Taraqqiyot Chetida Qolgan G'alati Dvigatellar

Vankel dvigateli, Stirling dvigateli va turli xil turbo-quvvat agregatlar avtomobil sanoatining asosiy oqimiga kira olmadi. Bir qator mashhur kompaniyalar — Mazdadan GM gacha, Mersedesdan Volvo gacha — o’nlab yillar davomida ular ustida ishladi. Kichik firmalar va yakka ixtirochilar ham harakat qilishda davom etdi. Biroq ma’lum bo’ldiki, har bir muqobil konstruktsiya dastlab kutilganidan ancha ko’proq kamchiliklarga ega ekan. Bu nostandart quvvat agregatlarini ishlab chiqish mumkin emasligini anglatmaydi. Ishqibozlar turli g’oyalarni ilgari surishda davom etmoqda, va biz bu yerda qurilgan eng ekzotik dvigatel kontseptsiyalaridan ba’zilarini ko’rib chiqamiz.

Bo’lingan Siklli Dvigatellar: Ikki Silindr, Bir Ish Kursi

Ba’zi dvigatel konstruktorlari shunday xulosaga keldi: silindr, piston, ulagich sterjeni va tirsakli valning klassik kombinatsiyasi bir asrdan ko’proq vaqt davomida o’zini isbotladi — va ichki yonish dvigatellarini takomillashtirish uchun hamma narsani qaytadan ixtiro qilishdan ko’ra, ba’zi jihatlarni sozlash kifoya. Ro’yxatimizdagi birinchi misol — klassik kirish, siqilish, ish va chiqish kurslari ikki alohida silindrlarga bo’lingan holda saqlanadigan Amerika kompaniyasi Scuderi Group tomonidan ishlab chiqilgan dvigateldir:

• Sovuq (kompressor) silindr — kirish va siqilishni bajaradi
• Issiq (ish) silindr — ish kursini va chiqishni bajaradi

Ish silindrida gaz kengayayotganda, sovuq kompressor silindridagi kirish kursi amalga oshadi. Ish silindrida chiqish bo’layotganda, kompressor silindri siqadi. Siqilish kursining oxirida ikkala piston yuqori o’lik nuqtaga yaqinlashadi, aralashma sovuq silindrdan issiq silindriga bypass kanal orqali o’tadi va alangalanadi. Bu bo’lingan sikl — asosan o’zgartirilgan Otto sikli — 2006 yilda patentlangan va 2009 yilda Scuderi Group tajriba namunasi Scuderi Split Cycle Engineni qurdi.

Kompressor va ish silindrlar turli diametr va piston yurish masofalariga ega bo’lishi mumkin, bu dvigatel parametrlarini moslashuvchan sozlash imkonini beradi — qo’shimcha gaz kengayishi bilan Miller siklining analogi sifatida ishlaydi. Silindrlar orasidagi kanalga klapanlar va yuqori bosimli idish bo’lgan tarmoq qo’shilsa, dvigatel tormozlashda energiyani qayta tiklashi va tezlashishda uni qo’llashi mumkin. Biroq bir necha yildan beri Scuderi Group faoliyati prototiplar va ko’rgazma namoyishlar bilan cheklangan. Haqiqiy samaradorlik ko’rsatkichlari konstruktsiyaning ancha murakkabligini hali oqlamagan.

Xorvatiya kompaniyasi Paut Motor ham bo’lingan ish sikliga murojaat qildi. Ularning ajratilgan konstruktsiyasi bir necha sabablarga ko’ra e’tiborni tortdi:

• An’anaviy dvigatellarga nisbatan sezilarli darajada kamroq harakatlanuvchi qismlar
• Kamroq ishqalanish yo’qotishlari
• Kamaytirilgan ish shovqini
• Ixcham o’lchamlar: 7 litrlik hajmda 500×440×440 mm
• Taxminan 135 kg og’irlik — xuddi shunday hajmdagi an’anaviy dvigatelning taxminan yarmi

Karterda moyning yo’qligi tashqi moylash bakini talab etadi, ammo ixtirochilar buni maqbul muqobil deb hisoblashdi. Bir necha prototip qurildi, ammo yakuniy quvvat ko’rsatkichi rasman hech qachon aniqlanmadi. Oxirgi prototip 2011 yilda yig’ildi va loyiha o’shandan beri to’xtab qoldi.

Bonner Ikki Taktli Dvigateli: Maksimal Murakkablik, Ambitsiyali Maqsadlar

Bonner ikki taktli dvigateli (homiysi Bonner Motor nomi bilan atalgan) 2006 yilda Amerika Qo’shma Shtatlarida Walter Schmid tomonidan ixtiro qilingan va mexanik murakkablikni yanada oshiradi. Paut Motor singari, uning silindrlar X-shaklida joylashgan va tirsakli val tishli mexanizm orqali sayyoraviy harakat bajaradi. Asosiy xususiyatlar:

• Gaz taqsimlash uchun silindrlar tagidagi klapanlar va dvigatel korpusidagi aylanuvchi g’altak klapanlar
• O’zgaruvchan siqilish darajasini ta’minlash uchun yog’ bosimi ostida biroz siljiy oladigan tashqi pistonlar
• Yuqori quvvat-vazn nisbati asosiy konstruktiv maqsad sifatida

Nazariy jihatdan Bonner dvigateli jozibali ko’rinadi. Amalda esa loyihadan yillar davomida hech qanday muhim yangilik chiqmadi — shekilli, u kutilganlarni oqlamadi.

Aksial Dvigatellar: Revolver Kabi Joylashtirilgan Silindrlar

Boshqa ixtirochilar ichki yonish dvigatelining ish sikllarini o’zgartirmay, uning komponentlarining jismoniy joylashishini qayta tasavvur qilishdi. Bir asrdan ko’proq vaqtdan beri mavjud bo’lgan aksial dvigatellar buning yorqin namunasidir. Ular tafsilotlarda farq qiladi, lekin umumiy tamoyilni baham ko’radi: silindrlar chiqish mili bilan koaksial tarzda revolver barabanidagi patronlar kabi joylashtiriladi. Turli mexanizmlar — masalan, qiyshiq pinlar va konus shaklidagi halqalar — pistonlarning ilgarilan-qaytma harakatini mil aylanishiga aylantiradi.

Yangi Zelandiyadan Duke Engines loyihasi diqqatga sazovor navlardan biri: 3 litrlik hajmga ega besh silindrli, to’rt taktli aksial dvigatel. Xuddi shunday sig’imdagi an’anaviy dvigatel bilan taqqoslaganda, Duke agregati quyidagilarni taklif etdi:

• 19% kam og’irlik
• 36% ixchamroq o’lchamlar
• Avtomobil, dengiz va aviatsiya sohalarida keng qo’llanish imkoniyati

Keng tarqalishi haqida ambitsiyali va’dalar berildi — ammo dunyoni zabt etish orzulari orzuligicha qoldi.

Kanada kompaniyasi Reg Technologies’ning RadMax dvigateli aksial kontseptsiyani yanada rivojlantiradi. Alohida silindrlar o’rniga, umumiy baraban ichida ingichka pichoqlar yordamida o’n ikki ta bo’lim hosil qilinadi. Rotor uyalarida o’rnatilgan plastinkalar rotor aylanishi bilan ular bo’ylab harakatlanadi va baraban uchlaridagi egri yuzalar pichoq traektoriyalarini belgilaydi hamda gaz almashinuvini boshqaradi. Diqqatga sazovor xususiyatlar:

• Bir necha turdagi yoqilg’i bilan mos, garchi dastlabki e’tibor dizel yoqilg’isiga qaratilgan bo’lsa-da
• 2003 yilgi prototip diametri va uzunligi bo’yicha atigi 152 mm o’lchamda bo’lishiga qaramay, 42 ot kuchi hosil qildi — xuddi shunday o’lchamdagi an’anaviy dvigateldan ancha ko’proq
• Keyingi prototiplar taxminan 127 ot kuchi va 380 ot kuchiga erishdi deb xabar qilingan

Bu istiqbolli raqamlarga qaramay, barcha RadMax faoliyati tajriba bosqichida qolayotganday ko’rinadi.

Toroidal Dvigatellar: Silindr Halqaga Aylanganida

Endi mavjud bo’lmagan Kanada kompaniyasi VGT Technologies’dan VGT Dvigateli (O’zgaruvchan Geometriyali Toroidal Dvigatel) — nazariyat amaliyotdan ustun keladigan yana bir misol. Birinchi marta 2005 yilda sinovdan o’tkazilgan bu dvigatel an’anaviy silindrl toroid — halqa shaklidagi kamera — bilan almashtiriladi; unda juftlashtirilgan pistonlarga ega rotor aylanadi.

Pistonlar uchun tirqishi bo’lgan ingichka taqsimot diski kamar uzatma orqali toroid bo’ylab aylanib, siqilish va ish kursi paytida yoqilg’i-havo aralashmasini cheklaydi. 2009 yilda Amerika tadbirkorlari Gary Kelley va Rick Ivas Kanada konstruktsiyasiga juda o’xshash toroidal dvigatelni mustaqil ravishda ishlab chiqdi. Ularning hisob-kitoblariga ko’ra, yarim metr diametrli toroid quyidagilarni ta’minlaydi:

• 230 ot kuchi
• Taxminan 1 000 N·m burovchi moment
• Barchasi atigi 1 050 ayl/min da

Ularning kompaniyasi, Garric Engines, hozirda veb-saytida faqat qisqa xabar ko’rsatadi: “Qiziqishingiz uchun rahmat. Sahifa kelajakda yangilanishi mumkin.”

Nutation Dvigateli: Pistonlar O’rniga Aylanuvchi Disklar

2006 yilda Amerika fuqarosi Leonard Meyer tomonidan ixtiro qilingan nutation dvigatelini biroz yaxshiroq taqdirga ega bo’lishi mumkin — hech bo’lmaganda bir nechta ishchi nusxalari qurilgan. Nom lotincha nutatio (bosh irg’ash yoki tebranish) so’zidan kelib chiqqan. Meyer konstruktsiyasi dvigatel korpusi va piston vazifasini bajarib, ikki yonga silkinib (tebranib) aylanadigan disk o’rtasida o’zgaruvchan hajmdagi to’rtta ish kamerasini hosil qiladi. Disk diametri bo’ylab ikkiga kesilgan va Z-shaklida chiqish miliga kiritilgan; korpusdagi kanallar va klapanlar gaz almashinuvini boshqaradi.

Prototiplar Baker Engineering va uning ko’mak kompaniyasi Kinetic BEI tomonidan qurildi, ta’sirchan natijalar bilan:

• 102 mm diametrli bitta disk: 7 ot kuchi
• 203 mm diametrli ikkita disk: 120 ot kuchi
• Ikki diskli dvigatel o’lchamlari: 500 mm uzunlik, 300 mm diametr, 3,8 litrlik hajm
• Quvvat-vazn nisbati: ommaviy ishlab chiqarilgan atmosfera dvigatellarining 1–2 ot kuchi/kg ga nisbatan 2,5–3 ot kuchi/kg

Litrli maxsus quvvat unchalik ta’sirchan emas, ammo quvvat zichligi diqqatga sazovor. Baker va Kinetic konstruktsiyani takomillashtirmoqda ko’rinadi, garchi veb-saytlaridagi faollik cheklangan bo’lsa-da.

LiquidPiston: Vankel Dvigateli Teskari Tomonga Aylantirildi

Rotatsion dvigatel kontseptsiyalari innovatorlarni o’ziga jalb qilishda davom etmoqda, go’yo tanish piston-silindr tartibidan uzoqlashish o’zi yaxshiroq ko’rsatkichlarni va’da qiladigandek. AQShga ko’chib o’tgan sobiq sovet muhandisi Nikolay Shkolnik va uning o’g’li Aleksandr Vankel dvigateliga o’xshash, lekin teskari aylantirilgan dvigatel ishlab chiqdi. Yong’oq shaklidagi rotor uchburchak kamera ichida aylanadi — Vankeldagidek xuddi shunday asosiy geometriya — ammo muhim farq shundaki, zichlagichlar rotor emas, kamera devorlari bilan mahkamlangan.

Shkolniklar kontseptsiyani rivojlantirish uchun LiquidPiston kompaniyasini asosladilar va DARPA’dan quyidagi maqsadlar uchun hamkorlikdagi moliyalashtirishni jalb qildilar:

• Yengil samolyotlar va dronlar
• Ko’chma quvvat generatorlari
• Gibrid transport vositalarining quvvat agregatlari

23 sm³ hajmdagi prototip allaqachon 20% issiqlik samaradorligiga erishmoqda — bu hajm sinfi uchun ta’sirchan ko’rsatkich. Jamoa hozir taxminan 13 kg li va 40 ot kuchi hosil qiladigan dizel prototipini maqsad qilib olgan, issiqlik samaradorligining 45% ga ko’tarilishi rejalashtirilgan.

Tebranuvchi Piston Dvigateli: To’rtburchakka O’tish

Ko’rib chiqishimizdagi oxirgi dvigatel tekis, ixcham agregatning jozibasi haqiqiy ekanligini isbotlaydi — va rotorlar bunga erishishning yagona yo’li emasligini ko’rsatadi. Pivotal Engineeringning tebranuvchi piston dvigateli an’anaviy pistoni to’g’ri to’rtburchak shaklga keltiradi, silinderni yuqoridan ko’rinishda to’rtburchak qiladi. Bu ikki taktli konstruktsiya bir necha yildan beri mavjud bo’lib, bu vaqt davomida bir qator prototiplar ham mototsikl, ham samolyotlarni quvvatlantirdi.

Kompaniya asosan aviatsiya ilovalarini nishonga oladi va konstruktsiya ba’zi haqiqiy afzalliklarga ega:

• Yuqori quvvat-og’irlik va quvvat-hajm nisbatlari
• Pistonning qo’zg’almas o’qi orqali o’tadigan suyuq sovutish kanali orqali ta’minlanadigan ajoyib majburiy supercharging imkoniyati — bu an’anaviy dvigatel arxitekturalarida qiyin erishiladigan natija
• Tekis shakl, chunki kvadrat rotor juda ingichka qilinishi mumkin

Bilishga Arziydi: Boshqa Ekzotik Dvigatel Kontseptsiyalari

Bu yerda ko’rib chiqilganlardan tashqari ko’plab diqqatga sazovor ekzotik dvigatel konstruktsiyalari mavjud. Bir nechta eslatib o’tishga arziydiganlar:

• 12 rotorli Vankel dvigateli — Mazdaning rotatsion kontseptsiyasini ekstremalga eltish
• Knight gilzali-klapanli dvigateli — bir asr oldin bir muddat teshikli klapan bilan raqobatlashgan konstruktsiya
• Qarama-qarshi piston dvigatellari — silindr boshi yo’q holda bitta silindrani ulashadigan ikkita piston
• O’zgaruvchan siqilish nisbatli dvigatellar — yuklanish sharoitlarida samaradorlikni optimallashtirish uchun siqilishni real vaqtda sozlash imkonini beradi
• Besh taktli dvigatellar — yonish gazlaridan ko’proq ish olish uchun maxsus kengaytirish silindri qo’shiladi
• Aylanuvchi qanot dvigatellar — rotor komponentlari bir-biriga yaqinlashib va uzoqlashib harakatlanadigan qaychiga o’xshab harakat qiladi

Nima Uchun Muqobil Dvigatellar Ommaviy Ishlab Chiqarishga Chiqa Olmaydi?

Nostandart ichki yonish dvigatel konstruktsiyalarini qisqacha ko’rib chiqish ham hayratlanarli naqshni ochib beradi: o’nlab aqlli g’oyalar, juda kam ishlab chiqarish avtomobillari. Takrorlanadigan to’siqlar izchildir:

• Zichlagichlarning eskirishi — rotatsion konstruktsiyalar ko’pincha tepki zichlagichlarining vaqt o’tishi bilan yemirilishi sababli muvaffaqiyatsizlikka uchraydi
• Almashinuvchi mexanik yuklamalar — aylanuvchi qanot kontseptsiyalari qanot-mil ulanishida charchoq tufayli aziyat chekadi
• Ishlab chiqarish murakkabligi — ekzotik geometriyalar katta ko’lamda ishlab chiqarish uchun qimmat va qiyin
• Ishonchlilik va uzoq muddatlilik — nostandart dvigatellar 100+ yil davomida takomillashtirilgan an’anaviy piston dvigatellarining chidamlilik rekordiga kamdan-kam mos keladi

Muqobil dvigatellarning kurashayotganining ikkinchi sababi shundaki, an’anaviy ichki yonish dvigateli texnologiyasi o’z o’rnida turmadi. Miller siklidan foydalanuvchi eng so’nggi benzinli dvigatellar turbonasadkasiz ham 40% gacha issiqlik samaradorligiga erishmoqda — bu ta’sirchan ko’rsatkich, chunki ko’pgina benzinli dvigatellar atigi 20–30%, dizel dvigatellar esa 30–40% ni ta’minlaydi (katta dengiz dizel dvigatellar 50% gacha yetadi).

Eng muhimi, ichki yonish dvigateliga global muqobil allaqachon keldi: elektr motorlar va yoqilg’i elementi quvvat agregatlari. Agar bu ekzotik qiziqarli dvigatellar ortidagi ixtirochilar texnik muammolarini tez orada hal qilmasalar, ular bozor kutmayotganini ko’rishlari mumkin — elektr transport vositalari yo’llarni allaqachon egallagan bo’ladi.

Bu tarjima. Asliyatni bu yerda o’qishingiz mumkin: https://www.drive.ru/technic/57769ed4ec05c4745f00009b.html