Двигатель баландина устройство: Бесшатунный двигатель Вуля. — Альтернативная История

Бесшатунный двигатель Вуля. — Альтернативная История

Главная » Вооружения будущего » Бесшатунный двигатель Вуля.

в Избранноев Избранномиз Избранного 9

Представляю вашему вниманию ещё один, так сказать, двигатель будущего. Конструкция его не настолько революционна как у двигателя Кузнецова, но у него есть одно неоспоримое достоинство – такой мотор построен и работает.

Вид на дизельный бесшатунный двигатель со стороны радиатора

С момента появления двигателя внутреннего сгорания специалисты всего мира непрерывно занимаются его совершенствованием. Каких только конструкций за прошедшее время не было придумано. Однако лишь малой части из них удалось стать серийными образцами.

Остальные, несмотря на оригинальность заложенных идей, так и не вышли из стадии эксперимента. Впрочем, имеются силовые установки, которые, прежде чем завоевать «место под солнцем», проходят тернистый и долгий путь. Одной из них является бесшатунный двигатель.

Содержание:

ИСТОКИ

Известно, что в кривошипно-шатунных механизмах двигателей внутреннего сгорания почти четвертая часть полезной мощности уходит на трение. Другая отрицательная сторона таких моторов — увеличение сил инерции, количества вспышек с повышением числа оборотов, а следовательно, и рост тепловой напряженности цилиндра. Действительно, преобразование прямолинейного перемещения поршня во вращательное движение коленчатого вала с помощью шатуна вызывает появление бокового усилия на стенку цилиндра. Чтобы избежать связанного с этим повышенного износа поршней, им придают конусную форму, а их юбки делают эллипсными. Однако это не решает проблемы в корне. Неизбежная боковая нагрузка на стенку цилиндра увеличивает потери на трение, отрицательно отражающиеся на величине механического КПД двигателя.

Бороться с этим явлением можно с помощью конструкции, в которой шатун бы двигался только возвратно-поступательно, не совершая угловых качаний относительно поршневого пальца.

Устройство бесшатунного авиадвигателя ОМБ С. С. Баландина

1 — Поршень

2 — Шток

3 — Направляющие крейцкопфа

4 — Коленчатый вал

5 — Камеры сгорания

6 — Шестирёнчатый вал, синхронизирующий вращение кривошипа

7 — Кривошип

8 — Крейцкопф

За практическое воплощение такой идеи еще в 1940 году взялся выдающийся отечественный инженер С. С. Баландин. На базе 5-цилиндрового звездообразного авиационного мотора М-11 он создал версию с четырьмя цилиндрами, названную ОМБ — особый мотор Баландина. Испытания этого образца и его модификации, построенной в 1944 году, дали потрясающие результаты. Бесшатунный двигатель оказался на 33% мощнее и на 84% меньше в площади поперечного сечения, вдвое уменьшились размеры радиаторов систем охлаждения и смазки. Но самое главное—за счет резкого сокращения потерь на трение между поршнем и цилиндром механический КПД увеличился с 0,86 до 0,94, а моторесурс вырос в 18 раз! Снизился и удельный расход топлива.

В ОКБ-2 Наркомата авиапромышленности, возглавляемом С. С. Баландиным, по той же схеме было изготовлено и испытано несколько других опытных двигателей. В любом из них две противоположные пары поршней связаны между собой жестким штоком, который в середине имеет подшипник, охватывающий шейку коленчатого вала. На каждом штоке по обеим сторонам подшипника выполнены ползуны, которые скользят по направляющим в картере, полностью разгружая поршень и цилиндр от боковых усилий. Неудивительно, что в данном случае поршень превращается в своеобразный держатель для поршневых колец, которые герметизируют стык поршень—цилиндр. Поэтому допуски на размеры поршня устанавливаются менее жесткими. Сам по себе коленчатый вал не простой — он разрезан на три части. Средняя часть похожа на обычный коленчатый вал, а крайние являются кривошипами, в которых на подшипниках вращается средняя часть. Благодаря этому штоки с поршнями ходят взад-вперед, а коленчатый вал вращается. Для синхронизации вращения кривошипов, а также для съема мощности служит специальный вал: крутящий момент на его шестерни передают зубчатые венцы, расположенные на кривошипах.

Принципиальная схема V-образного бесшатунного двигателя

1 — Поршень

2 — Кривошип

3 — Коленчатый вал

4 — Шатунный подшипник

5 — Подшипник кривошипа

6 — Шток

Нельзя не отметить, что если в обычном поршневом двигателе сила давления газов передается через относительно маленький подшипник верхней головки шатуна, а затем через подшипник его нижней головки (он уже больше, но и нагрузки здесь возрастают: добавляются силы инерции от вращения), то в схеме Баландина подшипник всего один, да и размер его гораздо солиднее, чем у подшипника нижней головки обычного шатуна. Силы инерции у «бесшатунника» также меньше, а сама нижняя головка является неразъемной. Пары поршней перемещаются возвратно-поступательно по двум взаимоперпендикулярным направлениям. Когда один из них приближается к головке цилиндра, осуществляя сжатие топливновоздушной смеси, другой, жестко связанный с ним штоком, удаляется от головки противоположного цилиндра, движимый энергией уже подожженной смеси.

При этом механизм функционирует с частотой 2000 двойных ходов в минуту или почти 70 — в секунду.

 Естественно, при отсутствии угловых колебаний штока относительно поршня появляется возможность создания двигателя двойного действия. В итоге рабочий процесс идет по обе стороны поршня, что позволяет получить почти вдвое большую мощность. Помимо 4-цилиндровой схемы бесшатунного двигателя возможны конструкции с восемью, двенадцатью, шестнадцатью цилиндрами и т. д. Правда, в тот период считалось, что угол между цилиндрами из-за особенностей кинематической схемы допустим любой, кроме 0° и 180°, поскольку, по мнению специалистов, невозможно было получить конструкцию, в которой цилиндры расположены в один ряд или оппозитно. Зато препятствий для создания низкого компактного мотора с крестообразным, Х-образным или V-образным расположением цилиндров не существовало.

Общий вид двигателя со стороны маховика.

Уже во время Великой Отечественной войны стало ясно, сколь заманчивые перспективы таит в себе бесшатунный двигатель.

Понятно, почему в работе над ОМБ оказались задействованы три ОКБ и пять серийных заводов Наркомата авиапромышленности, не считая Академии им. Н.В. Жуковского и трех НИИ. Да и сам С. С. Баландин старался не отставать. Экспериментальный авиадвигатель МБ-4 одинарного действия при габарите, сопоставимом с двигателем «Волги», имел близкую к нему массу и развивал в полтора раза более высокую мощность (140 л. с. при 2200 мин-1). Удельная мощность двигателя составляла 20,4 л. с./л, удельная масса — 1,14 кг/л. с., удельный расход топлива в эксплуатационном режиме — 220 г/л.с. в час. Последний из опытных моторов — 8-цилиндровый ОМ-127РН двойного действия, оснащавшийся системой впрыска топлива и турбонаддувом, развивал мощность 3500 л.с. Более того, работы над столь многообещающим двигателем привели к началу постройки авиационного мотора мощностью 10000 л. с. и массой З,5 т, что в 200 раз легче стационарного дизеля той же мощности. Наконец, в ОКБ-2 приступили к проектированию бесшатунного авиадизеля мощностью 20000 л. с. И всего при 24 цилиндрах! Для сравнения: разработанный американской фирмой Laicoming авиационный поршневой мотор ХР-7755 мощностью 5000 л. с. имел 36 цилиндров при несравнимо худших характеристиках.

 Бесспорность перехода авиации на реактивную тягу привела в начале 50-х годов прошлого века к сворачиванию деятельности ОКБ Баландина, хотя уже тогда удалось разработать поршневые моторы, равные по мощности, габаритам и массе турбовинтовым двигателям, к тому же более экономичные. В 1957 году С. С. Баландин, уже после прекращения работ, получил закрытое для публикации авторское свидетельство на «Двигатель внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом». После снятия запрета вышла книга «Бесшатунные двигатели внутреннего сгорания» (первое издание — в 1968 году, второе — в 1972-м).

ДЕНЬ НЫНЕШНИЙ И ДЕНЬ ГРЯДУЩИЙ

Попытки создать «бесшатунник» для установки на различные мобильные системы, в том числе на бронетанковую и автомобильную технику в нашей стране предпринимались неоднократно.

Проектировщики оценили достоинства двигателя Баландина, который, по сравнению с рядом поршневых двигателей внутреннего сгорания и газовыми турбинами, был компактнее и менее металлоемок. Для изготовления многих его деталей пригодны действующие технологии и оборудование моторостроительных производств автомобильной промышленности. Кроме того, в пользу «бесшатунника» говорили: высокая удельная мощность, минимальное число деталей, идеальная уравновешенность (амплитуды вибраций самых мощных образцов являлись неправдоподобно малыми — порядка несколько микрометров). К тому же по технологичности мотор Баландина заметно превосходил тот же двигатель Ванкеля.

Блок цилиндров.

На Брянском автозаводе разработали проект бесшатунного двигателя с X-образным расположением цилиндров. Зиловские инженеры в конце 80-х годов прошлого века построили опытный образец дизельного «Баландина», который успешно прошел стендовые испытания. По сравнению с серийным дизелем ЯМЗ-238, на каждые два цилиндра которого приходятся 28 деталей, разработали бесшатунный компрессор для питания пневмосистемы грузовиков.

Аналогичные работы проводили молодые конструкторы инициативной группы «Трек» Московского авиационного института.

И все-таки двигатель Баландина так и не получил широкого распространения. Почему? Главный изъян мотора — появление так называемых избыточных кинематических связей. Дело в том, что шток, связывающий между собой поршни, имеет три опоры. Дополнительная опора в этом случае играет роль избыточной связи. Чтобы такой механизм надежно функционировал, необходима либо высокая податливость опор, либо безупречная точность изготовления деталей. А поскольку опоры коленчатого вала или сам вал сделать податливыми нельзя, остается уповать на технологию высочайшего уровня, доступную эксклюзивным производствам. Но даже при выполнении этого условия естественный износ деталей во время работы может свести все усилия по получению высокой точности на нет. Однако остается еще один способ выбраться из тупика — изменить кинематическую схему. Как раз этим и воспользовался инженер А. Вуль из Харькова, предложивший собственный способ решения проблемы.

Вообще, вопросами бесшатунного двигателя украинский последователь С. С. Баландина вместе со своими единомышленниками занимается с 1994 года. За это время специалисты организованной для этой цели лаборатории создали несколько образцов. Первые два из них представляют автомобильные V-образные 4-цилиндровые дизели объемом 2,0 и 2,8 л и расчетной мощностью 68 и 136 л. с. соответственно.

Конечно, собрать в условиях не заводского производства необычный двигатель, а тем более дизель, без всякого преувеличения, является сверхзадачей. Но на стороне А. Вуля оказались упорство, невероятная работоспособность и огромный опыт ремонта современных зарубежных дизелей. В течение нескольких лет в лаборатории были созданы серьезный станочный парк и современный испытательный стенд с нагрузочным электродвигателем двустороннего действия.

В двигателе А. Вуля одностороннего действия два штока, находящихся рядом на коленчатом вале, развернуты друг относительно друга на угол 90°. Сам вал совершает двойное вращение: вокруг собственной оси и вокруг оси кривошипа. Именно такая кинематика механизма позволяет передавать мощность от поступательно движущихся штоков на вращающийся по определенной траектории коленчатый вал и далее на кривошипы.

При материализации своего замысла А. Вуль наиболее сложные элементы заимствовал от импортного дизеля. Речь идет об индивидуальных головках цилиндров (диаметром 100мм) и форсунках, а камеру сгорания и ее относительное расположение пришлось попросту скопировать. При этом, по сравнению с базовым мотором, несколько увеличено давление впрыска топлива, сокращена его продолжительность, изменен угол опережения впрыска. Сочетание готовых и оригинальных узлов привело к рождению 4-цилиндрового V-образного дизеля с углом развала 90°, работающего по четырехтактному циклу. При этом из-за особенностей схемы вспышки в камерах сгорания дизеля чередуются неравномерно: 0°, 90°, затем пауза 270° и снова 0° и 90°. Такой процесс работы потребовал использовать топливный насос распределительного типа зарубежного производства со встречно движущимися плунжерами, изначально предназначенный для 8-цилиндрового двигателя, и еще направлять топливо на слив из четырех дополнительных штуцеров. Дополнив «бесшатунник» генератором, стартером и вкладышами от различных марок грузовых и легковых автомобилей, а также снабдив силовую установку изрядным количеством деталей собственного изготовления, А. Вуль получил вполне работоспособную конструкцию.

Компоновка оппозитного 4-х цилиндрового дизеля конструкции Вуля.

Не останавливаясь на достигнутом, группа А. Вуля пошла дальше: был построен 4-цилиндровый дизель с оппозитным расположением цилиндров, что прежде в бесшатуной схеме реализовать не удавалось. Двигатель оборудован непосредственным впрыском и двойным наддувом, включающим турбокомпрессор и механический наддув. Рабочий объем двигателя составляет 2 л, мощность — 150 л.с. Подобные характеристики позволяют устанавливать мотор на многие виды автотранспортной техники.

Вместе с тем было проведено эскизное проектирование и прочностное моделирование наиболее нагруженных элементов оппозитного дизеля на основе классического кривошипно-шатунного механизма, имеющего ту же размерность, аналогичный рабочий процесс и примерно те же габаритные размеры, что и у дизеля на основе бесшатунной схемы. Такой подход связан, в первую очередь, с тем, чтобы более критично оценить ожидаемые преимущества бесшатунного двигателя. Наличие трехопорного коленчатого вала в спроектированном оппозитном двигателе с кривошипно-шатунным механизмом, конечно, не является идеальным решением, но многолетняя зарубежная практика эксплуатации оппозитных бензиновых моторов с экстремальным форсированием (Subaru, Porsсhe, Ferrari, Volkswagen) позволяет предположить, что проблема усталостной прочности коленчатого вала является разрешимой.

Выводы, сделанные при сравнении двигателей обоих проектов, не во всем совпали с ожиданиями разработчиков. Например, при организации подпоршневого наддува в бесшатунном двигателе его преимущество нивелируется, а масса «бесшатунника» с подпоршневым наддувом несколько превышает массу аналога с кривошипно-шатунным механизмом, не имеющего подпоршневого наддува.

Повышенный механический КПД бесшатунного двигателя обеспечивается переносом трения юбки поршня о гильзу из «горячей» зоны с ухудшенными условиями смазки внутрь механизма, где используются линейные подшипники скольжения с эффективной жидкостной смазкой. Помимо всего прочего это приводит к заметному увеличению ресурса цилиндропоршневой группы. Увеличенный тепловой КПД стал возможен благодаря иному закону движения поршня. Расчетное уменьшение расхода топлива в этом случае достигает 5–7%. При прочих равных условиях поршень в таком двигателе находится дольше возле верхней мертвой точки, что увеличивает объем топлива, сгоревшего при постоянном объеме.

Поскольку закон движения поршня точно соответствует синусоидальному, силы инерции первого порядка уравновешиваются противовесами, присоединенными к силовым элементам механизма, а силы инерции второго и высших порядков в такой конструкции вообще практически не возникают.

В качестве материала для изготовления всех корпусных и некоторых силовых элементов использовались алюминиевые сплавы и композитные материалы. В итоге масса двигателя была снижена до 130 кг с возможностью дальнейшего улучшения этого показателя.

Применение прямого гидростатического привода клапанов газораспределительного механизма дало возможность упростить конструкцию дизеля с раздельными головками цилиндров, сделать ее более компактной, а также повысить надежность агрегата в целом.

Одной из главных задач при проектировании нового дизеля стало снижение токсичности выхлопа. Известно, что в результате сгорания масла, находящегося на стенках цилиндров двигателя, в его выхлопе содержится высокотоксичное вещество бензопирен, которое является сильным канцерогеном. Замысел состоит в том, чтобы вовсе отказаться от смазки стенок цилиндра за счет масла и достичь нулевого уровня расхода масла на угар благодаря применению несмазываемой пары поршень–гильза.

Считается, что при правильной работе бесшатунного механизма поршень не касается стенок цилиндра, поэтому его изготовили из легированной стали. Поршневые кольца выполнены из углеродной композиции, а гильза цилиндра — из алюминиевого сплава, покрытого слоем оксида алюминия. Работа такого узла напоминает функционирование щеточного узла коллекторного электродвигателя. Для обеспечения достаточной теплопередачи поршневые кольца выполнены массивными и поджаты изнутри к стенкам цилиндров пружинными экспандерами наподобие тех, что применяются в обычных маслосъемных кольцах. Охлаждение стального поршня обеспечивается воздухом подпоршневого компрессора.

В двигателе с обычным кривошипно-шатунным механизмом такая схема уплотнения имела бы худшую работоспособность, поскольку там кольца имеют значительную подвижность в радиальном направлении относительно поршня, совершающего перекладки между стенками цилиндра в районе верхней и нижней мертвой точки, а также опрокидывающее движение относительно оси пальца. У «бесшатунника» величина перекладок поршня в 5–10 раз меньше, опрокидывание отсутствует, поэтому требования к механической прочности уплотнений цилиндров значительно снижаются. Массивность колец необходима для обеспечения жесткости, а также для обеспечения необходимой площади контакта, которая отводит тепло в стенки цилиндров. Газы, прорвавшиеся через поршневые уплотнения, также не контактируют с маслом и направляются подпоршневым нагнетателем непосредственно в систему впуска двигателя для дожигания, что обеспечивает их полную рециркуляцию.

Развитие описанной конструкции открывает путь к появлению автомобильных двигателей со значительно увеличенными межсервисными пробегами. Становится реальной замена масла через 100 тыс. км, а в перспективе и через 200. Задача-максимум группы А. Вуля состоит в том, чтобы создать двигатель, который вообще не нуждается в замене масла в течение всего срока эксплуатации, аналогично тому, как это реализовано, например, в механических коробках передач многих современных автомобилей. Минимальный удельный расход топлива при испытаниях бесшатунного дизеля А. Вуля составил 165–170 г/кВт.ч, ресурс — 5000 ч, что соответствует приблизительно 350 тыс. км пробега.

Универсализация проекта, по мнению авторов, почти не является дополнительным ограничением и компромиссом между всеми возможными потребителями. Критически нагруженные узлы в любом случае могут рассчитываться, исходя из требований минимальной массы при максимальной несущей способности деталей, что при серийном производстве напрямую снижает их себестоимость. Запас же прочности, определяемый отношением максимально расчетной нагрузки к максимально действующей нагрузке и влияющий на ресурс изделия, выбирается исходя из назначения двигателя, после чего определяется конструкция и необходимое число его секций. Поскольку снятие мощности в оппозитном дизеле производится не с кривошипных валов (водил), а с вала отбора мощности, который может иметь различное (произвольное в определенных границах) передаточное отношение по отношению к кривошипным валам, возможно получение широкого диапазона чисел оборотов и крутящих моментов на выходном вале двигателя. Это делает возможной упрощенную адаптацию мотора для различных потребителей, которым необходимы различные максимальные числа оборотов выходного вала. Редуктор оказывается интегрированным в конструкцию двигателя и может перенастраиваться относительно несложным способом.

На первом этапе реализации проекта А. Вуль и его коллеги считают целесообразным проектирование и подготовку производства двигателя автомобильного типа для оснащения им в том числе легких грузовиков или микроавтобусов. К сказанному следует добавить, что основные технические решения по примененной версии кривошипно-ползунного механизма двигателя защищены международными заявками (стадия выдачи патентов США, Англии, Германии, России и Украины). Изобретения касаются преодоления важнейшей проблемы бесшатунных механизмов — склонности к образованию избыточных кинематических связей, т. е. к конфликтам траекторий движения ползуна и поршня, ползуна и ползунной шейки коленчатого вала.

Сборка бесшатунного дизельного двигателя

Ближайшее будущее покажет, насколько реальны перспективы применения бесшатунного двигателя на автомобильном транспорте в условиях серийного и массового производства.

Внешний вид V-образного 4-х цилиндрового дизеля Вуля.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОППОЗИТНОГО БЕСШАТУННОГО ДИЗЕЛЯ ПРОЕКТА А. ВУЛЯ
Максимальная мощность при 4000 мин-1, л. с.	150
Максимальная частота вращения выходного вала (маховика) дизеля, мин-1	5600
Число цилиндров	4
Диаметр цилиндров, мм	85
Ход поршня, мм	88
Рабочий объем, л	2,0
Минимальный удельный расход топлива, г/кВт. ч	165–170
Моторесурс, час	5 000
Масса, кг	130
Габаритные размеры, мм: длина ширина высота	427 734 538

PS. Кстати, подумалось, что фамилия автора, очень хорошо подходит для будущего имени нарицательного, для моторов, сделанных по этому принципу. Сейчас есть дизель, в будущем будет – вуль.

Источник — http://www.mbm.by/raznoe/dvigateli-besshatunnoe-serdtse-avtomobilya.html

Повышение экономичности двигателя за счет уменьшения трения поршней о стенки цилиндра. :: ПВ.РФ Международный промышленный портал

Пoршневoй, беcшатунный двигатель внутреннегo cгoрания (варианты)

Автoр: Неклюдoв Алекcандр Афанаcьевич

Изoбретение oтнocитcя к машинocтрoению, в чаcтнocти к двигателеcтрoению. Техничеcким результатoм являетcя пoвышение экoнoмичнocти и реcурcа двигателя за cчет уменьшения трения поршней о cтенки цилиндра. Сущноcть изобретения заключаетcя в том, что двигатель содержит коленвал с радиусом кривошипа, равным четверти хода поршня, размещенный на кривошипе эксцентрик с эксцентриситетом, равным четверти хода поршня, и ползун, надетый на эксцентрик и опирающийся на боковые поверхности картера. Ползун соединен с поршнем при помощи штока. Для прохождения «мертвых» точек механизм оснащен фиксаторами в виде подпружиненных роликов, которые позволяют вращаться коленвалу только в одну сторону, а эксцентрику — в противоположную. Например, на эксцентрике устанавливается упор в виде эвольвентного зуба или цилиндрического штифта, а на картере выполняются ответные впадины. 13 ил.

Аналогом предлагаемому двигателю являются бесшатунные двигатели Баландина (Баландин С.С. Бесшатунные двигатели внутреннего сгорания, 1972).

В бесшатунных двигателях Баландина в несколько раз снижаются потери на трение, значительно увеличивается КПД, повышается надежность и создаются условия для увеличения ресурса двигателей за счет снижения трения поршней о цилиндры вследствие применения бесшатунного механизма преобразования движения.

Механический КПД опытных бесшатунных моторов Баландина равен 94% против 7585% двигателей с кривошипно-шатунными механизмами.

Прототипом является двигатель внутреннего сгорания Баландина, выполненный по схеме со спаренным эксцентриком (То же, стр.14. Рис. 11в).

Коленчатый вал этого двигателя аналогичен коленчатому валу кривошипно-шатунного двигателя, но имеет в два раза меньший радиус кривошипа. На шатунной шейке коленвала установлен спаренный эксцентрик. На эксцентрики устанавливаются ползуны, которые через штоки соединены с поршнями. Ползуны относительно друг друга расположены под углом 90°, поэтому двигатель может быть выполнен по Х и V-образным схемам.

Этот двигатель имеет недостатки. Так как эксцентрик спаренный, то двигатель невозможно выполнить рядным, расположить цилиндры в одной плоскости, что для автомобилестроения немаловажно. На коленвале невозможно выполнить среднюю опору между цилиндрами из-за спаренного эксцентрика, поэтому двигатель имеет небольшой ресурс. Двигатель сложен в изготовлении.

Изобретение направлено на устранение перечисленных недостатков.

Техническим результатом для всех трех вариантов является повышение экономичности и ресурса двигателя за счет уменьшения трения поршней о стенки цилиндра. Сущность изобретения заключается в том, что каждый цилиндр двигателя оснащен своим эксцентриком, расположенным на кривошипе коленвала, а также оснащен фиксаторами для прохождения средних «мертвых» точек. Для недопустимости обратного вращения коленвала на его коренной шейке также установлен фиксатор. Как вариант, для прохождения «мертвых» точек на эксцентрике устанавливается упор в форме эвольвентного зуба или в форме штифта, а в картере выполнены ответные впадины. Сущность изобретения поясняется при помощи чертежей.

На фиг.1 показан описываемый бесшатунный двигатель;

на фиг.2 — то же, разрез по А-А фиг.1;

на фиг.3 — то же, при положении поршня в средней правой «мертвой» точке;

на фиг. 4 — то же, при положении поршня в средней левой «мертвой» точке;

на фиг.5 — то же, момент прохождения поршнем средней правой «мертвой» точки по инерции;

на фиг.6 — двигатель, разрез по Б-Б фиг.1;

на фиг.7 показаны силы, действующие при пуске двигателя в момент прохождения поршнем средней правой «мертвой» точки;

на фиг.8 показаны силы, действующие при пуске двигателя в момент прохождения поршнем средней левой «мертвой» точки;

на фиг.9 показано прохождение средней «мертвой» точки эксцентриком с упором в форме эвольвентного зуба;

на фиг.10 показано взаимное расположение зубьев и впадин:

• — а — 15° до средней «мертвой» точки;
• — 6 — 30° после средней «мертвой» точки;

на фиг.11 — показан пример выполнения упора эксцентрика в форме штифта;

Фиг. 12 — поршень с ползуном и штоком, выполненные одной деталью;

Фиг.13 — четырехцилиндровый поршневой, бесшатунный двигатель.

Двигатель состоит из картера 1 (см. Фиг.1 и 2), в котором находится механизм преобразования движения, состоящий из коленвала 2, эксцентрика 3, ползуна 4, штока 5. Шток соединен с ползуном через палец 6. К картеру крепится цилиндр 7, в котором установлен поршень 8 с поршневыми кольцами 9. Поршень соединен со штоком поршневым пальцем 10. К цилиндру крепится головка цилиндра 11, на который установлена свеча зажигания 12, впускной и выпускной клапаны 13, 14. На картере выполнены направляющие поверхности 15 для ползуна. В ползуне установлены ролики 16, фиксируемые пружинами 17. На двигателе установлены система охлаждения, система смазки, система топливопитания, система пуска, механизм газораспределения, как на обычных поршневых двигателях внутреннего сгорания.

Особенностью предлагаемого двигателя является то, что он имеет четыре «мертвые» точки. Верхняя «мертвая» точка — при положении поршня в крайнем верхнем положении. Нижняя «мертвая» точка — при положении поршня в крайнем нижнем положении. Средняя-правая «мертвая» точка — при положении поршня в середине между крайними положениями, при этом кривошип коленвала повернут вправо на 90° от оси цилиндра. Средняя-левая «мертвая» точка при положении поршня в середине между крайними положениями, при этом кривошип коленвала повернут влево на 90° от оси цилиндра. Средние правая и левая «мертвые» точки показаны на Фиг.3 и 4. Прохождение «мертвых» точек работающего двигателя происходит за счет инерционных сил. На Фиг.5 показан момент прохождения средней-правой «мертвой» точки. Поршень двигается вниз, коленвал вращается вправо, эксцентрик вращается влево и проходит среднюю «мертвую» точку за счет инерционной силы 18 от поршня, ползуна, штока и эксцентрика.

Для прохождения средних «мертвых» точек неработающего двигателя, например в момент пуска двигателя, в ползуне установлены фиксаторы, которые состоят из роликов и пружин. Фиксаторы позволяют вращаться эксцентрику только в одну сторону. Для недопущения вращения коленвала в обратную сторону на картере в опоре коренной шейки коленвала установлены фиксаторы (см. Фиг.6), состоящие из роликов 19 и пружин 20.

Действие сил при прохождении средней-правой «мертвой» точки при пуске двигателя показано на Фиг.7. При пуске двигателя пусковое устройство сообщает коленвалу угловую скорость , при этом кривошип коленвала действует в точке А на эксцентрик с силой Р. Ролик 16 фиксирующего устройства, находящийся справа, тормозит эксцентрик 4 в точке В. Сила Р на плече L создает момент М, который вращает эксцентрик. Эксцентрик, вращаясь, двигается вниз, тянет за собой ползун, который через шток двигает поршень со скоростью v.

Действие сил при прохождении средней-левой «мертвой» точки при пуске двигателя показано на Фиг.8. При пуске двигателя пусковое устройство сообщает коленвалу угловую скорость , при этом кривошип коленвала действует в точке А на эксцентрик с силой Р. Ролик 16 фиксирующего устройства, находящийся слева, тормозит эксцентрик 4 в точке В. Сила Р на плече L создает момент М, который вращает эксцентрик. Эксцентрик, вращаясь, двигается вверх, тянет за собой ползун, который через шток двигает поршень со скоростью v.

Для прохождения средних «мертвых» точек в момент пуска двигателя (как вариант) на эксцентрике можно установить упор в виде зуба или штифта, а на картере сделать упор в виде выемки. Прохождение средней «мертвой» точки эксцентрика с упором, выполненным в форме зуба, показано на Фиг.9. Эвольвентный зуб 21 выполняется за одно целое с эксцентриком или изготавливается отдельной деталью и закрепляется на эксцентрике со стороны кривошипа. На картере выполнены напротив кривошипа в средней левой и правой «мертвых» точках две выемки 22 в форме впадин шестерен с внутренним зубчатым зацеплением. Д₁ — делительный диаметр для зуба. Д₂ — делительный диаметр впадин. Делительный диаметр зуба Д₁ равен половине диаметра Д₂ впадин.

На Фиг.10,а показано положение зуба эксцентрика в момент 15° до средней «мертвой» точки. На Фиг.10,б показано положение зуба эксцентрика в момент — 30° после средней мертвой точки поворота кривошипа коленвала.

На Фиг.11 упор эксцентрика выполнен в форме штифта 23, диаметр Д₁ равен половине диаметра Д₂, поэтому впадина 24 имеет форму цилиндрической галтели. При любом другом отношении диаметров Д₁ к Д₂ впадина будет иметь вид циклоиды.

Упоры в виде зубьев или штифтов можно разместить на картере, а впадины выполнить на эксцентрике.

Детали — поршень, поршневой палец, шток, палец штока, ползун — можно выполнить одной целой деталью, как у двигателей Баландина. Такая деталь показана на Фиг.12.

Работа предлагаемого двигателя не отличается от работы поршневого двигателя внутреннего сгорания с кривошипно-шатунным механизмом.

Двигатель может быть двухтактным или четырехтактным, может быть бензиновым или дизельным.

Отличительной особенностью предлагаемого бесшатунного двигателя является то, что он может быть рядным или оппозитным, а при выполнении двигателя четырехцилиндровым двигатель полностью уравновешен. Инерционные силы поршней, эксцентриков, ползунов соответственно попарно направлены друг к другу, поэтому взаимно компенсируются. Возникающий момент пары сил M₁ от поршней П1 и П2 компенсируется моментом М₂ от поршней П3 и П4 (см. Фиг.13).

Преимущество предлагаемого двигателя перед двигателем с кривошипно-шатунным механизмом — в уменьшении трения поршней о стенки цилиндров, в результате чего в несколько раз снижаются суммарные потери мощности на трение, значительно увеличивается коэффициент полезного действия, улучшается экономичность, повышается моторесурс.

Предлагаемый двигатель можно легко построить из автомобильного двигателя. Необходимо заменить коленвал автомобиля на коленвал с кривошипами с уменьшенным в два раза радиусами, в картере необходимо выполнить направляющие плоскости для ползунов. Установить ползуны с эксцентриками на кривошипы. В ползуны и в опору коленвала установить фиксаторы (шарики или ролики с пружинами).

Увеличение себестоимости изготовления двигателя окупается экономией топлива и увеличением ресурса по предварительным расчетам в два-три раза.

ссылок | Графен: новая парадигма в физике конденсированных сред и устройств

Фильтр поиска панели навигации Oxford AcademicГрафен: новая парадигма в физике конденсированных сред и физике устройствФизика конденсированных средКнигиЖурналы Термин поиска мобильного микросайта

Закрыть

Фильтр поиска панели навигации Oxford AcademicГрафен: новая парадигма в физике конденсированных сред и физике устройствФизика конденсированных средКнигиЖурналы Термин поиска на микросайте

Расширенный поиск

• Иконка Цитировать Цитировать

• Разрешения

• Делиться
  • Твиттер
  • Подробнее

CITE

‘Ссылки’

,

Графен: новая парадигма в физике конденсированных веществ и устройств

(

Oxford,

2013;

онлайн EDN,

Academan

, 23.

онлайн EDN,

, 23.

. 2014

), https://doi.org/,

, по состоянию на 25 января 2023 г.

Выберите формат Выберите format.ris (Mendeley, Papers, Zotero).enw (EndNote).bibtex (BibTex).txt (Medlars, RefWorks)

Закрыть

Фильтр поиска панели навигации Oxford AcademicГрафен: новая парадигма в физике конденсированных сред и физике устройствФизика конденсированных средКнигиЖурналы Термин поиска мобильного микросайта

Закрыть

Фильтр поиска панели навигации Oxford AcademicГрафен: новая парадигма в физике конденсированных сред и физике устройствФизика конденсированных средКнигиЖурналы Термин поиска на микросайте

Расширенный поиск

Тема

Физика конденсированного состояния

Скачать все слайды

Этот контент доступен только в формате PDF.

В настоящее время у вас нет доступа к этой главе.

Войти

Получить помощь с доступом

Получить помощь с доступом

Институциональный доступ

Доступ к контенту в Oxford Academic часто предоставляется посредством институциональных подписок и покупок. Если вы являетесь членом учреждения с активной учетной записью, вы можете получить доступ к контенту одним из следующих способов:

Доступ на основе IP

Как правило, доступ предоставляется через институциональную сеть к диапазону IP-адресов. Эта аутентификация происходит автоматически, и невозможно выйти из учетной записи с IP-аутентификацией.

Войдите через свое учреждение

Выберите этот вариант, чтобы получить удаленный доступ за пределами вашего учреждения. Технология Shibboleth/Open Athens используется для обеспечения единого входа между веб-сайтом вашего учебного заведения и Oxford Academic.

1. Нажмите Войти через свое учреждение.
2. Выберите свое учреждение из предоставленного списка, после чего вы перейдете на веб-сайт вашего учреждения для входа.
3. Находясь на сайте учреждения, используйте учетные данные, предоставленные вашим учреждением. Не используйте личную учетную запись Oxford Academic.
4. После успешного входа вы вернетесь в Oxford Academic.

Если вашего учреждения нет в списке или вы не можете войти на веб-сайт своего учреждения, обратитесь к своему библиотекарю или администратору.

Войти с помощью читательского билета

Введите номер своего читательского билета, чтобы войти в систему. Если вы не можете войти в систему, обратитесь к своему библиотекарю.

Члены общества

Доступ члена общества к журналу достигается одним из следующих способов:

Войти через сайт сообщества

Многие общества предлагают единый вход между веб-сайтом общества и Oxford Academic. Если вы видите «Войти через сайт сообщества» на панели входа в журнале:

1. Щелкните Войти через сайт сообщества.
2. При посещении сайта общества используйте учетные данные, предоставленные этим обществом. Не используйте личную учетную запись Oxford Academic.
3. После успешного входа вы вернетесь в Oxford Academic.

Если у вас нет учетной записи сообщества или вы забыли свое имя пользователя или пароль, обратитесь в свое общество.

Вход через личный кабинет

Некоторые общества используют личные аккаунты Oxford Academic для предоставления доступа своим членам. Смотри ниже.

Личный кабинет

Личную учетную запись можно использовать для получения оповещений по электронной почте, сохранения результатов поиска, покупки контента и активации подписок.

Некоторые общества используют личные аккаунты Oxford Academic для предоставления доступа своим членам.

Просмотр учетных записей, вошедших в систему

Щелкните значок учетной записи в правом верхнем углу, чтобы:

• Просмотр вашей личной учетной записи и доступ к функциям управления учетной записью.
• Просмотр институциональных учетных записей, предоставляющих доступ.

Выполнен вход, но нет доступа к содержимому

Oxford Academic предлагает широкий ассортимент продукции. Подписка учреждения может не распространяться на контент, к которому вы пытаетесь получить доступ. Если вы считаете, что у вас должен быть доступ к этому контенту, обратитесь к своему библиотекарю.

Ведение счетов организаций

Для библиотекарей и администраторов ваша личная учетная запись также предоставляет доступ к управлению институциональной учетной записью. Здесь вы найдете параметры для просмотра и активации подписок, управления институциональными настройками и параметрами доступа, доступа к статистике использования и т. д.

Покупка

Наши книги можно приобрести по подписке или приобрести в библиотеках и учреждениях.

Информация о покупке

INTED2022 Proceedings — Просмотр публикации

Всего: 1622. Начиная с 1201.

Материалы INTED2022

16-я Международная конференция по технологиям, образованию и развитию
Онлайн-конференция. 7–8 марта 2022 г.

ISBN: 978-84-09-37758-9
ISSN: 2340-1079
doi: 10.21125/inted.2022
Publisher: IATED

About the conference

DIGITAL TECHNOLOGIES AND RESOURCES FOR EFL TEACHING DURING THE LOCKDOWN

N. Baydikova, M. Krasilshchikova, M. Bychkova — INTED2022 Труды — страницы 7952-7957.

ВНЕДРЕНИЕ ИННОВАЦИОННЫХ И АКТИВНЫХ МЕТОДОВ ОБУЧЕНИЯ В КОМПЛЕКСНЫЙ ПРОЦЕСС ПРИОБРЕТЕНИЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ КОМПЕТЕНЦИЙ СТУДЕНТАМИ ТЕХНИЧЕСКИХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ0003

В. Стоффова — Материалы INTED2022 — стр. 7966-7972.

Соответствие знаний по высшему образованию в области промышленного инженерии и управления: опыт Erasmus+ IE3 Project

Covid 19 — Образовательное лидерство и инновации среди пандемии

компетенции для реализации отрасли 4.0: эмпирический анализ хрупкостей. PORTUGUESE WORKFORCE

РАБОТАЮЩИЕ И НЕРАБОТАЮЩИЕ СТУДЕНТЫ: ФИЗИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ И КАЧЕСТВО ЖИЗНИ

Р. Валенсуэла, Н. Кодина, Дж. В. Пестана — Материалы INTED2022 — стр. 7990-7994.

Переосмысление обучения на основе проектов посредством обратной связи со сверстниками: повышение вовлечения учащихся за счет наблюдения, выполнения и обучения

Шкала рейтинга для стандарта Южной Африки для принципиальности: развитие, полевые тестирование и моделирование

. РОДИТЕЛИ С ДЕТЬМИ ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА

Т. Кларк, Н. Браун, Х. Обри, К. Андерсон, Т. Джордан, Д. Хилл-Эли, Х. Суонсон, Э. Кэмерон — Материалы INTED2022 — страницы 8014-8020.

«ЧЕМПИОНАТ ПО АВТОНОМНЫМ РОБОТАМ ПО МИНИ-СУМО»: ИНТЕГРАЛЬНАЯ СТРАТЕГИЯ ОБУЧЕНИЯ В ПРЕПОДАВАНИИ ПО СТЕПЕНИ ТЕХНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ, ЭЛЕКТРОННОЙ И МЕХАТРОНИКИ

И. Валенсия-Салазар, Э. Паньялво-Лопес, Х.А. Mendoza-Sosa, CJ Murrieta-Baez — INTED2022 Proceedings — страницы 8021-8025.

ПОДДЕРЖКА БЛАГОПОЛУЧИЯ СТУДЕНТОВ И ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ В ПЕРИОД ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ – ПРИМЕР

Э. Лакома — INTED2022 Труды — стр. 8026-8030.

ШАГ В КИБЕРПРОСТРАНСТВО: ОПЫТ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ УЧИТЕЛЕЙ В ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ

ИГРА НАЧАЛАСЬ: ДОН КИХОТ В ПЕЩЕРЕ

М.А. Фернандес Сифуэнтес — Протоколы INTED2022 — стр. 8037 (только аннотация).

Аудиовизуальное создание с мобильными устройствами в университете во время COVID-19 Pandemic

«Дизайн подводного прототипа»: интегральная стратегия обучения в преподавании предметных дифференциальных уравнений в инженерной степени

I. Валенсия-салазар, Э. Пенья-Лопез. , Дж.А. Mendoza-Sosa, CJ Murrieta-Baez — INTED2022 Proceedings — страницы 8047-8051.