Супердвигатель без коленвала — какой он, мотор из будущего?

ЗАБЫТОЕ ГЕНИАЛЬНОЕ

В начале изобретательской карьеры, 30 лет назад, Виталий Фролов еще не замахивался на то, чтобы изменить ДВС — ограничился малым: установил на коленвал особые накладки. Когда они изнашивались, менял их вместе с вкладышами, и вал продолжал работать. Просто? Тем не менее, до этого раньше никто не додумался. Виталий получил первое авторское свидетельство, его наградили серебряной медалью Выставки достижений народного хозяйства СССР — в те времена считалось очень почетным стать лауреатом этой награды.

Так часто бывает: гениальные изобретения забываются. Чудесный коленвал так и не был внедрен…

Похоже, обида на неразумное человечество вылилась у Виталия в нелюбовь к коленчатым валам, и позже он беспощадно «уничтожал» деталь во всех своих последующих разработках. И сформулировал один из принципов: коленчатый вал — деталь несовершенная.

Шестерня коленвала и ее значение

Когда картер полностью собран, снаружи устанавливается сальник, а затем – шестерня коленвала. Необходима она для того, чтобы через зубчатый ремень или непосредственно через шестерню распределительного вала происходила его синхронизация с работой коленчатого вала. В свою очередь распредвал посредством установленных на нем кулачков с определенной периодичностью открывает и закрывает клапаны газораспределительного механизма (ГРМ). Это необходимо для своевременной подачи в цилиндры ДВС топлива и отвода газов после его сгорания.

Если используется ременная передача, она попутно охватывает шкив насоса охлаждающей жидкости. К слову, натяжение ремня должно быть строго отрегулировано, для этого предусмотрен специальный ролик. Если у шестерни вдруг обнаружится люфт, проверьте, насколько надежно сидит в своем гнезде шпонка коленвала. Даже после того, как последняя будет вынута, шестерня при натянутом ремне должна сидеть достаточно плотно. Если люфт продолжается, значит, произошла деформация посадочного места, и не остается ничего другого, кроме как поменять вал. То же самое, если разбивает гнездо под шпонку.

Между двух стихий

Сам Кристиан Фон Кёнигсегг ездит на стареньком Saab и хитренько улыбается. А причина его улыбки проста. У его автомобиля единственный в мире двигатель старой серии…

ВНИМАНИЕ! Без распредвала и газораспределительного механизма, ГРМ ремня и коромысел

В двигателе «Сааба», точнее в его головке блока родные 16 клапанов. Но каждый клапан управляется отдельным узлом, и каждый этот прибор получает команду на закрытие или открытие клапана с блока управления двигателем независимо от других.

Это и есть главное ноу-хау — актуатор. Каждый клапан управляется таким приводом-актуатором. Узел представляет собой пневмо-гидравло-электрическую систему Кёнигсегга. Секрет в том, что пневматикой клапаны открываются, гидравликой закрываются.

Что делать, если провернуло шатунный вкладыш

При обнаружении симптомов проворота вкладышей следует доехать до автосервиса или до своего гаража, если собираетесь заменить их своими руками, а лучше заглушить двигатель и транспортировать на буксире или эвакуатором, если есть возможность.

Проворот вкладышей шатунных менее затратный и трудоемкий, если прекратить эксплуатацию при обнаружении стуков, чем проворот вкладышей коренных

Если не обращали внимание на посторонние стуки в двигателе и продолжали ездить в таком состоянии, то, возможно, провернутые шатунные вкладыши приведут к дорогостоящему капитальному ремонту двигателя

В основном, если провернуло один шатунный вкладыш, то его меняют на новый и, на этом ремонт закончен. В таком случае, так как сам шатун не менялся, ресурс отремонтированной пары шейка коленвала-шатун будет меньше положенного.

Желательной работой по замене шатунного вкладыша является и замена соответствующего шатуна. Часто бывает, что, если провернуло шатунный вкладыш, то ломается замок шатуна.

Оптимально-эффективным ремонтом с проблемами вкладышей считается расточка коленчатого вала и замена вкладышей с шатунами. Шейка коленвала на котором сидел провернутый вкладыш имеет задиры, царапины. Поэтому надо проводить шлифовку коленвала. Все шатунные вкладыши имеют одинаковые размеры и полностью взаимозаменяемы между собой.

Порядок замены шатунных вкладышей в гаражных условиях:

1. Устанавливаем автомобиль над ямой.
2. Ставим противооткаты (башмаки).
3. Открутить и убрать выхлопные штаны.
4. Если конструкцией двигателя предусмотрены различные подвесы для коробки передач, то и их откручиваем и снимаем.
5. Демонтируем поддон масляного картера. Удобно и быстро использовать для этого дела шуруповерт.
6. Откручиваем маслоприемник.
7. Отворачиваем крепления моста, убираем его.
8. Теперь есть доступ к коленчатому валу ДВС. Поднимает домкратом переднее колесо и на установленной 4 или 5 передаче крутим поднятое колесо.
9. Крутим колесо и выставляем шатуны не строго вертикально, а под углом.
10. Далее, откручиваем гайки крепления шатунов и снимает постель, в котором посажен с натяжкой шатунный вкладыш.
11. Снимаем второй вкладыш с шатунной шейки коленвала (ниже, на видео хорошо видно, как это делать).
12. Смотрим на снятые подшипники скольжения. Провернутые подшипники имеют царапины и механические повреждения, часто их сплющивает.
13. Протираем посадочные места постелей для шатунных вкладышей и устанавливаем в них новые вкладыши.
14. Чтобы нижнюю постель не перепутать (так как его можно повернуть на 180 градусов и установить в другом положении) на торцы выбиты половинчатые цифры (часть цифры на торце постели, вторая половина цифры на шатуне). Также выбиты цифры на нижней части постели, по которым можно сравнить, куда смотрят цифры на других постелях.
15. Делаем монтаж. Закручиваем гайки постели динамометрическим ключом (перетягивать и не дотягивать нельзя). Для разных двигателей — разные моменты затяжек. Существуют таблицы с моментами затяжек для контретного двигателя конкретных деталей.

Бесколлекторный двигатель

Если в коллекторном двигателе всё приходит в действие за счёт механики, то в бесщёточном — чистая электроника. Также позиции некоторых элементов в конструкции меняются местами. В коллекторном двигателе обмотки находились на роторе, а постоянные магниты — на статоре. У бесколлеторного — постоянные магниты переносятся на ротор, а катушки с обмоткой располагаются на статоре. Также ротор и статор могут менять свои позиции: есть модели двигателей с внешним ротором. Здесь отсутствуют щётки и коллектор, вместо них добавлен микропроцессор (контроллер) и кулер для охлаждения системы. Микропроцессор контролирует положение ротора, скорость вращения, равномерное распределение напряжения по катушкам обмотки.

Основные типы бесщёточного двигателя :

• Асинхронный — это двигатель, который преобразовывает электроэнергию переменного тока в механическую. Название происходит от разной скорости вращения магнитного поля и ротора. Частота вращения ротора меньше, чем у магнитного поля, создаваемого обмотками статора (Например, двигатель DigiPro, который используется в продукции Greenworks).
• Синхронный — это двигатель переменного тока, у которого частота вращений ротора равна частоте вращений магнитного поля.

Тип двигателя с внешним ротором

Расположение ротора и статора в бесщёточном двигателе DigiPro

Плюсы:

• Из-за отсутствия щёток меньше трения.
• Меньше подвержены износу.
• Отсутствие искр и возможного возгорания.
• Упрощенная регулировка крутящего момента в больших пределах.
• Экономия расходуемой энергии.
• У инструментов с реверсом одинаковая мощность в обоих направлениях вращения.
• Быстрый запуск с больших скоростей.
• Могут разгоняться до предельных показателей.
• Некоторые модели при сильной нагрузке оснащены системой защиты двигателя.

Минусы:

• Значительно дороже в цене, чем коллекторные двигатели.
• Техническое обслуживание более узкоспециализированное.

Вывод: Несомненно бесколлекторные двигатели ориентированы на профессиональные работы с приличной нагрузкой. Несмотря на высокие показатели усовершенствованного типа двигателя, его единственный недостаток бьёт по кошельку. И перед тем, как приобретать инструмент на том или ином двигателе, прежде всего надо поставить перед собой вопрос: для каких целей он нужен. Уже исходя из ответа делать свой выбор.

Сколько людей — столько и мнений. Компания Greenworks старается делать качественную продукцию на разных типах двигателя, чтобы каждый мог подобрать себе инструмент по предпочтениям, функционалу и необходимой мощности под конкретные задачи, которые у каждого клиента свои. Именно поэтому, например, в разделе «Ручной инструмент» Вы можете наблюдать один тип агрегата на коллекторном и бесколлекторном двигателях. Какой лучше? Выбор за Вами!

Всегда интересные новости и статьи от команды сайта Green-Battery.ru Копирование текстов возможно только со ссылкой на первоисточник.

Клин двигателя, вызванный перегревом

• Заклинивший термостат;• Обрыв ремня вентилятора или его проскальзывание;

• Выход из строя электровентилятора охлаждения или визкомуфты;

• Вытекание охлаждающей жидкости вследствие соскакивания или обрыва патрубков охлаждение, либо их разрыв;• Попадание охлаждающей жидкости в масло, что уменьшает теплоотвод деталей двигателя;• Пробой прокладки блока;

• • Засорение сетки маслоприемника, что ведет к масляному голоданию и как следствие перегреву деталей двигателя;
• • Выход из строя насоса охлаждающей жидкости (помпы);

• Прогар клапана;• Засорение или подтекание радиатора охлаждения;

Это одни из основных причин вызывающих клин двигателя. В действительности же их гораздо больше и все их просто невозможно перечислить, так как имеется множество нюансов, приводящих к клину двигателя.

Обрыв, клин или перескакивание ремня ГРМ, разрыв или клин цепи в приводе газораспределительного механизма (попадание посторонних предметов под ремень или цепь из-за неустановленной крышки ГРМ при ременном приводе) ведет обычно к встрече клапанов и поршней.

Это заканчивается клином двигателя, так как при этом гнет клапана, и они не могут «вернуться» в свое седло, мешая поршню пройти верхнюю мертвую точку.

Отпускание гаек крепления нижней головки шатуна ведет иногда к очень серьезным последствиям, заканчивающихся тем, что шатун «протягивает руку дружбы», пробивая стенку блока цилиндров и выходя при этом наружу.

Обычно это последствия перегрева, когда отпускается соединение на шатунном болту или результат неквалифицированной сборки с установкой подношенных гаек или затяжка соединения без использования динамометрического ключа.

Выход поршневого пальца из поршня связан с смещением его стопора в поршне и выхода из паза, что вызвано установкой «неродных» стопорных колец или недостаточной глубиной паза в «левых» поршнях. Вышедший палец упирается в стенку зеркала цилиндра, вызывая задир и как результат – заклинивание двигателя.

Часто причиной клина двигателя служит тривиальная причина – попадание в камеру карбюратора гайки крепления воздушного фильтра.

Гайка или иной мелкий предмет, затем попадает в цилиндр и ведет либо к заклиниванию двигателя, либо «наводит порядок» в камере сгорания, где попав между седлом клапана и его тарелкой, может привести к разрушению и седла и тарелки клапана, вызывая в любом случае тяжелые последствия.

Источники

• https://FB.ru/article/384097/zaklinil-dvigatel-prichinyi-sposobyi-ustraneniya-polomki
• https://avtorom.ru/articles/7-pochemu-klinyat-dvigateli.html
• https://KrutiMotor.ru/dvigatel-zaklinil-prichiny/
• https://autolirika.ru/soveti/zaklinil-dvigatel.html
• https://autoprivat.ru/remont_avto/priznaki_zaklinivshego_dvigatelya.html
• https://DriverTip.ru/zhizn/pochemu-klinit-dvigatel-kak-s-etim-borotsya.html
• https://NewNiva.ru/zaklinilo-dvigatel-nivy.html
• https://avtovikyp.by/blog-o-vykupe-avto/552-prichiny-po-kotorym-v-avto-klinyat-dvigateli
• https://EuroAutoUfa.ru/obsluzhivanie/kak-ponyat-chto-zaklinil-dvigatel.html
• https://korrekt29.ru/tyuning/zaklinil-dvigatel-priznaki-opredelenie-prichiny-i-osobennosti-remonta-chto-delat-esli-motor-vaz-pojmal-klin-kulak-druzhby.html

Почему мы хотим избавиться от коленчатого вала

Отчего же таким ненавистным устройством является коленчатый вал, который ещё называется кривошипно-шатунным механизмом? Почему все так упорно желают избавиться от него? Главная причина скрывается в присутствии чрезмерного бокового усилия, которое приходится на стенки цилиндра. Эта особенность обуславливает наличие ряда негативных факторов:

• сокращение долговечности поршневой системы и её ускоренный износ;
• увеличение потерей, которые приходятся на трение;
• снижение КПД.

Чтобы убрать все эти отрицательные моменты, необходимо создать такой агрегат, конструкция которого будет предполагать возвратно-поступательные движения без углового качения.

Свободнопоршневой двигатель машины

Такие механизмы уже существуют в большом количестве. Далеко не все из них могут применяться на практике, лишь некоторые экземпляры достойны внимания. Мы выбрали две модели двигателей без коленвала, презентация которых всколыхнула общественность.

Бесшатунный двигатель Баландина

Первый достойный двигатель без коленвала, который сейчас ложится в основу многих разработок и изобретений, носит имя Баландина. Суть функционирования такого механизма заключается в преобразовании движений возвратно-поступательного типа. Это стало возможным за счёт наличия специального эксцентрического механизма. К этой детали предъявляются высокие требования, которые делают силовой агрегат дорогим и недоступным для широкого использования.

Конструкция является особенной, для неё характерны уникальные характеристики, о которых мы как раз сейчас будем говорить:

• шатуны заменены на поршневые штоки, они жёстко скрепляются с поршнями;
• поршневые штоки аналогично шатунам охватывают шейки с коленвала;
• по обе стороны от подшипника штока располагаются ползуны, которые за счёт направляющих свободно скользят;
• поршень является обоймой для уплотнительных колец, которые располагаются между цилиндром и поршнем.

В такой конструкции отсутствуют боковые усилия, за счёт чего допустимо сокращение размеров поршня. Сам мотор демонстрирует высокую производительность, является экономичным и характеризуется ёмким ресурсом. Также конструкция становится компактной и более лёгкой. О недостатке мы уже говорили, он заключается в высоких требованиях относительно точности эксцентрика.

Многие специалисты работают над усовершенствованием этого механизма, используя его в качестве основы для своих изобретений.

Двигатель Фролова — мотор без шатунов и коленвала

Этот гениальный человек считал коленвал совершенно неидеальной деталью, которая нуждается в серьёзной доработке или, вовсе, является лишней в ДВС. Инженер долго и тщательно изучал конструкцию механизма Баландина. Эти наблюдения натолкнули его на создание другого механизма.

Бесшатунный мотор Баландина

Фролов изначально модернизировал эксцентрик, чтобы в дальнейшем его требования к точности не стали проблемой. Полностью убрать недостатки, характерные для двигателя Баландина, является крайне сложной задачей, даже для Фролова. Украинский инженер продолжил свои разработки, в надежде полностью убрать из механизма коленвал

Его внимание привлёк механизм, который используется в ткацких станках

Результатом длительной и плодотворной работы стал сегментно-роторный механизм. В его структуре отсутствует коленвал, он заменён элементом, напоминающим шарнир с разными угловыми скоростями. Такой механизм известен, как шарнир Гука. Вращение деталей в двигателе внутреннего сгорания Фролова обеспечивается подшипниками качения.

Модель мотора без коленвала

Эра эволюции ДВС только начинается, и пока неизвестно, что нас ожидает в конце. Существующие наработки показывают хороший старт и дают повод надеяться на великие открытия. Возможно, уже не за горами момент, когда будет изобретён вечный двигатель.

Краткая биография изобретателя

Кристиан родился в 1972 году в Стокгольме, Швеция. Еще в детстве любил разбирать бытовую технику с желанием что-то изменить в конструкции аппаратов, а в подростковом возрасте уже зарекомендовал себя в своем квартале мастером на все руки и талантливым умельцем.

Он первый предсказал что чипы вытеснят CD диски, даже хотел запатентовать проект этого устройства, но в то время это никого не интересовала.

А еще он изобрел замок для скрепления деревянных пластин, но его тоже никто не понял, даже отец, работающий в сфере деревообработки. В последствии подобный патент запатентовали другие фирмы и заработали на нем многие миллионы.

В 22 года он стал заниматься созданием автомобилей, основал компанию Koenigsegg Automotive AB, и в 2002 году был пущен в серию автомобиль Koenigsegg CC.

В 2005 году этот автомобиль занесен в Книгу рекордов Гиннеса, как самый скоростной серийный автомобиль (388 км/ч.). А его автомобиль Koenigsegg CCXR лидер по соотношению мощности к массе. Автомобиль марки Koenigsegg One1 лидер по разгону, он может разогнаться до скорости 300 км/ч. за 11,92 сек.

Как проводится замена вкладышей, не снимая двигатель?

Многие автовладельцы думают и пишут на форумах, что добраться до вкладышей, не снимая  и не вынимая из капота мотора, нереально. Однако такие операции проводят ремонтники на судах, где размеры деталей огромны и сил для снятия двигателя требуется слишком много. А если методика существует, ее можно применять и для простых автомобилей.

• Поставьте автомобиль на эстакаду, чтобы получить легкий доступ к двигателю. Если на нем установлена защита, то ее следует снять и слить смазку.
• Заранее снимите коробку, переднюю крышку и ослабьте цепь распредвала. Если не лень, лучше снять ее целиком, чтобы не мешала.
• Снимите стартер и поддон (если не мешает балка). Если она препятствует работе, придется приподнимать мотор и вытаскивать из-под него поддон.
• Теперь вы получили доступ к коленвалу. Проще всего заменить шатунные вкладыши. Старые подшипники вытаскиваются после откручивания винтов головки, поставить на место новые легко, только не забудьте хорошо смазать их тем же моторным маслом, что залито у вас в двигателе.
• Сложнее проходит замена коренных вкладышей, не снимая двигатель. Потребуется приопустить коленвал, ослабив его крепление. Сильно опускать не требуется, на десять, максимум — пятнадцать сантиметров.
• Теперь вкладыши вытащить будет легче. Но потребуется алюминиевая заклепка, которую нужно вставить в смазочное отверстие, так она вытолкнет наружу подшипник. Главное, чтобы размер заклепки подходил и не царапал коленвал.

Не забывайте оценивать состояние вытащенных вкладышей. Если задиров нет, то можно обойтись простой сменой деталей. А вот если он сильно потрепан, все же придется шлифовать коленвал, полностью сняв его с крепления.

Не забывайте правильно подбирать сменные вкладыши. При сборке на автомобиль устанавливаются стандартные размеры. Когда проводится замена вкладышей ВАЗ 2106 не снимая двигателя, нужно соблюдать правильный шаг размерности, если у вас уже проводилась шлифовка коленвала.

СТРАННЫЙ ОППОЗИТ

Однажды он получил заказ от специалистов воздушно-десантных войск: разработать двигатель — помощник суперсолдат. Мотор, сказали ему люди в мундирах, должен быть легким, экономичным, безотказным в воздухе, на земле и воде. И вскоре такой появился — 2-тактный оппозит, в основе которого лежал мотор «Иж-Юпитер 5».

Оппозит Фролова необычный — без уплотнительной перегородки между кривошипными камерами, так усложняющей конструкцию ординарных 2-цилиндровых двухтактников. Коленчатый вал (до поры до времени Фролов оставил его в покое) — с двумя опорными подшипниками (вместо трех), что снизило его вес и длину. В конструкции Фролов использовал два своих изобретения: «Демпфер крутильных колебаний коленчатого вала ДВС» и «Узел двигателя внутреннего сгорания».

Мотор получился компактным и «бодрым» — в 1,5 раза возросли мощность и крутящий момент. Он предназначался для сверхлегкой авиации, водномоторного спорта. В 1988 г. пришел заказ на изготовление 300 моторов для дельтапланов. Опытный мотор УМБ-760 устанавливался и на автомобиль ЛуАЗ, планировалось начать его серийный выпуск.

В 2001 году появился мотоцикл, который сразу привлек внимание байкеров. Еще бы: во время демонстрации работоспособности аппарата на второй передаче заднее колесо срывало в букс. Производство движка планировали развернуть на одном из харьковских заводов — для переоборудования обычных «Ижей»

Но нагрянули известные события с распадом СССР, и проект так и остался невоплощенным

Производство движка планировали развернуть на одном из харьковских заводов — для переоборудования обычных «Ижей». Но нагрянули известные события с распадом СССР, и проект так и остался невоплощенным.

Поршневые кольца

Поршневые кольца обеспечивают плотное подвижное соединение поршня с цилиндром. Они предотвращают прорыв газов из надпоршневой полости в картер и попадание масла в камеру сгорания. Различают компрессионные и маслосъемные кольца.

Компрессионные кольца (два или три) устанавливают в верхние канавки поршня. Они имеют разрез, называемый замком, и поэтому могут пружинить. В свободном состоянии диаметр кольца должен быть несколько больше диаметра цилиндра. При введении в цилиндр такого кольца в сжатом состоянии оно создает плотное соединение. Для того чтобы обеспечить возможность расширения установленного в цилиндре кольца при нагревании, в замке должен быть зазор 0,2…0,4 мм. С целью обеспечения хорошей приработки компрессионных колец к цилиндрам часто применяют кольца с конусной наружной поверхностью, а также скручивающиеся кольца с фаской на кромке с внутренней или наружной стороны. Благодаря наличию фаски такие кольца при установке в цилиндр перекашиваются в сечении, плотно прилегая к стенкам канавок на поршне.

Маслосъемные кольца (одно или два) удаляют масло со стенок цилиндра, не позволяя ему попадать в камеру сгорания. Они располагаются на поршне под компрессионными кольцами. Обычно маслосъемные кольца имеют кольцевую канавку на наружной цилиндрической поверхности и радиальные сквозные прорези для отвода масла, которое по ним проходит к дренажным отверстиям в поршне (см. рис. а). Кроме маслосъемных колец с прорезями для отвода масла используются составные кольца с осевыми и радиальными расширителями.

Для предотвращения утечки газов из камеры сгорания в картер через замки поршневых колец необходимо следить за тем, чтобы замки соседних колец не располагались на одной прямой.

Поршневые кольца работают в сложных условиях. Они подвергаются воздействию высоких температур, а смазывание их наружных поверхностей, перемещающихся с большой скоростью по зеркалу цилиндра, недостаточно. Поэтому к материалу для поршневых колец предъявляются высокие требования. Чаще всего для их изготовления применяют высокосортный легированный чугун. Верхние компрессионные кольца, работающие в наиболее тяжелых условиях, обычно покрывают с наружной стороны пористым хромом. Составные маслосъемные кольца изготавливают из легированной стали.

Обычный распредвал, основанный на пружинах

Если вы хоть чуть-чуть разбираетесь в строении ГРМ (газораспределительного механизма) двигателя, вы знаете, что у каждого клапана есть специальная пружина, которая возвращает его обратно, когда коленвал его продавит вниз. Без такого строения работа будет невозможной!

Эти пружины оттягивают на себя достаточно большую часть энергии распредвала, то есть двигателю нужно продавить эту пружину, после чего она вернет клапан на место!

Чтобы продавить этот упругий механизм, двигателю нужно потратить примерно от 30 до 100 кг на сжатие, это очень большая энергия. А теперь представьте что таких пружин 16, по наличию клапанов.

И каждый раз, когда мотор работает, он отдает часть своей энергии на преодоление этого усилия.