Данная статья будет интересна "суровым технарям" - в ней рассказывается об альтернативной компоновке двигателя внутреннего сгорания. Это очередное подтверждение изобретательности русов: двигатели данного типа - линейные - только начинают разрабатываться за рубежом.
Исторически сложилось, что традиционные устройства для выработки электрической энергии используют вращательное движение для перемещения обмоток в магнитном поле. В движения такие устройства приводятся различными движителями: гидротурбинами, газовыми турбинами, ветром и т.д. Одним из движителей является и традиционный двигатель внутреннего сгорания. В таких движителях химическая энергия топлива проходит многократные преобразования: сначала в поступательное движение поршней, а затем – во вращательное движение коленвала и уже после только в электрический ток.
Необходимость такого преобразования приводит как к механическим потерям, так и к усложнению конструкции двигателя в целом. Мы все на опытах физики видели одну и туже картину: преподаватель берет постоянный магнит, и начинает возвратно-поступательно его двигать в катушке индуктивности. При этом на клеммах катушки появляется напряжение. Созданной конструкцией принципиально нового типа электрогенераторов, мы предоставляем возможность использования возвратно-поступательного движения для выработки электрического тока без промежуточных преобразований во вращательное движение.
В разработанном нами линейном генераторе (далее ЛГ) вместо крышек цилиндра устанавливаются два внешних поршня, которые жестко между собой закреплены. Такое технологическое решение обусловлено несколькими факторами, о которых мы поговорим ниже.
В традиционных двигателях в цилиндрах при сгорании топлива поршень, от возникающего давления газов, начинает двигаться в одну сторону, но по законам инерции сам цилиндр ведь тоже начинает двигаться в противоположную. Поэтому работу двигателей внутреннего сгорания всегда сопровождает вибрация. Для ее гашения используются сложные технологические приемы, что приводит к удорожанию производства двигателя. Например, для гашения вибрации при вращении коленвала на нем устанавливают дополнительные компенсационные грузы, что приводит к увеличению массы коленвала. На сегодняшний день приблизительно 40% массы коленвала — это компенсационные грузы.
Теперь вернемся к разработанной конструкции ЛГ. Мы напрямую используем поступательное движение поршней для генерации электрического тока. Если рассмотреть принципиальную схему, то можно определить, что два внутрених поршня соединенны между собой жесткой связью, и два внешних — так же. Что это нам дает?
Первое и самое главное — кардинальное упрощение конструкции двигателя. В данном двигателе нет таких частей как коленвал, распредвал, передаточный механизм между коленвалом и распредвалом, впускные и выпускные клапана. За счет упрощения конструкции стоимость двигателя резко снижается.
Второе. Предложенная нами связка двух внутренних поршней и двух внешних поршней дает нам почти что полное отсутствие вибрации при работе данного ЛГ. За счет чего это происходит? Допустим в одном из цилиндров происходит сгорание топлива, тогда в другом в это же время будет происходить сжатие воздуха либо топливной смеси. При этом внутренние поршни двигаются, допустим, вправо, тогда внешние поршни будут двигаться влево. Если масса внешних поршней будет равна массе внутренних поршней, то силы инерции, возникающие при движении поршней будут взаимно компенсироваться, и на корпус двигателя передаваться не будут. Это дает возможность устанавливать данный ЛГ на сверх легкий фундамент и отказаться от всяких виброгасящих устройств. Что опять таки приводит к снижению стоимости генератора.
Третье. Допустим мы взяли традиционный двигатель и запустили его в работу. У него будет определенная частота вращения коленвала, что будет обусловлено частотой хода поршня в цилиндре. Теперь мы возьмем наш ЛГ и зададим ему такую же частоту хода поршня в цилиндре, как и у традиционного двигателя. При этом скорость расширения газов в цилиндре ЛГ будет в два раза больше, как и сама камера расширения, по сравнению с традиционным двигателем, а это дает нам, если брать по простому, возможность отобрать у газов энергии больше, что приведет к увеличению общего КПД ЛГ.
Проведя теоретические расчеты, мы получили следующие показатели
Частота хода поршня = 500
Диаметр цилиндра = 372 mm
Ход поршня = 439mm
Полная длинна ЛГ = 6000mm
Полная ширина и высота ЛГ = 1000mm
Индикаторный КПД = 51.38%
Эффективный КПД = 49.85%
Расход топлива = 171.3 gr/(kWatt * hour)
Мощность = 1000 kWatt
Все расчеты проводились при давлении наддува = 0.11 Mpa (мягко говоря от бытового фена). Если дополнительно на генератор установить газовую турбину, то мощность генератора можно увеличить без увеличения геометрических размеров.
Но даже при этом КПД ЛГ получился очень внушительным. Для сравнения средний КПД современных автомобильных двигателей не превышает 40%, и только судовые длинно ходовые двигателя, у которых ход поршня в цилиндре около 2,0 - 2,5 метра!!!, приближаются к показателю КПД 45-50%.
Как можно заметить из данных расчетов, предлагаемый ЛГ имеет вытянутую цилиндрообразную форму. Соотношение длины ЛГ к его диаметру составляет 6 к 1це. Некоторые могут сказать, что это его огромный недостаток. В некоторых случаях — да. Но давайте думать как инженеры.
Рассмотрим обычный автомобиль, а точнее его двигатель и его режимы работы. Мы едем по городу со скоростью 60 км в час (в большинстве случаев это максимальная разрешенная скорость передвижения в городе). Что мы имеем в традиционном двигателе при этом? А мы имеем то, что он работает как минимум на половину спроектированной мощности. Кто знает, хорошо, а кто не знает, тем мы сейчас расскажем одну замечательную вещь. Так как расчет процессов внутри цилиндра является довольно сложной задачей, и параметры работы на различных режимах двигателей могут отличатся довольно сильно, то в большинстве случаем конструкция двигателя (а это значит абсолютно все показатели, такие как диаметры впускных и выпускных клапанов, объем подаваемого воздуха, его температура и тд) и его КПД рассчитывается при работе на номинальном режиме. А это значит, что максимальный КПД двигателя будет достигнут лишь при работе на номинальном режиме. Во всех других случаях, таких как частичная нагрузка, либо перегрузка, КПД двигателя всегда меньше максимально возможного. Наш ЛГ тоже не лишен этого недостатка. НО. Но мы предлагаем устанавливать в автомобиль не один ЛГ, а, к примеру, два. Допустим для движения автомобиля с максимальной скоростью нам нужно 70 кВт мощности. Мы поставим на автомобиль два ЛГ по 35кВт мощности. Что это нам даст? А это нам даст то, что при движении в городе мы можем использовать лишь один ЛГ, а второй при этом будет выключен. Это приведет к тому, что ЛГ будет работать на номинальном режиме при движении в городе и будет иметь максимальный КПД. А это уменьшение расхода бензина в городском цикле. Плюс в случае выхода одного ЛГ из строя, у нас есть второй ЛГ. Да, с максимальной скоростью вы не поедете, но как минимум сможете добраться до ближайшего ТО без помощи эвакуаторов. Расписывать все преимущества такой компоновки я не буду, большинство автолюбителей сразу же поймут о чем речь. Но замечу, что традиционные двигатели не позволяют двойной компоновки из-за своих размеров и показателей массы двигателя к вырабатываемой мощности (так называемой удельной массы). А наш ЛГ позволяет.
На данный момент у нас уже есть две модели ЛГ. Первую модель мы собирали так сказать и того что под ногами нашли — из цилиндров и поршней на мопеды. В результате на топливе мы ее не запустили, но зато точно убедились в отсутствии вибрации. Тесты проводили сжатым воздухом, а в качестве синхронизаторов использовали пружины в трубках. Видео об этом можно посмотреть на этом видео:
Сейчас почти закончили вторую модель, детали к которой создавались полностью с 0 по нашим чертежам. Надеюсь к осени 2013 года мы завершим сборку и сможем продемонстрировать работающий ЛГ, а так же его реальные характеристики.
Мы пытались заинтересовать многие фирмы нашей разработкой. Обращались на различные автомобилестроительные заводы Украины и России. Но в большинстве случаем мы слышали такие слова, что идея класс, но этот двигатель не будет ломаться, мол с чего мы будем получать прибыль, если не нужно будет выпускать запчасти для него, да и производство надо переделывать, а это же деньги. Обидно за родину. Выпуская такой ЛГ, Россия могла бы стать лидером двигателестроения в течении нескольких лет. А так мы продолжаем покупать иностранные автомобили и поднимать экономику и давать работу людям не в своей стране. Могу сказать точно, что будущее двигателестроения — за линейными машинами. Сейчас в некоторых странах идут активные разработки различных линейных двигателей: в Австралии — PemPec Motors, в Англии - Libertine FPE Limited (видео презентация), в Чехии - Czech technical university (сайт проекта), в США - The Automotive Propulsion Control Laboratory (APCL). Наступил момент, что кто первый встал, того и тапки. Сейчас мы наконец то можем стать первыми в данной области, ведь наша конструкция линейного генератора намного лучше всех вышеперечисленных как в конструктивном плане, так и в эксплуатационном.
Работы по ЛГ начаты еще в 2008 году. Но из-за огромной стоимости заказа частей в единичном экземпляре, ведутся до сегодняшнего дня. За это время конструкция была изменена несколько раз. Например мы на сегодняшний день отказались от механического синхронизатора между внешними и внутренними поршнями, и обеспечили синхронизацию лишь за счет сопротивления движению поршней, создаваемое катушками при индукции тока в них. Так же при создании деталей к ЛГ можно изначально заложить возможность изменять объем камеры сжатия, а это приведет к тому, что в течении нескольких часов, без изменения конструкции, ЛГ можно переПубликации с работы на бензине, например, на работу на спирт или масло (в традиционных двигателях, если двигатель был разработан для бензина, то переПубликации его на более вязкое топливо невозможно, в первую очередь, из-за фиксированного объема камеры сжатия). Были разработаны и некоторые другие мелочи, которые позволяют избавиться от некоторых недостатков, присущих данному ЛГ. К сожалению, в нашем мире коммерции, где любые идеи воруются в мгновение ока, мы не можем рассказать обо всех нюансах конструкции.
Если все таки кто-либо заинтересуется производством данного ЛГ, то вот контакты для связи с одним из авторов сего творения.
Skype: oleg_goodzon
e-mail: [email protected]
ICQ: 394774068
Phone: +380966912777
С уважением, Олег Гуняков и Владимир Кузнецов.