгибе осей цилиндров), несмотря на 170-200 кгс импульсного усилия. Здесь же только усилие пружины.
Интересно, по записям своим посмотрел, по этой темке год назад в январе с Петрухой толковали за... чаем. Не вру. И схемку выше критично так рассматривали.
Quest61 03-02-2009 01:47явно видны преимущества троса(кстати его даже ставят в некоторых точных пистолетах-пулеметах, и выдерживает кстати без проблем)
val 03-02-2009 02:34
Совершенно верно, пришел к такому же варианту, только "вверх ногами" - бОльшая часть троса прячется в ложе. Наиболее практичное применение схемы Атчиссона, запатентованной в прошлом веке.
quote:Originally posted by docalex:2. ГП бесспорно. Хотя здесь с дифференциальными манжетами (дань уменьшению площади поршня), можно и 2 обычных ГП, соединенных объемами через каппиляр.Абсолютно не согласен. Такой вариант ГП - выбрасывание на ветер энергии. Позволю себе заметить, что в оппозитной схеме вес поршней можно увеличить, а в этом случае витая стальная пружина даст наибольший КПД.3. Перегородки не надо, а один из поршней снабдить металлическим (капролоновым) пятачком 3 мм, имеющим продольный паз против перепуска.Как я тебе и говорил, слава богу - наконец-то согласился.
Живучесть тросика огромная.Но двойной лучше в любом случае.
docalex 03-02-2009 11:13quote:Originally posted by val:Как я тебе и говорил, слава богу - наконец-тоval, вроде я и не спорил по этому моменту, если о тросовом варианте взвода. От дырки перепуска манжеты надо защищать. А точку встречи поршней выставлять надо по меткам. Для этого две регулировки необходимы: 1. длина троса на одном из поршней и 2. свобода троса выбирается до нуля перемещением ролика.ГП или витая пружина, в конце концов, дело вкуса. С ГП куда проще настраивать будет.Вот подождем результатов экспериментов топикстартера. Хотя ничего неожиданного не будет на 99,9%. Петруха выскажется. Может тогда сделаем? Или у меня просто зимнее обострение вируса ППП?val 04-02-2009 02:12quote:val, вроде я и не спорил по этому моменту, если о тросовом варианте взвода.Хоть убей, не помню по какому варианту ты мне подсовывал проблему с точкой встречи при отсутствии переборки.А если бы сделал - былo бы здорово. РСР есть у всех, такого - ни у кого. Тяни-Толкай слабоват, а если с нуля - совершенно другое дело.
По поводу ГП. Я не говорю об отскоке, а имею ввиду только внутренние потери в самой пружине.В ГП они вызваны трением в манжете и адиабатическим расширением газа, а в витой - инерцией/массой пружины. Уменьшение скорости распрямления при более тяжелом поршне эффективность ГП не поднимет, а витой - что?
Коллеги, выполняя своё обещание привожу цифры полученные при отстреле стендов "25-ки" и "30-ки". Отчетом это назвать сложно, но тем не менее.Итак, наибольшая скорость полученная при отстреле стендов составила 240 и 205 в калибре 0,177 и 0,22 соответственно. Результаты эти показала, что удивительно, "30-ка" (хотя, если на чистоту, бОльшие надежды я возлагал на "25-ку"). Ход одного поршня при этом составил 65 мм, пружины "родные" диановские. При этом отмечу, что при отстреле стенда "30-ки" с одним "заглушенным" поршнем и при ходе второго поршня 100 мм скорость составила 260 (в 0,177) и 208 (в 0,22).Т.е. пружины работая в противофазе пытаються "перебороть" друг друга, тем самым снижая КПД системы в целом. Максимальные скорости полученные при отстреле "25-ки" составили 225 (в 0,177) и 185(в 0,22). Но тут необходимо учитывать, что масса поршня в "30-ке" 410 гр., а в "25-ке" 180 гр. Так что придеться еще поэкспериментировать с массой поршней.
Далее, Val, забавно, но мысль о том, что объём можно уменьшить введя в систему центральную направляющую пришла мне в голову после отстрела "30-ки". Ты даже с диаметром угадал 12,0 . Только, посчитав разницу в объеме понял, что получится "25-ка". Она и была изготовлена.Однако, эту идею я реализолизовал на "25-ке", только иначе, чем ты предлагаешь (см. фото). Вес поршня в данном случае 230 гр. На данный момент отсутствую поршневые кольца.После того как будут готовы поршневые кольца и утяжелители поршняотстреляю и посмотрю, что из этого выйдет.Остаётся только найти время на эксперименты. Хочу заметить, что задача оказалась весьма и весьма не простой. Видимо, знает-таки старик Вискомб "заветное слово".
Двухпоршневка. Увеличивает сложность поиска правильного решения задачи в КВАДРАТИЧНОЙ зависимости.Если цель была просто "сделать и посмотреть как оно там че" - спасибо.Все остальное - или придет, или никогда.
Сэм, эти эксперименты надо проводить с постепенным изменением кокого-то параметра, например массы поршня (набором шайб-грузов). Злостью пружин не злоупотреблять (при ваших-то ходах). Эксперименты покажут, куда идти. Ясно, например, что в 25-ке масса поршней ваших зело недостаточна. Если осилите систематический эксперимент, цена ему будет высока.
quote:Originally posted by val:у тебя разве не размещается? Опять заняться, тепрь с нуля, еще не надумал? Осторожнее! Будишь зверя. Хотя и не очень то нужна такая, но ощущение незавершенного дела дремлет постоянно во мне. Самому страшно, вдруг не удержусь (труба то лежит 25-ка), и.... Времени не хватает.docalex_rpt 10-02-2009 12:01quote:Originally posted by b4now:Двухпоршневка. Увеличивает сложность поиска правильного решения задачи в КВАДРАТИЧНОЙ зависимости.А ни хрена ты не понял пока Жаль далеко, дал бы тебе пострелять из своего Т_Толкая http://guns.allzip.org/topic/24/278899.htmlВорчу из самых лучших побуждений, ибо глаза уже не "квадратные".9par 10-02-2009 12:362Сэм как я понял тянитолкай сделан по ринципу оппозитного двухтактного двигателя с точностью да наоборот, и оба поршня толкают воздух в днище противоположного поршня чем создают двухкратное сопротивление, - площади то большие, а не пробовали между ними поставить вставку с перепуском????вот так (извините наспех)
Если два поршня невозбранно душат др др противодавлением в перепуске - ето низкий конструктив и просто ужоснах. На картинке - именнго етот кощьмарный вариант.А грамотно спарить поршни - дилемммма.
я имел ввиду не расположение а принцип, перепуск можно сделать последовательным с клапанамиа именно я про то что не должны поршни идти навстречу другдругу внутри одного цилиндра
b4now 10-02-2009 01:14Да-да, лучше их по разным комнатам разнести. И пустить навстречу.
val 10-02-2009 02:18quote:Originally posted by docalex_rpt:Осторожнее! Будишь зверя.Стараюсь!quote:Originally posted by Сэм:Видимо, знает-таки старик Вискомб "заветное слово".За много лет экспериментов нашел. Ждал, пока истечет срок патента Гисса, подписанный Дианой. Диана так эту систему и не применила.b4now 10-02-2009 02:36Таки применила. Или не ету. 60. Нет?
val 10-02-2009 03:24quote:Originally posted by 9par:вставку с перепуском????Читайте вверху предыдущей страницы.quote:Originally posted by b4now:Двухпоршневка. Увеличивает сложность поиска правильного решения задачи в КВАДРАТИЧНОЙ зависимости.Вернее, квадратный кореньКак справедливо отметил здесь Петруха, для минимального веса поршней (а значит, и всей системы), площадь сечения компрессора двухпорневой по отношению к однопоршневой нужно уменьшать вдвое, значит соотношение диаметров Ф2 = Ф1 : 1,42, где 1,42 - квадратный корень из 2. Это для Тяни-толкая, где вес синхронизатора минимален. Система Гисса, будучи более тяжелой из-за веса реек, позволяет бОльший диаметр. Но смещенные массы реек, вызывая вращательный момент инерционных сил, влияют на точность стрельбы.Что ни пробуй - Тяни-Токай рулит.
docalex 10-02-2009 10:58quote:Originally posted by val:Как справедливо отметил здесь Петруха, для минимального веса поршней (а значит, и всей системы), площадь сечения компрессора двухпорневой по отношению к однопоршневой нужно уменьшать вдвое, значит соотношение диаметров Ф2 = Ф1 : 1,42Только не забывать, что при этом и усилие на каждой из пружин надо уменьшать вдвое. Тогда при равном ходе (у каждого поршня с однопоршневкой) получится полное подобие. Но надо ли это? хочется уменьшать ход поршней. Честно говоря, все считал, результат всегда завышенный, но поведение абсолютно достоверно предсказуемое. Чтобы получить 200м/с на Тяни-Толкае, я ослаблял пружины (это от 60-ки).Petrucha 10-02-2009 11:01quote:Originally posted by val:Но смещенные массы реек, вызывая вращательный момент инерционных сил, влияют на точность стрельбы.Перфекционизм.Думаю, не заметишь разницы. У Дока цилиндры под углом - нет никаких ощущений.Трос проще - это да.Petrucha 10-02-2009 11:10Если уменьшать ход, то надо пропорционально увеличивать площадь и усилие пружины. А вот как увеличивать массы поршней для динамического подобия? Не меньше, чем в квадрате: пружина сильнее, а путь меньше.
docalex 10-02-2009 11:25quote:Originally posted by Petrucha:Не меньше, чем в квадрате: пружина сильнее, а путь меньше.Логика правильная, но количественно не очевидная для витой пружины, у которой основная энергия запасается на второй половине взведения. Не забываем также, что мин. объем камеры сжатия одинаков с однопоршневой. А вообще - все одно, поставим в соответствие короткоходовую однопоршневую с большим диаметром компрессора. И потом ВСЕ делим налопопам.Сэм 10-02-2009 13:28quote:Originally posted by docalex_rpt:Сэм, эти эксперименты надо проводить с постепенным изменением кокого-то параметра, например массы поршня (набором шайб-грузов). Хорошо, когда есть единомышленики.
Петруха, давай пива попьем. Буду поить до тех пор, пока не согласишься, что Ф2 = Ф1 : 1,3 тоже ничего. . При моих вводных, к сожалению, по-другому не получится.
Валер, у меня сложилось впечатление, что ты считаешь меня стойким противником применения тросика в механизме синхронизации. Это не так. Рейки применил потому, что есть у меня симпатичное решение механизма взведения, при их применение.А перевести существуюшие модели на синхронизацию тросиком дело нескольких часов (мы оба это понимаем).Вот, кстати, и ролики:
1. Сделаю, чуть позже. До роликов дело пока не дошло.2. Смысл сего действа? Док, действительно интересно.
docalex_rpt 10-02-2009 21:06quote:Originally posted by Сэм:Смысл сего действа?Это при тросовом взводе. Позволяет точно и синхронно двигаться поршням при чуть подтянутом тросе во время рабочего хода. Разница усилий пружин "выбирает" провисание троса, даже если трение манжет неодинаковое. Для реек неактуально, зубчатые рейки позиционируют поршни и в прямом, и в обратном направлениях.Сэм 10-02-2009 22:44Ясно, за совет спасибо.
Petrucha 11-02-2009 12:14quote:Originally posted by Сэм:Буду поить до тех пор, пока не согласишься, что Ф2 = Ф1 : 1,3 тоже ничего.Я и без пива соглашусь, хотя с пивом - лучше.На самом деле в классике винтовка сама немного отскакивает от поршня. Ее масса примерно в 10 раз больше, чем поршня, поэтому 10% массы поршня съедается. На чуть недокачанной пружине установка оптики повышает скорость пули на пару м/с. А в оппозитке винтовка неподвижна.val 11-02-2009 02:16quote:Originally posted by Petrucha:Перфекционизм.Думаю, не заметишь разницы. У Дока цилиндры под углом - нет никаких ощущений.Трос проще - это да. Ну-ну... А давай сцепимся, как бывало В отличие от Т-Т - вращение в горизонтальной плоскости. Хужее. Владельцы Вискомбов отмечали еле заметное колыхание винта при выстреле.quote:Originally posted by Сэм:ты считаешь меня стойким противником применения тросика в механизме синхронизации. Да ни боже мой. Противников просто быть не могет zhestary 11-02-2009 13:02объясните деревенщине, в чем отличие оппозитной схемы от однопоршневой?не в конструктиве, я почитал, разобралсяа в .. как это... Юзабилити, в применении.
Это удобно? Точность улучшается, скорость?
Quest61 11-02-2009 14:002zhestary
при выстреле не вырывает карамультук из рук
docalex_rpt 11-02-2009 19:40quote:Originally posted by Petrucha:Я и без пива соглашусь, хотя с пивом - лучшеТретьим буду, если после 17.02. Так, осторожненько спросил, просто.Vic_po 11-02-2009 20:58quote:Originally posted by Quest61:при выстреле не вырывает карамультук из рукДа у меня и так ничего не вырывает.Кто же вырвет? тут все свои!(c)А вот зависимость от хвата, точнее независимость интересует очень.zhestary 12-02-2009 02:12quote:Originally posted by Vic_po:ничего не вырывает.там темка с фотами, покурил, спсмаловато за такие Еньги
b4now 12-02-2009 03:19Да ваще, Вискомб - машенник, пачище Мавроди. Угу.
val 13-02-2009 02:22А автор темы по его стопам идет
Да мошенники - они такие, да, любую гадость сделают только чтобы ничего не делать и чтобы за ето им много денег. Ето я вам точно скажу. Безошибочно. По себе ведь сужу.
guns.allzip.org
Самый невероятный поршневой мотор » Военное обозрение
В последнее время появилось немало крутых изобретений, и все эти наддувы-впрыски кажутся удивительными… если не знать историю. Ибо самый удивительный мотор, о котором я знаю, был сделан в Советском Союзе и, как вы догадались, не для «Лады», а для танка Т-64. Он назывался 5ТДФ, и вот несколько удивительных фактов.
Он был пятицилиндровым, что само по себе необычно. У него было 10 поршней, десять шатунов и два коленчатых вала. Поршни двигались в цилиндрах в противоположных направлениях: сначала навстречу друг другу, потом обратно, снова навстречу и так далее. Отбор мощности осуществялся с обоих коленчатых валов, чтобы было удобно для танка.
Двигатель работал по двухтактному циклу, и поршни играли роль золотников, открывавших впускные и выпускные окна: то есть никаких клапанов и распредвалов у него не было. Конструкция была гениальной и эффективной – двухтактный цикл обеспечивал максимальную литровую мощность, а прямоточная продувка – высокое качество наполнение цилиндров.
Ко всему прочему 5ТДФ был дизелем с непосредственным впрыском, где топливо подавалось в пространство между поршнями незадолго до момента, когда они достигали максимального сближения. Причем, впрыск осуществлялся четырьмя форсунками по хитрой траектории, чтобы обеспечить мгновенное смесеобразование.
Но и этого мало. Двигатель имел турбокомпрессор с изюминкой – огромных размеров турбина и компрессор размещались на валу и имели механическую связь с одним из коленчатых валов. Гениально - на режиме разгона компрессор подкручивался от коленчатого вала, что исключало турбояму, а когда поток выхлопных газов как следует раскручивал турбину, мощность от нее передавалась на коленчатый вал, повышая экономичность мотора (такая турбина называется силовой).
Ко всему прочему мотор был многотопливным, то есть мог работать на дизтопливе, керосине, авиационном топливе, бензине или любой их смеси.
Плюс к этому еще полсотни необычных решений, вроде составных поршней со вставками из жаропрочной стали и системы смазки с сухим картером, как у гоночных автомобилей.
Все ухищрения преследовали две цели: сделать мотор максимально компактным, экономичным и мощным. Для танка важны все три параметра: первый облегчает компоновку, второй улучшает автономность, третий – маневренность.
И результат получился впечатляющим: при рабочем объеме 13,6 литра в самой форсированной версии мотор развивал более 1000 л.с. Для дизеля 60-х годов это был великолепный результат. По удельной литровой и габаритной мощностям мотор превосходил аналоги других армий в несколько раз. Я видел его вживую, и компоновка действительно поражает воображение – прозвище «Чемодан» ему очень идет. Я бы даже сказал «плотно набитый чемодан».
Он не прижился из-за чрезмерной сложности и дороговизны. На фоне 5ТДФ любой автомобильный мотор – даже от Bugatti Veyron – кажется каким-то до нельзя банальным. И чем черт не шутит, техника может сделать виток и снова вернуться к решениям, когда-то использованным на 5ТДФ: двухтактному дизельному циклу, силовым турбинам, многофорсуночному впрыску.
Началось же массовое возвращение к турбомоторам, которые одно время считались слишком сложными для неспортивных машин…
topwar.ru
Двигатель со свободным поршнем — Энциклопедия журнала "За рулем"
Двигатель со свободным поршнем (двигатель ван Бларигана)
Один из самых оригинальных поршневых двигателей — так называемый «двигатель со свободным поршнем» (FPE). Основная особенность его в том, что движение поршня определяется не механической связью кривошипно-шатунного механизма, а соотношением нагрузки к силе расширяющихся газов. Степень сжатия, таким образом, у него оказывается переменная. Как следствие, этот мотор можно настроить на бензин, солярку, этанол, природный газ, водород и т. д. Устроен двигатель просто. По сути, это труба с глухими концами, внутри которой скользит поршень. На каждом конце трубы – форсунка, свеча, впускное и выпускное окно. Движущаяся деталь всего одна. Поршень в таком моторе движется линейно, возвратно-поступательно, между двумя камерами сгорания.
КПД двигателя со свободным поршнем теоретически больше 70%. Он легок и прост в производстве, и, значит, дешев. Но не смотря на то, что этот двигатель известен без малого почти сто лет, распространения он не получил. Причин тому несколько, и самая главная из них состоит в том, что до последнего времени инженеры не знали, каким способом можно было бы снять мощность с поршня, движущегося взад-вперед внутри трубы 20000 раз в минуту.Решение нашел профессор Питер Ван Блариган . Он оснастил поршень кольцевыми магнитами из неодимового сплава, а на внешней стенке цилиндра – статора – поместил медную обмотку. Таким образом, появление сверхмощных магнитов из неодимового сплава позволило обойтись без механической связи поршня с шатуном, сделав бензиновый генератор электричества. Ван Блариган построил опытный образец, двухтактный линейный генератор под названием FPLA, мощностью 40 кВт. Термический КПД генератора, работающего на пропане, 56%. Любопытно, что этот двигатель может работать не только на пропане, но и на бензине, водороде, солярке и спирте.Серийному выпуску подобных двигателей мешает несколько проблем, самая главная из которых - создание системы управления. Дело в том, что в обычном ДВС верхняя мертвая точка траектории поршня задается геометрией кривошипно-шатунного механизма, а в линейном она зависит от степени сжатия и скорости сгорания топливовоздушной смеси. То есть, поршень тормозит, создавая давление в камере. Как следствие, длительность тактов и верхняя мертвая точка могут меняться. А это значит, что при неточной работе форсунки поршень либо остановится, либо ударится в стенку. Как следствие, свободные поршни нуждаются в специальном механизме, который бы нивелировал разницу в процессе сгорания топлива в каждом из рабочих циклов. Ван Блариган считает, что ключ к решению проблемы управления в контроле за положением и движением поршня через внешний статор. Компьютерное управление вполне может справиться с такой задачей. А тормозить поршень можно с помощью тех же электромагнитов.Полноценный прототип генератора с готовой системой управления обещан к концу 2011 года. КПД – 50%.Объяснить причины столь высокого КПД просто. У двигателя Ван Бларигана практически нет паразитных потерь, поскольку нет инерции вращающихся масс (по причине отсутствия этих самых масс), на поршень не действуют боковые силы, которые прижимают его к стенкам цилиндра. Нет подшипников коленвала, шатунов, поршневых пальцев, распредвала, клапанов. Более того: на каждый цикл работы двигателя приходится два рабочих такта.Мотор FPLA отлично подходит для автомобиля с элетротрансмиссией. ДВС в таком автомобиле нужен только для зарядки аккумулятора, при пуске он должен сразу выходить на режим максимальной мощности либо – для экономии топлива – максимального момента. Это значит, что нет надобности организовывать его работу на переходных режимах, ту самую, ради которой строят многоклапанные двигатели, впускные коллекторы переменной длины, управление фазами газораспределения, двойной наддув и прочее. Двигатель, работающий в узком диапазоне оборотов намного проще и, значит, дешевле.
Иллюстрации www.technologyreview.com
wiki.zr.ru
Зачем инженеры возвращают встречные поршни — ДРАЙВ
 | Леонид Попов, 26 июля 2010. Иллюстрации: EcoMotors, Green Car Congress, Wikimedia Commons |
| За последнее десятилетие изобретатели в разных странах выдали кучу самых экзотических схем ДВС, некоторые даже удалось воплотить в металле. Но массовая индустрия продолжает выпускать моторы классического вида. Проблема в конструкторских просчётах новичков или в отсутствии у них финансирования? |
Недавнее известие о том, что миллиардер Билл Гейтс и инвестиционная фирма Khosla Ventures решили вложить миллионы в компанию EcoMotors, проектирующую двигатели со встречным движением поршней, заставило нас детально рассмотреть заокеанскую разработку. У подобных моторов давняя история, но широкого распространения они не получили, во всяком случае на автомобильном транспорте. EcoMotors придала, казалось бы, известному блюду новый вкус.
Свой двигатель с двумя оппозитными цилиндрами, в каждом из которых работает по два встречных поршня, EcoMotors назвала незамысловато — OPOC, что значит Opposed Piston Opposed Cylinder — «оппозитные поршни, оппозитные цилиндры». В принципе, по такой схеме может работать как бензиновый мотор (или ДВС, потребляющий спирт), так и дизельный, но пока компания сосредоточила усилия на втором варианте.
Первый двигатель типа OPOC — дизельную модель EM100 (число означает диаметр цилиндров в миллиметрах) американская компания впервые показала общественности весной 2010 года. По информации EcoMotors, весит агрегат 134 кг, размеры его составляют 58 (длина) х 105 (ширина) х 47 (высота) см, развивает он мощность 325 лошадиных сил и выдаёт крутящий момент 900 Н•м.
Двигатель OPOC — двухтактный, так что за один оборот коленчатого вала встречные поршни каждого из цилиндров совершают рабочий ход. При движении к своим мёртвым точкам они открывают окна в стенках цилиндров. Причём один из поршней заведует впуском, второй — выпуском. На рисунке ниже их легко распознать по цветам — синему и красному соответственно. При этом окна расположены так, что выпускное открывается чуть раньше впускного и закрывается также раньше. Это важно для хорошего газообмена.
Ключевые компоненты OPOC, вид сверху и спереди. Обратите внимание на несимметричное расположение впускных и выпускных патрубков относительно коленвала.
Устранение головок цилиндров, клапанов и механизма их привода упростило мотор, сделало его легче, снизило потери на трение и даже расход масла (по оценке компании, вдвое против обычного дизеля). Но ведь такими преимуществами вроде бы могут похвастать и другие двухтактные моторы со встречными поршнями?
Изюминка новинки в том, что все поршни в ней соединены с единственным центральным коленвалом, в то время как раньше схожие конструкции требовали двух коленчатых валов по краям движка. Соответственно, они были заметно крупнее и тяжелее, и неудивительно, что применение нашли в основном на тепловозах и судах. Ну а OPOC, схема работы которого представлена в ролике ниже, нацелен на куда более широкий спектр машин.
Как любой двухтактник, OPOC нуждается во внешнем устройстве, которое продувало бы цилиндры в момент открытия окон. В рассматриваемом случае конструкторы решили возложить эту обязанность на турбонаддув. Но очевидно, он не поможет при запуске мотора, а сами цилиндры «вдохнуть» и «выдохнуть» не способны.
Решение опять же нашлось в давней идее, которую ряд компаний обкатывал, но до ума никто так и не довёл. На вал классической турбинки инженеры поставили электродвигатель. При запуске и до тех пор, пока ДВС не набрал обороты, этот моторчик получает энергию от батарей, обеспечивая «дыхание» OPOC. А далее мотор отключается, и турбонаддув превращается в самый обычный. Более того, на высоких оборотах, когда поток выхлопных газов велик, электромотор в турбине может превращаться в генератор, подпитывающий батареи машины.
Электрический турбонаддув — один из самых спорных элементов новинки. Для его раскрутки нужно приличное количество энергии, что приводит к необходимости ёмких и мощных батарей, а значит, удорожает конструкцию.
Новая схема, по утверждению её создателей, отличается очень хорошей продувкой цилиндров, а потому позволяет извлечь наибольшую выгоду из самого двухтактного цикла, теоретически позволяющего достичь вдвое большей литровой мощности двигателя, по сравнению с четырёхтактным. Хотя на практике такого показателя ещё не достигалось. Система OPOC обладает рядом иных любопытных особенностей.
При новой конфигурации для того, чтобы обеспечить заданный рабочий объём, каждому из поршней за один ход требуется пройти вдвое меньшее расстояние. Это означает и меньшую скорость движения при фиксированных оборотах, следовательно, и меньшие потери на трение. Всеми этими особенностями двигатель OPOC обязан в первую очередь Петеру Хофбауэру. Основатель, председатель и технический директор EcoMotors ранее много лет возглавлял разработку перспективных двигателей в компании Volkswagen. К примеру, на его счету смещённо-рядный мотор VR6 с малым (15 градусов) углом развала цилиндров. И хотя фирма EcoMotors была основана в 2008 году, сам Хофбауэр начал размышлять над OPOC на несколько лет раньше.
Идея Петера Хофбауэра хотя сама по себе и свежа, но корнями уходит в 1930-е годы. Отправной точкой его изысканиям послужили созданный Гуго Юнкерсом авиационный дизель со встречными поршнями Junkers JUMO 205 (вверху) и бензиновые «оппозитники» Фердинанда Порше (внизу), в числе которых мотор автомобиля, получившего после войны всемирную известность под именем «Жук». Фактически Хофбауэр скрестил эти две конструкции.
Компания сообщает, что OPOC в дизельном варианте на 30–50% легче, чем обычный турбодизель той же мощности, содержит на 50% меньше деталей, занимает в два-четыре раза меньше места под капотом и при этом может быть (при определённых условиях) на 45–50% экономичнее. Последняя цифра вызывает у специалистов самые большие сомнения, однако, даже если выигрыш в расходе преувеличен, основания для оптимистичных заявлений у EcoMotors имеются. Первый образец ДВС OPOC, по утверждению фирмы, провёл на динамометрическом стенде свыше 500 часов. Можно констатировать, что схема работает. С характеристиками дело обстоит не так однозначно. Модель EM100, которую ныне испытывают инженеры, выдаёт заявленные параметры по мощности и крутящему моменту только при настройках, не учитывающих токсичность выхлопа. Такую версию OPOC компания предлагает ставить на военную технику, для которой отношение отдачи к весу важнее прочего.
Для обычного транспорта EcoMotors предлагает настраивать те же движки несколько иначе: на 300 л.с. и 746 Н•м. Улучшение экономичности против обычных дизелей в таком случае обещано «всего» 15-процентное, но и оно выглядит огромным шагом вперёд, так как обычно компании борются за каждый процент. Дальнейшая экономия возможна при объединении пары таких моторов в четырёхцилиндровый агрегат. То, что раньше было самостоятельным мотором, превращается в модуль. Между ними EcoMotors намерена ставить управляемую электроникой муфту. При малой нагрузке, мол, будет работать только один модуль, при большой — подключится второй. А так как OPOC хорошо уравновешен, все действующие силы тут компенсируют друг друга и мотор отличается минимумом вибраций, то и активация «спящей» половинки в любой момент пройдёт гладко.
Замысел этот похож на известное отключение цилиндров в больших V-образных двигателях. Вот только там «холостые» поршни всё равно продолжают движение вверх-вниз, здесь же половина мотора останавливается полностью, а вторая продолжает трудиться в выгодном режиме. Кроме того, в такой бинарной схеме инженеры предлагают ещё немного снизить предельную отдачу каждого модуля — до 240 «лошадок» (480 будет развивать весь агрегат). По соотношению мощности и веса это всё ещё будет очень достойный мотор, причём, мол, удастся добиться максимальной экономии горючего (тех самых 45%) и соответствия самым строгим нормам по токсичности выхлопа, уверяют разработчики.
Пока OPOC — система сырая, а её конструкторы больше раздают обещания. Но они оптимисты и приступили к расширению линейки. На чертежах уже вырисовывается 75-сильный двухцилиндровый мотор EM65 чуть меньшего размера и массы, чем EM100. Его, кстати, хотят перевести на бензин. Сферы же применения EM65 вполне очевидны: лёгкие грузовики и легковушки, в том числе гибриды. Определённым залогом, но не стопроцентной гарантией успеха экзотического ДВС является репутация его главного конструктора: Петер отдал Фольксвагену 20 лет жизни. И удивительно ли, к слову, что его нынешняя работа перекликается с проектами Порше, стоявшего у истоков знаменитой немецкой марки?
www.drive.ru
