В нашей предыдущей статье мы уже рассказывали о самом большом двигателе внутреннего сгорания. При этом ни для кого не секрет, что постоянный рост цен на нефтепродукты и сложная экологическая ситуация являются основными факторами, которые сильно влияют на ДВС. Указанное влияние фактически сводится к одному – максимальное снижение расхода топлива и эффективная очистка отработавших газов.
При этом важно понимать, что наиболее качественно снизить потребление горючего удается за счет уменьшения рабочего объема двигателя. Однако такое уменьшение закономерно приводит к тому, что двигатель становится менее мощным и надежным, теряется приемлемая динамика разгона ТС и т.д.
По этой причине конструкторы и инженеры постоянно ищут решения, чтобы повысить КПД силового агрегата без увеличения его объема. Для этих целей на автомобилях сегодня активно используется установка турбонаддува, в конструкции моторов применяется система изменения фаз газораспределения, увеличивается степень сжатия и т.
д.
Если говорить о бензиновых двигателя, изготовление слишком маленьких агрегатов по рабочему объему для авто и широкого списка другой техники в наши дни попросту нецелесообразно по целому ряду причин. При этом маленькие дизельные двигатели вполне имеют право на жизнь и активно разрабатываются. Давайте остановимся на этом более подробно.
Содержание статьи
Как уже было сказано выше, решение задачи по снижению токсичности выхлопа и общего количества вредных выбросов в атмосферу потребовало всесторонних изменений. Определенные доработки затронули как сами ДВС, так и топливо для них.
Бензиновые моторы стали использовать горючее, в котором допускается наличие большого количества спирта (в отдельных случаях до 75-80%), в дизельные ДВС заливается биодизель.
Аналоги покрупнее можно обычно встретить на бензопилах, газонокосилках, моторных лодках и другой различной технике. При этом тенденции к созданию микромоторов на бензине не наблюдается. Дело в том, что общий принцип работы в основе имеет возвратно-поступательное движение поршня, а сам агрегат сильно теряет в плане производительности при значительном уменьшении рабочего объема.
Если просто, необходимый КПД в процессе преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное значительно понижается в агрегатах на бензине, чего становится недостаточно для прокручивания колес автомобиля или выполнения другой полезной работы.
Вернемся к микромоторам. Еще отметим, что некоторые ошибочно считают известные микродвигатели инженера Йесуса Уайлдера V12 и V16 наглядным образцом самого маленького бензинового двигателя. Однако на практике такой мотор скорее игрушка, чем практичный ДВС. Дело в том, что агрегат работает не на жидком топливе. В действие двигатель приводит сжатый воздух, а КПД находится на весьма низкой отметке.
Такие субкомпактнтые дизели прижились на небольшой мототехнике, а также приводят в действие различные механизмы. Вместительность топливного бака для такого мотора обычно составляет около 2.5 л. солярки.
Если затрагивать самый маленький дизельный двигатель, такой мотор создали в Англии (Кембридж). Единственное, для его работы используется не привычное для обывателя дизтопливо, а специальная смесь метанола и водорода. Эта смесь способна эффективно самовоспламеняться под давлением. Общий же принцип похож на обычный дизель, то есть при сжатии поршнем горючее воспламеняется, передавая полезную энергию через поршень и шатун на коленвал.
Примечательно то, что рабочий объем цилиндра составляет всего лишь 1 миллиметр кубический. Таких малых размеров удалось добиться посредством изготовления ультратонких плоских элементов. Поршни больше напоминают прочные тонкие пластинки, а общие габариты ДВС составляют 5*15*3 мм. Для сравнения, такой двигатель можно разместить на ногте большого пальца человеческой руки. При этом коленвал раскручивается до 50 тыс. об/мин, а мощность установки составляет чуть более 11 Ватт.
Детали внутри него совершают только вращательное движение, а сам агрегат больше похож на электродвигатель. В роторном агрегате почти в половину меньше деталей по сравнению с дизельным или бензиновым поршневым ДВС, то есть данная силовая установка компактнее по размеру и легче по весу.
Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое дизельный оппозитный двигатель. Из этой статьи вы узнаете об особенностях такого типа ДВС, а также о его преимуществах и недостатках.
Однако и это не главное. Такой тип двигателя имеет очень высокий КПД. Например, роторно-поршневой мотор, объем которого составляет всего 1.3 литра, при этом выдает целых 220 л.с. Если же оснастить этот агрегат турбонаддувом, тогда мощность можно поднять до 350 л.с. Главный недостаток — высокий расход горючего.
Что касается субкомпактных версий, самый маленький роторный двигатель весит всего 335 г. и является мотором с индексом OSMG 1400. Его рабочий объем составляет 0.005 литра, при этом мощность почти 1.3 л.с.
Как видно, если учесть значительную потерю КПД при уменьшении объема бензинового двигателя, а также специфические особенности в виде повышенного расхода топлива и сниженной надежности роторно-поршневого мотора, компактный дизельный двигатель является наиболее перспективным вариантом во всех отношениях.
Другими словами, самый маленький дизельный двигатель вполне может выступать источником энергии и использоваться в различных целях. Если в ближайшем будущем инженеры и конструкторы решат ряд имеющихся сегодня проблем (потери тепла по причине малой толщины стенок камер сгорания микродвигателя, сниженный ресурс небольших деталей в условиях высокого нагрева и т.д.), тогда дизельные сверхмалого размера вполне могут стать серийными.
При этом такие агрегаты будут потреблять уже не литры, а граммы топлива, показатель КПД вполне может оказаться на отметке около 7-10%. Это значит, что такой двигатель в качестве источника энергии окажется более эффективным и намного более долговечным решением по сравнению с различными аккумуляторными батареями, которые могут быть схожи по габаритам.
Поскольку нефтепродукты постоянно растут в цене (ведь нефти свойственно заканчиваться), стремление к экономии на горючем вполне понятно, и мини-двигатель мог бы стать неплохим решением.
Что же касается дизельных ДВС, сегодня действительно сделано немало для того, чтобы этот двигатель стал по-настоящему микроскопическим. В настоящее время концерном Toyota созданы самые маленькие микролитражки Corolla II, Corsa и Tercel, в них установлены дизельные двигатели 1N и 1NT объемом всего 1.5 литра. Одна беда – срок службы таких механизмов чрезвычайно низкий, и причина тому – очень быстрая выработка ресурса цилиндро-поршневой группы. Существуют и совсем крошечные дизельные ДВС, объемом всего 0.21 литра. Их устанавливают на компактную мототехнику и строительные механизмы, но мощности большой ожидать не приходится, максимум, что они выдают – 3.25 л.с. Впрочем, и расход топлива у таких моделей небольшой, о чем говорит объем топливного бака – 2.5 литра.
Обычный ДВС, действие которого основано на возвратно-поступательном движении поршня, теряет производительность по мере уменьшения рабочего объема. Все дело в значительной потере КПД при преобразовании этого самого движения ЦПГ во вращательное, столь необходимое для колес. Однако еще до Второй Мировой Войны механик-самоучка Феликс Генрих Ванкель создал первый действующий образец роторно-поршневого ДВС, в котором все узлы только вращаются. Логично, что данная конструкция, очень напоминающая электромотор, позволяет сократить количество деталей на 40 %, по сравнению со стандартными двигателями.
Несмотря на то, что до сегодняшнего дня не решены все проблемы данного механизма, срок службы, экономичность и экологичность соответствуют установленным мировым стандартам. Производительность же превосходит все мыслимые пределы. Роторно-поршневой ДВС с рабочим объемом 1.3 литра позволяет развить мощность в 220 лошадиных сил. Установка же турбокомпрессора увеличивает этот показатель до 350 л.с., что очень даже существенно. Ну, а самый маленький двигатель внутреннего сгорания из серии «ванкелей», известный под маркой OSMG 1400, имеет объем всего 0. 005 литра, однако при этом выдает мощность в 1.27 л.с. при собственном весе 335 граммов.
Основное преимущество роторно-поршневых двигателей – отсутствие шумов, сопровождающих работу механизмов, благодаря низкой массе работающих узлов и точному балансу вала.
Если говорить о полноценном цилиндро-поршневом механизме, то на сегодняшний день самые небольшие размеры имеет детище инженера Йесуса Уайлдера. Это 12-цилиндровый двигатель V-образного типа, полностью соответствующий ДВС Ferrari и Lamborghini. Однако на деле механизм является бесполезной безделушкой, поскольку работает не на жидком топливе, а на сжатом воздухе, и при рабочем объеме в 12 кубических сантиметров имеет очень низкий КПД.
Другое дело – самый маленький дизельный двигатель, разработанный учеными Великобритании. Правда, в качестве горючего для него требуется не солярка, а особая самовозгорающаяся при увеличении давления смесь метанола с водородом. При тактовом движении поршня в камере сгорания, объем которой не превышает одного кубического миллиметра, возникает вспышка, приводящая механизм в действие. Что любопытно, микроскопических размеров удалось добиться путем установки плоских деталей, в частности, те же поршни являются ультратонкими пластинами. Уже сегодня в ДВС с габаритами 5х15х3 миллиметра крошечный вал вращается со скоростью 50.000 об/мин, вследствие чего производит мощность порядка 11,2 Ватта.
Пока перед учеными стоит ряд проблем, которые необходимо решить перед тем, как выпускать дизельные мини-двигатели на поточное производство. В частности, это колоссальные теплопотери из-за чрезвычайно тонких стенок камеры сгорания и недолговечность материалов при воздействии высоких температур. Однако, когда все-таки крошечные ДВС сойдут с конвейера, всего нескольких граммов топлива хватит, чтобы заставить механизм при КПД в 10 % работать в 20 раз дольше и эффективнее аккумуляторов таких же размеров.
Оцените статью:
(1 голос, среднее: 5 из 5)
Поделитесь с друзьями!
Adblock
detector
Международная группа физиков создала то, что они называют самым маленьким двигателем в мире. Насколько он мал? Весь двигатель состоит из одного иона кальция, что составляет около 10 миллиардов раз меньше автомобильного двигателя.
Экспериментальный двигатель был разработан международной группой под руководством профессора Фердинанда Шмидт-Калера и Ульриха Пошингера из Университета Иоганна Гутенберга в Майнце, Германия. Двигатель электрически заряжен, что позволяет легко ловить его с помощью электрических полей. Движущиеся части двигателя — это «собственное вращение» иона. На атомном уровне спин — это измерение углового момента атома.
В двигателе вращение используется для улавливания и преобразования тепла, поглощаемого лазерными лучами, в колебания или вибрации захваченного иона. Вибрации действуют как маховик, и его энергия помещается в единицы, называемые «квантами», предсказанные квантовой механикой.
«Маховик позволяет нам фактически измерить выходную мощность двигателя атомного масштаба, впервые разделяя отдельные кванты энергии», — говорит соавтор исследования Марк Митчисон из группы QuSys в Тринити-колледже в Дублине. утверждение.
Когда двигатель находится в состоянии покоя, он находится в так называемом «основном состоянии», самом низком и наиболее стабильном уровне энергии в квантовой физике. Затем, при попадании лазеров, команда смогла наблюдать, как ионный двигатель заставляет маховик работать все быстрее и быстрее.
"Этот эксперимент и теория открывают новую эру в исследовании энергетики технологий, основанных на квантовой теории, которая является основной темой нашей группы. исследование», — говорит Джон Гулд, доцент кафедры физики в Тринити, в заявлении. «Управление теплом в наномасштабе является одним из фундаментальных узких мест для более быстрых и эффективных вычислений. Понимание того, как термодинамика может применяться в таких микроскопических условиях, имеет первостепенное значение для будущих технологий».
Здесь, в Popular Mechanics , мы про крошечный двигатель. Есть крошечные роторные двигатели, сделанные из бумаги, крошечные двигатели V8, сделанные из бумаги, крошечные двигатели, которые могут работать на WD-40, и крошечные двигатели внутреннего сгорания. Но, возможно, никто не является большим поклонником крошечных двигателей, чем физики из Университета Иоганна Гутенберга, который иногда называют Университетом Майнца. В 2016 году тамошние ученые создали самый маленький на тот момент двигатель в мире, работавший на одном атоме.
Похоже, с одним ионом они побили собственный рекорд.
Дэвид Гроссман
Дэвид Гроссман — штатный автор PopularMechanics.com. Ранее он писал для The Verge, Rolling Stone, The New Republic и ряда других изданий. Он базируется в Бруклине.
От 49 куб. см до того, что нужно увидеть в микроскоп, это одни из самых маленьких двигателей, когда-либо созданных!
Напомнить позже
Не так давно мы составили список самых больших двигателей, когда-либо построенных. С самым большим рабочим объемом в 25 480 литров было несколько впечатляющих машин, на которые можно было бы полюбоваться, но другая сторона шкалы столь же интригует, как доказывают эти изящные двигатели:
Хотя этот маленький одноцилиндровый двигатель от DKW на самом деле довольно большой по сравнению с некоторыми другими агрегатами в этом списке, он примечателен тем, что используется в автомобиле: Peel P50. Считается, что это самый маленький двигатель, когда-либо использовавшийся в серийных автомобилях. Этот четырехтактный бензиновый двигатель производит всего 4 л.
Хотя для этого двигателя не указан объем двигателя, есть показатель мощности: 0,3 л.с. Он живет в «Smalttoe», обладателе мирового рекорда Гиннеса как самый маленький мотоцикл в мире, колесная база которого составляет всего 80 мм. Это мощный маленький двигатель, работающий на этаноле, позволяет Smalltoe ездить на маниакальной скорости до 1,2 мили в час. О да, на нем действительно можно ездить, как вы можете видеть в видео ниже.
Испанский военно-морской механик в отставке Хосе Мануэль Эрмо Баррейро («Патело») занимается сборкой крошечных, искусно сделанных двигателей. Неплохой способ провести годы после работы, не так ли?
Этот двигатель V12, считающийся самым маленьким в мире, был построен за 1220 часов.
Если V12 Патело поражает вас, просто подождите, пока вы не получите загрузку его более свежего проекта, этого W32. Это результат 2520 часов работы и состоит из 850 различных частей. Как и V12, он идеально сбалансирован, как показано в этом видео с серией монет, размещенных на верхней части двигателя.
Парень по имени Рональд Валентайн уже 30 лет делает крошечные двигатели, в основном для использования в моделях самолетов. Самый маленький — Nanobee — существует только в виде прототипа и имеет рабочий объем всего 0,006 куб. На самом деле это масляная горелка, которую называют «самым маленьким дизельным двигателем в мире».
Посмотрите видео ниже, чтобы увидеть один из его больших двигателей в действии.
(Спасибо Микалю!)
Здесь вы видите стационарную паровую машину, но в значительно уменьшенном масштабе.
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
