Двигатель — основа любого средства передвижения. Именно он обеспечивает транспорт энергией, которая нужна для его перемещения. Традиционный кривошипно-шатунный механизм, использующийся в двигателе, работает следующим образом: поршневые двигатели внутреннего сгорания при движении вниз создают боковые нагрузки на стенку цилиндра, что увеличивает потери на трение. Такой способ работы приводит к повреждению поршневых колец и, как следствие, к снижению КПД двигателя. В разные годы СССР талантливые конструкторы со всех республик представляли весьма перспективные идеи по улучшению производительности двигателя.
Двигатель Сергея Баландина
В двигателе Баландина вместо шатуна используется жесткий шток. Он прикрепляется к паре поршней двигателя и охватывают шейку коленчатого вала. На каждом штоке по обеим сторонам подшипника изготовлены ползуны, которые скользят по направляющим мотора и избавляют поршень и цилиндр от боковых нагрузок.
В данной конструкции поршень двигателя представляет из себя своеобразный держатель для поршневых колец, который создает вакуумное пространство между поршнем и цилиндром. Сам коленчатый вал состоит из трех частей. Средняя часть – это обычный коленчатый вал, а две крайние – кривошипы.
Благодаря такой конструкции штоки с поршнями ходят из одной стороны в другую, а коленчатый вал вращается. К основным преимуществам бесшатунного двигателя можно отнести:
- компактные размеры;
- отсутствие бокового усилия поршня на стенки цилиндров;
- высокая удельная мощность;
- повышенная экономичность;
- меньшая теплоотдача в системы охлаждения;
- полная сбалансированность.
Тем не менее, существует один весомый недостаток: высокие требования к точному изготовлению опор, эксцентриков и самого коленчатого вала. Именно это обстоятельство является причиной отсутствия массового производства бесшатунных двигателей.
Двигатель Виталия Фролова
Тем не менее, нашлись специалисты, которые решили доработать двигатель Баландина и привести его в рабочее состояние. Изучив все преимущества и недостатки мотора, Виталий Фролов доработал конструкцию, убрав коленчатый вал. Вместо этой детали используется механизм, похожий на шарнир равных угловых скоростей, а вращение деталей происходит благодаря использованию подшипников качения.
Двигатель Алексея Вуля
На разработки Баландина обратил внимание не только Виталий Фролов, но и Алексей Вуль. Он предложил иной способ избавиться от требований к точности изготовления. Например, изменить кинематическую схему. Он развернул два штока, находящиеся рядом на коленчатом вале, друг относительно друга на угол 90°. Сам вал совершает два вращения: вокруг собственной оси и вокруг оси кривошипа.
Такой механизм позволяет передать мощность от движущихся штоков на вращающийся по определенной траектории коленчатый вал. Более того, Вуль, дополнив бесшатунный двигатель генератором, стартером и вкладышами от различных марок автомобилей и добавив в устройство детали собственного изготовления, получил работоспособную конструкцию.
Не останавливаясь на этом, Вуль построил 4-цилиндровый двигатель с непосредственным впрыском, двойным наддувом и турбокомпрессором. Такие характеристики позволяют установить конструкцию на многие виды транспортных средств.
В итоге, пока еще ведутся работы над усовершенствованием бесшатунного мотора. Тем не менее результаты пока выглядят очень многообещающими, и не следует исключать возможности скорого появления бесшатунных моторов на серийных транспортных средствах и окончании эволюции двигателей внутреннего сгорания.
Открытие Дмитрия Гаркунова и Игоря Крагельского
Пока одни пытались увеличить производительность двигателя, меняя его конструкцию, другие искали ответы, почему вообще происходит износ деталей двигателя и как его можно ликвидировать.
В 1950-х годах советские учёные Дмитрий Николаевич Гаркунов и Игорь Викторович Крагельский внимательно изучили изношенные детали и выяснили, что поверхности двигателя разрушаются не из-за трения, а из-за водорода, который выделяется при трении.
Трение поглощает смазочный материал, и водород получает возможность повредить стенки поверхности двигателя – он «вырывает» молекулы металла, ускоряя износ деталей. Проведя многочисленные исследования, ученые выяснили, что ионы меди способны препятствовать процессу износа. Они встраиваются в кристаллическую решетку железа в железосодержащих сплавах, тем самым заполняя поврежденные участки, после чего образуют ровную медную пленку на всей поверхности. Медная пленка покрывает всю поверхность детали, предварительно «залечив» уже существующие дефекты. Этот эффект получил название безызносного трения.
Российские учёные начали разработку смазочных материалов на основе меди. Их эффективность была доказана в ходе многочисленных испытаний на разных типах транспорта, наиболее масштабно – в железнодорожном. Это и пара колесо-рельс, и редукторы, и подшипники. При использовании в двигателях внутреннего сгорания были доказаны эффекты по снижению расхода самих смазочных материалов, уменьшение степени износа (и, как следствие, срока службы агрегата), а также снижение расхода топлива.
Технология пока не получила широкого распространения среди производителей смазочных материалов, и малознакома широкому кругу потребителей. Однако в России есть производители, которые используют идеи советских ученых и производят медьсодержащие смазочные материалы. Одной из таких компаний является отечественный производитель смазочных материалов Cupper.
Итог
Вопрос о повышении КПД двигателя интересовал и интересует многих до сих пор. Технологии широкими шагами идут вперед, приближая мир будущего, создавая его уже сегодня. Кто знает, возможно миф о вечном двигателе совсем скоро перестанет быть мифом.
* Instagram и Facebook признаны экстремистcкими организациями в России
