Прежде чем представить забытые системы, давайте начнем с самого начала
Первые работы по конструкции двигателя внутреннего сгорания относятся к концу XVIII века. Именно тогда химик и конструктор Филипп Лебон, модернизировавший поршневые паровые машины во Франции, предложил подавать горючий газ над поршнем и инициировать горение электрической искрой. Он запатентовал свою конструкцию в 1801 году.
Однако эту идею нельзя было использовать с разработанной в то время технологией. Изготовить работающее устройство было невозможно.
Лишь полвека спустя развитие металлургических, литейных и электротехнических технологий позволило построить двигатели внутреннего сгорания. Строительство самоходных машин началось сразу же. Первопроходцем в этой области стал француз Этьен Ленуар, который в 1862 году построил движущийся автомобиль с двигателем внутреннего сгорания (об этом решении мы писали ЗДЕСЬ). Подобное транспортное средство изготовил в 1870 году австриец Зигфрид Маркус, сконструировавший ручную тележку с двигателем внутреннего сгорания.
Однако отцами автомобиля мы считаем только двух немцев: Карла Бенца и Готлиба Даймлера. Оба они, будучи экспертами в области стационарных двигателей, осознавали необходимость разработки легкой, компактной конструкции, обладающей достаточной мощностью для привода транспортного средства. Помимо малого веса, двигатель автомобиля должен был отличаться высокой частотой вращения. Если стационарные двигатели работали со скоростью примерно 180 об/мин, то коленчатый вал первых двигателей, разработанных немецкими конструкторами, вращался в три раза быстрее.
Устранение шума, т. е. система Найта
Однако более высокая скорость вращения привела к сильному шуму. Недостаточная в то время литейная технология не позволяла производить нефте- и водопроводные магистрали, как мы знаем по современным моделям. Отсутствие правильно проложенных водяных и масляных каналов приводило не только к ухудшению смазки и охлаждения, но и к отсутствию должного «глушения двигателя». Решение этой проблемы нашел американский инженер Чарльз Найт.
Система хронометража, которую он запатентовал в начале 20-го века, была очень инновационной. Даже сегодня это вызывает большие эмоции и недоверие. В системе исключена система регулирующих клапанов. Вместо этого системы впуска смеси и выпуска отработавших газов управлялись гильзами, совершавшими возвратно-поступательное движение наподобие поршня.
Как работала эта система Рыцаря?
Цилиндр А в верхней части имеет впускное отверстие М и вырезанное управляющее ползун К. Этот плотно прилегающий ползун также имеет два отверстия F и F1. у которого выпускное отверстие F немного выше впускного отверстия F1. Когда ползун K поднимается в цилиндре, его выпускное отверстие F встречается с выпускным отверстием цилиндра M, что открывает путь выхода выхлопных газов из цилиндра. Ползунок K, перемещаясь дальше вверх, закроет выпускное отверстие и откроет впускное отверстие с другой стороны, поскольку нижнее отверстие F1 встречается с впускным отверстием цилиндра N. Затем смесь всасывается.
Пока это очень просто...
Однако, когда ползунок начнет опускаться, впускное окно будет закрыто, а... выхлопное откроется. Таким образом, подаваемая смесь будет «выброшена из цилиндра». Такая ситуация помешает работе двигателя.
Чтобы избежать подобных ситуаций, внутри ползуна К был установлен второй движок - L. Его задача заключалась в прикрытии отдельных впускных и выпускных окон для обеспечения полных рабочих циклов четырехтактного двигателя. Ползунок L также действовал как гильза цилиндра, и поршень D, работающий в двигателе, соприкасался с ним.
Итак, в этом решении ползунки управляют подачей смеси и выпуском выхлопных газов. Поскольку ползуны имели возвратно-поступательное движение, распределительный вал не имел формы вала с кулачками. Это был второй коленвал. Согласитесь, идея постройки - настоящий шедевр.
К сожалению, двигатель с этой системой оказался не только тише классических версий, но и значительно дороже. Следовательно, система Knight была доступна только в автомобилях класса люкс. В Европе только ныне несуществующим компаниям Minerva в Бельгии и Panhard во Франции, Daimler в Германии и Laurin & Klement в Чехии было разрешено использовать двигатель.
Однако бесклапанная система газораспределения сбилась с пути с усовершенствованием технологии производства двигателей с использованием традиционной системы газораспределения.
Вместо клапанов были ползунки, может, поршень вращающийся?
В Германии в 1926 году инженер Феликс Ванкель начал работу над новым агрегатом. Однако только сотрудничество - с 1951 года - с компанией NSU принесло результаты этих испытаний, и в 1958 году был готов первый двигатель NSU-Ванкеля.
Как работает двигатель Ванкеля?
Этот агрегат по конструкции совершенно отличается от традиционных двигателей. Вместо поршня, совершающего возвратно-поступательное движение в гильзе цилиндра, инженер Ванкель разработал вращающийся поршень.
Конструкция двигателя была очень простой: корпус имел овальную часть, в которой во вращательном движении перемещался специальный поршень. Этот поршень имел форму треугольника с выпуклыми сторонами, со специальными кольцами по углам для обеспечения герметичности со стенками корпуса (как у классических поршневых колец). В центральном месте корпуса находилась шестерня, неразъемно соединенная с корпусом. Поршень и колесо были соединены внутренней шестерней, благодаря которой поршень вращался эксцентрично вокруг центральной шестерни.
Работа напоминала операционную систему четырехтактного двигателя. Сначала одна сторона поршня коснулась впускного канала. Затем поршень переместился и уменьшил объем смеси (движение поршня относительно овала) и произошло сжатие. В нужный момент электрическая искра воспламеняла смесь, и поршень продолжал вращаться (рабочий ход). Наконец поршень открыл выпускное отверстие, и выхлопные газы потекли из двигателя. Очень важным элементом работы этого агрегата было то, что каждое плечо треугольника (поршень) самостоятельно проходило все рабочие ходы. Таким образом, когда один из рычагов находился в фазе впуска и сжатия, работа происходила на втором, а выпуск выхлопных газов на третьем. Так что это был идеальный двигатель.
Двигатель Ванкеля иллюстративное фото< /span>
Двигатель Ванкеля – будущее автомобильной промышленности?
Надеясь, что такой современный агрегат приведет к краху существующих конструкций, автомобильные компании начали закупать лицензии. Их приобрели, в частности: Порше, Альфа Ромео, Ситроен, Даймлер Бенц, МАН, Магирус и Мазда. Однако немногие производители решили выпускать автомобили с новым приводом.
Препятствием оказался высокий расход топлива и несовершенство уплотнений, из-за чего в выхлопных газах содержится большое количество загрязняющих веществ. Поскольку окончательные проектные работы и производство первых моделей совпали с началом топливного кризиса, многие компании отказались от производства моделей с двигателем Ванкеля.
Самым известным автомобилем того периода с двигателем Ванкеля был NSU Ro 80 (Ro - означало вращение, т.е. вращение поршня), которых было выпущено около 40 000. произведено. Менее известным автомобилем был Citroen GS Birotor (выпущено всего 800 штук).
До недавнего времени предлагался движок Ванкеля. Он сохранился в концерне Mazda, где постоянно совершенствовался. Последней моделью с Ванкелем была спортивная Mazda RX-8. Там разбирались сальники поршней, расход топлива и точность литья корпуса. Однако оказалось, что поправки были слишком малы, чтобы соответствовать строгим стандартам выбросов. В результате двигатель Ванкеля в автомобилях остался в прошлом.
Интересный факт: двигатель Ванкеля в группу Mazda вернется в 2022 году. Однако он будет приводить в действие не автомобиль, а генератор, вырабатывающий электроэнергию. Такое зарядное устройство появится в качестве опции для электрической Mazda MX-30 через несколько недель.
Слышали ли вы о системе Comprex?
Еще одно забытое решение в двигателях — нагнетатель Comprex. Все знают наддув через механический компрессор и турбину, но наддув Comprex? Название этого решения происходит от слов Compression-Expansion.
На практике система использовалась в 1980-е годы лишь на нескольких тысячах автомобилей Opel Senator (специальная версия двигателя 2.3D), а в 1992-1997 годах на Mazda в модели 626.
Преимущества этого решения лучше всего демонстрируют тот факт, что атмосферный двигатель 2.3D, используемый в Opel Senator, имел мощность 71 л.с., турбированный двигатель 2.3D достигал 84 л.с., а Comprex Версия, представленная в 1985 году, имела мощность 95 л.с. Это была единица, используемая, среди прочего, от Irmscher (тюнинговая компания, связанная с Opel).
Comprex Comprex
Как работает система Comprex?
Как и в случае с турбонаддувом и системой с механическим компрессором, основным элементом устройства является ротор. В данном случае это цилиндрический ротор с набором аксиально расположенных каналов. Привод несущего винта предусмотрен как у классических
ов.компрессоры с вращающимся коленчатым валом. Рабочий цикл системы КОМПРЕКС начинается с подсоса свежего воздуха, что является результатом отрицательного давления в каналах ротора. Следующий этап работы происходит, когда вращающийся ротор перемещает каналы, в которые перетек свежий заряд, за пределы входного окна. При этом с другой стороны открывается окно, соприкасающееся с каналом, по которому отводятся выхлопные газы двигателя. Эти выхлопные газы с большой силой втекают в каналы ротора и ударяются о воздух, подаваемый с другой стороны. Это сжимает воздух. Поскольку ротор продолжает вращаться, он открывает выпускное отверстие на стороне свежей нагрузки, благодаря чему сжатый воздух выходит из ротора во впускной канал двигателя. При этом дальнейшее вращение ротора закрывает это выходное отверстие, предотвращая попадание выхлопных газов в каналы. В результате выхлопные газы остаются в каналах ротора и отскакивают от стенок корпуса. При дальнейшем движении ротора открывается выходное окно на другой стороне корпуса и выхлопные газы, отражаясь от стенок, выходят наружу, создавая в каналах отрицательное давление.
Таким образом, можно начать процесс с самого начала, т.е. после открытия заборного окна отрицательное давление позволяет всасывать груз.
Разумеется, для корректной работы системы необходима точная конструкция компрессора с точки зрения «отражения выхлопных газов от корпуса», согласования движения ротора с открытием клапанов двигателя, и сохранение герметичности между каналами в корпусе и вращающимся цилиндром.
Последний аспект был самой большой проблемой этой системы и причиной исчезновения Comprex с рынка.