Поршни-пилюли + кинематика Neander, есть ли перспективы?

[Stak]

Попался тут мне видосик, на тему нового патента от Феррари, о двигателе с овальными поршнями (pill-shaped , они же "поршни-пилюли" 🙂).

Основная идея - "как запихнуть побольше кубатуры в минимальную длину мотора", как на картинке (рабочий объём одинаков):

В принципе, тема не нова - был уже такой мотоцикл с похожими поршнями.

И вот, по результатам просмотра, подумалось - а ведь с кинематикой "а-ля Neander" - такая схема будет заметно интереснее - не будет проблемы со стабилизацией поршня по длинной оси, ну и в целом от данной схемы кинематики - появится польза (с обычными круглыми поршнями - она не очевидна )))

Прикидки на бумажке (FreeCAD) - показывают, что на компонентах ВАЗ 21213 (коленвалы, шатуны) с 4х цилиндров можно, в теории, снять 200 сил, против 78 исходных.

А ещё можно сделать 2Т мотор (или дизель, или бензин с непосредственным впрыском), с петлевой продувкой и камерой сгорания в поршне, с впускными и выпускными окнами по коротким сторонам "цилиндра" )
Старая схема от Порше для ФВ - вполне подходит (источник тут):

Проект двухтактного дизеля воздушного охлаждения фирмы Porsche для Volkswagen показывает другое решение проблемы: поршень имеет выпуклую форму

 

[Varan]

да поршни похожие но развернуты по другому
и проблема со стабилизацией поршней по длинной оси у Феррари вряд ли стоит все равно мотор на 3-4 гонки рассчитан

 

[Kazakov]

А ещё можно сделать 2Т мотор (или дизель, или бензин с непосредственным впрыском), с петлевой продувкой и камерой сгорания в поршне, с впускными и выпускными окнами по коротким сторонам "цилиндра"

Двухтактный с длинными овальными поршнями, можно сделать с продувкой через клапана в головке. С впускными и выпускными клапанами по коротким сторонам "цилиндра". Избежать проблем с маслом.

 

[свободник]

Основная идея - "как запихнуть побольше кубатуры в минимальную длину мотора"

Овальные поршни, а особенно овальные кольца для них - то ещё веселье.
Идея впихуемости давно и успешна решена фольксвагеном, причём с обычными круглыми поршнями.

 

[Stak]

да поршни похожие но развернуты по другому
и проблема со стабилизацией поршней по длинной оси у Феррари вряд ли стоит все равно мотор на 3-4 гонки рассчитан

Так о чем и речь, предлагаемый вариант с кинематикой как у Nender - лучше, чем у был у Хонды, и чем новый от Феррари - т.к. исключает трение юбки поршня о стенку цилиндра в принципе (нет перекладки поршня и боковых сил). А значит - можно получить и больший ресурс, особенно - на легкосплавных блоках с покрытием (никасил и т.п. - т.к. в принципе исключается трение алюминия по покрытию)

Двухтактный с длинными овальными поршнями, можно сделать с продувкой через клапана в головке. С впускными и выпускными клапанами по коротким сторонам "цилиндра". Избежать проблем с маслом.

2Т без клапанов - выглядит заманчивей, проще конструкция - не нужен распредвал да и сами клапана. С такой кинематикой - такт рабочего хода/продувки - длиннее, чем такт сжатия, что тоже полезно для петлевой продувки.

Но да, можно и с клапанной продувкой, как вариант. Правда, не совсем понятно, как её организовать эффективно, в отличии от окон. А делать окна на впуск, и клапан на выпуск - можно, но кажется бессмысленным (и угар масла остаётся, и конструкция усложняется).

Овальные поршни, а особенно овальные кольца для них - то ещё веселье.
Идея впихуемости давно и успешна решена фольксвагеном, причём с обычными круглыми поршнями.
Посмотреть вложение 573330Посмотреть вложение 573331

Ну хонда же делала? Посложнее и подороже, но ничего технологически невозможного.
Что касается W12 - он тоже не выглядит особо технологичным и дешёвым)

Если Р4 или Р6 с овальными поршнями мало - можно на такой же кинематике сделать либо оппозитник (кажется предпочтительным с точки зрения дисбаланса), либо V-образный c развалом 180 градусов, но тогда придётся расстояние между поршневыми пальцами принять равным расстоянию между осями коленвалов - что фазы противолежащих "цилиндров" получились равные, по 180 градусов.

однако, в этом случае - использовать готовые компоненты (коленвал, например) - уже вряд ли получится - межцилидровое расстояние слишком мало для такого длинного поршня.

 

[свободник]

Ну хонда же делала? Посложнее и подороже, но ничего технологически невозможного.

Honda ежегодно производит более 14 миллионов двигателей и может себе позволить дорогостоящие эксперементы.

Такое позиционирование поршней по причине того, что с одной стороны блока впуск (изнутри), а с другой выпуск.

Основная идея - "как запихнуть побольше кубатуры в минимальную длину мотора"

Существует много красивых на бумаге кривошипно-шатунных механизмов и цилиндро-поршневых схем.
Интересно было бы глянуть как будет выглядеть Ваша головка цилиндров с клапанами и впускными/выпускными патрубками.
Предположу, что Ваша схема могла бы быть рабочей только с 2-клапанными головками цилиндров. Но короткоходный двигатель предрасположен к высоким оборотам, а два больших тяжёлых клапана к этому не очень предрасположены.
Имхо естественно.

 

[1300V4]

Изврат. Огромная длинная камера сгорания - сдравствуй детонация. Куча свечей немного решит проблему, но не совсем.
Два шатун-бабая - правильно! Даёшь больше массы возвратно-поступательной. Можно гирю ещё приделать.

 

[Алексей Костенко (А.Г.К)]

Можно гирю ещё приделать.

Злой вы. Тут нужно смотреть на современные тенденции, как например с количеством гендеров. Ну хотца народу поизвращаться, это их личное дело. Зато про них будут говорить в СМИ.

 

[Stak]

Honda ежегодно производит более 14 миллионов двигателей и может себе позволить дорогостоящие эксперементы.


Такое позиционирование поршней по причине того, что с одной стороны блока впуск (изнутри), а с другой выпуск.

Существует много красивых на бумаге кривошипно-шатунных механизмов и цилиндро-поршневых схем.
Интересно было бы глянуть как будет выглядеть Ваша головка цилиндров с клапанами и впускными/выпускными патрубками.
Предположу, что Ваша схема могла бы быть рабочей только с 2-клапанными головками цилиндров. Но короткоходный двигатель предрасположен к высоким оборотам, а два больших тяжёлых клапана к этому не очень предрасположены.
Имхо естественно.

Технологически, в пилюлеобразных цилиндрах и поршнях - нет ничего принципиально сложного, это не Тауроцци какой-нибудь. Да и с кольцами на нынешнем технологическом уровне - имхо, больших сложностей не будет (электроэрозионная или лазерная резка из листа, с последующей полировкой, имхо, вполнеподойдёт - по крайней мере для опытного образца).
Имхо, по такой схеме интересно было бы сделать 2х или 4х цилиндровый 2Т дизель, с петлевой продувкой.
Хотя Хонда и показала, что можно обеспечить более-менее эффективный газообмен в такой камере и в 4Т варианте с клапанами.

Изврат. Огромная длинная камера сгорания - сдравствуй детонация. Куча свечей немного решит проблему, но не совсем.
Два шатун-бабая - правильно! Даёшь больше массы возвратно-поступательной. Можно гирю ещё приделать.

Потому я и говорю про то, что дизель интереснее, возможно - с форкамерой. У него КС непосредственно в поршне.
Удельная масса ПДЧ на 1 см**2 площади поршня, в такой схеме, как бы не меньше, чем в классике.

Злой вы. Тут нужно смотреть на современные тенденции, как например с количеством гендеров. Ну хотца народу поизвращаться, это их личное дело. Зато про них будут говорить в СМИ.

Двигатели с ПДП некоторые тоже воспринимают как извращение)
Иные считают, что схема Neander - это извращение.
Однако, и те, и другие - существуют в железе, а подвесные моторы Неандер - вроде бы даже неплохо продаются (экономичные, мало вибраций).
Предлагаемая схема позволяет в габариты того же Неандера уместить примерно в 2.3 раза больший рабочий объём, с соответствующим ростом удельных характеристик. А если перейти на 2Т, то и ещё в 1.5-1.7 раза больше.

 

[Алексей Костенко (А.Г.К)]

Имхо, по такой схеме интересно было бы сделать 2х или 4х цилиндровый 2Т дизель, с петлевой продувкой.

То что вы изобразили на своём рисунке называется "короткое замыкание" при продувке 2-х тактника. Оно так и будет, газ, подлец, пойдёт по пути наименьшего сопротивления. Разберитесь почему при контурной продувке на поршнях выполнены выступы дефлекторов. Просто, для начала, возьмите тот же "Ветерок-8" и посмотрите как у него на поршне выполнен дефлектор.

 

[свободник]

Технологически, в пилюлеобразных цилиндрах и поршнях - нет ничего принципиально сложного

Интересно, что ответили бы технологи на вопрос о расточке или хонинговании "пилюлеобразных" цилиндров 🙂

интересно было бы сделать 2х или 4х цилиндровый 2Т дизель...
...У него КС непосредственно в поршне.

Камера сгорания в поршне заметно повышает массу этого поршня и применяется у низкооборотистых дизелей.
Мы же вроде на авиационном форуме. И нас должны интересовать быстроходные моторы.

Предлагаемая схема позволяет в габариты того же Неандера уместить примерно в 2.3 раза больший рабочий объём

Ещё лучших показателей можно добиться применяя квадратные поршни 😁
Есть куча моментов, которые Вы не учитываете. Например, система охлаждения. Для надлежащего охлаждения, Ваши цилиндры с плоскими стенками придётся раздвигать шире. Это съест весь выигрышь перед круглыми цилиндрами, расстояние между которыми может быть меньше.
Очень хорошими показателями отношения рабочего объёма к объёму всего мотора имеют аксиальные двигатели с обычными круглыми цилиндрами.

Хотя Хонда и показала, что можно обеспечить более-менее эффективный газообмен в такой камере и в 4Т варианте с клапанами

У хонды 8 клапанов на цилиндр.
Покажите как должны располагаться впускные/выпускные патрубки с 8 клапанами при Вашей схеме расположения пилюлеобразных цилиндров.

 

[Stak]

То что вы изобразили на своём рисунке называется "короткое замыкание" при продувке 2-х тактника. Оно так и будет, газ, подлец, пойдёт по пути наименьшего сопротивления. Разберитесь почему при контурной продувке на поршнях выполнены выступы дефлекторов. Просто, для начала, возьмите тот же "Ветерок-8" и посмотрите как у него на поршне выполнен дефлектор.

Согласен, накосячил со схемой. Брал за прототип эту, с выпуклым поршнем, тут как раз петлевая:

Очевидно, что бы потоки не пересекались, впускные каналы надо делать с разворотом к стенке, что бы восходящий поток шёл по стенкам, а нисходящий в выпускной канал - по центру.

Но вообще было бы интересно попробовать это в CFD посчитать, надо только время найти, и осилить FreeCAD c Openfoam...
Какая, примерно, скорость воздуха во впускных каналах обычно принимается к расчёту, не подскажете? У того же "ветерка", к примеру?
Дефлекторная продувка - тоже, в принципе, подойдёт в эту схему, но петлевая вроде как более эффективна.

Интересно, что ответили бы технологи на вопрос о расточке или хонинговании "пилюлеобразных" цилиндров 🙂

Имхо, если у расточного станка есть продольная подача - вполне возможно обработать такой "цилиндр". И расточить на больший диаметр - тоже. Аналогично, с хонингованием. Возможно, и не каждый станок подойдёт, но выглядит - вполне реалистично.

Камера сгорания в поршне заметно повышает массу этого поршня и применяется у низкооборотистых дизелей.
Мы же вроде на авиационном форуме. И нас должны интересовать быстроходные моторы.

Мне известен как минимум один существующий авиационный 2Т дизель, с камерой сгорания в поршне.

Ещё лучших показателей можно добиться применяя квадратные поршни 😁
Есть куча моментов, которые Вы не учитываете. Например, система охлаждения. Для надлежащего охлаждения, Ваши цилиндры с плоскими стенками придётся раздвигать шире. Это съест весь выигрышь перед круглыми цилиндрами, расстояние между которыми может быть меньше.
Очень хорошими показателями отношения рабочего объёма к объёму всего мотора имеют аксиальные двигатели с обычными круглыми цилиндрами.

Квадратные нетехнологичны, такие цилиндры круглым инструментом уже не обработать)
По охлаждению - вопрос решаемый. В Ferrari-то тоже чай не идиоты сидят, раз такое патентуют)

У аксиальных двигателей проблема в другом месте - имхо, в офигительно ресурсных и технологичных шаровых шарнирах на обоих концах шатуна - возможно, потому они и не получили широкого распространения на транспорте.

Кинематика по схеме Неадер-а же, как и пилюлеобразные поршни, вполне себе проверены на практике, хоть и по отдельности.

У хонды 8 клапанов на цилиндр.
Покажите как должны располагаться впускные/выпускные патрубки с 8 клапанами при Вашей схеме расположения пилюлеобразных цилиндров.

8 клапанов не очень компонуются, кажется разумным сделать их поменее, но размером поболее, для 4Т на первый взгляд как-то так:

 

[свободник]

Мне известен как минимум один существующий авиационный 2Т дизель, с камерой сгорания в поршне

Почему не озвучиваете его название?
С интересом почитал бы.

В Ferrari-то тоже чай не идиоты сидят, раз такое патентуют

Одно дело понапридумывать и запатентовать.
Другое дело - пустить в серию и иметь коммерческий успех.

У аксиальных двигателей проблема в другом месте - имхо, в офигительно ресурсных и технологичных шаровых шарнирах на обоих концах шатуна

Аксиальные двигатели бывают разных схем. Например, "Dyna-Cam engine". Почитайте про него. Только не про современную его версию, которую испохабили эффективные менеджеры постоянным улучшайзингом, а читайте про версию из прошлого века, с обычными клапанами и ресурсом 4000 часов, которая реально летала на самолёте.

пилюлеобразные поршни, вполне себе проверены на практике

Хонда делала пилюлеобразные поршни не от хорошей жизни. Хотели впихнуть в два раза больше облегчённых клапанов, но по техническому регламенту количество цилиндров ограничено 4 штуками. И с продувкой у Хонды всё замечательно, потому как 4 клапана в ряд с одной "длинной" стороны цилиндра, и 4 с другой. То есть равномерная продувка поперёк цилиндра, по кратчайшему пути.
Ваша трёхклапанная схема, с тремя большими и тяжёлыми клапанами, продует цилиндр неравномерно и с большим сопротивлением. Единственный выпускной клапан должен быть посередине, что не оставляет места для патрубков.

8 клапанов не очень компонуются

При этом Вы ставите Хонду в пример.

 

[свободник]

Наконец-то получилось посмотреть видео про феррари. Так и не показали что там у них с клапанами и патрубками. А патент на овальные поршни - это из разряда "им так хотелось бы". Реального мотора с такой плотной компоновкой, вставленного в реальную серийную машину, не существует. Даже феррари не смогла. Против геометрии не попрёшь 🙂

Кинематика по схеме Неадер-а

Помимо двойных шатунов у Неандера есть гораздо более интересная фишка, про которую никто не упоминает. Это перекрёстная продувка, когда одноимённые клапана расположены не рядом, а по диагонали, так сказать крестом.

 

[Stak]

Почему не озвучиваете его название?
С интересом почитал бы.

Дельтахавк, там же на картинке название видно. Вот видео, где они про себя рассказывают, да и тут на форуме есть по нему информация.

Одно дело понапридумывать и запатентовать.
Другое дело - пустить в серию и иметь коммерческий успех.

таки да. по себе знаю) 3 патента уже есть, а толку с них нет) Только ЧСВ потешить)))

Аксиальные двигатели бывают разных схем. Например, "Dyna-Cam engine". Почитайте про него. Только не про современную его версию, которую испохабили эффективные менеджеры постоянным улучшайзингом, а читайте про версию из прошлого века, с обычными клапанами и ресурсом 4000 часов, которая реально летала на самолёте.

Не знаю про такой, если подкинете инфы - интересно. Если речь про этот - то у него те же проблемы с контактными напряжениями при обкате кроликов по кривой рельсе, имхо.

Хонда делала пилюлеобразные поршни не от хорошей жизни. Хотели впихнуть в два раза больше облегчённых клапанов, но по техническому регламенту количество цилиндров ограничено 4 штуками. И с продувкой у Хонды всё замечательно, потому как 4 клапана в ряд с одной "длинной" стороны цилиндра, и 4 с другой. То есть равномерная продувка поперёк цилиндра, по кратчайшему пути.

Разве у Хонды 2Т был? Емнип, 4Т. потому что для 4Т взаимное расположение клапанов не так принципиально - на такте выпуска поршень в любом случае вытесняет всё, что осталось в цилиндре.

Ваша трёхклапанная схема, с тремя большими и тяжёлыми клапанами, продует цилиндр неравномерно и с большим сопротивлением. Единственный выпускной клапан должен быть посередине, что не оставляет места для патрубков.

Не хотите три клапана - сделайте побольше, например 4 впускных и 3 - 4 выпускных , в разных концах цилиндра. Для 4Т - их как-то хитро чередовать не обязательно.

При этом Вы ставите Хонду в пример.

Лишь как пример овальных поршней, которые уже были в реальности. Понятьно, что делалось это для того что бы вписаться в регламенты, но делалось же)

Наконец-то получилось посмотреть видео про феррари. Так и не показали что там у них с клапанами и патрубками. А патент на овальные поршни - это из разряда "им так хотелось бы". Реального мотора с такой плотной компоновкой, вставленного в реальную серийную машину, не существует. Даже феррари не смогла. Против геометрии не попрёшь 🙂

Патент свежий, так что вполне вероятно, что ещё появится в железе. На цену им точно насрать, а определенные плюсы у такого решения есть)

Помимо двойных шатунов у Неандера есть гораздо более интересная фишка, про которую никто не упоминает. Это перекрёстная продувка, когда одноимённые клапана расположены не рядом, а по диагонали, так сказать крестом.

Так тогда у него выпускной и впускной коллектор должен же быть с обоих сторон?
на видео что-такого не видно...

Но даже если так - для 4Т это не принципиально, у множества других движков с 4я клапанами на цилиндр - впуск-выпуск разнесены на противоположные стороны, и всё ок)