İrəlilənmənin Kənarında Qalan Qəribə Mühərrikllər

Vankel mühərriki, Stirlinq mühərriki və müxtəlif turbo güc qurğuları heç vaxt avtomobil sənayesinin əsas axarına daxil olmadı. Mazda-dan GM-ə, Mercedes-dən Volvo-ya qədər bir sıra tanınmış şirkətlər onlar üzərində onilliklər boyunca işlədi. Kiçik firmalar və fərdi ixtiraçılar da inadla çalışdı. Lakin məlum oldu ki, hər alternativ konstruksiyanın başlanğıcda gözlənilməyəndən qat-qat çox çatışmazlıqları var. Bu, qeyri-ənənəvi güc qurğularının inkişafının mümkün olmadığı anlamına gəlmir. Həvəskarlar müxtəlif ideyaları irəli sürməyə davam edir, biz isə bu yazıda indiyə qədər tikilmiş ən ekzotik mühərrik konsepsiyalarından bəzilərini araşdırırıq.

Bölünmüş Tsiklli Mühərrikllər: İki Silindr, Bir İş Zərbəsi

Bəzi mühərrik konstruktorları belə nəticəyə gəldi ki, silindr, piston, sürgü çubuğu və krank milindən ibarət klassik birləşmə yüz ildən artıq müddət ərzində özünü sübut etmişdir — daxili yanma mühəriklərinin təkmilləşdirilməsi üçün sıfırdan yenidən icad etmək deyil, yalnız müəyyən aspektləri tənzimləmək kifayətdir. Siyahımızdakı ilk nümunə Amerikan şirkəti Scuderi Group tərəfindən işlənib hazırlanmış mühərrikdir; o, klassik sorma, sıxma, iş zərbəsi və ixrac taktlarını saxlayır, lakin onları iki ayrı silindrə bölür:

• Soyuq (kompressor) silindri — sorma və sıxmanı həyata keçirir
• İsti (iş) silindri — iş zərbəsini və ixtacı həyata keçirir

İş silindirindəki qaz genişlənərkən soyuq, kompressor silindirində sorma taktu baş verir. İş silindiri ixrac edərkən kompressor silindri sıxır. Sıxma taktının sonunda hər iki piston yuxarı ölü nöqtələrinə yaxınlaşır, qarışıq keçid kanalı vasitəsilə soyuq silinddən isti silindirə keçir və alovlanır. Bu bölünmüş tsikl — əslində modifikasiya edilmiş Otto tsikli — 2006-cı ildə patentləşdirildi və 2009-cu ildə Scuderi Group pilot Scuderi Split Cycle Engine mühərrikini inşa etdi.

Kompressor və iş silindrləri fərqli diametr və piston zərbəsinə malik ola bilər ki, bu da mühərrik parametrlərini çevik şəkildə tənzimləməyə imkan verir — əlavə qaz genişlənməsi ilə Miller tsiklinin analoqu kimi fəaliyyət göstərir. Silindrlərin arasındakı kanala klapanlar və yüksək təzyiqli çəllək olan bir budaq əlavə edilsə, mühərrik frenlənmə zamanı enerji toplaya və sürətlənmə zamanı onu istifadə edə bilər. Lakin bir neçə ildir ki, Scuderi Group-un fəaliyyəti prototiplərlə və sərgi nümayişləri ilə məhdudlaşır. Real dünya səmərəliliyindəki artımlar konstruksiyanın xeyli mürəkkəbliyini hələ ki əsaslandırmır.

Xorvatiya şirkəti Paut Motor da bölünmüş iş tsiklinə müraciət etdi. Onların aralıqlı konstruksiyası bir neçə səbəbdən diqqəti cəlb etdi:

• Adi mühərriklərlə müqayisədə xeyli az hərəkət edən hissələr
• Aşağı sürtünmə itkiləri
• Azaldılmış iş səs-küyü
• Kompakt ölçülər: 7 litrlik həcmdə 500×440×440 mm
• Təxminən 135 kq çəki — eyni işçi həcmə malik ənənəvi mühərrikin çəkisinin təxminən yarısı

Krank qutusunda yağın olmaması xarici yağlama çəni tələb edir, lakin ixtiraçılar bunu qəbul edilə bilən müqabilə hesab etdilər. Bir neçə prototip tikildi, lakin son güc çıxışı rəsmi olaraq heç vaxt müəyyən edilmədi. Son prototip 2011-ci ildə yığıldı və layihə o vaxtdan bəri dayanıb.

Bonner İki Taktlı Mühərriki: Maksimum Mürəkkəblik, İddialı Hədəflər

Bonner iki taktlı mühərriki (sponsorun adı ilə adlandırılmış, Bonner Motor) 2006-cı ildə ABŞ-da Walter Schmid tərəfindən ixtira edilmişdir və mexaniki mürəkkəbliyini daha da irəliyə aparır. Paut Motor kimi, onun silindrləri X-konfiqurasiyasında düzülmüşdür və krank mili dişli sistem vasitəsilə planetar hərəkət edir. Əsas xüsusiyyətlər aşağıdakılardır:

• Qaz paylanması üçün silindr diblərindəki klapanlar və motor gövdəsindəki fırlanan şpindellli klapanlar
• Dəyişkən sıxma nisbəti təmin etmək üçün yağ təzyiqi altında bir qədər sürüşə bilən xarici pistonlar
• Əsas dizayn hədəfi kimi yüksək güc-çəki nisbəti

Nəzəriyyədə Bonner mühərriki inandırıcı görünür. Lakin praktikada layihədən illər ərzində heç bir əhəmiyyətli xəbər çıxmayıb — görünür, o, gözləntiləri ödəməyib.

Oxlu Mühərrikllər: Revolver Kimi Düzülmüş Silindrllər

Digər ixtiraçılar daxili yanma mühəriklərinin iş tsiklarını olduğu kimi saxladı, lakin onun komponentlərinin fiziki düzülüşünü yenidən təsəvvür etdi. Yüz ildən artıqdır mövcud olan oxlu mühərrikllər bunun bariz nümunəsidir. Onlar detallarla fərqlənir, lakin ümumi bir prinsipi paylaşır: silindrllər çıxış mili ilə koaksial olaraq revolver barabanındakı patronlar kimi düzülmüşdür. Müxtəlif mexanizmlər — məsələn, maili sancaqlar və konik yuyucular — pistonların irəli-geri hərəkətini mil fırlanmasına çevirir.

Yeni Zelandiyadan Duke Engines layihəsi diqqətəlayiq bir növdür: 3 litrlik həcmə malik beş silindirli, dörd taktlı oxlu mühərrik. Eyni həcmli ənənəvi mühərrikllə müqayisədə Duke qurğusu aşağıdakıları təklif etdi:

• 19% aşağı çəki
• 36% daha kompakt yerləşmə
• Avtomobil, dəniz və aviasiya sektorlarında çoxşaxəli tətbiq potensialı

Geniş yayılması barədə iddialı vədlər verildi — lakin dünyanı fəth etmək xəyalları xəyal olaraq qaldı.

Kanada şirkəti Reg Technologies-in RadMax mühərriki oxlu konsepsiyanı daha da inkişaf etdirir. Ayrı-ayrı silindrllər əvəzinə, ümumi barabanın daxilində nazik ləvhələr vasitəsilə bir düzinə bölmə yaradılır. Rotorda olan yuvalara yerləşdirilmiş lövhələr rotor fırlandıqca onlar boyunca hərəkət edir, barabanın uclarındakı əyri səthllər ləvhə trayektoriyalarını müəyyənləşdirir və qaz mübadiləsini idarə edir. Diqqətəlayiq xarakteristikalar:

• Bir neçə yanacaq növü ilə uyğun olsa da, dizel ilkin diqqət mərkəzindəydi
• 2003-cü il prototipi həm diametr, həm uzunluqda cəmi 152 mm ölçüsündə idi, lakin 42 at gücü istehsal etdi — eyni ölçüdəki adi mühərrikdən çox daha çox
• Sonrakı prototiplər rəvayətə görə 127 at gücü və 380 at gücünə çatdı

Bu ümidverici rəqəmlərə baxmayaraq, bütün RadMax fəaliyyəti eksperimental mərhələdə qalmağa davam edir.

Toroidal Mühərrikllər: Silindr Donata Çevrildikdə

Artıq mövcud olmayan Kanada şirkəti VGT Technologies-dən VGT Mühərriki (Dəyişən Həndəsəli Toroidal Mühərrik) nəzəriyyənin praktikadan üstün gəldiyi başqa bir nümunədir. İlk dəfə 2005-ci ildə sınaqdan keçirilən bu mühərrik adi silindri toroid — içindəki bir cüt pistonu olan rotoru fırlanan donut formalı kamera — ilə əvəz edir.

Pistonlar üçün kəsikli nazik paylaşdırma diski qayış ötürücüsü vasitəsilə toroid boyunca fırlanır, sıxma və iş zərbəsi zamanı yanacaq-hava qarışığını məhdudlaşdırır. 2009-cu ildə Amerikalı sahibkarlar Gary Kelley və Rick Ivas müstəqil olaraq Kanada konstruksiyasını yaxından əks etdirən bir toroidal mühərrik hazırladılar. Onların hesablamalarına görə, yarım metr diametrli toroid aşağıdakıları təmin edərdi:

• 230 at gücü
• Təxminən 1.000 N·m fırlanma momenti
• Hamısı cəmi 1.050 dövr/dəq-də

Onların şirkəti Garric Engines hazırda saytında yalnız bir stub mesajı göstərir: “Marağınız üçün təşəkkür edirik. Səhifə gələcəkdə yenilənə bilər.”

Nutasiya Mühərriki: Pistonlar Əvəzinə Fırlanan Disklər

2006-cı ildə Amerikalı Leonard Meyer tərəfindən ixtira edilmiş nutasiya mühərrikini bir qədər daha ümidverici tale gözləyə bilər — ən azından bir neçə işlək nüsxəsi tikilmişdir. Ad latın dilindəki nutatio (baş əymə və ya titrəmə) sözündən gəlir. Meyer-in konstruksiyası motor gövdəsi ilə bir yana nutasiya edən (titrəyən) disk arasında dəyişkən həcmli dörd iş kamerası yaradır; disk piston kimi fəaliyyət göstərir. Disk diametr boyunca yarıya bölünür və Z-formalı çıxış milinə taxılır, gövdədəki kanallar və klapanlar isə qaz mübadiləsini idarə edir.

Prototiplər Baker Engineering və onun bacı şirkəti Kinetic BEI tərəfindən tikildi, təsiredici nəticələrlə:

• Tək 102 mm disk: 7 at gücü
• İkili 203 mm disklər: 120 at gücü
• İki diskli mühərrik ölçüləri: 500 mm uzunluq, 300 mm diametr, 3,8 litrlik həcm
• Güc-çəki nisbəti: 2,5–3 at gücü/kq — kütləvi istehsal edilmiş atmosfer mühəriklərinin 1–2 at gücü/kq-ına qarşı

Litrəspesifik çıxış daha az təsiredici, lakin güc sıxlığı diqqətəlayiqdir. Baker və Kinetic konstruksiyanı təkmilləşdirməyə davam edir kimi görünür, lakin saytlarındakı fəaliyyət məhdud qalır.

LiquidPiston: Vankel Mühərriki İçindən Çevrilmiş

Fırlanma mühərriki konsepsiyaları tanış piston-silindr düzülüşündən uzaqlaşmaq özlüyündə daha yaxşı performans vəd edir kimi, innovatorları cəzb etməyə davam edir. Sovet mühəndisi olan və ABŞ-a köçmüş Nikolay Şkolnik, oğlu Aleksandr ilə birlikdə Vankel mühərrikinə bənzər — lakin içindən çevrilmiş — bir mühərrik hazırladı. Fıstıq formalı rotor üçbucaqlı kamera içərisində fırlanır — Vankel ilə eyni əsas həndəsə — lakin əsas fərq ondadır ki, contalar rotordan deyil, kamera divarlarından bərkidilmişdir.

Şkolniklər konsepsiyanı inkişaf etdirmək üçün LiquidPiston-u qurdular və aşağıdakı sahələrdə potensial istifadə üçün DARPA-dan birgə maliyyə cəlb etdilər:

• Yüngül təyyarə və dronlar
• Portativ elektrik generatorları
• Hibrid nəqliyyat vasitəsi güc qatarları

23 sm³-lik prototip artıq 20% istilik səmərəliliyi əldə edir — həmin həcm sinfi üçün təsiredici. Komanda hazırda təxminən 13 kq çəkisi olan və 40 at gücü istehsal edən, proqnozlaşdırılan istilik səmərəliliyi 45%-ə çatan bir dizel prototipini hədəf alır.

Yellənən Piston Mühərriki: Kvadratlaşma

İcmalımızdakı son mühərrik yastı, kompakt qurğunun cazibəsinin real olduğunu — və rotorların buna nail olmağın yeganə yolu olmadığını sübut edir. Pivotal Engineering-in yellənən piston mühərriki sadəcə olaraq ənənəvi pistonu dörd bucaqlı edir, silindri yuxarıdan görünüşdə düzbucaqlı şəklə salır. Bu iki taktlı konstruksiya bir neçə ildir mövcuddur; bu müddət ərzində bir sıra prototiplər həm motosikletlərə, həm də təyyarələrə güc verdi.

Şirkət əsasən aviasiya tətbiqlərini hədəf alır və konstruksiya bəzi həqiqi üstünlüklər təklif edir:

• Yüksək çıxış-çəki və çıxış-ölçü nisbətləri
• Pistonun sabit oxundan keçən maye soyutma kanalı sayəsində mükəmməl məcburi yükləmə potensialı — adi mühərrik arxitekturalarında əldə edilməsi çətin bir nailiyyət
• Kvadrat rotor çox nazik hazırlana biləcəyindən yastı forma faktoru

Bilinməyə Dəyər Digər Ekzotik Mühərrik Konsepsiyaları

Burada əhatə edilənlərdən kənarda çoxlu diqqətəlayiq ekzotik mühərrik konstruksiyaları mövcuddur. Bir neçə fəxri qeyd:

• 12 rotorlu Vankel mühərriki — Mazda-nın fırlanma konsepsiyasını həddindən artıq inkişaf etdirmək
• Knight qılıf klapanlı mühərriki — bir əsr əvvəl müxtəsər müddət üçün yüksüklü klapanla rəqabət aparan konstruksiya
• Əks pistonlu mühərrikllər — silindr başlığı olmadan, tək silindri paylaşan iki piston
• Dəyişkən sıxma nisbətli mühərrikllər — yük şəraitlərində səmərəliliyi optimallaşdırmaq üçün sıxmanın real vaxt rejimində tənzimlənməsinə imkan verən
• Beş taktlı mühərrikllər — yanma qazlarından daha çox iş çıxarmaq üçün xüsusi genişlənmə silindiri əlavə etmək
• Fırlanan qanadlı mühərrikllər — rotor komponentlərinin yaxınlaşan və uzaqlaşan qayçı ləvhələri kimi hərəkət etdiyi

Alternativ Mühərrikllər Niyə Kütləvi İstehsala Çatmır?

Qeyri-ənənəvi daxili yanma mühərriki konstruksiyalarına qısa nəzər belə qəribə bir nümunəni ortaya qoyur: onlarla ağıllı ideya, çox az sayda istehsal nəqliyyat vasitəsi. Təkrarlanan maneələr ardıcıl olaraq eynidir:

• Conta aşınması — fırlanma konstruksiyaları tez-tez zamanla ucqar conta deqradasiyasına görə uğursuz olur
• Dəyişkən mexaniki yüklər — fırlanan qanadlı konsepsiyalar qanad-mil bağlantısında yorğunluqdan əziyyət çəkir
• İstehsal mürəkkəbliyi — ekzotik həndəsələr miqyasda istehsal etmək üçün bahalı və çətindir
• Etibarlılıq və uzunömürlülük — qeyri-ənənəvi mühərrikllər nadir hallarda 100+ il ərzində təkmilləşdirilmiş ənənəvi piston mühəriklərinin davamlılıq rekorduna cavab verir

Alternativ mühərriklərin mübarizə aparmasının ikinci səbəbi odur ki, ənənəvi daxili yanma mühərriki texnologiyası yerində durmayıb. Miller tsiklindən istifadə edən ən son benzin mühərrikllər hətta turbosarjersiz belə 40%-ə qədər istilik səmərəliliyi əldə edir — çox əhəmiyyətli bir rəqəm; nəzərə alsaq ki, əksər benzin mühərrikllər cəmi 20–30%, dizel mühərrikllər isə 30–40% (böyük dəniz dizellərinin 50%-ə qədər çatması ilə) əldə edir.

Ən əsası isə, daxili yanma mühərrikinə qlobal alternativ artıq gəlib: elektrik mühərrikllər və yanacaq elementi güc qurğuları. Bu ekzotik marağı çəkən şeylərin arxasındakı ixtiraçılar texniki problemlərini çox tezliklə həll etməsə, artıq onları gözləyən bir bazarın olmadığını görə bilərlər — elektrik nəqliyyat vasitələri yolu artıq tutmuş olacaq.

Bu bir tərcümədir. Orijinalı burada oxuya bilərsiniz: https://www.drive.ru/technic/57769ed4ec05c4745f00009b.html