АНТИКРИЗИСНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
Например...
"Антикризисный" двигатель.
Безусловно, это не чертежи, а эскизы, иллюстрирующие принцип работы.
Итак, двухцилиндровый, четырёхтактный, оппозитный. Поршни неподвижны (неподвижные части чёрные), подвижны цилиндры (красные). Подвижные цилиндры имеют кольца плунжерные, которые гораздо лучше держат давление. И поршень гораздо легче прецизионно обработать токарным станком снаружи, чем цилиндр фрезой изнутри.
Цилиндры являются крейцкопфными (имеют полосы контакта с неподвижным картером- ползуны). То есть нагрузка на цилиндр и плунжерные кольца - только осевая. Помимо повышения ресурса, это даёт возможность сместить цапфы приводных штанг относительно оси вращения коленвала! И реализовать уникальный двигатель.
Цилиндры связаны штанговыми шатунными тягами (синие) с коленвалом (серый).
Цилиндры имеют рубашки для охлаждения и связаны с водяным контуром (голубой) двумя патрубками, тоже с плунжерными кольцами на корпусе, таким образом, двигатель сам по себе работает как водяной насос.
Коленвал СМЕЩЁН по отношению к плоскости движения цилиндров.
Такое смещение даёт существенное изменение графика движения цилиндров. Когда коленвал уже прошёл СВОЮ мёртвую точку, то максимальная степень сжатия в цилиндре ещё не достигнута. Таким образом, двигатель можно сделать КАРБЮРАТОРНЫМ с высокой степенью сжатия, потому что уже ПОСЛЕ мёртвой точки происходит максимальная компрессия (втрое), ведущая к детонации. Эту фазу работы КШМ я назвал "золотой сектор", то есть тот, который придаёт двигателю принципиально новые свойства, и именно для этого эффекта двигатель сделан таким необычным. То есть двигатель не "преодолевает" детонацию, а она уже идёт в рабочем (с точки зрения положения коленвала) такте. То есть в момент детонации давление газов стремится не повернуть коленвал обратно, а двигает его в нужном направлении! Допустим, в "золотом секторе" степень сжатия повышается с 6 (обычна для карбюраторного двигателя) до 18 (когда детонация обеспечена).
При таком законе движения поршня по дизельному принципу может использоваться бензин, причём например 72, 76. Детонация происходит "щадяще", для КШМ в первую очередь.
Но такой принцип может быть реализован только в цикле Миллера (открытие клапана впуска на середине такта пуска). То есть трёхкратное повышение степени сжатия в "золотом секторе" и высокая ("дизельная") компрессия (при разумной длине штанг и двигателя вообще) геометрически возможна только при позднем открытии этого клапана. Этот цикл ведёт к резкому повышению КПД при снижении удельной мощности (повышена степень расширения).
Распредвал (коричневый) приводит клапана цилиндров на другой стороне через коромысла. На своей стороне тоже толкает через коромысла.
Поскольку двигатель относительно низкооборотный и использует цикл Миллера, клапанов достаточно 4 (по 2 на цилиндр).
Для уменьшения износа распредвала и клапана выпускной клапан цилиндра на "своей" стороне также приводит через коромысло. Вращательное движение вала переходит в поступательное движение клапана через качающееся движение коромысла.
Вообще, распредвал в очень хороших условиях: хорошая "постель", широкие кулаки, привод шестернями с 2 сторон и непосредственно от коленвала (нет проблем с ремнём и цепью).
Шестерни распредвала (как и генератора) можно сделать косозубыми эвольвентного зацепления, при этом с взаимной компенсацией (вместе образуют "шевронную" шестерню).
"Антикризисный" двигатель, безусловно, подходит исключительно для гибридного автомобиля (перспективен с любой точки зрения), при этом без каких-либо намёков на механическую передачу. Работает ТОЛЬКО на генератор (на оптимальных оборотах с точки зрения КПД, ресурса, экологии). Рывок мощности при разгонах, подъёмах обеспечивает буферный аккумулятор. "Тойота Приус" также использует цикл Миллера с повышенной степенью РАСШИРЕНИЯ.
"Антикризисный двигатель" имеет все шансы стать "миллионником", причём это будет не редкостью, а типичным сроком службы.
ЗА ВСЁ надо платить. Поэтому у "антикризисного" двигателя есть некоторые проблемы:
1. Он как бы и небольшой, но габариты у него неудобные. Длинный. Впрочем, по компоновке авто есть определённые решения.
2. Смена клапанов возможна лишь при полной разборке.
3. Довольно низкая литровая мощность (но это издержки цикла Миллера).
4. Это не столько проблема, сколько конструктивные особенности, решение которых я включил в конструкцию:
Подвижные части обладают значительной массой (не поршень, а цилиндр движется). Несмотря на то, что двигатель оппозитный, он не полностью уравновешен (движение цилиндров параллельно, но не соосно). Именно поэтому решено сделать фазы работы цилиндров СИНХРОННЫМИ. То есть весь двигатель делает такт сжатия -рабочий такт - такт выхлопа- такт впуска (при последнем открытие клапанов сильно запаздывает).
Поскольку закон движения цилиндров с запаздыванием мёртвой точки (обеспечивающий высокую степень сжатия и эффективную работу при карбюраторе), реализуется лишь при небольшом ходе поршня и длинной штанге, избран "уплощённый цилиндр" - диаметр цилиндра 14 см и ход поршня 9 см, рабочий объём двигателя 2771 куб. см. Такой цилиндр неидеален по форме с точки зрения соотношения объём/поверхность, в том числе именно поэтому он большой и их лишь два.
Далее, генератор (зелёненький) монтируется в едином блоке с двигателем, и имеет противовесы (каждый на "свой" цилиндр), то есть дополнительно выполняет функции стабилизирующего вала. Генератор связан с коленвалом двумя шестернями с передаточным числом 1.
Далее, двигатель достаточно низкооборотный (допустим, 1500 в минуту).
Далее, возможно ещё такое (спорное) решение: двигатель имеет 2 вспомогательных маломощных генератора, которые монтируются непосредственно с коленвалом. Они меняют режим работы по ходу работы двигателя: в рабочий такт как генератор, в остальные такты как электродвигатель. Это работает примерно как овальная звезда на велосипеде. Эти фазы управляются скользящим контактом на распредвале. А можно вообще с этим не заморачиваться.
Далее, главный генератор имеет такую ориентацию магнитов по отношению к двигателю и к оплётке, что туго идёт в момент максимальной скорости цилиндров (коленвал на 90 градусов) и легко идёт в мёртвых точках.
Все эти меры позволяют компенсировать тяжёлые подвижные цилиндры.
Далее. Почему такой объём? Во-первых, двигатель изнашивается не от пройденных км, а от часов работы. То есть он может включаться-выключаться, это может управляться бортовым компьютером, при достаточно ёмком буферном аккумуляторе включаться будет редко, то есть беречь ресурс. Тогда он действительно станет "миллионником". Предположим, будет выдавать 80 -100 лошадиных сил в стабильном режиме, чего вполне достаточно.
Во-вторых, не хотелось бы увеличивать габарит и количество шеек на коленвале...
Итак, подведём итоги по "антикризисному" двигателю и перечислим его достоинства.
1. Высокий КПД и общая топливная экономичность в составе гибридного авто.
2. Низкие вибрации, высокий ресурс.
3. Тихий выхлоп (высокая степень расширения), хотя и своеобразный звук (одновременный выхлоп).
4. Относительно лёгкий.
5. Отсутствие форсунок и ТНВД, и при этом отсутствие системы зажигания.
6. Отсутствие водяного насоса как отдельного агрегата. Ну дополнительное охлаждение неподвижного поршня и других частей - можно организовать доп. циркуляцию.
7. Низкие требования к топливу.
8. Достаточно компактен, хоть и длинный, но как раз на место КПП (между передними креслами) может немного входить один из цилиндров.
9. Также возможен отказ от масляного насоса как отдельного агрегата по аналогии с водяным насосом.
10. Ну и достаточно недорогой.
...
И тогда вообще о гибридах пару слов. Это однозначно лучшая перспектива, кто бы что ни говорил.
1. Гибрид - это экономия топлива и ресурса двигателя.
2. Гибрид - это возможности конверсии в чисто электричку и обратно (электричка может занять свою нишу в несколько % автопарка, что будет полезно для энергетики и экономики с точки зрения использования избытков генерации в ночные часы). Это очень просто: на место двигателя и других агрегатов монтируются батареи.
3. Если радикального прорыва в ДВС (прежде всего по КПД) не предвидится (всё давно опробовано и исхожено вдоль и поперёк), то батареи, что вполне ожидаемо, будут увеличивать массовую и габаритную ёмкость, ресурс по количеству циклов зарядки-разрядки, и дешеветь при массовом производстве.
4. Гибрид -не для России? Да ладно. Самый огромный БелАЗ - это ГИБРИД!
5. Гибрид - это классные разгонные характеристики. Это проходимость. Отсутствие КПП (автомат в нём автоматически).
6. Гибрид - это экология, отсутствие токсичных перегазовок, от которых весь город стонет уже.
7. Гибрид - это ремонтопригодность, возможность легко менять узлы и агрегаты (например, двигатель). Легче монтаж: не надо отсоединять от КПП.
8. Гибрид - это более высокая надёжность, чем КПП.
9. И ещё кое-что хотелось бы добавить от себя с точки зрения потребительских качеств гибрида.
....... Когда первые тепловозы появлялись, нередко цилиндр располагали спереди горизонтально, с приводом через шатун на колесо, тяговыми дышлами, то есть конструировали по паровозному типу.
С гибридами зачастую та же ситуация: ведущий мост, дифференциалы... То есть та же инерция мышления, та же архаика.
Моё видение перспективы: Каждое колесо должен приводить индивидуальный двигатель, который должен уравновешивать неподрессоренную массу, что может обеспечить исключительную плавность хода.
То есть существующие ныне для авто с мех. передачей принципиальные конструктивные признаки крутого, качественного, дорогого и престижного автомобиля - независимая подвеска, полный привод, плавный ход - становятся утилитарными, само собой разумеющимися и наиболее простыми и рациональными конструкторскими решениями, реализованными в массовом "народном автомобиле". А также электрический аналог блокируемого дифференциала.
Вот вариант компоновки подвески на эскизе: спереди модифицированная подвеска типа Макферсона (нужен только 1 ШРУС - наружный), сзади балансирная подвеска (конический редуктор в ступице, который можно усилить доп. сателлитами).