Что такое лаборатория двигателей внутреннего сгорания

Диагностирование двигателей внутреннего сгорания

Общее диагностирование ДВС позволяет оценить техническое состояние всего двигателя по некоторым обобщенным его параметрам как с качественной, так и в ряде случаев с количественной стороны.

Общее диагностирование двигателя можно проводить как на основе анализа различных внешних симптомов, характеризующих его работу, так и путем инструментального исследования. Наиболее распространены методы, основанные на анализе цвета выхлопных газов, развиваемых двигателем шумов, содержащихся в картерном масле примесей.

Анализ цвета выхлопных газов. Данный метод основан на зависимости между техническим состоянием отдельных частей двигателя и цветом выхлопных газов:

– белый цвет свидетельствует о неполном сгорании топлива (поздняя подача и плохой распыл); низкой компрессии (изнашивание цилиндров поршневой группы и разгерметизация клапанов); – попадании воды в цилиндры (дефекты в головке, прогорание прокладок), переохлаждении двигателя, выпадении вспышек (дефекты форсунок, засорение фильтров тонкой очистки топлива, изнашивание топливного насоса);

– светло- или темно-синий цвет характеризует дефект форсунки, сильное сгорание масла (наблюдается при его высоких уровне или давлении газов в картере); закоксовывание поршневых колец, изнашивание поршневой группы; большой зазор между втулкой и стержнем клапана;

– коричневый или черный цвет — признак неполного сгорания топлива из-за плохого распыла, вызванного изнашиванием иглы распылителя форсунки или уменьшением угла опережения вспрыска топлива. Кроме того, этот цвет свидетельствует о недостаточной подаче воздуха и увеличенной подаче топлива;

– сизый или светло-серый цвет указывает на недостаточную обкатку двигателя (плохо приработаны детали поршневой группы); залегание и закоксовывание поршневых колец; увеличение зазоров в сопряжениях поршневой группы.

Если при запуске дизеля нет дыма или он выпускается редкими клубами, то это свидетельствует о недостаточной подаче топлива, заедании клапанов и поршня, поломки пружины подкачивающего насоса, заедании плунжеров и выходе из строя пружин плунжеров топливного насоса, заедании иглы распылителя форсунки, заедании обратного клапана.

Некоторое применение находит цветовой анализ отпечатков, оставляемых выхлопными газами на бумаге.

При этом анализе:

серо-желтый цвет отпечатка указывает на выброс масла, т. е. на чрезмерный угар картерного масла;

– серо-бурый свидетельствует о выбросе несгоревшего топлива, который бывает при пропуске вспышек из-за плохого состояния форсунок и слабой компрессии в цилиндрах;

– крупные частички копоти в дыме указывают на излишек подачи топлива или засорении воздухоочистителя, а также на разгерметизацию камеры сгорания, большое утопание клапанов, плохой распыл топлива;

– обнаружение капель воды на отпечатках свидетельствует о прогорании прокладки головки блока цилиндров или трещинах в головке, а также о повреждении уплотнений гильз цилиндров.

Анализ шумов, развиваемых двигателем. Этот метод осуществляют путем прослушивания двигателя. Механические шумы улавливаются достаточно хорошо. Поэтому оценка технического состояния двигателя по характеру шумов довольно широко распространена в эксплуатационных условиях, хотя она в определенной степени субъективна и требует высокой квалификации.

Для прослушивания применяют механические и электронные стетоскопы. Механические стетоскопы бывают акустические, а также резонансные, которые отличаются от акустических использованием акустической камеры, снабженной устройством для регулирования воспринимаемых частот с целью ее настройки в резонанс с частотой вибрации корпуса, что значительно повышает избирательную способность прибора. Примером наиболее простого, так называемого стержневого стетоскопа служит модель КИ-1154, состоящая из прикладываемого к корпусу стержня, снабженного ручкой и наушником. Электронные стетоскопы завода «Экранас» позволяют четко прослушивать даже незначительные шумы.

Утечка сжатых газов, сопровождаемая возникновением ультразвуковых колебаний, может быть зарегистрирована с помощью ультразвуковых стетоскопов. В них вмонтирован блок, преобразующий ультразвуковые колебания или в более низкие, слышимые человеком частоты или же в электрические импульсы, наблюдаемые на экране осциллографа.

В настоящее время стала появляться специальная акустическая диагностическая аппаратура, позволяющая путем сравнения спектра вибраций исследуемого двигателя с эталонными спектрами вибраций нового двигателя опознавать причины неисправностей двигателя и давать им количественную оценку. Так, например, с помощью комбинированного электронного прибора ЭМДП-2 можно ориентировочно определять зазоры между поршнями и цилиндрами двигателей, температуру воды и масла, частоту вращения коленчатого вала, угол опережения начала подачи и продолжительность впрыска топлива.

Анализ содержащихся в картерном масле примесей. Весьма перспективен и точен метод общего диагностирования технического состояния двигателя по анализу попадающих в масло продуктов изнашивания его деталей. При этом используют колориметрические, полярографические, магнитоиндукционные, радиоактивные и спектральные способы.

При установившемся процессе изнашивания количество поступающих в масло продуктов изнашивания деталей двигателя стабилизируется и может быть количественно и качественно определено для каждого типа двигателя. Увеличение количества какого-нибудь элемента по сравнению со среднестатистическими указывает на повышение скорости изнашивания определенной группы деталей.

При отсутствии специальной диагностической аппаратуры моторное масло в полевых условиях контролируют с помощью планшета (рис. 66). При этом 3…4 капли нагретого до температуры 60…80 °С масла наносят на листок белой фильтровальной бумаги и через 10 мин замеряют диаметры образовавшихся колец и подсчитывают их среднее значение.

Динамический метод — наиболее прогрессивный. Он позволяет оценить мощность двигателя по переходным характеристикам разгона и выбега и выполнить диагностические операции по отысканию дефектов.

При свободном разгоне в двигателе, работающем на холостом ходу, резко увеличивают подачу топлива до максимума. За время нарастания частоты вращения коленчатого вала измеряют в определенный момент ускорение разгона ер и умножают его ‘значение на соответствующее значение приведенного момента инерции 1, т. е. Mк = I • εр.

Чем больше крутящий момент двигателя, тем больше будет угловое ускорение за время разгона. На этом основано определение его энергетических показателей.

Эффективную мощность при известных крутящем моменте и частоте вращения рассчитывают по формуле Ne = Мкn/9550, где Ne — мощность, кВт; Мк — крутящий момент, Н • м; n — частота вращения, мин-1.

В режиме свободного выбега у двигателя, работающего на максимальной частоте вращения холостого хода, резко выключают полностью подачу топлива и в процессе затухания частоты вращения измеряют отрицательное ускорение коленчатого вала εe.

Момент сопротивления двигателя в этом случае будет Мc = Iεв.

При динамическом методе мощность измеряют с помощью приборов ИМД-2М или ИМД-Ц как в полевых, так и стационарных условиях.

Бестормозной метод проверки (отключением цилиндров) основан на использовании мощности механических потерь в выключенных цилиндрах в качестве нагрузки на работающие цилиндры.

Дизель предварительно прогревают до нормальной температуры охлаждающей жидкости и масла в картере. Затем устанавливают максимальную частоту вращения холостого хода, выключают три цилиндра (для четырехцилиндрового двигателя) и измеряют с помощью тахометра частоту вращения вала отбора мощности при работе на одном цилиндре. Зная передаточное число от дизеля к валу отбора мощности, определяют частоту вращения коленчатого вала при работе на каждом цилиндре, а затем подсчитывают среднюю частоту вращения по формуле: nср = (n1 + n2 + n3 + n4)/4, где n1, n2, n3, n4 — частота вращения при работе на отдельных цилиндрах.

Эффективная мощность дизеля: Ne = Neн — А(nном — nср), где Neн — номинальная мощность дизеля; А — коэффициент пропорциональности, постоянный для данного двигателя; nном — номинальная частота вращения коленчатого вала при работе на одном цилиндре.

Цилиндры выключают, ослабляя гайки штуцеров трубок топливного насоса или специальными отключателями.

Двигатели с шестью цилиндрами проверяют при двух работающих цилиндрах с дополнительной догрузкой, чтобы вывести их на номинальный скоростной режим. Для догрузки можно использовать шестеренный гидронасос путем дросселирования масла в гидросистеме подъемного механизма трактора либо его можно догрузить за счет дросселирования выпускных газов, установив специальную заслонку на выпускной трубе. Противодавление на выпуске должно быть в пределах 0,06. 0,08 МПа.

Тормозной метод измерения мощности двигателей основан на применении специальных нагрузочных устройств — тормозных стендов.

Тормозные стенды бывают механические, гидравлические, воздушные и электрические. Наибольшее применение в сельском хозяйстве находят электрические тормозные стенды с машинами переменного тока, которые могут работать как в режиме генератора (для торможения), так и в режиме двигателя (для обкатки и прокручивания двигателя внутреннего сгорания). Применяют их в стационарных условиях.

Для контроля дизеля непосредственно на тракторе используют стенд КИ-4935. Стенд монтируют стационарно на фундаменте и через вал отбора мощности подключают к нему дизель трактора. В этих условиях можно измерить мощность, расход топлива дизелем, а также провести более углубленное диагностирование.

Если мощность и расход топлива не соответствуют техническим требованиям, то проводят более углубленную проверку дизеля с тем, чтобы определить причины неисправностей. При этом необходимо вначале выполнять малотрудоемкие проверки наиболее вероятных неисправностей в тех системах и механизмах, которые в наибольшей мере влияют на обобщенные показатели, т. е. на мощность и расход топлива.

25 Диагностирование кривошипно – шатунного механизма

Кривошипно-шатунный механизм включает коленчатый вал с шатунами и коренными подшипниками, шатуны со втулками, поршневые пальцы, маховик и цилиндропоршневую группу.

Для оценки технического состояния подшипников коленчатого вала используют способы, основанные на определении следующих диагностических параметров: давления масла в главной масляной магистрали; количества масла, протекающего в единицу времени; шумы, стуки, возникающие от ударов в сопряжениях при работе двигателя; стуки, возникающие от соударения деталей в результате искусственного перемещения поршня и шатуна на величину зазоров в сопряжениях при неработающем двигателе. Широко распространено прослушивание двигателя во время его работы. Такое диагностирование является субъективным и зависит от слухового аппарата и опыта диагноста.

Рабочие качества кривошипно-шатунного механизма можно оценить методом измерения давления масла, определению характерности стуков и замеру зазоров в определенных сопряжениях коленчатого вала.

Измерение давления масла

Давление масла проверяется с помощью прибора, состоящего из манометра, соединительного рукава с накидной гайкой и ниппелем и демпфера, сглаживающего пульсацию масла во время замера давления. Для снятия показаний давления в главной магистрали, прибор подсоединяют к корпусу масляного фильтра, разъединив его, предварительно, с трубкой штатного манометра. Для проверки давления следует последовательно следующие операции:

— подсоединить к корпусу масляного фильтра измерительное устройство;

-запустить и прогреть двигатель до стандартного теплового состояния;

-зафиксировать давление масла в главной магистрали при холостом ходе, на момент устойчивого и номинально частотного вращения коленчатого вала.

Что такое лаборатория двигателей внутреннего сгорания

На интенсивность протекания процессов образования отложений нагаров, лаков и осадков на поверхностях деталей двигателей внутреннего сгорания (ДВС) существенно влияет старение моторных масел при их работе. Этот процесс состоит в накоплении примесей (в том числе воды), изменении их физико-химических свойств и окислении углеводородов. Наиболее интенсивно эти процессы проявляются в быстроходных автомобильных ДВС.

Изменение фракционного состава чистого залитого масла по мере работы двигателя вызывается в основном причинами, изменяющими состав его масляной основы и процентное соотношение присадок по отдельным составляющим (парафиновым, ароматическим, нафтеновым) [4]. К ним относятся:

• процессы термического разложения масла в зонах перегрева (например, в клапанных втулках, зонах верхних поршневых колец, на поверхностях верхних поясов зеркала цилиндров). Такие процессы приводят к окислению наиболее легких фракций масляной основы или даже их частичному выкипанию;
• добавление к углеводородам основы неиспарившегося топлива, попадающего в начальные периоды пусков (или при резком увеличении подачи топлива в цилиндры для осуществления ускорения автомобиля) в маслосборник картера через зону поршневых уплотнений;
• попадание в поддон картера или маслосборник двигателя воды, образующейся при сгорании топлива в камерах сгорания (КС) цилиндров.

Если система вентиляции картера действует достаточно эффективно, а стенки картера находятся в подогретом состоянии до 90…95 °С, вода не конденсируется на них и удаляется в атмосферу системой вентиляции картера. Если температура стенок картера существенно понижена, то попавшая в масло вода будет принимать участие в процессах его окисления. Количество сконденсировавшейся воды при этом может быть весьма значительным [2]. Даже если считать, что только 2 % газов могут прорваться через все поршневые кольца, то через картер двигателя с рабочим объемом 2–2,5 л за каждые 1000 км пробега будет прокачиваться по 2 кг воды. Допустим, что 95 % воды удаляется системой вентиляции картера, то все равно после пробега на расстояние 5000 км на 4,0 л моторного масла будет приходиться около 0,5 л воды, которая при работе двигателя преобразуется антиокислительной присадкой, содержащейся в моторном масле, в примеси – кокс и золу.

По указанным выше причинам при работе двигателя температуру стенок картера нужно поддерживать достаточно высокой, а в случае необходимости – применять системы смазки с сухим картером и отдельным масляным баком.

Следует отметить, что мероприятия, замедляющие процессы изменения состава масляной основы, существенно замедляют образование нагара, лака и осадков, а также снижают интенсивность изнашивания основных деталей автомобильных двигателей [2].

Решающее влияние на образование нагаров, лаков и осадков на поверхностях деталей ДВС, контактирующих с моторным маслом, оказывает их тепловое состояние. В свою очередь, конструкционные особенности двигателей, условия их эксплуатации, режимы работы и т.д. определяют тепловое состояние двигателей и влияют, таким образом, на процессы образования отложений.

Не меньшее влияние на образование отложений в ДВС оказывают и характеристики применяемого моторного масла. Для каждого конкретного двигателя важно соответствие рекомендованного заводом-изготовителем масла температуре поверхностей деталей, контактирующих с ним.

В данной работе проведен анализ взаимосвязи температур поверхностей поршней двигателей ЗМЗ-5234.10 и процессов образования на них отложений нагаров и лаков, а также проведена оценка осадкообразования на поверхностях картера и клапанной крышки двигателей при использовании рекомендованного заводом изготовителем моторного масла М 63/12Г1. Этот двигатель специально разработан и устанавливается на маневренные, широко распространенные в России автобусы модельного ряда ПАЗ.

Для исследования зависимостей количественных характеристик отложений в двигателях от их теплового состояния и условий работы можно использовать различные методики, например Л-4 (Англия), 344-Т (США), ПЗВ (СССР) и др. [1, 2]. В частности, по методике 344-Т, являющейся нормативным документом США, состояние «чистого» неизношенного двигателя оценивается в 0 баллов; состояние предельно изношенного и загрязненного двигателя в 10 баллов. Аналогичной методикой оценки лакообразования на поверхностях поршней является отечественная методика ПЗВ (авторы – К.К. Папок, А.П. Зарубин, А.В. Виппер), цветовая шкала, которой имеет баллы от 0 (отсутствие лаковых отложений) до 6 (максимальные отложения лака). Для пересчета баллов шкалы ПЗВ в баллы методики 344-Т показания первой необходимо увеличить в 1,5 раза. Указанная методика аналогична отечественной методике отрицательной оценки отложений ВНИИ НП (10-балльная шкала) [4].

Для экспериментальных исследований использовали 10 двигателей ЗМЗ-5234.10. Эксперименты по исследованию процессов образования отложений проводили совместно с лабораториями испытаний легковых и грузовых автомобилей Управления конструкторско-экспериментальных работ (УКЭР) ОАО «Горьковский автомобильный завод» (ГАЗ) на моторных стендах. В процессе испытаний, кроме прочего, контролировали расходы воздуха и топлива, давление и температуру отработавших газов, температуру масла и охлаждающей жидкости. При этом на стендах выдерживали режимы: частота вращения коленчатого вала, соответствующая максимальной мощности (100% нагрузки), и поочередно в течение 3,5 ч – 70% нагрузки, 50% нагрузки, 40% нагрузки, 25% нагрузки и без нагрузки (при закрытых дроссельных заслонках), т.е. эксперименты проведены по нагрузочным характеристикам двигателей. При этом температуру охлаждающей жидкости выдерживали в интервале 90…92 °С, температуру масла в главной масляной магистрали 90…95 °С. После этого двигатели разбирали и производили необходимые замеры.

Предварительно были проведены исследования по изменению физико-химических параметров моторных масел при испытаниях двигателей ЗМЗ-5234.10 в составе автобусов ПАЗ-3205 на автополигоне УКЭР ГАЗ. При этом выдержаны следующие условия: средняя техническая скорость 30–32 км/ч, температура окружающего воздуха 18…26 °С, пробег до 5000 км.

В результате испытаний получены результаты, согласно которым при увеличении пробегов автобусов (времени работы двигателей) увеличивалось количество механических примесей и воды в моторных маслах, его коксовое число и зольность, происходили прочие изменения (табл. 1).

Таблица 1 – Изменение параметров моторного масла двигателей ЗМЗ-5234.10

Что такое ДВС и как работает двигатель внутреннего сгорания?

На сегодняшний день двигатель внутреннего сгорания (ДВС) или как его еще называют «атмосферник» — основной тип двигателя, который широко применяется в автомобильной индустрии. Что такое ДВС? Это — многофункциональный тепловой агрегат, который при помощи химических реакций и законов физики преобразует химическую энергию топливной смеси в механическую силу (работу).

Двигатели внутреннего сгорания делятся на:

1. Поршневой ДВС.
2. Роторно-поршневой ДВС.
3. Газотурбинный ДВС.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания — самый популярный среди вышеперечисленных двигателей, он завоевал мировое признание и уже много лет лидирует в автоиндустрии. Предлагаю более детально рассмотреть устройство ДВС, а также принцип его работы.

К преимуществам поршневого двигателя внутреннего сгорания можно отнести:

1. Универсальность (применение на различных транспортных средствах).
2. Высокий уровень автономной работы.
3. Компактные размеры.
4. Приемлемая цена.
5. Способность к быстрому запуску.
6. Небольшой вес.
7. Возможность работы с различными видами топлива.

Кроме «плюсов» имеет двигатель внутреннего сгорания и ряд серьезных недостатков, среди которых:

1. Высокая частота вращения коленвала.
2. Большой уровень шума.
3. Слишком большой уровень токсичности в выхлопных газах.
4. Маленький КПД (коэффициент полезного действия).
5. Небольшой ресурс службы.

Двигатели внутреннего сгорания различаются по типу топлива, они бывают:

1. Бензиновыми.
2. Дизельными.
3. А также газовыми и спиртовыми.

Последние два можно назвать альтернативными, поскольку на сегодняшний день они не получили широкого применения.

Спиртовой ДВС работающий на водороде — самый перспективный и экологичный, он не выбрасывает в атмосферу вредный для здоровья «СО2», который содержится в отработанных газах поршневых двигателей внутреннего сгорания.

Поршневой ДВС состоит из следующих подсистем:

1. Газораспределительный механизм (ГРМ).
2. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ).
3. Система впуска.
4. Топливная система.
5. Система смазки.
6. Система зажигания (в бензиновых моторах).
7. Выпускная система.
8. Система охлаждения.
9. Система управления.

Корпус двигателя состоит из нескольких частей, в которые входят: блок цилиндров, а также головка блока цилиндров (ГБЦ). Задача КШМ — преобразовать возвратно-поступательные движения поршня во вращательные движения коленвала. Газораспределительный механизм необходим ДВС для обеспечения своевременного впуска в цилиндры топливно-воздушной смеси и такой же своевременный выпуск отработанных газов.

Впускная система служит для своевременной подачи воздуха в двигатель, который необходим для образования топливно-воздушной смеси. Топливная система осуществляет подачу в двигатель топлива, в тандеме две этих системы работают над образованием топливно-воздушной смеси после чего она подается посредством системы впрыска в камеру сгорания.

Воспламенение топливно-воздушной смеси происходит благодаря системе зажигания (в бензиновых ДВС), в дизельных моторах воспламенение происходит за счет сжатия смеси и свечей накала.

Система смазки как уже понятно из названия служит для смазки трущихся деталей, снижая тем самым их износ, увеличивая срок их службы и отводя тем самым от их поверхностей температуру. Охлаждение нагревающихся поверхностей и деталей обеспечивает система охлаждения, она отводит температуру при помощи охлаждающей жидкости по своим каналам, которая проходя через радиатор — охлаждается и повторяет цикл. Система выпуска обеспечивает вывод отработанных газов из цилиндров ДВС посредством выхлопной системы, которая входит в состав этой системы, снижает шум сопровождаемый выброс газов и их токсичность.

Система управления двигателем (в современных моделях за это отвечает электронный блок управления (ЭБУ) или бортовой компьютер) необходима для электронного управление всеми вышеописанными системами и обеспечения их синхронности.

Как работает двигатель внутреннего сгорания?

Принцип работы ДВС базируется на эффекте теплового расширения газов, которое возникает во время сгорания топливно-воздушной смеси, за счет чего осуществляется движение поршня в цилиндре. Рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания происходит за два оборота коленвала и состоит из четырех тактов, отсюда и название — четырехтактный двигатель.

1. Первый такт — впуск.
2. Второй — сжатие.
3. Третий — рабочий ход.
4. Четвертый — выпуск.

Во время первых двух тактов — впуска и рабочего такта, поршень движется вниз, за два других сжатие и выпуск – поршень идет вверх. Рабочий цикл каждого из цилиндров настроен таким образом чтобы не совпадать по фазам, это необходимо для того чтобы обеспечить равномерность работы двигателя внутреннего сгорания. Есть в мире и другие двигатели, рабочий цикл которых происходит всего за два такта – сжатие и рабочий ход, этот двигатель называется двухтактным.

На такте впуска топливная система и впускная образуют топливно-воздушную смесь, которая образуется во впускном коллекторе или непосредственно в камере сгорания (все зависит от типа конструкции). Во впускном коллекторе в случае с центральным и распределенным впрыском бензиновых ДВС. В камере сгорания в случае с непосредственным впрыском в бензиновых и дизельных моторах. Топливно-воздушная смесь или воздух во время открытия впускных клапанов ГРМ подается в камеру сгорания за счет разряжения, которое возникает во время движения поршня вниз.

Впускные клапаны закрываются на такте сжатия, после чего топливно-воздушная смесь в цилиндрах двигателя сжимается. Во время такта «рабочий ход» смесь воспламеняется принудительно или самовоспламеняется. После возгорания в камере возникает большое давление, которое создают газы, это давление воздействует на поршень, которому ничего не остается как начать двигаться вниз. Это движение поршня в тесном контакте с кривошипно-шатунным механизмом приводят в движение коленчатый вал, который в свою очередь образует крутящий момент, приводящий колеса автомобиля в движение.

Такт «выпуск» открывает выпускные клапаны газораспределительного механизма, после чего отработанные газы освобождают камеру сгорания, а после и выпускную систему, уходя охлажденными и частично очищенными в атмосферу.

Короткое резюме

После того как мы рассмотрели принцип работы двигателя внутреннего сгорания можно понять почему ДВС обладает низким КПД, который составляет примерно 40%. В то время как в одном цилиндре происходит полезное действие, остальные цилиндры грубо говоря бездействуют, обеспечивая работу первого тактами: впуск, сжатие, выпуск.

На этом у меня все, надеюсь вам все понятно, после прочтения данной статьи вы легко сможете ответить на вопрос, что такое ДВС и как устроен двигатель внутреннего сгорания. Спасибо за внимание!

Рекомендую посмотреть данное видео в нем вы найдете очень много для себя полезного!

Что такое лаборатория двигателей внутреннего сгорания

В 1971 г. в журнале «Изобретатель и рационализатор» появилась статья о сфероидальном двигателе воронежского изобретателя Г, А. Соколова. В основу двигателя положена способность шарнирного соединения Гука трансформироваться в механизм, имеющий четыре полости, объем которых при вращении изменяется от минимума до максимума. В одной или двух полостях можно организовать цикл ДВС. Пример трансформации. Если крестовину 1 шарнира преобразовать в круглую диафрагму 2 с шаровой наружной поверхностью, а вил- ки 3 шарнира заменить плоскими сегментами 4 и поместить эти три элемента в сферическую оболочку 5, то получится механизм, способный выполнять функции двигателя . Для этого в соответствующих местах сферической оболочки необходимо выполнить лишь впускные и выпускные окна и. СШДД готов.

После статьи об этом необычном двигателе пришло более 300 писем. «За» и «против» высказывались профессора, студенты, инженеры, директора предприятий, пенсионеры, механики и др. Десять заводов сообщили, что могли бы выпускать двигатель. Много писем прислали клубы спортсменов-водомоторников. Были предложения об использовании СШДД в качестве гидромотора или насоса для тепловозов, лодочного мотора, пневмодвигателя для ручного инструмента, компрессо- ра, силовой установки экспериментального стенда. Поэтому редакция журнала разослала около 40 приглашений институтам, КБ, заводам и редакциям журналов с предложением собраться за «круглым столом».

На встрече ответственный секретарь редакции привлек внимание собравшихся к двум парадоксам: тому, что ВНИИГПЭ, противопоставив лишь патенты, выданные в прошлом веке, отклонил заявку на изобретение главным образом из-за «отсутствия полезности», и тому, что инженерная общественность не знает о существовании таких двигателей.

До встречи у многих вызывала сомнение работоспособность вилок шарнирного соединения, возможность их смазки, высокая габаритная мощность (за-за невыгодной щелевой формы камеры сгорания и плохого, наполнения, обусловленного контактом свежей смеси с раскаленной диафрагмой) и герметичность камер сгорания.

Демонстрация действующего макета двигателя со сферой диаметром 150 мм, который при давлении подаваемого в него сжатого воздуха 14 кг/см2 развивал 4500 об/мин, убедительно свидетельствовала о возможности создания работоспособной конструкции такого типа. Диаметр пальца шарнирного соединения двигателя может достигать 60 мм. При таких размерах удельные давления на контактных поверхностях нетрудно снизить до любого желаемого предела. Работоспособность уплотнения диафрагмы макетного образца сомнений у большинства собравшихся не вызвала.

Был также представлен еще один двигатель с диаметром сферы 102,8 мм. Его построил изобретатель А. Г. Заболоцкий, ничего не знавший о работе Г. А. Соколова. В режиме пневмодвигателя его конструкция проработала около 40 ч, развивая до 7000 об/мин. Ни повышенных вибраций, ни износа за это время не обнаружено. А зазоры между сферой и диафрагмой в этой модели были даже слишком малы, так как при «горячих» испытаниях двигатель заклинивало.

В процессе дискуссии о надежности уплотнения СШДД выяснилось, что, например, в двигателях Ванкеля скорости скольжения уплотнительных пластин по сравнению с кольцами обычных поршневых двигателей гораздо выше, а вместе с тем эти двигатели достаточно успешно работают. В СШДД скорости скольжения могут быть даже ниже. Так что для современной промышленности, способной создавать двигатели любой конструкции, проблема надежности уплотнения скорее всего не представляет собой сложности. Надежность уплотнения в значительной степени будет зависеть от точности обработки внутренней поверхности сферической оболочки. Опыт А. Г. Заболоцкого, построившего двигатель в мастерской Верхнедонского плодосовхоза, имеющей только токарный станок, говорит о том, что необходимую точность обработки сферы можно получить даже в полукустарных условиях. Простоту обработки сферы подтвердило и изготовление на Средневолжском станкозаводе другого сфероидального двигателя. Там рабочие применили внутришлифовальный станок с поворотным столом.

Угол между осями шарниров в сфероидальных двигателях достигает 35—45°. При этом неравенство угловых скоростей должно было бы привести к появлению больших знакопеременных инерционных моментов и, как следствие, к огромной вибрации. Обкатка опытных образцов на сжатом воздухе опасных вибраций не выявила. Нагрузки выдержали даже винты МЗ, которыми были стянуты полусферы в двигателе Г. А. Соколова. Не считает опасными большие углы и проживающий в Хёрсоне В. И. Кузьмин, профессиональная деятельность которого уже 15 лет связана с шарнирами Гука. «Конструкцию двигателя Соколова одобряю», — телеграфировал он «круглому столу».

Отсутствие вибраций в СШДД с большим углом между осями (при углах более 10° шарниры Гука обычно стараются не применять) можно объяснить демпфирующим действием рабочей среды. А поскольку нагрузка приложена только с одной стороны шарнира, неравномерность вращения свободного от нагрузки вала не приводит к появлению значительных инерционных моментов.

Собравшиеся за «круглым столом» пришли к выводу, что достоинства и недостатки СШДД может выявить только экспериментальная проверка. Та же мысль содержится в письме профессора кафедры ДВС МВТУ им. Баумана А. С. Орлина. Он пожелал автору «быстрейшего воплощения его замыслов в металле и испытаний», так как только испытания «позволят разрешить все спорные вопросы». Испытания, а тем более постройка опытных образцов двигателей далеко не простое дело: только доводка обычного двигателя даже в заводских условиях длится 4—5 лет.

На «круглом столе» была представлена подборка патентов по сфероидальным двигателям. Хотя научно- техническая литература не содержит сведений о них, патентные архивы говорят о том, что Г. А. Соколов и А. Г. Зоболоцкий не первыми подметили замечательную способность шарнира Гука трансформироваться в двигатель или насос. Первый похожий английский патент относится к 1879 г., последние — уже к нашему времени. Не обойдена эта схема вниманием и в классификационной таблице всех мыслимых схем роторно- поршневых двигателей, которая приводится в книге Ванкеля о роторных двигателях.

Таким образом, сфероидальным двигателям, выполненным на основе шарнира Гука, просто не повезло.

Не нашлось в истории моторостроения человека, который взял бы на себя труд их доводки.

В настоящее время к этой работе обстоятельно готовится Г. Соколов (Воронежский политехнический институт) и ряд других энтузиастов. Соколовым уточнены фазы газораспределения, отлиты из специального ан- тифрикционного сплава (сплава Баклана) полусферы, проведены многочисленные расчеты, так и не выявившие недопустимых нагрузок.

Вторым центром постройки СШДД стал Херсон «Теоретик карданов», как величали его на встрече за «круглым столом», Виктор Иванович Кузьмин настолько заинтересовался этой необычной схемой, что взялся за постройку. К работе он привлек группу рабочих, студентов, аспирантов. Двигатель изготовлен в металле и теперь дело за.испытаниями.

В 1974 г. стало известно об еще одном сфероидальном двигателе.

Двигатель состоит из диафрагмы 1 и двух сегментов 2, 3, шарнирно соединенных с диафрагмой. Валы сегментов вращаются в подшипниковых узлах. Уплотнение сегментов и диафрагмы осуществляется кольцами 4, 5, уплотнение между сегментами и диафрагмой — подпружиненными пластинами 6. В теле диафрагмы размещены* четыре пальца 7, к которым с помощью дистанционных втулок 8 привинчены сегменты 2, 3 (см. сечение 1-1).

Цикл двигателя двухтактный. В левой половине сферы (со стороны маховика 9) осуществляется предварительное сжатие смеси, поступающей из автомобильного карбюратора. По перепускному трубопроводу 10 смесь направляется в правую половину сферы. В изображенном на рисунке положении в верхней части происходит продувкав нижней начинается рабочий ход.

Смазка и охлаждение правого сегмента 3 и диафрагмы 1 должны осуществляться маслом, подаваемым через правый подшипниковый узел. Кроме этого, с торцевой поверхностью правого сегмента контактируют несколько подпружиненных теплоотводящих стержней 11, по которым тепловой поток «стекает» к оребренному корпусу подшипниковое узла. С левой стороны диафрагма охлаждается свежей рабочей смесью.

Испытания двигателя В. Когута, во время которых многие его узлы модернизировались, доказывают принципиальную работоспособность этой схемы. Конструктивно и технологически СШДД существенно проще двигателя Ванкеля. Реальные преимущества станут ясны в ближайшем будущем после испытаний двигателей Соколова, Кузьмина, Когута.

Смотрите также:

От этого растет на шельфе «концентрация губительных факторов»; перемешать, разбавить их нечем. «Изобретатель и рационализатор», 1988, № 7, с. 14.

За другими работниками, оказавшими изобретателю или рационализатору помощь во внедрении предложения

Другое изобретение Тесла — резонансный трансформатор.
В журнале «Изобретатель и рационализатор«, номер 5,6 за 1992 год, описаны результаты экспериментов Владислава.

В момент опоры на туфли пружины сжимаются, а набранный воздух и пыль перемещаются к каблуку-фильтру. Журнал «Изобретатель и рационализатор», 1988, № 7, с. 1.

Гарантии для работников-изобретателей и рационализаторов. За работниками — авторами изобретений или рационализаторских предложений.