Прогресстин четинде калган өзгөчө кыймылдаткычтар

Ванкел кыймылдаткычы, Стирлинг кыймылдаткычы жана ар кандай турбокуч агрегаттары автомобиль өнөр жайынын негизги агымына кирген эмес. Mazda’дан GM’ге, Mercedes’тен Volvo’го чейин бир катар белгилүү компаниялар ондогон жылдар бою алар менен иштешкен. Кичине фирмалар жана жеке ойлоп табуучулар да аракетин улантышты. Бирок, ар бир альтернативдүү конструкциянын алгач күтүлгөндөн да алда канча көп кемчиликтери бар экени белгилүү болду. Бул конвенционалдык эмес кыймылдаткычтарды иштеп чыгуу мүмкүн эмес дегенди билдирбейт. Энтузиасттар ар кандай идеяларды алга сүрүп жатышат жана бул жерде биз курулган эң экзотикалык кыймылдаткыч концепцияларынын кээ бирлерин карайбыз.

Бөлүнгөн Циклдик Кыймылдаткычтар: Эки Цилиндр, Бир Жумуш Тактысы

Кээ бир кыймылдаткыч конструкторлору классикалык цилиндр, поршень, шатун жана коленвалды айкалыштыруу жүз жылдан ашык убакыт бою өзүн далилдеп келгенин жана ички жану кыймылдаткычтарын жакшыртуу үчүн нөлдөн баштап кайра ойлоп табуунун ордуна айрым аспектилерин гана өзгөртүү жетиштүү деп тыянак чыгарышты. Биздин тизмедеги биринчи мисал — классикалык суу алуу, сыгуу, жумуш жана чыгарып салуу тактарын сактап, бирок аларды эки өзүнчө цилиндрге бөлгөн АКШнын Scuderi Group компаниясы иштеп чыккан кыймылдаткыч:

• Муздак (компрессордук) цилиндр — суу алуу жана сыгууну аткарат
• Ысык (жумушчу) цилиндр — жумуш тактысын жана чыгарып салууну аткарат

Жумушчу цилиндрде газ кеңейип жатканда, муздак компрессордук цилиндрде суу алуу тактысы жүрүп жатат. Жумушчу цилиндр чыгарып жатканда, компрессордук цилиндр сыгат. Сыгуу тактысынын аягында эки поршень тең жогорку өлүк чекиттерине жакындайт, аралашма муздак цилиндрден ысык цилиндрге байланыш каналы аркылуу өтөт жана тутандырылат. Бул бөлүнгөн цикл — негизинен өзгөртүлгөн Отто цикли — 2006-жылы патенттелген, ал эми 2009-жылы Scuderi Group пилоттук Scuderi Split Cycle Engine кыймылдаткычын куруп чыккан.

Компрессордук жана жумушчу цилиндрлердин диаметри жана поршень жүрүштөрү ар кандай болушу мүмкүн, бул кыймылдаткычтын параметрлерин ийкемдүү ылайыкташтырууга мүмкүндүк берет — кошумча газ кеңейүүсү менен Миллер цикли аналогу катары иштейт. Цилиндрлердин ортосундагы каналга клапандар жана жогорку кысымдуу бак менен бутак кошуп, кыймылдаткыч тормоздоо учурунда энергияны калыбына келтирип, тездетүү учурунда аны колдоно алат. Бирок бир нече жыл бою Scuderi Group’тун иши прототиптер жана сауда көргөзмөлөрүнө катышуу менен гана чектелди. Реалдуу жашоодогу натыйжалуулуктун жогорулашы конструкциянын олуттуу татаалдыгын актоону азырынча далилдей элек.

Хорватиянын Paut Motor компаниясы да бөлүнгөн жумуш циклине кайрылды. Алардын орду алмашкан конструкциясы бир катар себептер менен көңүл бурдурду:

• Кадимки кыймылдаткычтарга салыштырмалуу кыймылдаткыч бөлүктөрдүн саны олуттуу аз
• Үйкөлүш чыгымдарынын азайышы
• Жумуш учурундагы ызы-чуунун азайышы
• Ыкчам өлчөмдөр: 7 литрлик сыйымдуулукта 500×440×440 мм
• Салмагы болжол менен 135 кг — бирдей көлөмдөгү кадимки кыймылдаткычтын салмагынан болжол менен эки эсе аз

Картердеги майдын жоктугу тышкы майлоо бакты талап кылат, бирок ойлоп табуучулар муну кабыл алынуучу компромисс деп эсептешти. Бир нече прототип курулган, бирок акыркы кубаттуулук расмий түрдө эч качан аныкталган эмес. Акыркы прототип 2011-жылы чогултулган жана ошондон бери долбоор токтоп калды.

Боннер Эки Тактылуу Кыймылдаткычы: Максималдуу Татаалдык, Амбициялуу Максаттар

Боннер эки тактылуу кыймылдаткычы (анын демөөрчүсүнүн, Bonner Motor’дун атынан аталган) 2006-жылы АКШда Уолтер Шмид тарабынан ойлоп табылган жана механикалык татаалдыкты дагы да жогору деңгээлге алып чыгат. Paut Motor сыяктуу, анын цилиндрлери X-конфигурацияда жайгашкан, ал эми коленвал тиш чакан системасы аркылуу планеталык кыймыл аткарат. Негизги өзгөчөлүктөрү:

• Газ бөлүштүрүү үчүн цилиндрлердин түбүндөгү клапандар жана мотор корпусундагы айланма бобина клапандары
• Майдын кысымы астында өзгөрмө сыгуу катышын камсыз кылуу үчүн бир аз жылышы мүмкүн болгон тышкы поршендер
• Кубаттуулук/салмак катышынын жогору болушу негизги конструкциялык максат катары

Теориялык жактан, Боннер кыймылдаткычы кызыктуу көрүнөт. Иш жүзүндө болсо, долбоордон бир нече жыл бою маанилүү жаңылыктар чыккан эмес — сыягы, ал күтүлгөн натыйжаларга жете алган эмес.

Аксиалдык Кыймылдаткычтар: Цилиндрлер Револьвер Сыяктуу Жайгашкан

Башка ойлоп табуучулар ички жану кыймылдаткычынын жумуш циклдерин сактап, бирок анын компоненттеринин физикалык жайгашуусун кайра ойлонуп чыгышты. Бир кылымдан ашуун убактан бери бар болгон аксиалдык кыймылдаткычтар — мынын айкын мисалы. Алар деталдарда айырмаланат, бирок жалпы принципти бөлүшөт: цилиндрлер чыгаруу валына соосу боюнча дал келген барабандагы картридждер сыяктуу жайгашкан. Ар кандай механизмдер — мисалы, ийилген пиндер жана конус шайбалары — поршендердин алдыга-артка кыймылын валдын айлануусуна айландырат.

Жаңы Зеландиядан Duke Engines долбоору аксиалдык кыймылдаткычтын бир белгилүү түрү болуп саналат: 3 литрлик сыйымдуулукта беш цилиндрлүү, төрт тактылуу аксиалдык кыймылдаткыч. Бирдей сыйымдуулуктагы кадимки кыймылдаткычка салыштырмалуу, Duke агрегаты:

• 19% аз салмак
• 36% ыкчамыраак орам
• Автомобиль, деңиз жана авиация тармактарында ар тараптуу колдонуу мүмкүнчүлүгү

Кеңири колдонулушу жөнүндө амбициялуу убадалар берилген — бирок дүйнөнү жеңүү кыялдары кыял болуп калды.

Канадалык Reg Technologies компаниясынын RadMax кыймылдаткычы аксиалдык концепцияны дагы да өнүктүрөт. Айырым цилиндрлердин ордуна, жалпы барабандын ичинде жука канаттардын жардамы менен он эки бөлүм түзүлөт. Ротор уячаларына орнотулган пластиналар ротор айланган учурда алар боюнча жылышат, ал эми барабандын учтарындагы ийри беттер канаттын траекториясын аныктайт жана газ алмашуусун башкарат. Негизги мүнөздөмөлөрү:

• Бир нече жанар зат түрлөрүнө шайкеш, бирок дизель алгачкы фокус болгон
• 2003-жылкы прототиптин диаметри да, узундугу да 152 мм гана болгон, бирок 42 ат күчүн чыгарган — бирдей өлчөмдөгү кадимки кыймылдаткычтан алда канча көп
• Кийинки прототиптер 127 ат күчүнө жана 380 ат күчүнө жетти деп айтылат

Бул перспективалуу көрсөткүчтөргө карабастан, RadMax’тын бардык иш-аракеттери эксперименталдык этапта калып жатат окшойт.

Тороиддик Кыймылдаткычтар: Цилиндр Чеңгелекке Айланганда

Азыр жок болгон Канадалык VGT Technologies компаниясынын VGT Engine (өзгөрмө геометриялуу тороиддик кыймылдаткыч) — теория практиканы жеңгендигинин дагы бир изилдөөсү. 2005-жылы биринчи жолу сыналган кыймылдаткыч кадимки цилиндрди тороид менен — пончикке окшош камерага — алмаштырат, анын ичинде бир жуп туташкан поршени бар ротор айланат.

Поршендерге кесими бар жашак бөлүштүрүү диски ремен айдалгычы аркылуу тороид боюнча айланат, сыгуу жана жумуш тактысы учурунда отун-аба аралашмасын чектейт. 2009-жылы американдык ишкерлер Гари Келли жана Рик Ивас канадалык конструкцияга абдан окшош тороиддик кыймылдаткычты өз алдынча иштеп чыгышты. Алардын болжолдоосу боюнча жарым метр диаметрлүү тороид:

• 230 ат күчүн
• Болжол менен 1,000 Н·м вращение моментин
• Мунун баары 1,050 айн/мин ылдамдыкта

Алардын Garric Engines компаниясы азыр сайтында гана бир кыска билдирүүнү көрсөтөт: «Кызыгууңуз үчүн рахмат. Бет келечекте жаңыртылышы мүмкүн.»

Нутирлөөчү Кыймылдаткыч: Поршендердин Ордуна Чайпалма Дисктер

2006-жылы американдык Леонард Мейер ойлоп тапкан нутирлөөчү кыймылдаткычты бир аз жагымдуураак тагдыр күтүп турушу мүмкүн — жок дегенде бир нече жумушчу нускалары курулган. Аты латынча nutatio (ирмелүү же чайпалуу) сөзүнөн келет. Мейердин конструкциясы мотор корпусу менен нутирлеп (бир жакка-экинчи жакка чайпалып) поршень катары иштеген диск ортосунда ар кандай көлөмдүн төрт жумуш камерасын түзөт. Диск диаметри боюнча жарымга бөлүнгөн жана Z-формасындагы чыгаруу валына кийгизилген, ал эми корпустагы каналдар жана клапандар газ алмашуусун башкарат.

Прототиптер Baker Engineering жана анын туугандаш Kinetic BEI компаниясы тарабынан курулган жана таасирдүү натыйжаларга жеткен:

• Бирдик 102 мм диск: 7 ат күчү
• Эки 203 мм диск: 120 ат күчү
• Эки дисктүү кыймылдаткычтын өлчөмдөрү: 500 мм узундук, 300 мм диаметр, 3.8 литрлик сыйымдуулук
• Кубаттуулук/салмак катышы: жаппай чыгарылуучу атмосфералык кыймылдаткычтардын 1–2 ат күчү/кгга каршы 2.5–3 ат күчү/кг

Литрлик кубаттуулук азыраак таасирдүү, бирок кубаттуулук тыгыздыгы белгиленүүгө татыктуу. Baker жана Kinetic конструкцияны өркүндөтүп жатышат окшойт, бирок алардын сайттарындагы иш-аракет чектелүү бойдон калууда.

LiquidPiston: Ванкел Кыймылдаткычы Тескери Буруштурулду

Роторлук кыймылдаткыч концепциялары ойлоп табуучуларды дагы эле кызыктырып келет, тааныш поршень-цилиндр түзүлүшүнөн алыстоо өздүгүнчө жакшыраак жаратылышты убада кылгандай. Мурдагы советтик инженер Николай Школьник АКШга көчүп баргандан кийин уулу Александр менен бирге Ванкел кыймылдаткычын тескери буруштурулгандай кылып кабылдатылуучу кыймылдаткычты иштеп чыгышты. Жер жаңгак формасындагы ротор үч бурчтуу камеранын ичинде айланат — Ванкелдеги сыяктуу эле негизги геометрия — бирок чечүүчү айырмасы: тыгындар роторго эмес, камеранын дубалдарына бекитилген.

Школьниктер концепцияны иштеп чыгуу үчүн LiquidPiston‘ду негиздешти жана потенциалдуу колдонулушу үчүн DARPA’дан кошумча каржылоо тартышты:

• Жеңил учак жана дрондор
• Портативдик электр генераторлору
• Гибриддик унааларды кубаттоо

23 см³ прототип буга эле 20% жылуулук эффективдүүлүгүнө жетти — ал сыйымдуулук класс үчүн таасирдүү. Команда азыр болжол менен 13 кг салмакта жана 40 ат күчү берген дизель прототибин максат катары белгилеп, болжолдуу жылуулук эффективдүүлүгүн 45%ке чейин жеткирүүнү пландаштырууда.

Чайпалма Поршендүү Кыймылдаткыч: Квадратка Өтүү

Биздин карап чыгуубуздагы акыркы кыймылдаткыч жалпак, ыкчам агрегатка болгон кызыгуу чындык экенин — жана роторлор аны жетишүүнүн жалгыз жолу эмес экенин далилдейт. Pivotal Engineering‘дин чайпалма поршендүү кыймылдаткычы жөнөкөй эле кадимки поршенди квадраттайт, бул цилиндрди жогорку көрүнүштөн тик бурчтук кылат. Бул эки тактылуу конструкция бир нече жыл бою бар болгон, ошол убакытта бир катар прототиптер мотоциклдерди да, учактарды да кубаттаган.

Компания негизинен авиация тармагын максат катары белгилейт жана конструкция бир нече реалдуу артыкчылыктарды берет:

• Кубаттуулук/салмак жана кубаттуулук/өлчөм катышынын жогору болушу
• Мажбурлап куюунун мыкты потенциалы, поршендин туруктуу огу аркылуу суюктукпен муздатуу каналынын өтүшү менен камсыз кылынган — кадимки кыймылдаткыч архитектурасында аткаруусу кыйын иш
• Жалпак форм-фактор, анткени квадраттуу ротор абдан жука жасалышы мүмкүн

Билүүгө Татыктуу Башка Экзотикалык Кыймылдаткыч Концепциялары

Бул жерде каралгандан тышкары дагы бир нече укмуштуудай экзотикалык кыймылдаткыч конструкциялары бар. Бир нече эскертме катары:

• 12 роторлуу Ванкел кыймылдаткычы — Mazda’нын роторлук концепциясын экстремалдуу деңгээлге жеткирүү
• Найт жеңил клапандуу кыймылдаткычы — бир кылым мурда кыска убакытка торчо клапанды алмаштырган конструкция
• Карама-каршы поршендүү кыймылдаткычтар — цилиндр башы жок, бир цилиндрди бөлүшкөн эки поршень
• Өзгөрмө сыгуу катышты кыймылдаткычтар — жүктөмдүн шарттарын оптималдаштыруу үчүн реалдуу убакытта сыгууну жөнгө салуу мүмкүнчүлүгү
• Беш тактылуу кыймылдаткычтар — жану газдарынан көбүрөөк жумуш алуу үчүн атайын кеңейтүү цилиндрин кошуу
• Роторлук канатчалуу кыймылдаткычтар — ротор компоненттери жакындашкан жана алыстаган кайчы канаттары сыяктуу кыймылдайт

Альтернативдик Кыймылдаткычтар Эмне Үчүн Жаппай Өндүрүшкө Чыга Албайт?

Конвенционалдык эмес ички жану кыймылдаткычтарынын конструкцияларын кыскача карап чыгуунун өзү эле таң калыштуу мыйзамченемдүүлүктү ачып берет: ондогон акылдуу идеялар, өтө аз өндүрүштүк унаалар. Кайталанма тоскоолдуктар туруктуу:

• Тыгындардын эскириши — роторлук конструкциялар убакыттын өтүшү менен учтук тыгындардын деградациясынан жыш эле ишке жарабай калат
• Кезектешүүчү механикалык жүктөр — роторлук канатчалуу концепциялар канатча менен вал байланышынын жеринде чарчоодон жабыркайт
• Өндүрүш татаалдыгы — экзотикалык геометриялар кымбат жана кеңири масштабда чыгарылышы кыйын
• Ишенимдүүлүк жана узак мөөнөттүүлүк — конвенционалдык эмес кыймылдаткычтар 100+ жыл бою өркүндөтүлгөн кадимки поршендүү кыймылдаткычтардын бекемдик рекордуна сейрек жетет

Альтернативдик кыймылдаткычтарды кыйындатуунун экинчи себеби — кадимки ички жану кыймылдаткычтарынын технологиясы да орнунда турган жок. Миллер циклин колдонгон акыркы бензин кыймылдаткычтары турбокомпрессорсуз эле 40%ке чейин жылуулук эффективдүүлүгүнө жетет — бул таасирдүү сан, анткени бензин кыймылдаткычтарынын көпчүлүгү 20–30%, ал эми дизель кыймылдаткычтары 30–40% гана (чоң деңиз дизелдери 50%ке чейин жетиши мүмкүн) жетет.

Эң маанилүүсү, ички жану кыймылдаткычына глобалдык альтернатива буга эле келди: электр моторлору жана отун элементтеринин кубаттоо агрегаттары. Эгерде бул экзотикалык курамаларды иштеп чыккан ойлоп табуучулар техникалык кыйынчылыктарын жакын арада чечпесе, аларды күтүп турган рынок жок болуп калышы мүмкүн — электрдик унаалар жолдорду буга эле ээлеп алышат.

Бул которуу. Оригиналын бул жерден окусаңыз болот: https://www.drive.ru/technic/57769ed4ec05c4745f00009b.html