Двигатель дюка: Аксиальные двигатели внутреннего сгорания / Хабр

Содержание

Аксиальные двигатели внутреннего сгорания / Хабр

Аксиальный ДВС Duke Engine

Мы привыкли к классическому дизайну двигателей внутреннего сгорания, который, по сути, существует уже целый век. Быстрое сгорание горючей смеси внутри цилиндра приводит к увеличению давления, которое толкает поршень. Тот, в свою очередь, через шатун и кривошип крутит вал.

Классический ДВС

Если мы хотим сделать двигатель помощнее, в первую очередь нужно увеличивать объём камеры сгорания. Увеличивая диаметр, мы увеличиваем вес поршней, что отрицательно сказывается на результате. Увеличивая длину, мы удлиняем и шатун, и увеличиваем весь двигатель в целом. Или же можно добавить цилиндров — что, естественно, также увеличивает результирующий объём двигателя.

С такими проблемами столкнулись инженеры ДВС для первых самолётов. Они, в конце концов, пришли к красивой схеме «звездообразного» двигателя, где поршни и цилиндры расположены по кругу относительно вала через равные углы. Такая система хорошо охлаждается потоком воздуха, но очень уж она габаритная. Поэтому поиски решений продолжались.

В 1911 году Macomber Rotary Engine Company из Лос-Анджелеса представила первый из аксиальных (осевых) ДВС. Их ещё называют «бочковыми», двигателями с качающейся (или косой) шайбой. Оригинальная схема позволяет разместить поршни и цилиндры вокруг основного вала и параллельно ему. Вращение вала происходит за счёт качающейся шайбы, на которую поочерёдно давят шатуны поршней.


У двигателя Макомбера было 7 цилиндров. Изготовитель утверждал, что двигатель был способен работать на скоростях от 150 до 1500 об/мин. При этом на 1000 об/мин он выдавал 50 л.с. Будучи изготовлен из доступных в то время материалов, он весил 100 кг и имел размеры 710×480 мм. Такой двигатель был установлен в самолёт авиатора-первопроходца Чарльза Фрэнсиса Уолша «Серебряный дротик Уолша».

Не остались в стороне и советские инженеры. В 1916-м году появился двигатель конструкции А. А. Микулина и Б. С. Стечкина, а в 1924 г — двигатель Старостина. Об этих двигателях знают, пожалуй, только любители истории авиации. Известно, что детальные испытания, проведенные в 1924 г, выявили повышенные потери на трение и большие нагрузки на отдельные элементы таких двигателей.

Двигатель Старостина из музея авиации в Монино

Гениальный и слегка безумный инженер, изобретатель, конструктор и бизнесмен Джон Захария Делореан мечтал построить новую автомобильную империю в пику существующим, и сделать совершенно уникальный «автомобиль мечты». Все мы знаем машину DMC-12, которую называют просто DeLorean. Она не только стала звездой экрана в фильме «Назад в будущее», но и отличалась уникальными решениями во всём — начиная от алюминиевого кузова на плексигласовом каркасе и заканчивая дверями «крылья чайки». К сожалению, на фоне экономического кризиса производство машины не оправдало себя. А затем Делореан долго судился по подложному делу о наркотиках.

Но мало кто знает, что Делореан хотел дополнить уникальный внешний вид машины ещё и уникальным мотором — среди найденных после его смерти чертежей были и чертежи аксиального ДВС. Судя по его письмам, он задумал такой двигатель ещё в 1954 году, а всерьёз принялся за разработку в 1979-м. В двигателе Делореана было три поршня, и они располагались равносторонним треугольником вокруг вала. Но каждый поршень был двусторонним — каждый из концов поршня должен был работать в своём цилиндре.

Чертёж из тетради Делореана

По каким-то причинам рождение двигателя не состоялось — возможно, потому, что разработка автомобиля с нуля вышло достаточно сложным предприятием. На DMC-12 устанавливали 2,8-литровый двигатель V6 совместной разработки Peugeot, Renault и Volvo мощностью 130 л. с. Пытливый читатель может изучить сканы чертежей и заметок Делореана на этой странице.

Экзотический вариант аксиального двигателя — «двигатель Требента»

Тем не менее, такие двигатели не получили широкого распространения — в большой авиации постепенно состоялся переход на турбореактивные двигатели, а в автомобилях по сию пору используется схема, в которой вал перпендикулярен цилиндрам. Интересно только, почему такая схема не прижилась в мотоциклах, где компактность пришлась бы как раз кстати. По-видимому, они не смогли предложить какой-либо существенной выгоды по сравнению с привычным нам дизайном. Сейчас такие двигатели существуют, но устанавливаются в основном в торпедах — благодаря тому, как хорошо они вписываются в цилиндр.

Вариант под названием «Цилиндрический энергетический модуль» с двусторонними поршнями. Перпендикулярные штоки в поршнях описывают синусоиду, двигаясь по волнистой поверхности

Главная отличительная черта аксиального ДВС — компактность. Кроме того, в его возможности входит изменение степени сжатия (объёма камеры сгорания) просто путём изменения угла наклона шайбы. Шайба качается на валу благодаря сферическому подшипнику.

Однако новозеландская компания Duke Engines в 2013 году представила свой современный вариант аксиального ДВС. В их агрегате пять цилиндров, но всего лишь три форсунки для впрыска топлива и — ни одного клапана. Также интересной особенностью двигателя является тот факт, что вал и шайба вращаются в противоположных направлениях.

Внутри двигателя вращаются не только шайба и вал, но и набор цилиндров с поршнями. Благодаря этому удалось избавиться от системы клапанов — движущийся цилиндр в момент зажигания просто проходит мимо отверстия, куда впрыскивается топливо и где стоит свеча зажигания. На стадии выпуска цилиндр проходит мимо выпускного отверстия для газов.

Благодаря такой системе количество необходимых свечей и форсунок получается меньшим, чем количество цилиндров. А на один оборот приходится в сумме столько же рабочих ходов поршня, как у 6-цилиндрового двигателя обычного дизайна. При этом вес аксиального двигателя на 30% меньше.

Кроме того, инженеры из Duke Engines утверждают, что и степень сжатия их двигателя превосходит обычные аналоги и составляет 15:1 для 91-го бензина (у стандартных автомобильных ДВС этот показатель равен обычно 11:1). Все эти показатели могут привести к уменьшению расхода топлива, и, как следствие — к уменьшению вредного воздействия на окружающую среду (ну или к увеличению мощности двигателя — в зависимости от ваших целей).

Сейчас компания доводит двигатели до коммерческого применения. В наш век отработанных технологий, диверсификации, экономии на масштабе и т.п. сложно представить, как можно серьёзно повлиять на индустрию. В Duke Engines, по-видимому, это тоже представляют, поэтому намереваются предлагать свои двигатели для моторных лодок, генераторов и малой авиации.


Демострация малых вибраций двигателя Duke

Инновационный бесклапанный двигатель из Новой Зеландии по всем параметрам превосходит традиционные модели

+
A

Двигатель, разработанный фирмой Duke из Новой Зеландии, мощнее, меньше, легче и проще, чем двигатели, создаваемые по традиционным технологиям

 Инновационная бесклапанный двигатель от компании Duke обеспечивает отличную производительность, высокую степень сжатия, он чрезвычайно компактен и лёгок, и содержит меньшее число движущихся частей, чем обычные двигатели.

 Осевая конструкция означает, что его пять цилиндров окружают вал привода и параллельны ему. Поршни передают усилие на манипулятор в форме звезды, который обкатывает приводной вал. Манипулятор, который используется для передачи усилия на вал привода, вращается в направлении, противоположном движению вала. Такое противовращение очень точно балансирует двигатель, и обнаружить его вибрацию на ощупь практически невозможно.

Вместо механического или пневматического управления клапанами, цилиндр с поршнями вращается мимо впускных и выпускных окон в стационарной головке в форме кольца. Свечи зажигания также установлены в этом неподвижном кольце — поршни просто скользят мимо каждого из окон, выполняя обычный цикл. Таким образом, система Duke устраняет всю сложность работы клапанной системы и при этом удается запустить пятицилиндровый двигатель всего тремя свечами и на трёх топливных форсунках.

В тесте 3-литровый пятицилиндровый двигатель дает мощность 215 лошадиных сил и 30 кгс крутящего момента при 4500 об/мин, опережая обычные 3-литровые двигатели, которые к тому же весят почти на 20 процентов больше.

Двигатель показал отличную устойчивость к предзажиганию (или детонации) — обеспечивая степень сжатия 14: 1 на обычном 91-ом бензине. Это говорит о том, что дальнейшая доводка позволит выжать из данного количества топлива ещё большую мощность, повышая общую эффективность устройства. К тому же двигатель практически всеяден – без всяких перенастроек он способен работать на керосине и может использовать альтернативные виды топлива.

Вряд ли этот двигатель появится в автомобилях в ближайшем будущем; концерны-автогиганты уже вложили большие средства в собственные технологии двигателей. Но авиастроение, портативные генераторы и морские лодочные моторы имеют уникальную возможность воспользоваться преимуществами высокой производительности, компактными размерами и малым весом двигателя Duke.

 

Самый странный двигатель, который вы когда-либо видели

По словам компании Duke Engineering, разработанный ими осевой двигатель – самый эффективный и лёгкий двигатель из всех, которые вы можете установить на свою лодку, малый самолёт или генератор.,

Как сообщают сами разработчики, финальная коммерческая модель их двигателя пока не завершена, но уже сейчас подаёт большие надежды:

«Механические и другие ключевые характеристики двигателя (сгорание топлива, производительность, тайминг портов, их геометрия, и так далее) показывают удовлетворительные результаты уже сейчас, на стадии прототипа, но без всякого сомнения получат выгоду от дальнейших исследовательских и конструкционных разработок».

Смотрим видео:

 

Двигатель имеет пять цилиндров, три топливные форсунки и ни одного клапана.
Все пять поршней как ив классическом двигателе внутреннего сгорания расположены на шатунах, а вот шатуны на крестовине с осевым перемещением, которая вращается в результате движения поршней, коленчатый вал при этом вращается в противоположном направлении. Трансформируя тепловую энергию в механическую поршни двигаются через порты в которых расположены топливные форсунки и свечи зажигания, устраняя при этом необходимость в клапанах. Система впуска и выпуска весьма схожа с двухтактным двигателем.

 

 

 

Осевой двигатель имеет ряд интересных особенностей:
1Очень низкий уровень вибрации
2Только три форсунки и три свечи зажигания на пять цилиндров, плюс нет клапанов, автоматически в разы уменьшается количество элементов.
3Может работать на самых разнообразных видах топлива
4Легче и компактнее, чем традиционные двигатели внутреннего сгорания.

На видео, показан принцип работы как самого двигателя в целом, так и отдельных его элементов. На втором продемонстрирован прекрасный баланс с очень низкой вибрацией. Данные двигатели разрабатываются в первую очередь для авиации, но компактность и низкая вибрация помогут двигателю найти свое пременение в ряде сфер не связанных с авиацией.

 

,

 

А вот еще интересный Двигатель Ванкеля, а вот еще Знаете чей это двигатель

Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия — http://infoglaz.ru/?p=50828

Duke Engineering— осевой двигатель с удивительными особенностями

Экология жизни. Мотор: Новозеландская компания «Duke Engines» разработала принципиально новую схему работы ДВС. Если традиционные двигатели имеют

Новозеландская компания «Duke Engines» разработала принципиально новую схему работы ДВС. Если традиционные двигатели имеют цилиндры расположенные по прямой линии, то в новых двигателях цилиндры расположены по кругу, в которых совершают возвратно-поступательные движения поршни.

Поршни сидят на привычных шатунах, но особенность шатунов в том, что они крепятся к «крестовине», которая вращается под действием поршней, при этом коленвал с маховиком движется в противоположном направлении. Действующую модель нового двигателя компания создала за один год. Новые ДВС стали называть осевыми.

Осевой двигатель обладает удивительными особенностями, они непривычны для нашего сознания, построенного на привычном рядном двигателе, но для осевых двигателей они естественны.

1. Осевой двигатель с пятью цилиндрами имеет три форсунки.

2. Новый двигатель не имеет клапанов.

3. Система впуска топливной смеси и выпуска сгоревших газов очень похожа на таковую в двухтактном двигателе.

4. Конструкция двигателя имеет в разы меньше деталей, поэтому осевой двигатель работает непривычно тихо, а уровень вибрации практически не ощущается.

5. Осевой двигатель работает на всех видах газообразного и жидкого топлива.

6. Вес и габариты осевого двигателя значительно меньше традиционного ДВС.

Осевой двигатель создаётся для авиации, но может заменить обычный двигатель во всех остальных отраслях. опубликовано econet.ru 

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! © econet

Аксиальный двигатель внутреннего сгорания Г.Л.Ф. Треберта (США)

В начале десятых годов прошлого века возникла новая тенденция в двигателестроении. Инженеры нескольких стран занялись созданием т.н. аксиальных двигателей внутреннего сгорания. Компоновка мотора с параллельным размещением цилиндров и главного вала позволяла уменьшить габариты конструкции с сохранением приемлемой мощности. Ввиду отсутствия устоявшихся альтернатив силовые установки этого класса представляли большой интерес и регулярно становились предметами новых патентов.
В 1911 году к работам по тематике аксиальных двигателей подключился американский конструктор Генри Л.Ф. Треберт. Работая в собственной мастерской в Рочестере (штат Нью-Йорк), он разработал свой вариант перспективного двигателя, который, в первую очередь, предназначался для самолетов. Предполагаемая сфера применения сказалась на основных требованиях к конструкции. Новый двигатель должен был иметь минимально возможные габариты и вес. Анализ перспектив различных идей и решений привел к уже известным выводам: одно из самых лучших соотношений размеров, веса и мощности дает аксиальная компоновка.
Общий вид двигателя

Проект Треберта был готов к осени 1911 года. В октябре инженер подал заявку в патентное бюро, но ее одобрения пришлось ждать несколько лет. Патент был выдан только в ноябре 1917 года – через шесть лет после подачи документов. Тем не менее, конструктор получил все необходимые документы, которые, в частности, позволили ему остаться в истории как создателю интересного проекта.

Г.Л.Ф. Треберт решил строить новый авиационный двигатель по аксиальной схеме с воздушным охлаждением цилиндров. С целью улучшения охлаждения, подобно другим разработкам того времени, новый мотор планировалось делать ротативным с поворачивающимся блоков цилиндров. Кроме того, автор проекта предложил использовать новый механизм преобразования движения цилиндров во вращение вала. Предыдущие аксиальные двигатели для этого использовали шайбовый механизм. В проекте Треберта для этих целей предлагалось использовать коническую зубчатую передачу.

Основной деталью двигателя Треберта был цилиндрический картер, состоящий из крупной «банки» и крышки с болтовым соединением. Внутри картера размещался основной механизм. Поскольку двигатель был ротативным, на донной части картера предусматривались жесткие крепления для вала, на котором должен был устанавливаться воздушный винт. Кроме того, внутри картера предусматривались подшипники для главного вала, который предлагалось жестко закреплять на мотораме самолета.

В крышке предусматривались отверстия для установки литых цилиндров. Известно о существовании двух вариантов двигателя Треберта. В первом применялись четыре цилиндра, во втором – шесть. Патент 1917 года был выдан на шестицилиндровый двигатель. Следует отметить, количество цилиндров не сказывалось на общей компоновке двигателя и влияло только на размещение конкретных агрегатов. Общая структура двигателя и принцип его работы не зависели от числа цилиндров.

Чертеж из патента

Внутри цилиндров размещались поршни с шатунами. Ввиду использования сравнительно простого механизма передачи Треберт использовал качающееся крепление шатунов, которые могли двигаться только в одной плоскости. В верхней части цилиндра предусматривался патрубок для подачи бензовоздушной смеси от карбюратора. Патрубок имел Г-образную форму и своим верхним концом соприкасался со специальным полым барабаном на главном валу двигателя. В стенке барабана предусматривалось окно для подачи смеси. При вращении подвижного блока двигателя впускные патрубки последовательно соединялись с окном барабана и подавали смесь в цилиндр. Кроме того, имелись клапаны для сброса выхлопных газов. Отдельный выхлопной коллектор не предусматривался, газы выбрасывались через патрубок цилиндра. Зажигание производилось свечами, соединенными с магнето. Последнее, согласно патенту, размещалось рядом с валом воздушного винта.

Более ранние аксиальные двигатели Смоллбоуна и Макомбера имели в своем составе механизм «планшайба-стержни». Такая система обеспечивала требуемые характеристики, но была сложной с точки зрения конструкции, эксплуатации и обслуживания. Генри Л.Ф. Треберт предложил использовать для тех же целей коническую зубчатую передачу. На жестко закрепленном главном валу размещалось зубчатое колесо, которое отвечало за поворот всей конструкции двигателя. С ним контактировали 4 или 6 зубчатых колес (по числу цилиндров) меньшего диаметра. Эти шестерни были связаны с кривошипами и шатунами поршней.

Общая схема механизмов (без цилиндров и картера)

Во время работы двигателя поршни, двигаясь вниз и вверх относительно цилиндра, через шатуны и кривошипы должны были вращать малые шестерни. Последние, находясь в сцеплении с жестко закрепленным главным зубчатым колесом, заставляли блок цилиндров и картер вращаться вокруг главного вала. Вместе с ними должен был вращаться и воздушный винт, жестко закрепленный на картере. За счет вращения предполагалось улучшить обдув головок цилиндров с целью более эффективного охлаждения.

Запатентованный вариант двигателя Треберта имел цилиндры с внутренним диаметром 3,75 дюйма (9,52 см) и ходом поршня длиной 4,25 дюйма (10,79 см). Общий рабочий объем двигателя составлял 282 куб. дюйма (4,62 л). В составе двигателя планировалось использовать карбюратор фирмы Panhard и магнето компании Mea. Предлагаемый двигатель, по расчетам, мог развивать мощность до 60 л.с.

Схема двигателя в сборе

Характерной особенностью аксиальных двигателей внутреннего сгорания являются сравнительно малые габариты и вес конструкции. Двигатель Треберта не стал исключением из этого правила. Он имел максимальный диаметр 15,5 дюйма (менее 40 см) и общую длину 22 дюйма (55,9 см). Общий вес двигателя со всеми агрегатами составлял 230 фунтов (менее 105 кг). Таким образом, удельная мощность составляла 1,75 л.с. на килограмм веса. Для авиационных двигателей того времени это было неплохим достижением.

Аксиальный авиационный двигатель конструкции Г.Л.Ф. Треберта стал предметом патента, выданного в ноябре 1917 года. Дальнейшая судьба проекта достоверно неизвестна. В некоторых источниках упоминается, что Треберт смог начать серийное производство изделий собственной разработки, но подробности этого отсутствуют. Дефицит информации позволяет предполагать, что двигатели Треберта не заинтересовали потенциальных покупателей. В противном случае история сохранила бы информацию об использовании таких моторов в качестве силовой установки каких-либо самолетов. Вероятно, ввиду позднего получения патента конструктор не успел представить свою разработку в то время, когда она была актуальна и представляла интерес. Как результат, двигатели, если и производились серийно, не имели большого успеха.

По материалам сайтов:
http://douglas-self.com/
http://mechanicalgalaxy.blogspot.ru/
http://gillcad3d.blogspot.ru/

Изучаем странные двигатели, застрявшие на обочине прогресса — ДРАЙВ

  • Войти
  • Регистрация
  • Забыли пароль?
  • user
  • Выход

Найти

ДРАЙВ

  • Наши
    тест-драйвы
  • Наши
    видео
  • Цены и
    комплектации
  • Сообщество
    DRIVE2
  • Новости
  • Наши тест-драйвы
  • Наши видео
  • Поиск по сайту
  • Полная версия сайта
  • Войти

  • Выйти
  • Acura
  • Alfa Romeo
  • Aston Martin
  • Audi
  • Bentley
  • Bilenkin Classic Cars
  • BMW
  • Brilliance
  • Cadillac
  • Changan
  • Chery
  • Chevrolet
  • Chrysler
  • Citroen
  • Daewoo
  • Datsun
  • Dodge
  • Dongfeng
  • DS
  • FAW
  • Ferrari
  • FIAT
  • Ford
  • Foton
  • GAC
  • Geely
  • Genesis
  • Great Wall
  • Haima
  • Haval
  • Hawtai
  • Honda
  • Hummer
  • Hyundai
  • Infiniti
  • Isuzu
  • JAC
  • Jaguar
  • Jeep
  • KIA
  • Lada
  • Lamborghini
  • Land Rover
  • Lexus
  • Lifan
  • Maserati
  • Mazda
  • Mercedes-Benz
  • MINI
  • Mitsubishi
  • Nissan
  • Opel
  • Peugeot
  • Porsche
  • Ravon
  • Renault
  • Rolls-Royce
  • Saab
  • SEAT
  • Skoda
  • Smart
  • SsangYong
  • Subaru
  • Suzuki
  • Tesla
  • Toyota
  • Volkswagen
  • Volvo
  • Zotye
  • УАЗ

  • Kunst!
  • Тесты шин
  • Шпионерия
  • Автомобизнес
  • Техника
  • Наши дороги
  • Гостиная
  • Автоспорт
  • Авторские колонки

  • Acura
  • Alfa Romeo
  • Aston Martin
  • Audi
  • Bentley
  • BCC
  • BMW
  • Brilliance
  • Cadillac
  • Changan
  • Chery
  • Chevrolet
  • Chrysler
  • Citroen
  • Daewoo
  • Datsun
  • Dodge
  • Dongfeng
  • DS
  • FAW
  • Ferrari
  • FIAT
  • Ford
  • Foton
  • GAC
  • Geely
  • Genesis
  • Great Wall
  • Haima
  • Haval
  • Hawtai
  • Honda
  • Hummer
  • Hyundai
  • Infiniti
  • Isuzu
  • JAC
  • Jaguar
  • Jeep
  • KIA
  • Lada
  • Lamborghini
  • Land Rover
  • Lexus
  • Lifan
  • Maserati
  • Mazda
  • Mercedes-Benz
  • MINI
  • Mitsubishi
  • Nissan
  • Opel
  • Peugeot
  • Porsche
  • Ravon
  • Renault
  • Rolls-Royce
  • Saab
  • SEAT
  • Skoda
  • Smart
  • SsangYong
  • Subaru
  • Suzuki
  • Tesla
  • Toyota
  • Volkswagen
  • Volvo
  • Zotye
  • УАЗ

Проект аксиального двигателя Г.И. Смоллбоуна

Известно, что повышение мощности двигателя внутреннего сгорания связано с ростом габаритов и веса конструкции. К подобным результатам приводит как увеличение количества цилиндров, так и увеличение их внутреннего объема. По этой причине для сохранения массы и габаритов на приемлемом уровне требуется искать различные оригинальные компоновочные решения. К примеру, именно из-за требований по повышению мощности с сохранением приемлемой массы появились радиальные, в том числе ротативные, двигатели. В начале прошлого века было предложено еще одно решение проблемы – т.н. аксиальный двигатель.
В июле 1903 года инженер Гарри Илс Смоллбоун (Harry Eales Smallbone) получил канадский патент на новую конструкцию двигателя внутреннего сгорания. Весной 1905 года Смоллбоун подал заявку в американское патентное бюро, результатом чего стал патент, полученный 22 мая 1906 года. Инженер предложил «многоцилиндровый двигатель» (Multiple cylinder engine) оригинальной конструкции. Главной идеей проекта было максимально возможное сокращение габаритов двигателя с сохранением сравнительно большого числа цилиндров. Немного позже предложенная конструкция двигателя получила название аксиальной.

Аксиальный двигатель Смоллбоуна имел четыре цилиндра и должен был потреблять бензин. Главной целью разработки было сокращение габаритов изделия, для чего автор применил оригинальное компоновочное решение. Картер нового двигателя состоял из трех основных частей. В первой располагался блок цилиндров с системой клапанов и зажигания, вторая предназначалась для соединения агрегатов, а третья вмещала механизм привода основного вала.

Чертеж двигателя Смоллбоуна из патента

Четыре цилиндра располагались по углам условного квадрата, параллельно друг другу. В центре блока цилиндров имелся канал для вала. Параллельное размещение цилиндров и вала позволило уменьшить общее сечение двигателя, хотя привело к необходимости использования специального механизма, приводящего вал в движение. Несмотря на это, Г.И. Смоллбоун счел подобные трудности приемлемой платой за уменьшение размеров.

В донной части картера располагался шайбовый механизм, отвечавший за преобразование поступательного движения цилиндров во вращательное движение вала. Дно картера имело специальный выступ, на котором укреплялась качающаяся деталь сложной формы. Подобная «планшайба» была образована центральным конусом и несколькими боковыми выступами. Ввиду необходимости качания в разных направлениях планшайба закреплялась на шарнире: в ее центральной части имелся канал для стержня с шаровой опорой на конце, входившей в соответствующую выемку дна картера.

На концевой части четырех боковых выступов предусматривались узлы крепления для шатунов с шаровыми наконечниками. Для обеспечения свободного перемещения в пределах необходимых секторов шатуны шарнирно закреплялись в поршнях. Боковые выступы планшайбы перемещались по специальным рельсам, предусмотренным на внутренней поверхности картера.

Во время работы по четырехтактной схеме поршни двигателя должны были поочередно качать планшайбу основного механизма. Качаясь на своем опорном стержне, планшайба должна была вести его по круговой траектории. Хвостовая часть стержня входила в отверстие маховика основного вала. Двигаясь по кругу, стержень должен был вращать маховик и приводить в движение основной вал двигателя и связанные механизмы.

Система подачи бензовоздушной смеси, зажигания и выпуска выхлопных газов не имели серьезных нововведений. Тем не менее, автор применил интересное размещение ее деталей. В верхней стенке цилиндра предусматривалось отверстие с небольшой трубкой на конце. В стенках этой трубки предусматривались клапаны подачи и выпуска, а в дне помещалась свеча зажигания. Такая компоновка была связана с необходимостью сокращения габаритов всего двигателя. К примеру, удалось максимально упростить кулачковый механизм открытия клапанов, поскольку толкатели последних находились в непосредственной близости от основного вала.

Двигатель Смоллбоуна должен был оснащаться системой водяного охлаждения. Для отбора лишнего тепла в блоке цилиндров предусматривались специальные полости, по которым должна была циркулировать охлаждающая жидкость. Необходимо отметить, что на имеющемся чертеже двигателя отсутствуют какие-либо намеки на агрегаты системы охлаждения. Это можно объяснить тем, что автор собирался патентовать только саму конструкцию двигателя, а не полноценное изделие, готовое к серийному производству.

Шайбовый механизм современного двигателя компании Duke Engines, созданного на основе идей Смоллбоуна

Из имеющегося чертежа можно сделать выводы о габаритах двигателя предложенной конструкции. Такой агрегат вписывался в цилиндр диаметром не более 3-4 диаметров поршня. Таким образом, с точки зрения плотности компоновки предложенный аксиальный двигатель представлял большой интерес. Общая длина двигателя находилась в прямой зависимости от различных параметров использованных механизмов. К примеру, размеры механизма преобразования движения поршней во вращение вала зависели от диаметра поршней и длины их хода.

Любопытной особенностью проекта Г.И. Смоллбоуна был определенный модернизационный потенциал. При правильном подходе к конструированию увеличение мощности двигателя было связано только с ростом длины конструкции. Необходимость в существенном увеличении диаметра отсутствовала. Кроме того, имелась возможность увеличения количества цилиндров при сравнительно небольшом росте габаритов.

В 1903-1906 годах автор оригинального двигателя получил два патента, в Канаде и США. Как следует из имеющихся источников, на этом история любопытного проекта закончилась. Аксиальный двигатель внутреннего сгорания конструкции Смоллбоуна не заинтересовал потенциальных заказчиков. Вероятно, отсутствие интереса было связано с ситуацией в двигателестроении и смежных отраслях. В начале двадцатого века автомобильная промышленность еще не нуждалась в оптимизации соотношения мощности и габаритов двигателей. Авиация, в свою очередь, делала первые шаги и решала более важные вопросы, чем соотношение характеристик двигателя.

Проект Смоллбоуна не привлек внимания и оказался забыт. В течение нескольких следующих лет никто не возвращался к идее аксиальной компоновки двигателя. Следующая попытка внедрить оригинальную идею произошла в 1911 году, и была куда более удачной. Новые аксиальные двигатели даже дошли до малосерийного производства, но это уже совсем другая история.

По материалам сайтов:
http://douglas-self.com/
http://cynthiashidesertblog.blogspot.ru/
http://theoldmotor.com/

Подробнее о Duke Engine

А как насчет уплотнений?

Устройство скользящего уплотнения Duke аналогично 2-тактному 2-тактному уплотнению или уплотнению порта Ванкеля с отверстиями, что позволяет применять аналогичные технологии. В Duke используются скользящие металлические уплотнения, работающие на масляной пленке. Используемые материалы — те, что используются в серийных дорожных транспортных средствах. Двигатель V3i имеет уплотнения простой конструкции, работающие при умеренных контактных напряжениях и скоростях скольжения. Проведенные расчеты масляной пленки подтверждают хорошую номинальную толщину смазочной пленки.

Все испытания бензина V3i и Jet A1, проведенные на сегодняшний день (март 2012 г.), были завершены с единым комплектом прототипов уплотнений, которые остаются в хорошем состоянии. Эти уплотнения будут повторно собраны в двигатель для дальнейших испытаний без модификации или ремонта.

Duke создает гораздо меньше проблем при разработке уплотнений, чем в двухтактном двигателе или двигателе Ванкеля из-за более низкой скорости скольжения и плоской поверхности уплотнения моноплана (Ванкель имеет 3 поверхности уплотнения, 1 изогнутая, которые встречаются на углу, уплотнения). Пока что наши проблемы со скользящим уплотнением в реальности кажутся скромными.

Duke топливная эффективность — удельный расход топлива при торможении (BSFC)

Двигатель Duke был испытан с BSFC 255 г / кВтч в области нагрузки / скорости, близкой к максимальной мощности. Эти испытания были проведены на предприятии Mahle Powertrain в Великобритании в 2007 году. Этот результат сделал его конкурентоспособным с современными автомобильными двигателями высокого класса, работающими в аналогичном цикле сгорания (бензин, инжекторный двигатель, искровое зажигание).

Следует признать, что двигатель Duke в начальном и неоптимизированном состоянии, приравниваясь к обычным двигателям в их полностью развитом состоянии, открывает очень реальные перспективы для значительного улучшения разработанного двигателя Duke по сравнению с обычными двигателями.

У нас нет откалиброванных номеров BSFC для Jet A1, поскольку работа на этом топливе является недавней разработкой, и местный испытательный центр не поддерживает измерения BSFC. Мы оцениваем диапазон от 240 г / кВтч до 275 г / кВтч в номинальных условиях для наших текущих прототипов.

С 2007 года двигатель Duke был существенно переработан с мерами по снижению трения, повышению производительности и оптимизации работы на тяжелом топливе. Удельный расход топлива на тормозах на бензине и топливе Jet A1 будет подтвержден в ходе испытаний в Mahle Powertrain (Нови, Мичиган, США).Результаты тестирования будут сообщены по мере их поступления.

Текущий двигатель V3i Duke работает с простой системой сгорания с впрыском, однородным зарядом и искровым зажиганием. Это указано для упрощения процесса разработки в рамках текущих программных ресурсов. Производное производство могло бы получить выгоду от прямого впрыска, расслоенного заряда, полностью оптимизированной степени сжатия и других функций для повышения эффективности использования топлива.

В мобильных платформах, особенно на воздушных судах, следует ожидать преимуществ от миссии помимо простого сравнения BSFC из-за малой массы и размера двигателя Duke.Более легкий и более аэродинамический автомобиль требует меньшего тягового усилия и расхода топлива для крейсерского движения и бездельничанья, что приводит к увеличению дальности полета, более высокой производительности, более низкому расходу топлива или более высокой полезной нагрузке, которые необходимо выбирать в соответствии с требованиями приложения.

Производительность и BMEP — 3-литровый двигатель Duke

Состояние теста производительности на бензине:

Крутящий момент: 339 Нм / 250 фунтов · фут при 4500 об / мин (лямбда 0,9), искра с безопасной картой.

BMEP: 11.8 бар / 171 фунт / кв. Дюйм

Мощность: 160 кВт / 215 л.с. при 4500 об / мин (лямбда 0,9), искра с безопасной картой.

Значение текущего состояния бензиновых характеристик:
11,8 бар BMEP конкурентоспособен с обычными двигателями SI. Выходной крутящий момент 3,0 л модели
составляет 339 Нм / 250 футов / фунт, что выше, чем обычно достигается сопоставимыми традиционными двигателями — из-за того, что поршни совершают возвратно-поступательное движение при 120% выходной скорости, что позволяет достичь на 20% более высокой выходной мощности при любой заданной скорости. Выходная мощность
160 кВт конкурентоспособна с обычными двигателями SI эквивалентного рабочего объема и в настоящее время достигается только при 4500 об / мин.Заявленные характеристики бензина
V3i ниже его реальных потенциальных возможностей из-за более низкой степени сжатия Jet A1 и временного предупредительного предела 4500 об / мин на этом этапе испытаний (расчетная цель 6000 об / мин).

Состояние теста производительности на Jet A1:

Крутящий момент: 292 Нм / 215 фунт-фут при 3500 об / мин (лямбда 0,88) обнаружена детонация опережения зажигания — 5 градусов.

BMEP: 10,2 бар / 148 фунтов на кв. Дюйм

Мощность: 126 кВт / 169 л.с. при 4500 об / мин (лямбда 0.88) безопасная карта искрового опережения.

Значение текущего состояния производительности Jet A1:
Крутящий момент на Jet A1 достигнут между 79% и 100% от базового уровня бензина между 2000 и 4500 об / мин.
Эти результаты испытаний Jet A1 при полной нагрузке считаются особенно обнадеживающими. BMEP в 10,2 бар, достигнутый на Jet A1, немного выше, чем у компаратора Lycoming O320E при номинальной мощности, работающего на AVGAS. Это выше BMEP, которое считается возможным для Jet A1 в обычных двигателях с искровым зажиганием без наддува.

V3i Ожидается, что производительность Jet A1 значительно вырастет по сравнению с первоначально обнадеживающим уровнем за счет работы на более высоких скоростях с дальнейшей системой сгорания и оптимизацией калибровки.

А как насчет центробежных сил в осевой схеме?

Центробежные силы в двигателе Duke были тщательно проанализированы. Следует учитывать, что блок цилиндров вращается с долей частоты вращения коленчатого вала, и в результате было показано, что радиальные инерционные силы Duke на поршне ниже, чем боковые силы, создаваемые углом шатуна в обычном двигателе.

А как насчет выбросов?

Как и роторный двигатель Ванкеля, наша камера сгорания не обременена клапанами и т.п. Однако, в отличие от роторного, мы приближаемся к почти оптимальной форме камеры, намного ближе к обычному 4-тактному двигателю. Таким образом, мы достигаем более полного ожога, чем роторный.

Развитие движения наддува еще больше повысит эффективность сгорания топлива до уровня обычного 4-тактного двигателя.

В настоящее время для работы уплотнений требуется некоторое количество масла, которое может увеличить выбросы, однако наш расход намного меньше, чем требуется для 2-тактного или роторного двигателя.

А как насчет трения?

Независимые испытания показали, что уровни трения наших прототипов очень конкурентоспособны с обычными двигателями с точки зрения общего трения двигателя.

Мы ожидаем, что некоторые из наших последних разработок еще больше снизили трение, и это будет подтверждено в предстоящих тестах.

Сколько времени потребуется на разработку Duke с дизельным двигателем?

Мы знаем, что двигатель SI Duke работает на керосине (JetA1) с небольшими отличиями от оптимизированной бензиновой версии.В рамках нашей предстоящей программы испытаний мы намерены опробовать двигатели на дизельном топливе, поскольку оно не сильно отличается (химически говоря) от керосина. Мы очень надеемся, что двигатель Duke станет первым в мире двигателем внутреннего сгорания, работающим на таком большом разнообразии видов топлива. Использование двигателей Duke с искровым зажиганием на тяжелых видах топлива приведет к получению гораздо меньших и легких двигателей, чем сравнительные дизельные двигатели с воспламенением от сжатия. Мы опубликуем результаты наших тестов по мере их поступления.

Сколько времени на Дюк с переменной степенью сжатия?

Осевое расположение по своей сути больше подходит для переменной степени сжатия, чем в обычном двигателе. У нас есть несколько концепций сжатия переменных, но они еще не разработаны.

На каких видах топлива может работать двигатель Duke?

На сегодняшний день большая часть наших разработок и испытаний проводилась на бензине с различным октановым числом. Другие широко используемые виды топлива SI, такие как биогаз CNG, этанол, метанол, сжиженный газ, можно было легко настроить без каких-либо физических изменений в двигателе.

Мы провели несколько тестов SI на JP8 (AKA Jet A1 и керосин). Первоначальные результаты очень обнадеживают, и мы планируем провести здесь дополнительную оптимизацию, поскольку узнаем больше об уникальных характеристиках Duke. Мы ожидаем, что JP5 также можно будет использовать в двигателях Duke с небольшими изменениями.

.

Многофункциональный двигатель, включая морские, военные, автомобильные и легкие самолеты

Конструкция двигателя Duke Engine состоит из 3 или 5 обычных цилиндров, расположенных по оси. Группа цилиндров вращается против коленчатого вала на 20% скорости кривошипа (в системе Duke 5 Cylinder), заставляя поршни совершать возвратно-поступательное движение со скоростью 120% скорости кривошипа. Движение поршня, близкое к синусоидальному, достигается с помощью кривошипа «Z» с одной наклонной шейкой и нутационного тела, прикрепленного ко всем шатунам. 4-тактное соединение и функция клапана достигаются за счет скользящих уплотнений между группой медленно вращающихся цилиндров и моноплоскостной поверхностью с отверстиями.

В рамках нынешней итерации дизайна концепция Duke Engine Range Extender состоит из

• 5 цилиндров по 250 куб. См, перемещающие 1500 куб. См за 2 оборота коленчатого вала.

• Форма почти цилиндрическая 276 мм x 255 мм x 426 мм

• Длинномоторный упаковочный ящик 30 литров

• Вес около 41 кг при использовании обычных материалов

• 56 кВт при 4000 об / мин / 70 кВт при 6000 об / мин NVH

Основные характеристики NVH пакета Extender:

• Почти синусоидальное движение поршня с полным балансом

основные силы

• Незначительный вторичный или третичный дисбаланс

• 5 цил.Двигатель Duke обеспечивает 3 события сгорания

за оборот выходного вала — как у обычных 6 цил.

• Отличный потенциал NVH, может позволить меньше

Рабочий объем / более высокая частота вращения двигателя

• Компактная камера сгорания с зарядом, не контактирующая с горячими выпускными клапанами, обладает высокой степенью детонации, что обеспечивает практически достижимую степень сжатия 12,5: 1+ на обычном бензине

Выбросы

Двигатель Duke Engine отличается низкоскоростным моноплоскостным скользящим уплотнением с обычными цилиндрами.Потенциальные выбросы из двигателя оцениваются между двигателями Ванкеля и обычными двигателями. За счет высокой детонационной стойкости и 3-х ходового выпускного коллектора на 5 цилиндров; Двигатель Duke обеспечивает эффективную работу при полной нагрузке на Лямбда-1 и имеет предварительный катализатор с малыми потерями тепла. Двигатель Duke предлагает благоприятную перспективу для последующей обработки для соответствия требованиям по выбросам.

.

Duke Engines — 5-цилиндровый 4-тактный 3-цилиндровый бесклапанный осевой двигатель

Duke Engines axial valveless 5 cylinder engine

На протяжении многих лет было разработано несколько осевых двигателей, которые имели некоторое сходство между собой, но эти примеры от Duke Engines of New Zealand демонстрируют очень впечатляющий и хорошо разработанный прототип. Артур, один из наших читателей, заметил двигатель, выставленный на недавней выставке EAA Airventure в Ошкоше, штат Висконсин, и подумал, что вам это может быть интересно. Двигатель имеет 5 цилиндров, 3 форсунки и нулевые клапаны.

Duke Engines reciprocator and crankshaft Duke Engines поршневой двигатель и коленчатый вал

Все поршни прикреплены своими шатунами к поршневому двигателю, который вращается в результате движения поршней и сам прикреплен к коленчатому валу, который вращается в противоположном направлении. Когда поршни совершают свой ход, они также проходят мимо портов, форсунок и свечей зажигания, устраняя необходимость в клапанах. Это очень оригинальная аранжировка.

Duke Engines internal components Duke Engines внутренние компоненты

Осевой двигатель имеет ряд интересных особенностей:

  • Компоненты встречного вращения создают очень низкую вибрацию
  • Только 3 форсунки и заглушки на 5 цилиндров плюс отсутствие клапанного механизма сокращает количество деталей
  • Он предназначен для работы на различных видах топлива.
  • Легче и компактнее, чем обычные двигатели аналогичного объема

Посмотрите видео, чтобы увидеть внутренние механизмы в движении и как они работают, а также обратите внимание на сбалансированную монету на работающем двигателе, когда он постоянно вращается.Это естественно для самолетов, что объясняет дисплей Oshkosh, но этот тип компактного двигателя с низким уровнем вибрации может легко найти свое применение во многих областях. Мне это нравится.

Спасибо за подсказку, Артур!

Ссылка: Duke Engines

ОБНОВЛЕНИЕ : Я добавил эту ссылку в комментарий ниже, но решил, что некоторые из вас могут ее пропустить, поэтому вот она. Это целая серия старых осевых двигателей разной конструкции. Довольно аккуратно. проверить их

Видео ниже:

.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о