Двигатель без коленвала принцип работы

Необычные ДВС

Мослитр
Рокер

На форуме с 07.05.2006, cообщений 507
Москва

Соде ржание :
1)НОВОЕ СЕРДЦЕ МОТОРА
2)Двигатель Фролова

1)НОВОЕ СЕРДЦЕ МОТОРА
Конструкторское бюро Центрального дома детей железнодорожников разработало новую схему мотора. Конструктивным преимуществом мотора являются простота изготовления, компактность и малый вес. Отсутствуют такие детали, как шатуны и коленчатый вал. Увеличена также его мощность за счет двух рабочих ходов при одном обороте вала. Мотор работает по двухтактному циклу.
Подача горючего осуществляется через карбюратор, который крепится непосредственно к картеру 8 мотора. В патрубке карбюратора имеется лепестковый клапан 10 (на схеме указан в картере). Свеча 6 ввернута в утолщенную стенку цилиндра 1 и вращается вместе с ним. Это обеспечивает пол-ную герметичность цилиндра во время работы и устраняет силы, противодействующие на стенки картера. Высокое напряжение подводится к свече через скользящий контакт. Для удержания поршневых шарикоподшипников 4 в пазу служат направляющие полозья, между которыми скользят удлиненные в обе стороны пальцы шарикоподшипников.
Направляющие полозья укрепляются на болтах внутри картера по замкнутой кривой. (Полозья и удлиненные пальцы шарикоподшипников на схеме не указаны.)
При работе мотора трение между пальцами и полозьями отсутствует. Поршни удерживаются в пазу центробежной силой.

На рисунке под цифрами вы видите: цилиндр 1, поршни 2, поршневые кольца, 3 шарикоподшипники 4, 5, свечу 6, отверстия для болтов 7, корпус картера 8, водяную рубашку 9, клапан 10.

А АБРАМОВ, нонструнтор

2)Двигатель Фролова (Наука и Жизнь №9 1988)

Фролов Виталий Константинович — авиатор, пилот/борт-механик, спортсмен авто/мотокроссмен (мастер спорта), в прошлом, и ныне действующий изобретатель/рационализатор двигателей внутреннего/внешнего сгорания, пневмо/гидронасосов и просто хороший человек с золотыми руками и развитым чувством юмора.

Его кредо — СЕЙЧАС УЖЕ НИЧЕГО НОВОГО В МЕХАНИКЕ НЕ ИЗОБРЕСТИ! ДОСТАТОЧНО КОМПОНОВАТЬ РАНЕЕ ИЗОБРЕТЕННЫЕ МЕХАНИЗМЫ И ИСКАТЬ ИХ НЕТРАДИЦИОННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ. Первой его пробой сил стал двухтактный оппозит разработанный по заданию ВДВ. Этот двигатель должен быть легким, экономичным, безотказным в воздухе, на земле и воде. И что немаловажно, в боевых условиях иметь высокую живучесть. Так вот, этот двигатель получился ну ООООчень живучим!, поскольку в первую очередь он прижился на гражданке и использовался как в сверхлегкой авиации, так и в кольцевых мотогонках, так и в мотокроссах. Оппозитная схема вкупе с конической передачей позволила легко апгрейдить одноцилиндровые двигатели повышая как их объем, так и мощность. Пример тому — ИЖ Планета 5 на картер которой был установлен блок цилиндров от Юпитера.
На фото:

Вариантов оппозитных двухтактников было достаточно много. В основном они были предназначены для мотодельтапланов, поскольку довольно долгое время Фролов сотрудничал с ОКБ им. Антонова
Эта схема применяется и поныне. Сейчас разрабатывается блок-мотор для установки на низ кроссовогоЧЗ, что позволит реанимировать многие кроссовые мотоциклы в небольших мотоклубах.

Нетрадиционный подход Фролова проявляется с давних пор. Еще во времена службы в ВВС, генерал, обеспечивавший поддержку изобретателя, в сердцах сказал: «Уж лучше бы ты водку пил!», после того, как Фролов заставил свой АН-2 лететь хвостом вперед со скоростью 75км/ч

Однако вернемся к нашим моторам.

Основные усилия по модернизации и совершенству конструкций двигателей Фролов направил на поиск новых решений по преобразованию возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение ведущего вала. Пока что он признает незыблемость и необходимость цилиндро-поршневой группы двигателя. Экспериментов было много, в том числе и с двигателями Баландинской схемы.

Второй двигатель по этой же схеме был изготовлен полностью самодельным

Убедившись в труднопреодолимости недостатков Баландинской схемы, Фролов продолжил поиск механизмов преобразования. Однажды на глаза попался механизм ткацкого станка, который стал главным звеном в сегментно-роторном моторе.

а затем перекочевал на четырехцилиндровый V-образник

В качестве базовых деталей использованы головки цилиндров, цилиндры и поршня от ЗАЗ 965А, такие, какие они есть, без каких бы то ни было переделок и доработок! При этом с двигателя объемом 993 см3 удалось снять 89 л.с. при 8800об/мин.

Верхняя часть двигателя сделана отдельным, съемным блоком
и установлена на нижнюю часть кроссового двигателя ЧЗ

Двигатель не имеетколенвала как такового, вместо него используется механизм напоминающий шарнир разных угловых скоростей, или как его принято называть — шарнир Гука.

родословная которой уходит корнями в кольцевые мотогонки. Запуск не представляет труда как киком, так и электростартером. Эта ходовка была сделана скорее как стенд для ходовых испытаний, после того как двигатель погоняли на стационарном стенде. Сейчас, параллельно с ходовыми испытаниями, идет оптимизация конструкции двигателя и разработка новой рамы с помощью современных методов проектирования. Все разработки Фролова защищены авторскими свидетельствами, но он не торопится приподнимать покрывало тайны над ними.

(Мото, 2004г)
В этом двигателе нет коленвала

Мало что меняется в конструкции двигателей внутреннего сгорания (ДВС): в целом они такие же, что и 100 лет назад. И все же появляются сомневающиеся в незыблемости конструкции. Знакомьтесь: Виталий Константинович ФРОЛОВ из города Николаева (Украина) — бывший авиатор, автомо-токроссмен (он мастер спорта), изобретатель и мастер с золотыми руками. Он сначала усовершенствовал коленвал, а затем и вовсе изгнал его из своих моторов.

В начале изобретательской карьеры, 30 лет назад, Виталий Фролов еще не замахивался на то, чтобы изменить ДВС -ограничился малым: установил на коленвал особые накладки. Когда они изнашивались, менял их вместе с вкладышами, и вал продолжал работать. Просто? Тем не менее, до этого раньше никто не додумался. Виталий получил первое авторское свидетельство, его наградили серебряной медалью Выставки достижений народного хозяйства СССР — в те времена считалось очень почетным стать лауреатом этой награды. Так часто бывает: гениальные изобретения забываются. Чудесный коленвал так и не был внедрен.
Похоже, обида на неразумное человечество вылилась у Виталия в нелюбовь к коленчатым валам, и позже он беспощадно «уничтожал» деталь во всех своих последующих разработках. И сформулировал один из принципов: коленчатый вал — деталь несовершенная.
Странный оппозит

Однажды он получил заказ от специалистов воздушно-десантных войск: разработать двигатель — помощник суперсолдат. Мотор, сказали ему люди в мундирах, должен быть легким, экономичным, безотказным в воздухе, на земле и воде. И вскоре такой появился — 2-тактный оппозит, в основе которого лежал мотор «Иж-Юпитер 5».
Оппозит Фролова необычный — без уплотнительной перегородки между кривошипными камерами, так усложняющей конструкцию ординарных 2-цилиндровых двухтактников. Коленчатый вал (до поры до времени Фролов оставил его в покое) — с двумя опорными подшипниками (вместо трех), что снизило его вес и длину. В конструкции Фролов использовал два своих изобретения: «Демпфер крутильных колебаний коленчатого вала ДВС» и «Узел двигателя внутреннего сгорания».
Мотор получился компактным и «бодрым» — в 1,5 раза возросли мощность и крутящий момент. Он предназначался для сверхлегкой авиации, водномоторного спорта. В 1988 г. пришел заказ на изготовление 300 моторов для дельтапланов. Опытный мотор УМБ-760 устанавливался и на автомобиль ЛуАЗ, планировалось начать его серийный выпуск.
В 2001 году появился мотоцикл, который сразу привлек внимание байкеров. Еще бы: во время демонстрации работоспособности аппарата на второй передаче заднее колесо срывало в букс. Производство движка планировали развернуть на одном из харьковских заводов — для переоборудования обычных «Ижей». Но нагрянули известные события с распадом СССР, и проект так и остался невоплощенным.

Вконец разочаровавшись в коленчатых валах, Виталий Фролов увлекся бесшатунными двигателями Баландина. У этих моторов нет не только шатуна, но и коленчатого вала: преобразование возвратно-поступательного движения поршня в них происходит посредством особого эксцентрического механизма.
Недостаток баландинского «бесшатунника» — излишне высокие требования к точности изготовления эксцентрика. Модернизировав узел преобразования, Виталий изготовил два опытных мотора: один смонтировал в картере «Минска», использовав штатные цилиндр, головку, сцепление и КП. Второй по этой же схеме был от начала до конца самоделкой.
Иногда он давал мотогонщикам свои моторы — и те выигрывали. Техкомиссия их не засекала, потому что о необычных «внутренностях» никто и не догадывался: габариты двигателя оставались прежними. Настолько не догадывались, что однажды в гонках по спидвею победившего спортсмена дисквалифицировали с формулировкой. «опасно ехал». Но никто не продолжил мысль: ведь это происходило в силу избытка мощности мотора. Никому в голову не пришло заглянуть вовнутрь.
И все равно, даже усовершенствованный «баландин» не устраивал изобретателя: механизм преобразования своей громоздкостью напоминал ненавистный коленчатый вал.

Секрет — в цилиндре

Своими фантастическими показателями мотор Фролова обязан именно тому, что в конструкции нет коленчатого вала. Вместо него используется рычажный механизм преобразования, напоминающий шарнир Гука. С виду все просто, но объяснить, как он работает, никому толком не удается -это надо видеть. Изобретатель охотно демонстрирует механизм в работе. Но секрет все же есть — он заключен в некоей цилиндрической детали, которая крепится к проставке, установленной между блоком цилиндров и низом мотора. Фролов называет этот узел демпфером, или уравнителем крутильных колебаний — на него изобретатель и оформил патент.
Со стороны цилиндров в демпфер входит палец, вращающийся рывками, а с другой выходит шестерня конической передачи, вращающаяся достаточно равномерно и без вибраций. Дальше все тривиально — вторая шестерня конической передачи сидит на валу сцепления.
Коническая передача позволяет располагать мотор относительно трансмиссии в каком угодно положении -и в этом еще одно преимущество двигателя. Он обладает повышенным моторесурсом — в силу того, что здесь нет подшипников скольжения, а значит, не требуется смазка под давлением. Кроме того, практически отсутствуют боковые силы воздействия на детали цилиндро-поршневой группы, нет мертвых точек и момента инерции деталей, механизма преобразования движения поршня во вращение вала.
Изобретатель утверждает — признаться, в это верится с трудом — что в его механизме можно во время езды плавно изменять хода поршня, вплоть до нулевых. А это открывает перспективы двигателей с совершенно новыми качествами.

Паровой двигатель без мёртвых точек и коленвала с КПД более 80%

ID:PRJ001645 // Дата обновления: 2011-06-27 // Просмотры: 1

Я придумал и сделал паровой двигатель без мёртвых точек и коленвала с КПД более 80%.
Вы не спешите крутить пальцем у виска,наберитесь терпения. Придумал я конечно не пар или поршень,а привод заменяющий коленчатый вал.
Привод я придумал давно в конце 90-ых и не для двигателя,а для . велосипеда.
Да собственно вот он http://www.youtube.com/watch?v=ptsbjxzzx68.
Привод, кстати, одобрили инженеры ХВЗ и меня пригласили на неделю на завод. Ну это дело прошлое.
В прошлом году вместо педалей,я установил двусторонний поршень и попробовал использовать сжатый воздух. Получилось великолепно.http://www.youtube.com/watch?v=7v-rQ6DUqFY
Ну а дальше я перешел на пар. Вот первые попыткиhttp://www.youtube.com/watch?v=IZZKmvIwOpg.
Решил я это всё дело узаконить и подал в марте этого года заявку на изобретение через патентное бюро. Заявку приняли, конкуренции никакой, жду документы. Могу выслать все подтверждающие бумаги.
Область применения двигателя-полная замена паровых турбин и ДВС. Не удивляйтесь моей категоричности, всё дальнейшее повествование должно убедить Вас в моей правоте.
Тем более,что даже прямые конкуренты с «Ё-Мобиля» отозвались положительно на мой двигатель, цитирую: «Мы проанализировали предоставленную Вами информацию.
Предлагаемый Вами двигатель работоспособен, но к сожалению представляет мало интереса в рамках проекта компании «ё-авто». Мы внесли Ваш проект в базу данных инновационных предложений. Возможно мы обратимся к этой тематике в будущем».
Я их конечно понимаю, прийти сегодня к инвестору и сказать,что движемся в неверном направлении-каръерное самоубийство!Вложенные деньги надо отрабатывать. Ладно,Бог им судья,спасибо,что отозвались.
На достигнутом, я конечно не останавливаюсь, образовался круг энтузиастов, помошников, спасибо им конечно, но это капля в море по сравнению с тем,что бы мы сделали при серьёзной поддержке.
Вот проект в 3D варианте http://www.youtube.com/watch?v=4DJV6fvQwWc

Описание проекта.
Мой инновационный проект основан на теоретических рассчётах и проверен на практике. Здесь нет никаких домыслов, всё чистая физика!
Судите сами (в 3D варианте всё показано)
Имеем цилиндр с поршнем двустороннего действия со штоком,присоединенным к троссу, который накручен на шкив, закреплённый на храповике. Храповик же сидит на оси редуктора генератора электрического тока.
Теперь подробней, как это работает. Подаём пар в цилиндр, шток поршня выдвигается и тянет трос, который скручиваясь со шкива, через храповик, вращает ось редуктора генератора. Трос же через шкив-паразитку наматывается на другой шкив с храповиком, расположенный также на оси редуктора генератора,параллельно друг другу. Чтобы это произошло на храповиках закрепленны ещё по одному шкиву. На них трос намотан в противоположную с соседним шкивом сторону, и через свой шкив-паразитку, соединён с другим шкивом и храповиком.
Звучит всё это довольно сложно, хотя, на самом деле, всё взаимосвязанно, одно тянет другое и получается гениально и просто. Это я показал, как работает запатентованый мной привод,заменяющий коленвал. Как Вы сами видите, мёртвых точек нет, шток поршня двигается вперёд и назад, а ось редуктора генератора вращается в одну и туже сторону.
А теперь начинается самое интересное. Сравним мой двигатель с одноцилиндровым мотоциклетным. Ход поршня ДВС 50мм при6000 об в мин. Поршень за 1 мин проходит 300м. На моём двигатели ход поршня 300мм. Расстояние в 300 м. он пройдёт за 500 ВПД/мин.(возратно-поступательных движений). Смотрим: ДВС- 100 ВПД в сек. и ДПР-8 ВПДв сек! А если я возьму цилиндр с ходом поршня 1метр например,то получу 5 ВПД/сек. Это в 20раз меньше,чем в ДВС ! То-есть я могу в 20 раз увеличить скорость ВПД, При этих условиях ДВС должен вращаться со скоростью 120000 об в мин,что совершенно не реально. Из элементарных расчётов.мы видим, что скорость вращения предельная для ДВС, для моего ДПР не более,чем минимальные ВПД. Теперь сравним мой двигатель с паровой турбиной. Скорость струи пара 1000 м /сек, давление 40-60кг см в ква.температура пара 560 град.и скорость вращения 3000-6000 об в мин. С ума сойти,ф ильм ужасов отдыхает! И все эти технические ухищрения только для того,что-бы получить 40% КПД! Теперь сравним с моим ДПР. Двусторонний цилиндр с поршнем,без водянного охлаждения,рабочее давление 8 кг см в ква. температура пара 120 град. При помощи электронники открываем электроклапан и впускаем в цилиндр строго регулируемую порцию пара и закрываем клапан. Дальше пар двигает поршень и с температурой не более 20 град выпускается в виде конденсата,который собирается в конденсатоприёмник. Теперь считаем КПД по Циклу Карно ( 120-20):120=0,83*100%=83%. И поверте, при многопоршневой системе 2-4 шт.КПД будет ещё выше! Все эти цифры я не из пальца высосал,а с практических замеров своего двигателя. Хотите верьте, хотите поспорьте со мной, но ДПР похоронитДВС и паровую турбину! (Давно пора!)

Делать экономический расчёт я не большой специалист, но если у меня будет возможность открыть и содержать небольшое инженерное бюро, опытных юристов и мастерскую со станками и рабочими, то максимум за год я сделаю промышленный образец двигателя, патент на который можно продавать по всему миру. Посадите меня в золотую клетку и я буду нести золотые яйца!

Мотоциклы Урал и Днепр

Ridik @ ИКОВ+ДНЕПР=ПОМОГИ .
человек @ ИКОВ+ДНЕПР=П� .
Pilon (томск) @ Не могу от� .

Разделы

Старый форум
- Двигатель
- Карбюраторы
- Начинающим
- Общие
- Разговорчики
- Трансмиссия
- Химия
- Ходовая
- Электрика
Фото Тюнинг

Новое на Форуме

Багажник на Урал и не только
Урал ИМЗ8.103.10 — 1989 г.в. Принимаю советы по ремонту))
купил м63, а что ж с ним сделать?
Разговоры обо всём !
Пропадает искра на свечах и на катушке зажигания.

Двигатель без коленвала? Такое реально.

Както по ящику в новостях промелькнула инфа про двиг. Фролова.
Я реально увидел случайно — мужик едет на мотоцикле неизвестной конструкции а потом расказывает про новаторскую конструкцию мотора.
Короче я толком не понял, что про что, но потом в нете поискал инфу про этот движок.
И вот нашел одну статью
http://www.motopan.com.ua/tech/frolov.htm» target=_blank>

http://www.motopan.com.ua/tech/frolov.htm
/>

Судя по описание за основу взят двиг от ЗАЗ 965 и с него снимается 89л.с. при 8800 об/мин. Нехило. И еще в новостях бродят слухи, что он вроде как 2л на 100км тратит.
А самый главный штрих — отсутствие коленвала и вибраци связаных с ним!

Конечно все стоит проверитть, но если все реально, то разве нас удивиш кустомными движками? Это автомобелисты телятся, и в жизни не заменят двиг.

Вот бы с этим мужиком связатся и потолковать. Кому нужен такой движок? Я бы не отказался.

P.S. если ссылка не работает, то просто скопируйте ее в окно адреса браузера

[Редактировано 30/11/2003 wo1f]

У нас на боевом дежурстве когда цели сопровождались хвостом вперед оператора рлс имели не по децки , а тут оказивается кулибин летал вот где правда-матка.
Наши разработали опозитный двигатель у которог нет коленвала, один шатун на 2 поршня и крутящий момент передается за счет нескольких шестерешик подобно двигателю ванкеля кажись, тк нет при работе двирателя боковых биений поршней это позвалило сделать керамические цилиндры. кинематическая схема и более подробное описание в журнале «катера и яхты» номер не помню.

— Ну да все идиоты, один он Дартатньян!
— Я так и не понял что к чему, но очень похоже на «исследования» УФОлогов. Какие то фотографии, замеры, потом выводы ни из чего не следующие. Странно то, что это так круто, а он один непонятый и оплеванный на коне! Так не бывает. По жизни мои контакты с такими людьми приводили меня к выводам — «изобретатели» просто нездоровые люди и живут в своем мире фантазий!
— Может это типа вечного двигателя, или КПД парового двигателя. Идея хорошая, но реализация больно накладная? Может какой спец по моторам эту бодягу разберет и пояснит нам любителям? Я бы спасибо сказал!

РПД — РОТОРНО ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ.

Ну и почему у него все фотки такие голимые? Нормальный изобретатель не стесняется показать и рассказать толково об изобретении. А это фуфло какое-то

Может он жадина, и ни с кем не хочет делиться

как-то в журнале «Наука и Жизнь» видел схему бесшатунного движка конструкции Баландина. Его на экспериментальных самолетах применяли. Неплохо работал..но. дальше экспериментов и не двинулось. Как всегда.

На том же сайте (motopan),в конфе можно пообщацца с Владимиром Тураевым .Он это хозяйство видел и знает владельца.

tam beda kak i na rotornom dvizke, nuzni unikalnyje materialy ir mnogo isledovanij cego eto stoit, a samyj bolsoi minus eto dolgovecnost,i procnost mehanizma peredaci sily iz «vperiod-nazad» na krutiasciuju.
vse dvigatelia uze izobrateny, prosta byvajut liudi,etogo ne znaja dumajut cto izobreli.
gdeto imel sylku, pro vse vidy dvigatelei izobretionyh celovekom.
esli eto bylo tak by unikalno i prosto, my by na nih davno by katalis..
http://home.polarcom.ru/

vvtsv/seu04.htm
ctoto na podobije etoi sylke, no nemogu naiti ee secas.

для Squid: у двигателя баландина есть ряд существенных недостатков, которые не дали пустить его в масовое производство. не помню точно что там плохого ,но что-то есть. если интересно могу поискать.

а по поводу этого движка — хрень какая-то. пока не будет чертежей, принципиальной схемы или хотябы нормальных фоток ничего сказать нельзя

Я тут по мылу написал автору статьи и получил такой ответ:

Sunday, November 30, 2003, 2:52:47 PM, you wrote:

W> Привет Владимир Тураев
W> Интересно очень можно как то по мылу связатся с Фроловым.

Нет у него мыла. вот его телефон домашний 8 0512 349516

W> Если простым производителям нет дела для его движка, то байкерам он безразличен.
W> И еще интересно в перспективе будет налажен выпуск его движка?
W> Или хотябы деталей для переделки.

Я за это, сейчас не берусь — нет соответствующих станков. Спросите
Фролова, может он обнадежит.

Вобщем надо попробовать позвонить.

Что-то эта штука сильно напомниает РПД

РПД зрет горючки дофига, масла очень много и ресурс у него смехотворный из за большой тепловой напряженности некоторых деталей.
Выпускается восьмера с РПД, 7000 уё. РПД 1,3 литра моща 130 кобыл. Жрет по 17 литров горючки на сотню и масла по канистре на тысячу. Ресурс 50 тыщ если повезет, если не повезет то тыщ 30. Зато максималка за 200 и движок раскручивается так быстро, что некоторым спорткарам и не снилось.

Двигатели без коленвала — новая эра в автомобилестроении

Первые автомобильные двигатели были изобретены более века назад. С того времени в их конструкции мало что изменилось.

Конечно, двигатели усовершенствуются, модернизируются, становятся экологичными, лёгкими и компактными, но основы конструкции остаются прежними. Сейчас всё чаще говорят про ДВС без коленвала.

Зачем нужно убирать коленчатый вал? Как работают такие агрегаты? Такие ли они совершенные или всё же некоторые отрицательные характеристики для них свойственны?

Почему мы хотим избавиться от коленчатого вала

Отчего же таким ненавистным устройством является коленчатый вал, который ещё называется кривошипно-шатунным механизмом? Почему все так упорно желают избавиться от него? Главная причина скрывается в присутствии чрезмерного бокового усилия, которое приходится на стенки цилиндра. Эта особенность обуславливает наличие ряда негативных факторов:

сокращение долговечности поршневой системы и её ускоренный износ;
увеличение потерей, которые приходятся на трение;
снижение КПД.

Чтобы убрать все эти отрицательные моменты, необходимо создать такой агрегат, конструкция которого будет предполагать возвратно-поступательные движения без углового качения.

Такие механизмы уже существуют в большом количестве. Далеко не все из них могут применяться на практике, лишь некоторые экземпляры достойны внимания. Мы выбрали две модели двигателей без коленвала, презентация которых всколыхнула общественность.

Бесшатунный двигатель Баландина

Первый достойный двигатель без коленвала, который сейчас ложится в основу многих разработок и изобретений, носит имя Баландина. Суть функционирования такого механизма заключается в преобразовании движений возвратно-поступательного типа. Это стало возможным за счёт наличия специального эксцентрического механизма. К этой детали предъявляются высокие требования, которые делают силовой агрегат дорогим и недоступным для широкого использования.

Конструкция является особенной, для неё характерны уникальные характеристики, о которых мы как раз сейчас будем говорить:

шатуны заменены на поршневые штоки, они жёстко скрепляются с поршнями;
поршневые штоки аналогично шатунам охватывают шейки с коленвала;
по обе стороны от подшипника штока располагаются ползуны, которые за счёт направляющих свободно скользят;
поршень является обоймой для уплотнительных колец, которые располагаются между цилиндром и поршнем.

В такой конструкции отсутствуют боковые усилия, за счёт чего допустимо сокращение размеров поршня. Сам мотор демонстрирует высокую производительность, является экономичным и характеризуется ёмким ресурсом. Также конструкция становится компактной и более лёгкой. О недостатке мы уже говорили, он заключается в высоких требованиях относительно точности эксцентрика.

Многие специалисты работают над усовершенствованием этого механизма, используя его в качестве основы для своих изобретений.

Двигатель Фролова — мотор без шатунов и коленвала

Этот гениальный человек считал коленвал совершенно неидеальной деталью, которая нуждается в серьёзной доработке или, вовсе, является лишней в ДВС. Инженер долго и тщательно изучал конструкцию механизма Баландина. Эти наблюдения натолкнули его на создание другого механизма.

Фролов изначально модернизировал эксцентрик, чтобы в дальнейшем его требования к точности не стали проблемой. Полностью убрать недостатки, характерные для двигателя Баландина, является крайне сложной задачей, даже для Фролова. Украинский инженер продолжил свои разработки, в надежде полностью убрать из механизма коленвал. Его внимание привлёк механизм, который используется в ткацких станках.

Результатом длительной и плодотворной работы стал сегментно-роторный механизм. В его структуре отсутствует коленвал, он заменён элементом, напоминающим шарнир с разными угловыми скоростями. Такой механизм известен, как шарнир Гука. Вращение деталей в двигателе внутреннего сгорания Фролова обеспечивается подшипниками качения.

Эра эволюции ДВС только начинается, и пока неизвестно, что нас ожидает в конце. Существующие наработки показывают хороший старт и дают повод надеяться на великие открытия. Возможно, уже не за горами момент, когда будет изобретён вечный двигатель.

Супердвигатель без коленвала — какой он, мотор из будущего?

На протяжении многих лет инженеры старались представить, как должен работать супердвигатель без коленвала. Ведь это снизило бы расход топлива и степень негативных последствий постоянной вибрации в моторе. И это случилось, изобретение вызвало многочисленные дискуссии. Попробуем составить впечатление об этом агрегате.

Как зарождался современный ДВС?

Если сравнивать автомобиль с организмом человека, то именно движок будет выполнять роль сердца. Без него эксплуатация транспортного средства попросту невозможна. Само слово мотор в переводе с латыни означает приводить в движение. И если в двух словах, то это устройство отвечает за преобразование энергии от сгорания топлива в механическую, без которой автомобиль не заведется.

Впервые о подобном агрегате услышали в далеком 1801 году, а благодарить за это изобретение следует французского инженера Филиппа Лебона. А вот создателем образцов, наиболее близких по строению к современным моторам, считают немецкого инженера-самоучку Николауса Отто. О его достижениях мир узнал спустя более 70 лет, в 1877 году.

Французский инженер Филипп Лебон

За пять лет до этого Брайтон попытался воплотить в жизнь силовой агрегат, который будет работать на керосине, предыдущие устройства функционировали за счет газа. Попытка оказалась неудачной. Но в 1882 году жизнь получил новый агрегат, работающий на жидком топливе – бензине. И благодарить за его появление на свет человечество обязано немецкого конструктора, инженера и промышленника Готтлиба Даймлера.

Почему мы хотим избавиться от коленчатого вала?

Более двухсот лет прошло с момента появления первого силового агрегата, и с тех пор многое изменилось. Появились различные модификации, теперь они работают на бензине, солярке, газе, но неизменной осталась функция и роль мотора в строении авто. Однако значительный скачок приходится именно на наш век. Сегодня зарождаются новые технологии, и уже есть разработки двигателей без коленвала. Но как может мотор работать без этого узла?

Двигатель без коленвала

Если разобраться, традиционный кривошипно-шатунный механизм имеет ряд недостатков. Например, во время его работы создается очень сильное боковое усилие на стенки цилиндра. Это приводит к преждевременному износу поршня. Еще подобное усилие значительно увеличивает потери на трение, а значит, страдает КПД. Чтобы исключить этот недостаток, нужен механизм, в котором шатун будет совершать только возвратно-поступательные движения. А вот угловые качения следует полностью устранить. Сейчас можно найти множество разработок подобных агрегатов. Некоторые из них имеют право на существование, другие никуда не годятся.

Основой многих изобретений выступает бесшатунный двигатель Баландина. Его работа заключается в преобразовании возвратно-поступательных движений благодаря специальному эксцентрическому механизму, к которому предъявляются очень высокие требования, что и мешает сделать мотор доступным.
На сегодняшний день у инженеров получилось создать рабочий и прошедший все испытания двигатель, в котором уменьшили количество подшипников коленвала. Это двухпоршневые конструкции. И скорее всего в ближайшие годы этот образец будет пущен в массовое производство. Это, конечно, не воплотило мечту миллионов в реальность, но существенно приблизило нас к ней. А пока что ДВС без коленвала остается навязчивой идеей, и поиски решений продолжаются.

Как видит работу мотора без коленвала Баландин?

Рассмотрим основные элементы и принцип работы таких чудо-агрегатов. Идеально гладкий поршень, на поверхности которого нанесена специальная волнообразная выемка, насаживается на вал. Сюда фиксируется и золотник. Его крепят посредством болтового соединения. Сверху поршня надевается гильза. Вся конструкция помещается в корпус. В его верхней части предусмотрена специальная выемка, куда и устанавливается ролик, а затем она закрывается крышкой на болтах.

Имеется головка, в которую вставляется свеча зажигания. С боковой стороны устанавливается глушитель, который тоже фиксируется посредством четырех длинных болтов. С противоположного торца от головки устанавливается система зажигания и соединяется со свечей посредством тонких трубок. А рядом сбоку крепится карбюратор.

Свечи зажигания для мотора Баландин

Если желаете более наглядно ознакомиться с принципом работы двигателя без коленвала, видео с подробной схемой мы разместили чуть ниже, а сейчас опишем этот процесс в общих чертах. Поршень делает возвратно-поступательные движения. Вал и поршень имеют сквозные отверстия, расположенные в одной плоскости. В них вставляется цилиндр, благодаря которому обеспечивается жесткое соединение. Поэтому при вращении вала вокруг своей оси такие манипуляции испытывает и прикрепленная к нему деталь.

Топливо поступает из бензобака в карбюратор, где распыляется через специальный клапан и перемешивается с воздухом. Когда поршень движется в сторону головки, открывается впускное окно и топливно-воздушная смесь поступает в подпоршневое пространство. Затем окно закрывается, а горючее сжимается вследствие изменения движения детали в противоположную сторону. В это время открывается продувочное окно, и смесь поступает в камеру сгорания, где опять происходит ее сжатие, обусловленное движением поршня.

Поршни двигателя без коленвала

Когда поршень находится в крайнем положении, в камере возникает огромное давление и горючее воспламеняется. Этот мини-взрыв толкает поршень в противоположную сторону. Пройдя немного, он открывает канал, через который отработанные газы покидают камеру сгорания. И этот процесс циклично повторяется на протяжении всей работы движка.

Технически подкованным людям при просмотре видеодемонстрации наверняка бросаются в глаза некоторые слабые места такой разработки. И конструкторы продолжают искать пути к повышению надежности и устойчивости такого механизма. Анализ крупных салонов последнего десятилетия показывает, что гиганты автопрома усердно трудятся над совершенствованием мотора. Поэтому есть надежда, что двигатели внутреннего сгорания без коленвала совсем скоро получат реализуемую и надежную конструкцию и автопарк всего мира существенно изменится.

Роторный дизель — конструкция двигателя

Кто изобрел роторный двигатель?

Второе имя роторного двигателя (РПД) — ванкель (этакий аналог дизеля). Именно Феликсу Ванкелю сегодня приписываются лавры изобретателя роторно-поршневого двигателя и даже рассказывается трогательная история о том, как Ванкель шел к поставленной цели тогда же, когда Гитлер шел к своей.

На самом деле все было чуточку иначе: талантливый инженер, Феликс Ванкель действительно трудился над разработкой нового, простого двигателя внутреннего сгорания, но это был другой двигатель, основанный на совместном вращении роторов.

После войны Ванкель был привлечен немецкой фирмой NSU, занимавшейся в основном выпуском мотоциклов, в одну из рабочих групп, трудившихся над созданием роторного двигателя под руководством Вальтера Фройде.

Вклад Ванкеля — это обширные исследования уплотнений вращающихся клапанов. Базовая схема и инженерная концепция принадлежат Фройде. Хотя у Ванкеля был патент на двойственное вращение.

Первый двигатель имел вращающуюся камеру и неподвижный ротор. Неудобство конструкции навело на мысль поменять схему местами.

Первый двигатель с вращающимся ротором начал работу в середине 1958 года. Он мало отличался от своего потомка наших дней — разве что свечи пришлось перенести на корпус.

Феликс Ванкель и его первый роторный двигатель
Вскоре фирма объявила о том, что ей удалось создать новый и очень перспективный двигатель. Почти сотня компаний, занимающихся производством автомобилей, закупила лицензии на выпуск этого мотора. Треть лицензий оказалась в Японии.

Есть ли будущее у двигателя внутреннего сгорания без коленчатого вала со свободным поршнем?

Нетрадиционным направлением развития конструкций двигателей внутреннего сгорания, является разработка свободнопоршневых энергетических установок. Их особенности работы связаны с отсутствием кривошипно-шатунного механизма, преобразующего в традиционном двигателе возвратно-поступательное движение поршня в однонаправленное вращение выходного вала. Отсутствие ограничителя движения поршня (кривошипно-шатунного механизма) приводит к иному закону движения, что позволяет получить качественно новые его характеристики.

Устроен двигатель просто. По сути, это цилиндр с глухими концами, внутри которого скользит поршень. На каждом конце цилиндра – инжектор для впрыска топлива, впускное и выпускное окно или клапана. В зависимости от типа топлива к ним могут быть добавлены свечи зажигания. И все: меньше десятка простейших деталей и лишь одна — движущаяся. Поршень в таком двигателе движется линейно, возвратно-поступательно, между двумя камерами сгорания.

В традиционной силовой установке среди нагромождения этих систем практически не виден сам двигатель, структурная схема основного механизма которого осталась неизменной со времѐн Ленуара, Отто, Бенца и Даймлера.

Существует своеобразное «табу» на основной механизм ДВС при котором значительно изменяется конструкция различных систем: газообмена, впрыска топлива и т.д., но существенным образом не изменяется схема кривошипно-шатунного механизма. И это при том, что кривошипно-шатунный механизм имеет много принципиальных недостатков: он обеспечивает возможность реализации далеко не идеального термодинамического процесса при постоянно изменяющемся рабочем объѐме и не позволяет преобразовывать максимальную нагрузку на поршень в крутящий момент на валу при нулевом эффективном плече; быстротекущие процессы расширения-сжатия определяют политропный процесс преобразования тепловой энергии, существенно отличающийся от идеального; прижатие поршня к цилиндру существенно ограничивает работоспособность и ресурс двигателя, а механизм одноцилиндрового двигателя вовсе кинематически неработоспособен и необходимо применение лишней массивной детали — маховика.

Кроме того повышение частоты вращения и степени сжатия, как способ увеличения литровой мощности двигателя, приводит к снижению его термодинамического совершенства. Как следствие имеется объективная причина поиска принципиально новых механизмов двигателей силовых установок.

Оригинальная концепция двигателя внутреннего сгорания — простота.

Одна из самых радикальных концепций ДВС в истории — двигатель со свободным поршнем. Первые упоминания о нем в специальной литературе относятся к 20-м годам прошедшего столетия. С 1930-х по 1960-е годы такие двигатели использовались в качестве воздушных компрессоров и газогенераторов, поскольку они обладали заметными преимуществами перед обычными двигателями внутреннего сгорания и газовыми турбинами.

Свободнопоршневой двигатель аналогичен обычному поршневому двигателю внутреннего сгорания, но с заменой системы коленчатого вала линейным поршневым узлом, который может работать свободно и только в линейном перемещении.

КПД такого двигателя теоретически больше 70%. Он легок и прост в производстве, а, значит, дешев. Но, не смотря на то, что этот двигатель известен около ста лет, широкого распространения он не получил. Причин тому несколько, и самая главная из них состоит в том, что до последнего времени инженеры не знали, каким способом можно было бы снять мощность с поршня, движущегося взад-вперед внутри цилиндра с частотой 20 000 раз в минуту.

Основная особенность свободнопоршневого двигателя в том, что движение поршня определяется не механической связью кривошипно-шатунного механизма, а соотношением нагрузки к силе расширяющихся газов. Степень сжатия, таким образом, у него получается переменной. Как следствие, этот двигатель можно просто настроить на бензин, дизельное топливо, этанол, природный газ, водород и т. д.

Первостепенная проблема — как снять мощность с такого двигателя, который механически представляет собой замкнутую систему? Как подключиться к поршню, который перемещается с высокой частотой?

Эта задача долго оставалась нерешенной, хотя попытки производились регулярно. В частности об нее обломали зубы инженеры General Motors в 1960-х годах в процессе разработки компрессора экспериментального газотурбинного автомобиля. Действующие образцы судовых насосов на основе свободнопоршневых двигателей в начале 1980-х были изготовлены французской компанией Sigma и британской Alan Muntz, но в серию они не пошли.

Растущий интерес к исследованиям и разработкам, а также инвестиции в эту технологию привели к появлению большего числа конфигураций прототипов двигателя со свободным поршнем. В целом они могут быть различного типа: двухтактные с оппозитными поршнями, четырехтактные с оппозитными поршнями, двухтактные с одним поршнем и двухтактные с двумя поршнями, используя свечи зажигания или принцип дизельного двигателя и пр. Известны даже двигатели со свободным поршнем, работающим по принципу Стирлинга.

Свободнопоршневой двигатель можно считать наиболее простой конструкцией хорошо приспособленной к требованиям массового производства, исходя из основных требований — простота, минимум подвижных звеньев, высокий КПД.

Преимущества свободнопоршневого двигателя заманчивы:

организация и условия протекания рабочего процесса, которые обеспечивают высокие КПД и динамические показатели при отсутствии дымления (сажи) (преимущества свободного поршня в дизеле заключаются в оптимальном подводе тепла, отсутствии ограничений на жесткость и максимальное давление цикла, высокий механический КПД, незначительный (до 10%) провал коэффициента избытка воздуха при наборе нагрузки;
многотопливность, возможность применения низкосортных альтернативных топлив и газов произвольного состава, включая сбросные и тощие (содержание метана более 10 – 20 % без потери мощности) с воспламенением от сжатия;
динамическая уравновешенность, отсутствие вибраций;
низкие затраты при эксплуатации и ремонте;
высокие пусковые качества при низких температурах;
возможность отключения одного или нескольких секций без остановки остальных;
возможность повышения давления наддува и максимального давления сгорания;
простота, надежность и технологичность конструкции;
удобство компоновки в пространстве (возможен модульный принцип построения):
удельная массовая и габаритная мощность значительно выше дизелей.

Свободнопоршневой двигатель можно считать наиболее простым по конструкции и хорошо приспособленным к требованиям массового производства среди всех используемых ДВС.

Свободнопоршневой двигатель. Источник: DLR

Однако не все так просто. Перед учеными стоят две важнейшие проблемы свободнопоршневого двигателя: отбор полученной мощности и управление капризным поршнем. Не так то просто снять механически мощность с двигателя, представляющего собой замкнутую систему, и контролировать работу установки при частоте до 20 000 циклов в минуту. Кроме того, верхняя мертвая точка траектории зависит от степени сжатия и скорости сгорания топливного заряда. Фактически торможение поршня происходит за счет создания критического давления в камере и последующего самопроизвольного возгорания смеси. В обычном ДВС каждый последующий цикл является аналогом предыдущего благодаря жестким механическим связям между поршнями и коленчатым валом. В свободнопоршневом же длительность тактов и верхняя мертвая точка — плавающие величины. Малейшая неточность в дозировке топливного заряда или нестабильность режима сгорания вызывают остановку поршня или удар в один из торцов цилиндра.

Таким образом, для двигателя такого типа требуется мощная и быстродействующая электронная система управления. Создать ее не так просто, как кажется. Многие эксперты считают эту задачу трудновыполнимой. Гарри Смайт, научный руководитель лаборатории General Motors по силовым установкам, утверждает: «Двигатели внутреннего сгорания со свободным поршнем обладают рядом уникальных достоинств. Но чтобы создать надежный серийный агрегат, нужно еще очень много узнать о его термодинамике и научиться управлять процессом сгорания смеси». Ему вторит профессор Массачусетского технологического института Джон Хейвуд: «В этой области еще очень много белых пятен. Не факт, что для свободнопоршневого двигателя удастся разработать простую и дешевую систему управления».

Но наука и техника развиваются настолько стремительно, что проблемы, реализация которых была невозможна вчера, сегодня вполне реализуемые за счет новых материалов, технологий, микропроцессорной техники и интеллектуальных систем управления.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Теги: Технологии двигатель внутреннего сгорания ДВС коленчатый вал кривошипно-шатунный механизм свободный поршень

Предыдущая статья Прорывная технология или утопия: линейный генератор + свободнопоршневой двигатель

Следующая статья Мотор с непосредственным впрыском. Насколько экологичный «зеленый» двигатель?