Տարօրինակ շարժիչներ՝ խրված առաջընթացի եզրին

Վանկելի շարժիչը, Ստիռլինգի շարժիչը և տուրբոհզորության տարբեր տիպի ագրեգատները երբեք չմտան ավտոմոբիլային հիմնահոսանք։ Մի շարք հայտնի ընկերություններ՝ Mazda-ից մինչև GM, Mercedes-ից մինչև Volvo, տասնամյակներ շարունակ աշխատել են դրանց վրա։ Փոքր ֆիրմաներն ու առանձին գյուտարարները նույնպես համառ էին։ Սակայն պարզվեց, որ յուրաքանչյուր այլընտրանքային նախագիծ ի սկզբանե սպասվածից շատ ավելի շատ թակարդներ էր թաքցնում։ Դա չի նշանակում, որ ոչ ստանդարտ հզորության ագրեգատների մշակումն անհնար է։ Էնտուզիաստները շարունակում են առաջ մղել տարբեր գաղափարներ, և այստեղ մենք քննում ենք երբևէ ստեղծված ամենաէկզոտիկ շարժիչային հայեցակարգերից մի քանիսը։

Բաժանված ցիկլով շարժիչներ. երկու մխոց, մեկ աշխատանքային ընթացք

Որոշ շարժիչաշինիչներ եզրակացրին, որ ցիլինդրի, մխոցի, շատունի և ծնկաձև լիսեռի դասական համակցությունն ապացուցել է իրեն ավելի քան մեկ դար շարունակ, և որ ներքին այրման շարժիչների կատարելագործումը պահանջում է միայն որոշակի կողմերի ճշգրտում, այլ ոչ թե զրոյից նորից հնարում։ Մեր ցանկում առաջին օրինակը ամերիկյան Scuderi Group ընկերության մշակած շարժիչն է, որը պահպանում է ներծծման, սեղմման, աշխատանքային և արտանետման դասական ընթացքները, սակայն դրանք բաժանում է երկու առանձին ցիլինդրների միջև․

• Սառը (կոմպրեսորային) ցիլինդր՝ իրականացնում է ներծծումն ու սեղմումը
• Տաք (աշխատանքային) ցիլինդր՝ իրականացնում է աշխատանքային ընթացքն ու արտանետումը

Մինչ գազն ընդարձակվում է աշխատանքային ցիլինդրում, սառը՝ կոմպրեսորային ցիլինդրում տեղի է ունենում ներծծման ընթացք։ Երբ աշխատանքային ցիլինդրն արտանետում է, կոմպրեսորային ցիլինդրը սեղմում է։ Սեղմման ընթացքի վերջում երկու մխոցներն էլ մոտենում են իրենց վերին մեռյալ կետերին, խառնուրդը սառը ցիլինդրից շրջանցող ալիքով անցնում է տաք ցիլինդր և բռնկվում։ Այս բաժանված ցիկլը, որն ըստ էության Օտտոյի ձևափոխված ցիկլն է, արտոնագրվել է 2006 թվականին, իսկ 2009-ին Scuderi Group-ը կառուցեց փորձնական Scuderi Split Cycle Engine-ը։

Կոմպրեսորային և աշխատանքային ցիլինդրները կարող են ունենալ տարբեր տրամագծեր և մխոցի ընթացքներ, ինչը հնարավորություն է տալիս ճկունորեն կարգավորել շարժիչի պարամետրերը՝ գործելով որպես Միլլերի ցիկլի անալոգ՝ գազի լրացուցիչ ընդարձակմամբ։ Ցիլինդրների միջև եղած ալիքին ավելացրեք կափույրներով ճյուղ և բարձր ճնշման բալոն, և շարժիչը կկարողանա էներգիա կուտակել արգելակման ժամանակ ու բաց թողնել արագացման ընթացքում։ Սակայն մի շարք տարիներ Scuderi Group-ի գործունեությունը սահմանափակվել է նախատիպերով ու ցուցահանդեսային ելույթներով։ Իրական արդյունավետության շահույթը դեռ չի արդարացրել նախագծի զգալի բարդությունը։

Խորվաթական Paut Motor ընկերությունը նույնպես դիմեց բաժանված աշխատանքային ցիկլին։ Նրանց բացված կոնստրուկցիան ուշադրություն գրավեց մի քանի պատճառով․

• Սովորական շարժիչներից զգալիորեն ավելի քիչ շարժական մասեր
• Շփման ավելի ցածր կորուստներ
• Աշխատանքային աղմուկի նվազում
• Կոմպակտ չափեր՝ 500×440×440 մմ՝ 7-լիտրանոց ծավալով
• Մոտավորապես 135 կգ քաշ՝ նույն աշխատանքային ծավալով ավանդական շարժիչի մոտ կեսը

Կարտերում յուղի բացակայությունն իսկապես պահանջում է արտաքին քսման բաք, սակայն գյուտարարները դա համարեցին ընդունելի փոխզիջում։ Կառուցվեցին մի քանի նախատիպեր, թեև վերջնական հզորությունը երբեք պաշտոնապես չորոշվեց։ Վերջին նախատիպը հավաքվեց 2011 թվականին, և նախագիծն այդ ժամանակվանից կանգ է առել։

Bonner-ի երկհարված շարժիչը. առավելագույն բարդություն, հավակնոտ նպատակներ

Bonner-ի երկհարված շարժիչը (անվանված իր հովանավորի՝ Bonner Motor-ի պատվին) հնարվել է 2006 թվականին Միացյալ Նահանգներում Վալտեր Շմիդի կողմից և մեխանիկական բարդությունն էլ ավելի առաջ է մղում։ Paut Motor-ի նման՝ նրա ցիլինդրները դասավորված են X-աձև կոնֆիգուրացիայով, իսկ ծնկաձև լիսեռը ատամնավոր համակարգի միջոցով կատարում է մոլորակային շարժում։ Հիմնական առանձնահատկություններն են․

• Ցիլինդրների հատակներում տեղադրված կափույրներ և շարժիչի կորպուսում պտտվող կոճ-կափույրներ՝ գազաբաշխման համար
• Արտաքին մխոցներ, որոնք յուղի ճնշման տակ կարող են փոքր-ինչ տեղաշարժվել՝ ապահովելով սեղմման փոփոխական աստիճան
• Հզորություն-քաշ բարձր հարաբերակցությունը՝ որպես նախագծման հիմնական նպատակ

Տեսականորեն Bonner-ի շարժիչը գրավիչ տեսք ունի։ Գործնականում, սակայն, տարիներ շարունակ նախագծի մասին որևէ նշանակալի լուր չի հայտնվել. ըստ երևույթին, այն չի արդարացրել սպասելիքները։

Առանցքային շարժիչներ. ցիլինդրները դասավորված՝ ատրճանակի պես

Այլ գյուտարարներ պահպանեցին ներքին այրման շարժիչի աշխատանքային ցիկլերն անփոփոխ, սակայն վերաիմաստավորեցին նրա բաղադրիչների ֆիզիկական դասավորությունը։ Առանցքային շարժիչները, որոնք գոյություն ունեն ավելի քան մեկ դար, վառ օրինակ են։ Դրանք տարբերվում են մանրամասներով, բայց ունեն ընդհանուր սկզբունք. ցիլինդրները դասավորված են ատրճանակի թմբուկում փամփուշտների պես՝ ելքային լիսեռի հետ համառանցք։ Տարբեր մեխանիզմներ, ինչպիսիք են թեք ձողերն ու կոնաձև տափօղակները, մխոցների վերադարձ-փոխադարձ շարժումը վերածում են լիսեռի պտույտի։

Նոր Զելանդիայից Duke Engines նախագիծը նշանավոր տարատեսակներից մեկն է՝ հնգցիլինդրանի, քառահարված առանցքային շարժիչ՝ 3-լիտրանոց աշխատանքային ծավալով։ Նույն հզորության սովորական շարժիչի համեմատ՝ Duke ագրեգատն առաջարկում էր․

• 19%-ով ավելի ցածր քաշ
• 36%-ով ավելի կոմպակտ կառուցվածք
• Կիրառման բազմակողմանի ներուժ՝ ավտոմոբիլային, ծովային և ավիացիոն ոլորտներում

Հավակնոտ խոստումներ տրվեցին դրա համատարած ընդունման մասին, սակայն աշխարհը նվաճելու երազանքները մնացին երազանք։

Կանադական Reg Technologies ընկերության RadMax շարժիչը առանցքային հայեցակարգն էլ ավելի առաջ է տանում։ Առանձին ցիլինդրների փոխարեն ընդհանուր թմբուկի ներսում բարակ թիթեղների միջոցով ձևավորվում են մեկ տասնյակ խցեր։ Ռոտորի անցքերում տեղադրված թիթեղները շարժվում են դրանց երկայնքով, մինչ ռոտորը պտտվում է, իսկ թմբուկի ծայրերին գտնվող կորացած մակերեսները սահմանում են թիթեղների հետագծերն ու վերահսկում գազափոխանակությունը։ Նշանավոր բնութագրեր․

• Համատեղելի վառելիքի բազմաթիվ տեսակների հետ, թեև սկզբնական շեշտը դրվել էր դիզելի վրա
• 2003 թվականի նախատիպը տրամագծով և երկարությամբ ընդամենը 152 մմ էր, սակայն արտադրում էր 42 ձիաուժ՝ համարժեք չափի սովորական շարժիչից շատ ավելի
• Հետագա նախատիպերը, ըստ հաղորդումների, հասել են 127 ձ/ու և 380 ձ/ու

Չնայած այս խոստումնալից ցուցանիշներին՝ RadMax-ի ողջ գործունեությունը, ըստ երևույթին, մնում է փորձարարական փուլում։

Տորոիդային շարժիչներ. երբ ցիլինդրը դառնում է բլիթ

Այժմ արդեն գոյություն չունեցող կանադական VGT Technologies ընկերության VGT Engine-ը (Variable Geometry Toroidal Engine՝ Փոփոխական երկրաչափությամբ տորոիդային շարժիչ) ևս մեկ դեպք է, երբ տեսությունը գերազանցում է գործնականը։ Առաջին անգամ փորձարկվելով 2005 թվականին՝ շարժիչը սովորական ցիլինդրը փոխարինում է տորոիդով՝ բլիթաձև խցով, որի ներսում պտտվում է զույգ ամրացված մխոցներով ռոտորը։

Մխոցների համար արված կտրվածքով բարակ բաշխիչ սկավառակը գոտեփոխանցման միջոցով պտտվում է տորոիդով՝ սահմանափակելով վառելիք-օդ խառնուրդը սեղմման ու աշխատանքային ընթացքի ժամանակ։ 2009 թվականին ամերիկացի ձեռնարկատերեր Գարի Քելլին և Ռիկ Այվասն ինքնուրույն մշակեցին տորոիդային շարժիչ, որը մոտիկից կրկնում էր կանադական նախագիծը։ Նրանց հաշվարկները ենթադրում էին, որ կես մետր տրամագծով տորոիդը կապահովեր․

• 230 ձիաուժ
• Մոտավորապես 1000 Ն·մ ոլորող մոմենտ
• Ընդամենը 1050 պտ/րոպեում

Նրանց Garric Engines ընկերությունն այժմ իր կայքում ցուցադրում է միայն հակիրճ հաղորդագրություն․ «Շնորհակալություն հետաքրքրության համար։ Էջը կարող է թարմացվել ապագայում»։

Նուտացիոն շարժիչը. պտտվող սկավառակներ՝ մխոցների փոխարեն

Մի փոքր ավելի խոստումնալից ճակատագիր կարող է սպասել ամերիկացի Լեոնարդ Մեյերի կողմից 2006 թվականին հնարված նուտացիոն շարժիչին. համենայն դեպս կառուցվել են մի քանի աշխատող օրինակ։ Անվանումը ծագում է լատիներեն nutatio-ից (գլխով անելը կամ օրորվելը)։ Մեյերի նախագիծը ձևավորում է փոփոխական ծավալի չորս աշխատանքային խցեր՝ շարժիչի կորպուսի և կողք-կողքի նուտացիա կատարող (օրորվող) սկավառակի միջև, որը գործում է որպես մխոց։ Սկավառակը կիսված է իր տրամագծով և հագցված է Z-աձև ելքային լիսեռին, իսկ կորպուսում եղած ալիքներն ու կափույրները կառավարում են գազափոխանակությունը։

Նախատիպերը կառուցվել են Baker Engineering-ի և նրա քույր ընկերության՝ Kinetic BEI-ի կողմից՝ տպավորիչ արդյունքներով․

• Մեկ 102 մմ սկավառակ՝ 7 ձ/ու
• Կրկնակի 203 մմ սկավառակներ՝ 120 ձ/ու
• Երկսկավառականի շարժիչի չափերը՝ 500 մմ երկարություն, 300 մմ տրամագիծ, 3.8-լիտրանոց աշխատանքային ծավալ
• Հզորություն-քաշ հարաբերակցություն՝ 2.5–3 ձ/ու/կգ՝ զանգվածային արտադրության բնական ներծծմամբ շարժիչների 1–2 ձ/ու/կգ-ի դիմաց

Տեսակարար լիտրային հզորությունը պակաս տպավորիչ է, սակայն հզորության խտությունը նշանավոր է։ Baker-ն ու Kinetic-ը, ըստ երևույթին, կատարելագործում են նախագիծը, թեև նրանց կայքերում գործունեությունը մնում է սահմանափակ։

LiquidPiston. Վանկելի շարժիչը՝ շրջված ներսից դուրս

Ռոտորային շարժիչի հայեցակարգերը շարունակում են հմայել նորարարներին, կարծես ծանոթ մխոց-ցիլինդր դասավորությունից հեռանալն ի սկզբանե խոստանում է ավելի լավ արդյունավետություն։ Նիկոլայ Շկոլնիկը՝ Միացյալ Նահանգներ տեղափոխված նախկին խորհրդային ինժեները, և նրա որդին՝ Ալեքսանդրը, մշակեցին շարժիչ, որը հիշեցնում է ներսից դուրս շրջված Վանկելի շարժիչ։ Գետնանուշաձև ռոտորը պտտվում է եռանկյունաձև խցի ներսում՝ նույն հիմնական երկրաչափությունը, ինչ Վանկելինը, սակայն, ի տարբերություն վերջինիս, խտացուցիչներն ամրացված են խցի պատերին, այլ ոչ թե ռոտորին։

Շկոլնիկները հիմնեցին LiquidPiston-ը՝ հայեցակարգը մշակելու համար՝ ներգրավելով DARPA-ի համաֆինանսավորումը՝ հնարավոր կիրառման համար․

• Թեթև ինքնաթիռներ և անօդաչու սարքեր
• Շարժական էներգագեներատորներ
• Հիբրիդային մեքենաների շարժակորտեր

23 սմ³ նախատիպն արդեն հասնում է 20% ջերմային արդյունավետության՝ տպավորիչ ցուցանիշ այդ աշխատանքային ծավալի դասի համար։ Թիմն այժմ նպատակ ունի ստեղծել մոտ 13 կգ քաշով դիզելային նախատիպ, որը կարտադրի 40 ձ/ու՝ ջերմային արդյունավետության կանխատեսվող աճով մինչև 45%։

Ճոճվող մխոցով շարժիչը. քառակուսանալով

Մեր ակնարկի վերջին շարժիչն ապացուցում է, որ հարթ, կոմպակտ ագրեգատի գրավչությունն իրական է, և որ ռոտորները դրան հասնելու միակ ճանապարհը չեն։ Pivotal Engineering-ի ճոճվող մխոցով շարժիչը պարզապես քառակուսացնում է ավանդական մխոցը՝ վերևից նայելիս ցիլինդրը դարձնելով ուղղանկյուն։ Այս երկհարված նախագիծը գոյություն ունի մի քանի տարի, որի ընթացքում մի շարք նախատիպեր հզորություն են հաղորդել ինչպես մոտոցիկլետներին, այնպես էլ ինքնաթիռներին։

Ընկերությունն առաջին հերթին ուղղված է ավիացիոն կիրառություններին, և նախագիծն առաջարկում է մի շարք իրական առավելություններ․

• Հզորություն-քաշ և հզորություն-չափ բարձր հարաբերակցություններ
• Հարկադիր լիցքավորման գերազանց ներուժ՝ ապահովված մխոցի անշարժ առանցքով անցնող հեղուկ հովացման ալիքով՝ դժվար հասանելի սխրանք սովորական շարժիչների ճարտարապետություններում
• Հարթ ձևաչափ, քանի որ քառակուսի ռոտորը կարելի է դարձնել շատ բարակ

Այլ էկզոտիկ շարժիչային հայեցակարգեր, որ արժե իմանալ

Կան բազմաթիվ ուշագրավ էկզոտիկ շարժիչային նախագծեր՝ այստեղ ներկայացվածներից դուրս։ Մի քանի պատվավոր հիշատակում․

• 12-ռոտորանի Վանկելի շարժիչ՝ Mazda-ի ռոտորային հայեցակարգը հասցնելով ծայրահեղության
• Նայթի թևապատյանով կափույրով շարժիչ՝ դարավոր նախագիծ, որը կարճ ժամանակ մրցակցեց սնկաձև կափույրի հետ
• Հակադիր մխոցներով շարժիչներ՝ մեկ ցիլինդր կիսող երկու մխոց՝ առանց ցիլինդրի գլխիկի
• Սեղմման փոփոխական աստիճանով շարժիչներ՝ թույլ տալով սեղմման իրական ժամանակում կարգավորում՝ բեռնվածության պայմաններում արդյունավետությունն օպտիմալացնելու համար
• Հնգհարված շարժիչներ՝ ավելացնելով ընդարձակման հատուկ ցիլինդր՝ այրման գազերից ավելի շատ աշխատանք քաղելու համար
• Ռոտորաթիթեղային շարժիչներ՝ որտեղ ռոտորի բաղադրիչները շարժվում են մոտեցող ու հեռացող մկրատի շեղբերի պես

Ինչո՞ւ այլընտրանքային շարժիչները չեն հասնում զանգվածային արտադրության

Ոչ ստանդարտ ներքին այրման շարժիչների նախագծերի նույնիսկ համառոտ ակնարկը բացահայտում է ապշեցուցիչ օրինաչափություն․ տասնյակ խելացի գաղափարներ, շատ քիչ արտադրական մեքենաներ։ Կրկնվող խոչընդոտները հետևողական են․

• Խտացուցիչների մաշվածություն՝ ռոտորային նախագծերը հաճախ խափանվում են ժամանակի ընթացքում գագաթային խտացուցիչների քայքայման պատճառով
• Փոփոխական մեխանիկական բեռնվածություններ՝ ռոտորաթիթեղային հայեցակարգերը տառապում են թիթեղ-լիսեռ միացման մասում հոգնածությունից
• Արտադրման բարդություն՝ էկզոտիկ երկրաչափությունները թանկ են և դժվար արտադրելի մեծ ծավալներով
• Հուսալիություն և երկարակեցություն՝ ոչ ստանդարտ շարժիչները հազվադեպ են համապատասխանում ավելի քան 100 տարի կատարելագործված ավանդական մխոցային շարժիչների ամրության ցուցանիշներին

Այլընտրանքային շարժիչների դժվարությունների երկրորդ պատճառն այն է, որ սովորական ներքին այրման շարժիչի տեխնոլոգիան տեղում չի կանգնել։ Միլլերի ցիկլն օգտագործող վերջին բենզինային շարժիչները հասնում են մինչև 40% ջերմային արդյունավետության՝ նույնիսկ առանց տուրբոլիցքավորման՝ ուշագրավ ցուցանիշ՝ հաշվի առնելով, որ բենզինային շարժիչների մեծ մասը հասնում է միայն 20–30%-ի, իսկ դիզելային շարժիչները՝ 30–40%-ի (խոշոր ծովային դիզելները հասնում են մինչև 50%)։

Ամենակարևորը՝ ներքին այրման շարժիչի համաշխարհային այլընտրանքն արդեն եկել է․ էլեկտրաշարժիչներ և վառելիքային տարրերով հզորության ագրեգատներ։ Եթե այս էկզոտիկ հետաքրքրասիրությունների հետևում կանգնած գյուտարարները շատ շուտով չլուծեն իրենց տեխնիկական մարտահրավերները, նրանք կարող են պարզել, որ իրենց սպասող շուկա այլևս չկա. էլեկտրամոբիլներն արդեն կզբաղեցնեն ճանապարհը։

Սա թարգմանություն է։ Բնագիրը կարող եք կարդալ այստեղ․ https://www.drive.ru/technic/57769ed4ec05c4745f00009b.html