Двигатель кроуэра


6 и тактная сансара - фронт у-дарной волны

Иногда натыкаешься на такую информацию к размышлению, что хочется воскликнуть - люди, Вы уже за'бали своим неведением, что изобретаете.Почти сто лет уже невостребовано изобретение 6-и тактного сверхэкономичного простого двигателя, и вместо того, чтобы его внедритьмиллиарды человекочасов тратятся на какие то авто финтиклюшки и завиточки.

Более того некоторым изобретателям так неймется, что они патентуют старое изобретение еще раз.

Всё, моя чаша терпения переполнена. Я изобрёл этот мир и я патентую Ваши рода до седьмого колена.Теперь покупайте лицензии на своих детей у меня. :-)

===

Можно ли заставить избыточное тепло совершать полезную работу, вместо того чтобы отводить его от мотора и рассеивать в атмосфере? 75-летний изобретатель Брюс Кроуэр на практике доказал, что это возможно.

http://fuel-efficient-vehicles.org/energy-news/?p=94

Остатки сладки

По признанию самого Брюса, последние 30 лет он постоянно думал о том, как превратить тепло двигателя во вращение коленчатого вала. Озарение, как это часто бывает, пришло к нему во сне. Брюс решил, что в концепции Отто не хватает еще двух тактов – рабочего и холостого. Но источником энергии для них должна служить не очередная порция топливовоздушной смеси, а избыточная температура! В качестве рабочего тела он применил простую воду. При атмосферном давлении вода, превращаясь в пар, увеличивает свой объем в 1600 раз и обладает колоссальной энергией. В двигателе Кроуэра вода впрыскивается в камеру сгорания в виде мельчайших капелек под давлением около 150 атм., когда заканчивается четвертый такт цикла Отто и поршень возвращается в исходное положение. Попадая на раскаленную поверхность поршня и гильзы цилиндра, вода превращается в пар и толкает поршень вниз, совершая рабочий пятый такт. На шестом такте отработанный пар удаляется из камеры сгорания через выпускной клапан. Таким образом Кроуэр заставляет уже сгоревшее топливо еще раз совершить полезную работу, используя его «тепловой фантом». Эту концепцию изобретатель назвал Steam-o-Lene.

Цикл Кроуэра отличается от традиционного цикла Отто не только количеством тактов, но и отношением количества рабочих тактов к их общему числу. Так, у Отто это отношение составляет 1:4, а у Кроуэра – 1:3, дополнительные 40% полезной работы совершаются на неизменном количестве топлива. На четвертом такте раскаленные выхлопные газы не удаляются из камеры сгорания полностью, а сжимаются поршнем, создавая очень высокое давление. Вода в такой среде испаряется быстрее и равномернее. Далее отработанный пар поступает в конденсатор, где охлаждается и снова превращается в воду. Часть остаточного тепла используется для обогрева салона автомобиля.

Снег – знак победы

Брюсу не терпелось проверить свою идею на практике. В его домашнем гараже давно стоял одноцилиндровый дизельный мотор, переделанный под бензин. Его-то он и решил использовать для проверки гипотезы. Мотор получил новый распределительный вал под два «лишних» такта и модернизированную систему впрыска. Ненужная дизельная форсунка была приспособлена под впрыск воды, а вентилятор системы охлаждения для «чистоты» эксперимента отсоединен. Когда, наконец, все было готово, Брюс присоединил к топливному тракту два бачка – с бензином и чистой дождевой водой, рванул тросик стартера, и двигатель заработал. Через пару секунд на ошарашенного Брюса откуда-то сверху начал падать «снег». Это были кусочки белой краски, отвалившиеся от потолка из-за направленного вверх открытого выпускного коллектора, извергавшего горячий пар вперемежку с выхлопными газами. Мотор нормально работал больше часа, но его можно было спокойно касаться руками – он был едва теплым!

Целый год после этого Брюс Кроуэр экспериментировал с различными настройками газораспределения и впрыска воды. И только наверняка убедившись, что концепция Steam-o-Lene работоспособна, он приступил к оформлению патента.

Патент (на английском)

http://appft1.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO1&Sect2=HITOFF&d=PG01&p=1&u=%2Fnetahtml%2FPTO%2Fsrchnum.html&r=1&f=G&l=50&s1=%2220070022977%22.PGNR.&OS=DN/20070022977&RS=DN/20070022977

Любопытно, что идея шеститактного ДВС с впрыском воды в цилиндры еще за 90 лет до Брюса Кроуэра пришла в голову некоему Леонарду Дайеру из штата Коннектикут. Дайер даже запатентовал свое изобретение в 1920 году, но за все эти годы никто из автопроизводителей им так и не заинтересовался. В 2007 году патентное ведомство США признало приоритет за Брюсом Кроуэром.

Паровые перспективы

Преимущества Steam-o-Lene перед традиционными четырехтактными ДВС очевидны. Во-первых, радикально решается проблема эффективного охлаждения внутренних стенок камеры сгорания и специальная система охлаждения весом более 100 кг оказывается не у дел. Отсутствие радиатора позволяет дизайнерам уменьшить коэффициент аэродинамического сопротивления кузова автомобиля за счет отказа от воздухозаборников и решетки радиатора. А это один из самых существенных факторов, влияющих на расход топлива при скоростях выше 60 км/ч.

Во-вторых, внутреннее охлаждение позволяет существенно, на 30–50%, форсировать двигатели по степени сжатия, избежав при этом детонации. Степень сжатия для бензиновых модификаций может быть увеличена до 14–16:1, а для дизельных – до 25–35:1. Это резко повышает эффективность сгорания топливовоздушной смеси (на 40% по сравнению с циклом Отто), тем самым улучшая экологические характеристики двигателя. Размеры и масса мотора могут быть снижены без ущерба для динамики авто.

Два рабочих такта из шести в цикле Кроуэра позволяют значительно снизить скорость вращения коленвала и получить ровную и насыщенную «полку» крутящего момента с самых низких оборотов. Steam-o-Lene может отлично работать на низкокачественном дешевом топливе без антидетонационных присадок. Топливом могут служить биоэтанол, дизель, природный газ и даже топочный мазут. Относительно низкий температурный режим в камере сгорания резко снижает образование вредной двуокиси азота. А между тем системы фильтрации и нейтрализации двуокиси азота в современных автомобилях весьма дорогостоящи. Брюс также предполагает, что горячий пар может предотвращать появление нагара на клапанах и стенках камеры сгорания, очищая их во время «парового» такта подобно пароочистителю. Но для подтверждения этого эффекта требуются длительные испытания прототипа.

Концепция 6-тактного Steam-o-Lene с «паровым» рабочим тактом может быть модифицирована и дополнена за счет углубленного исследования термодинамики процесса. Брюсу кажется перспективной установка на двигатель турбокомпаунда – системы, в которой вслед за турбиной нагнетателя в выпускном тракте следует силовая турбина, сообщающая дополнительный крутящий момент коленчатому валу двигателя посредством гидромуфты. Турбокомпаунд мог бы повысить эффективность работы двигателя еще на 10–15%. Некоторые специалисты, анализировавшие концепцию 6-тактного ДВС с впрыском воды, отмечают, что теоретически возможны даже два последовательных паровых такта. Если это подтвердится в ходе испытаний, то Steam-o-Lene может стать уже 8-тактным и еще более экономичным.

Ложка дегтя

Разумеется, концепция Кроуэра не лишена недостатков. Основная проблема – это замерзание воды зимой. Добавление антифриза может негативно сказаться на эффективности испарения и экологических параметрах двигателя. Проблему могла бы решить термоизоляция водяного резервуара и его предварительный подогрев от аккумулятора. Но как быть, если автомобиль длительное время находится на открытом воздухе?

Другая проблема – необходимость установки на автомобиле дополнительного оборудования для хранения и конденсации воды. Правда, масса его обещает быть незначительной: в рабочем контуре пар и вода будут находиться при атмосферном давлении и максимальной температуре чуть более 100˚С, что позволяет использовать вместо металла легкие пластмассы. Не исключено, что часть воды будет попадать в моторное масло и это потребует установки специального сепаратора для ее отделения. Впрочем, давно отработанные технологии смазки паровых турбин для нужд энергетики имеют целый ряд готовых решений этой проблемы. Для изготовления клапанов, поршня и гильзы цилиндра, скорее всего, потребуются нержавеющие материалы, в частности керамика.

Steam-o-Lene не может работать полноценно сразу после запуска – ему нужно время для разогрева рабочих поверхностей камеры сгорания до 450–500˚С. Несколько минут он работает как обычный 4-тактный ДВС, а затем переходит на полный рабочий цикл. Перед остановкой мотор тоже должен некоторое время поработать в 4-тактном режиме для полного удаления пара из цилиндра. Разумеется, вода должна быть дистиллированной: при использовании обычной на седле клапана со временем образуется твердая накипь, обладающая высокими абразивными свойствами. При серийном производстве двигателей цикла Кроуэра придется наладить целую инфраструктуру производства и реализации дистиллированной воды.

А на Харьковском тракторном заводе в 1930-х годах выпускалась модель трактора с системой впрыска воды в цилиндры. Его создатели были впоследствии репрессированы «за вредительство» – из-за того что при эксплуатации вместо дистиллированной воды нерадивые трактористы заливали в резервуар простую техническую воду. Больше в СССР желающих рисковать головой не нашлось.

http://www.popmech.ru/article/3378-parovoy-fantom-topliva/

bodhipbaha.livejournal.com

Парово-бензиновый шеститактный двигатель | CarsLiga.ru

Современные авто движки характеризуются высочайшей мощностью, низким коэффициентом шума и экономичностью – дизельные установки рабочим объемом 2 л на наивысшем вращающем моменте потребляют на 100 км 6 л горючего. Но очень достижимый КПД дизельных движков, использующих технологию TwinTurbo, составляет только 33%, а бензиновых – 25%.

Основной неувязкой, встающей при попытке роста КПД, являются высочайшие температуры рабочих процессов в четырехтактных ДВС Отто (в камере сгорания температура газа добивается 2000°C), в итоге чего происходит нагрев внутренней стены цилиндра и рабочей поверхности поршня до 1500°C. Также часть термический энергии отводится из камеры сгорания с выхлопными газами на 4-ом такте. Нужным условием в таком режиме работы является наличие сильной и надежной системы остывания, позволяющей поддерживать температуру камеры сгорания на рациональном уровне.

Перегрев мотора – основная неувязка высокооборотных спортивных движков. Во время заезда снутри кокпита температура может подниматься до 70°C, при всем этом отдельные элементы мотора могут накалиться докрасна. Таким макаром выходит, что значимая часть энергии горючего расходуется на нагрев частей конструкции автомобиля, который никчемно рассеивается в окружающую среду. Над решением данной трудности разламывали голову многие изобретатели, но отыскать обычный и действенный выход удалось 75-летнему Брюсу Кроуэру – изобретателю, на практике продемонстрировавшему работоспособность собственного устройства.

К созданию действующего макета мотора, использующего тепло мотора для вращения коленчатого вала, Брюс шел в течение 30 лет. В конце концов, он пришел к умозаключению, что концепция Отто несовершенна – для большей эффективности требуется добавить еще 2 такта. Эти такты (рабочий и холостой) производятся не очередной порцией топливовоздушной консистенции, а за счет энергии лишней температуры. Рабочим телом в установке Кроуэра являлась вода, которая обладает таковой чертой как 1600-кратное повышение объема при превращении из водянистого состояния в парообразное. Таким макаром удается при атмосферном давлении сделать припас колоссальной энергии.

Принцип функционирования доработанного мотора последующий. Впрыскивание воды в камеру сгорания под давлением 150 атм. осуществляется в конце 4-ого цикла, при возвращении поршня в начальное положение. Мелкие капельки воды попадают на подогретую поверхность гильзы и поршня цилиндра и испаряются, создавая давление, толкающее поршень вниз (5-ый такт). После чего делается удаление через выпускной клапан отработанного пара из камеры сгорания. Таким макаром осуществляется дополнительная нужная работа термический энергии спаленного горючего, а данная разработка получила заглавие Steam-o-Lene.

Различие в циклах Кроуэра и Отто заключается не только лишь в количестве тактов, да и в отношении количества рабочих к полному количеству тактов. В цикле Отто данный параметр составляет 1:4, а в цикле Кроуэра – 1:3. Проведя легкие расчеты можно убедиться, что 40% полезной работы в цикле Кроуэра совершаются без роли горючего. В конце 4-го такта отсутствует полное удаление из камеры сгорания раскаленных выхлопных газов, которые потом сжимаются поршнем. В сделанном завышенном давлении в камере сгорания вода испаряется существенно равномернее и резвее. Отработанный пар отводится в конденсатор, в каком, охлаждаясь, вновь перебегает в жидкое состояние. Остаточное тепло воды употребляется в отопительной системе салона автомобиля.

Для проверки собственных рассуждений и расчетов Брюс использовал дизельный движок одноцилиндрового типа, переделанный для работы на бензине. В качестве усовершенствований этот движок получил освеженную конструкцию распределительного вала системы впрыска. Для впрыска воды использовалась дизельная форсунка. Не считая того, был отсоединен вентилятор охлаждающей системы, способный воздействовать на результаты опыта. После подсоединения топливного тракта к двум бакам (с незапятанной водой и бензином) был произведен запуск мотора. Больше часа его работы не привели к существенному увеличению температуры установки.

В течение года Брюс Кроуэр был занят проведением тестов с разными опциями впрыска воды и газораспределения. За этот период времени он совсем убедился в работоспособности концепции Steam-o-Lene, потому немедленно приступил к патентованию изобретения. И здесь выяснилось, что схожая мысль была патентована еще в 1920 году Леонардом Дайером, но беря во внимание, что к данному патенту не было проявлено особенного внимания со стороны автопроизводителей, патентным ведомством США ценность изобретательства был признан за Кроуэром.

Главным преимуществом технологии Steam-o-Lene над обычным ДВС является радикальное решение трудности остывания корпуса камеры сгорания, за счет чего из конструкции исключаются, весящая выше 100 кг, охлаждающая система и решетка радиатора, что содействует улучшению коэффициента аэродинамического сопротивления автомобиля на больших скоростях. Не считая того достигается существенное (до 30 – 50%) форсирование движков по степени сжатия без допущения детонации – для бензиновых до (14 – 16):1, для дизельных до (25 – 35):1. Таким макаром, за счет увеличения эффективности при сгорании топливовоздушной консистенции удается сделать лучше экологические характеристики движков.

Расширение числа тактов до 6 обеспечило возможность значимого понижения скорости вращения коленвала для получения более ровненькой и насыщенной «полки» вращающего момента даже на низких оборотах. В качестве предстоящей модификации Steam-o-Lene подразумевается внедрение в композиции с движком турбокомпаунда – силовой турбины, последующей в выпускном тракте за турбиной нагнетателя. Она создана для сообщения коленвалу дополнительного вращающего момента через гидромуфту. Увеличение эффективности мотора за счет внедрения турбокомпаунда составляет 10 – 15%. Не считая того, разработаны предложения по использованию не 2-ух, а 4 и поболее паровых тактов.

Необходимо отметить, что в технологии Steam-o-Lene имеется и ряд недочетов, основной – это замерзание воды. Эта неувязка не решается добавлением в воду антифриза, так как в данном случае приметно ухудшаются экологические и испарительные характеристики системы. Также появляется необходимость в установке на автомобиль дополнительных резервуаров для воды и оборудования для ее конденсации. Ну и, в конце концов, будет нужно создание разветвленной инфраструктуры по производству и сбыту дистиллированной воды.

carsliga.ru

Паровой фантом топлива - 19 Сентября 2008

6-тактный двигатель Кроуэра

В шеститактном двигателе Брюса Кроуэра сгоревшее топливо повторно совершает работу, возвращаясь к жизни в виде горячего пара

Два рабочих такта из шести в цикле Кроуэра позволяют значительно снизить скорость вращения коленвала и получить ровную и насыщенную «полку» крутящего момента с самых низких оборотов.

Шесть тактов двигателя внутреннего сгорания цикла Кроуэра

Рассматривать современные моторы под капотами автомобилей – сплошное удовольствие. Какие они мощные, компактные, тихие и экономичные: современный дизель потребляет менее 6 л топлива на 100 км при рабочем объеме 2 л и бешеном крутящем моменте. И все же КПД даже самых технологичных дизельных моторов с технологией Twinturbo не превышает 33%! Атмосферные бензиновые ДВС еще менее эффективны – их КПД с трудом дотягивает до 25%.

Температура газов в камере сгорания четырехтактного ДВС Отто достигает 2000˚С. Внутренние стенки цилиндра и рабочая поверхность поршня нагреваются до 1500˚С. Часть тепловой энергии уходит из камеры сгорания на четвертом такте вместе с выхлопными газами. Чтобы быстро отвести тепло и охладить камеру сгорания до оптимальной температуры, применяется мощная система охлаждения, неисправность которой грозит поломкой двигателя. Перегрев  – проклятие автомехаников, работающих с высокооборотными спортивными моторами. Температура внутри кокпита гоночного болида во время заездов достигает 70˚С, а некоторые узлы двигателя раскаляются докрасна. Выходит, что автомобиль куда более эффективен в качестве калорифера, нежели в качестве транспортного средства.

Можно ли заставить избыточное тепло совершать полезную работу, вместо того чтобы отводить его от мотора и рассеивать в атмосфере? 75-летний изобретатель Брюс Кроуэр на практике доказал, что это возможно.

Остатки сладки

По признанию самого Брюса, последние 30 лет он постоянно думал о том, как превратить тепло двигателя во вращение коленчатого вала. Озарение, как это часто бывает, пришло к нему во сне. Брюс решил, что в концепции Отто не хватает еще двух тактов – рабочего и холостого. Но источником энергии для них должна служить не очередная порция топливовоздушной смеси, а избыточная температура! В качестве рабочего тела он применил простую воду. При атмосферном давлении вода, превращаясь в пар, увеличивает свой объем в 1600 раз и обладает колоссальной энергией. В двигателе Кроуэра вода впрыскивается в камеру сгорания в виде мельчайших капелек под давлением около 150 атм., когда заканчивается четвертый такт цикла Отто и поршень возвращается в исходное положение. Попадая на раскаленную поверхность поршня и гильзы цилиндра, вода превращается в пар и толкает поршень вниз, совершая рабочий пятый такт. На шестом такте отработанный пар удаляется из камеры сгорания через выпускной клапан. Таким образом Кроуэр заставляет уже сгоревшее топливо еще раз совершить полезную работу, используя его «тепловой фантом». Эту концепцию изобретатель назвал Steam-o-Lene.

Цикл Кроуэра отличается от традиционного цикла Отто не только количеством тактов, но и отношением количества рабочих тактов к их общему числу. Так, у Отто это отношение составляет 1:4, а у Кроуэра – 1:3, дополнительные 40% полезной работы совершаются на неизменном количестве топлива. На четвертом такте раскаленные выхлопные газы не удаляются из камеры сгорания полностью, а сжимаются поршнем, создавая очень высокое давление. Вода в такой среде испаряется быстрее и равномернее. Далее отработанный пар поступает в конденсатор, где охлаждается и снова превращается в воду. Часть остаточного тепла используется для обогрева салона автомобиля.

Снег – знак победы

Брюсу не терпелось проверить свою идею на практике. В его домашнем гараже давно стоял одноцилиндровый дизельный мотор, переделанный под бензин. Его-то он и решил использовать для проверки гипотезы. Мотор получил новый распределительный вал под два «лишних» такта и модернизированную систему впрыска. Ненужная дизельная форсунка была приспособлена под впрыск воды, а вентилятор системы охлаждения для «чистоты» эксперимента отсоединен. Когда, наконец, все было готово, Брюс присоединил к топливному тракту два бачка – с бензином и чистой дождевой водой, рванул тросик стартера, и двигатель заработал. Через пару секунд на ошарашенного Брюса откуда-то сверху начал падать «снег». Это были кусочки белой краски, отвалившиеся от потолка из-за направленного вверх открытого выпускного коллектора, извергавшего горячий пар вперемежку с выхлопными газами. Мотор нормально работал больше часа, но его можно было спокойно касаться руками – он был едва теплым! Целый год после этого Брюс Кроуэр экспериментировал с различными настройками газораспределения и впрыска воды. И только наверняка убедившись, что концепция Steam-o-Lene работоспособна, он приступил к оформлению патента. Любопытно, что идея шеститактного ДВС с впрыском воды в цилиндры еще за 90 лет до Брюса Кроуэра пришла в голову некоему Леонарду Дайеру из штата Коннектикут. Дайер даже запатентовал свое изобретение в 1920 году, но за все эти годы никто из автопроизводителей им так и не заинтересовался. В 2007 году патентное ведомство США признало приоритет за Брюсом Кроуэром.

Паровые перспективы

Преимущества Steam-o-Lene перед традиционными четырехтактными ДВС очевидны. Во-первых, радикально решается проблема эффективного охлаждения внутренних стенок камеры сгорания и специальная система охлаждения весом более 100 кг оказывается не у дел. Отсутствие радиатора позволяет дизайнерам уменьшить  коэффициент аэродинамического сопротивления кузова автомобиля за счет отказа от воздухозаборников и решетки радиатора. А это один из самых существенных факторов, влияющих на расход топлива при скоростях выше 60 км/ч.

Во-вторых, внутреннее охлаждение позволяет существенно, на 30–50%,  форсировать двигатели по степени сжатия, избежав при этом детонации. Степень сжатия для бензиновых модификаций может быть увеличена до 14–16:1, а для дизельных – до 25–35:1. Это резко повышает эффективность сгорания топливовоздушной смеси (на 40% по сравнению с циклом Отто), тем самым улучшая экологические характеристики двигателя. Размеры и масса мотора могут быть снижены без ущерба для динамики авто.

Два рабочих такта из шести в цикле Кроуэра позволяют значительно снизить скорость вращения коленвала и получить ровную и насыщенную «полку» крутящего момента с самых низких оборотов. Steam-o-Lene  может отлично работать на низкокачественном дешевом топливе без антидетонационных присадок. Топливом могут служить биоэтанол, дизель, природный газ и даже топочный мазут. Относительно низкий температурный режим в камере сгорания резко снижает образование вредной двуокиси азота. А между тем системы фильтрации и нейтрализации двуокиси азота в современных автомобилях весьма дорогостоящи. Брюс также предполагает, что горячий пар может предотвращать появление нагара на клапанах и стенках камеры сгорания, очищая их во время «парового» такта подобно пароочистителю. Но для подтверждения этого эффекта требуются длительные испытания прототипа.

Концепция 6-тактного  Steam-o-Lene с «паровым» рабочим тактом может быть модифицирована и дополнена за счет углубленного исследования термодинамики процесса. Брюсу кажется перспективной установка на двигатель турбокомпаунда – системы, в которой вслед за турбиной нагнетателя в выпускном тракте следует силовая турбина, сообщающая дополнительный крутящий момент коленчатому валу двигателя посредством гидромуфты. Турбокомпаунд мог бы повысить эффективность работы двигателя еще на 10–15%. Некоторые специалисты, анализировавшие концепцию 6-тактного ДВС с впрыском воды, отмечают, что теоретически возможны даже два последовательных паровых такта.  Если это подтвердится в ходе испытаний, то Steam-o-Lene может стать уже 8-тактным и еще более экономичным.

Ложка дегтя

Разумеется, концепция Кроуэра не лишена недостатков. Основная проблема – это замерзание воды зимой. Добавление антифриза может негативно сказаться на эффективности испарения и экологических параметрах двигателя. Проблему могла бы решить термоизоляция водяного резервуара и его предварительный подогрев от аккумулятора. Но как быть, если автомобиль длительное время находится на открытом воздухе?

Другая проблема – необходимость установки на автомобиле дополнительного оборудования для хранения и конденсации воды. Правда, масса его обещает быть незначительной: в рабочем контуре пар и вода будут находиться при атмосферном давлении и максимальной температуре чуть более 100˚С, что позволяет использовать вместо металла легкие пластмассы. Не исключено, что часть воды будет попадать в моторное масло и это потребует установки специального сепаратора для ее отделения. Впрочем, давно отработанные технологии смазки паровых турбин для нужд энергетики имеют целый ряд готовых решений этой проблемы. Для изготовления клапанов, поршня и гильзы цилиндра, скорее всего, потребуются нержавеющие материалы, в частности керамика.

Steam-o-Lene не может работать полноценно сразу после запуска – ему нужно  время для разогрева рабочих поверхностей камеры сгорания до 450–500˚С. Несколько минут он работает как обычный 4-тактный ДВС, а затем переходит на полный рабочий цикл. Перед остановкой мотор тоже должен некоторое время поработать в 4-тактном режиме для полного удаления пара из цилиндра. Разумеется, вода должна быть дистиллированной: при использовании обычной на седле клапана со временем образуется твердая накипь, обладающая высокими абразивными свойствами. При серийном производстве двигателей цикла Кроуэра придется наладить целую инфраструктуру производства и реализации дистиллированной воды.

Вопрос о применении воды в качестве охлаждающей и антидетонационной присадки к топливу был детально исследован еще в 30-х годах прошлого века в СССР, Германии и Соединенных Штатах

Теплоэнергетика и сельское хозяйство

Технология получила широкое применение в теплоэнергетике и эксплуатации корабельных силовых установок. А на Харьковском тракторном заводе в 1930-х годах выпускалась модель трактора с системой впрыска воды в цилиндры. Его создатели были впоследствии репрессированы «за вредительство» – из-за того что при эксплуатации вместо дистиллированной воды нерадивые трактористы заливали в резервуар простую техническую воду. Больше в СССР желающих рисковать головой не нашлось. Зато на Западе в 1930–1940-х годах впрыск воды в ДВС завоевал огромную популярность как простой и эффективный способ повышения мощности и снижения детонации.

Водяной форсаж авиадвигателей

Технология широко применялась во время Второй мировой войны в радиальных авиационных двигателях американских и немецких самолетов для кратковременного форсажа. Системой впрыска воды оснащались авиамоторы  Daimler Benz серии 605 и BMW 801D для Messerschmitt Bf 109, Junkers Jumo 213 A1 для  FockeWulf 190D, Pratt & Whitney J57 для американского B-29 Stratofortress и многие другие. Вода добавлялась в уже готовую смесь, охлаждая ее, и попадала вместе с ней в камеру сгорания. От контакта с раскаленной поверхностью поршня и стенок цилиндра вода мгновенно превращалась в пар, который помогал рабочим газам толкать поршень. Предварительное охлаждение топливовоздушной смеси позволяло увеличить ее объем на впрыске и повышало эффективность сгорания топлива. Впоследствии воду заменили специальной смесью MW-50, состоящей из равных частей воды и метанола, тем самым увеличив мощность двигателей на 25–30%. Автопроизводители, в частности Chrysler, также применяли этот метод для увеличения мощности и снижения детонации на моделях с моторами большого объема. Saab, компания с авиационными корнями, устанавливала систему впрыска воды на скоростном Saab 99 Turbo S вплоть до начала 1980-х годов. С появлением интеркулеров, охлаждающих воздух перед впрыском в цилиндры, применение воды в автомобильных моторах потеряло актуальность.

Брюс Кроуэр уже более шестидесяти лет занимается совершенствованием двигателей внутреннего сгорания. В 20 лет Брюс открыл собственную мастерскую по подготовке двигателей для автогонок. В 1954 году он установил рекорд скорости в одном из классов автомобилей на соляных озерах Бонневиля. Брюсу так и не хватило времени получить диплом инженера, но он с лихвой компенсировал недостаток знаний богатейшей практикой. Изобретатель в одиночку сумел построить уникальный восьмицилиндровый оппозитный двигатель Crower 8 с оригинальным автоматическим узлом сцепления для гоночных болидов серии «Индианаполис». Всю работу, от инженерных расчетов до стендовых испытаний, он проделал своими руками. В 1977 году Общество автомобильных инженеров (SAE) отметило Crower 8 почетной премией Луиса Швитцера за выдающиеся инновации. В Америке имя Кроуэра давно стало нарицательным – знаменитые тюнинговые распредвалы Crower уже десятки лет используются многими профессиональными и любительскими гоночными командами, а особые титановые шатуны Crower Special закупают даже знаменитые «конюшни» «Формулы-1». Джон Колетти, долгое время руководивший спортивным подразделением компании Ford Motors SVT, так охарактеризовал Кроуэра: «Брюс – это инженер и изобретатель, обладающий огромным опытом и интуицией. Он не боится браться за трудные задачи и всегда нацелен на успех. Именно это и отличает его от большинства людей, которые из-за страха потерпеть неудачу предпочитают следовать за трендом».

Четыре года назад компания BMW представила свою версию парового гибрида

Принципиальная схема BMW Turbosteamer Немецкие инженеры оставили на месте систему охлаждения двигателя и добавили в конструкцию ряд сложных вспомогательных компонентов, в том числе теплообменник, отбирающий тепловую энергию выхлопных газов, герметичный паровой котел и паровую турбину, связанную с коленчатым валом двигателя ременным приводом. По утверждению разработчиков, использование «парового двигателя» Turbosteamer дает прирост мощности и крутящего момента на 10% и экономию топлива около 15%.  Вес дополнительных компонентов превышает 100 кг. Инженерное решение Steam-o-Lene  выглядит намного изящнее немецкого: вместо усложнения системы Кроуэр предлагает ее максимальное упрощение. Шеститактный Steam-o-Lene легче своего четырехтактного аналога даже с учетом массы воды и конденсатора. Немецкая разработка, напротив, увеличивает общий вес двигателя. Наконец, заявленный прирост эффективности Turbosteamer в два с половиной раза ниже, чем у Steam-o-Lene: 15% против 40.

horoshevskie.clan.su

Паровой гибрид: ged_aged

Автомобильный термин «гибрид» уже плотно вошел в нашу жизнь: всем понятно, что означает он автомобиль с двигательной установкой, представляющей из себя комбинацию двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя. Однако уже существуют в мире конструкции, в которых ДВС сочетается с элементами конструкции парового двигателя. Об одной из них этот пост.

Рассматривать современные моторы под капотами автомобилей — сплошное удовольствие. Какие они мощные, компактные, тихие и экономичные: современный дизель потребляет менее 6 л топлива на 100 км при рабочем объеме 2 л и бешеном крутящем моменте. И все же КПД даже самых технологичных дизельных моторов с технологией Twinturbo не превышает 33%! Атмосферные бензиновые ДВС еще менее эффективны — их КПД с трудом дотягивает до 25%.

Температура газов в камере сгорания четырехтактного ДВС Отто достигает 2000˚С. Внутренние стенки цилиндра и рабочая поверхность поршня нагреваются до 1500˚С. Часть тепловой энергии уходит из камеры сгорания на четвертом такте вместе с выхлопными газами. Чтобы быстро отвести тепло и охладить камеру сгорания до оптимальной температуры, применяется мощная система охлаждения, неисправность которой грозит поломкой двигателя. Перегрев - проклятие автомехаников, работающих с высокооборотными спортивными моторами. Температура внутри кокпита гоночного болида во время заездов достигает 70˚С, а некоторые узлы двигателя раскаляются докрасна. Выходит, что автомобиль куда более эффективен в качестве калорифера, нежели в качестве транспортного средства.

Можно ли заставить избыточное тепло совершать полезную работу, вместо того чтобы отводить его от мотора и рассеивать в атмосфере? 75-летний изобретатель Брюс Кроуэр на практике доказал, что это возможно.

Остатки сладки

По признанию самого Брюса, последние 30 лет он постоянно думал о том, как превратить тепло двигателя во вращение коленчатого вала. Озарение, как это часто бывает, пришло к нему во сне. Брюс решил, что в концепции Отто не хватает еще двух тактов — рабочего и холостого. Но источником энергии для них должна служить не очередная порция топливовоздушной смеси, а избыточная температура! В качестве рабочего тела он применил простую воду. При атмосферном давлении вода, превращаясь в пар, увеличивает свой объем в 1600 раз и обладает колоссальной энергией. В двигателе Кроуэра вода впрыскивается в камеру сгорания в виде мельчайших капелек под давлением около 150 атм., когда заканчивается четвертый такт цикла Отто и поршень возвращается в исходное положение. Попадая на раскаленную поверхность поршня и гильзы цилиндра, вода превращается в пар и толкает поршень вниз, совершая рабочий пятый такт. На шестом такте отработанный пар удаляется из камеры сгорания через выпускной клапан. Таким образом Кроуэр заставляет уже сгоревшее топливо еще раз совершить полезную работу, используя его «тепловой фантом». Эту концепцию изобретатель назвал Steam-o-Lene.

Цикл Кроуэра отличается от традиционного цикла Отто не только количеством тактов, но и отношением количества рабочих тактов к их общему числу. Так, у Отто это отношение составляет 1:4, а у Кроуэра — 1:3, дополнительные 40% полезной работы совершаются на неизменном количестве топлива. На четвертом такте раскаленные выхлопные газы не удаляются из камеры сгорания полностью, а сжимаются поршнем, создавая очень высокое давление. Вода в такой среде испаряется быстрее и равномернее. Далее отработанный пар поступает в конденсатор, где охлаждается и снова превращается в воду. Часть остаточного тепла используется для обогрева салона автомобиля.

Снег — знак победы

Брюсу не терпелось проверить свою идею на практике. В его домашнем гараже давно стоял одноцилиндровый дизельный мотор, переделанный под бензин. Его-то он и решил использовать для проверки гипотезы. Мотор получил новый распределительный вал под два «лишних» такта и модернизированную систему впрыска. Ненужная дизельная форсунка была приспособлена под впрыск воды, а вентилятор системы охлаждения для «чистоты» эксперимента отсоединен. Когда, наконец, все было готово, Брюс присоединил к топливному тракту два бачка — с бензином и чистой дождевой водой, рванул тросик стартера, и двигатель заработал. Через пару секунд на ошарашенного Брюса откуда-то сверху начал падать «снег». Это были кусочки белой краски, отвалившиеся от потолка из-за направленного вверх открытого выпускного коллектора, извергавшего горячий пар вперемежку с выхлопными газами. Мотор нормально работал больше часа, но его можно было спокойно касаться руками — он был едва теплым!

Целый год после этого Брюс Кроуэр экспериментировал с различными настройками газораспределения и впрыска воды. И только наверняка убедившись, что концепция Steam-o-Lene работоспособна, он приступил к оформлению патента. Любопытно, что идея шеститактного ДВС с впрыском воды в цилиндры еще за 90 лет до Брюса Кроуэра пришла в голову некоему Леонарду Дайеру из штата Коннектикут. Дайер даже запатентовал свое изобретение в 1920 году, но за все эти годы никто из автопроизводителей им так и не заинтересовался. В 2007 году патентное ведомство США признало приоритет за Брюсом Кроуэром.

Паровые перспективы

Преимущества Steam-o-Lene перед традиционными четырехтактными ДВС очевидны. Во-первых, радикально решается проблема эффективного охлаждения внутренних стенок камеры сгорания и специальная система охлаждения весом более 100 кг оказывается не у дел. Отсутствие радиатора позволяет дизайнерам уменьшить коэффициент аэродинамического сопротивления кузова автомобиля за счет отказа от воздухозаборников и решетки радиатора. А это один из самых существенных факторов, влияющих на расход топлива при скоростях выше 60 км/ч.

Во-вторых, внутреннее охлаждение позволяет существенно, на 30−50%, форсировать двигатели по степени сжатия, избежав при этом детонации. Степень сжатия для бензиновых модификаций может быть увеличена до 14−16:1, а для дизельных — до 25−35:1. Это резко повышает эффективность сгорания топливовоздушной смеси (на 40% по сравнению с циклом Отто), тем самым улучшая экологические характеристики двигателя. Размеры и масса мотора могут быть снижены без ущерба для динамики авто.

Два рабочих такта из шести в цикле Кроуэра позволяют значительно снизить скорость вращения коленвала и получить ровную и насыщенную «полку» крутящего момента с самых низких оборотов. Steam-o-Lene может отлично работать на низкокачественном дешевом топливе без антидетонационных присадок. Топливом могут служить биоэтанол, дизель, природный газ и даже топочный мазут. Относительно низкий температурный режим в камере сгорания резко снижает образование вредной двуокиси азота. А между тем системы фильтрации и нейтрализации двуокиси азота в современных автомобилях весьма дорогостоящи. Брюс также предполагает, что горячий пар может предотвращать появление нагара на клапанах и стенках камеры сгорания, очищая их во время «парового» такта подобно пароочистителю. Но для подтверждения этого эффекта требуются длительные испытания прототипа.

Концепция 6-тактного Steam-o-Lene с «паровым» рабочим тактом может быть модифицирована и дополнена за счет углубленного исследования термодинамики процесса. Брюсу кажется перспективной установка на двигатель турбокомпаунда — системы, в которой вслед за турбиной нагнетателя в выпускном тракте следует силовая турбина, сообщающая дополнительный крутящий момент коленчатому валу двигателя посредством гидромуфты. Турбокомпаунд мог бы повысить эффективность работы двигателя еще на 10−15%. Некоторые специалисты, анализировавшие концепцию 6-тактного ДВС с впрыском воды, отмечают, что теоретически возможны даже два последовательных паровых такта. Если это подтвердится в ходе испытаний, то Steam-o-Lene может стать уже 8-тактным и еще более экономичным.

Ложка дегтя

Разумеется, концепция Кроуэра не лишена недостатков. Основная проблема — это замерзание воды зимой. Добавление антифриза может негативно сказаться на эффективности испарения и экологических параметрах двигателя. Проблему могла бы решить термоизоляция водяного резервуара и его предварительный подогрев от аккумулятора. Но как быть, если автомобиль длительное время находится на открытом воздухе?

Другая проблема — необходимость установки на автомобиле дополнительного оборудования для хранения и конденсации воды. Правда, масса его обещает быть незначительной: в рабочем контуре пар и вода будут находиться при атмосферном давлении и максимальной температуре чуть более 100˚С, что позволяет использовать вместо металла легкие пластмассы. Не исключено, что часть воды будет попадать в моторное масло и это потребует установки специального сепаратора для ее отделения. Впрочем, давно отработанные технологии смазки паровых турбин для нужд энергетики имеют целый ряд готовых решений этой проблемы. Для изготовления клапанов, поршня и гильзы цилиндра, скорее всего, потребуются нержавеющие материалы, в частности керамика.

Steam-o-Lene не может работать полноценно сразу после запуска — ему нужно время для разогрева рабочих поверхностей камеры сгорания до 450−500˚С. Несколько минут он работает как обычный 4-тактный ДВС, а затем переходит на полный рабочий цикл. Перед остановкой мотор тоже должен некоторое время поработать в 4-тактном режиме для полного удаления пара из цилиндра. Разумеется, вода должна быть дистиллированной: при использовании обычной на седле клапана со временем образуется твердая накипь, обладающая высокими абразивными свойствами. При серийном производстве двигателей цикла Кроуэра придется наладить целую инфраструктуру производства и реализации дистиллированной воды.

Историческая справка

Теплоэнергетика и сельское хозяйство

Технология получила широкое применение в теплоэнергетике и эксплуатации корабельных силовых установок. А на Харьковском тракторном заводе в 1930-х годах выпускалась модель трактора с системой впрыска воды в цилиндры. Его создатели были впоследствии репрессированы «за вредительство» — из-за того что при эксплуатации вместо дистиллированной воды нерадивые трактористы заливали в резервуар простую техническую воду. Больше в СССР желающих рисковать головой не нашлось. Зато на Западе в 1930—1940-х годах впрыск воды в ДВС завоевал огромную популярность как простой и эффективный способ повышения мощности и снижения детонации.

Водяной форсаж авиадвигателей

Технология широко применялась во время Второй мировой войны в радиальных авиационных двигателях американских и немецких самолетов для кратковременного форсажа. Системой впрыска воды оснащались авиамоторы Daimler Benz серии 605 и BMW 801D для Messerschmitt Bf 109, Junkers Jumo 213 A1 для FockeWulf 190D, Pratt & Whitney J57 для американского B-29 Stratofortress и многие другие. Вода добавлялась в уже готовую смесь, охлаждая ее, и попадала вместе с ней в камеру сгорания. От контакта с раскаленной поверхностью поршня и стенок цилиндра вода мгновенно превращалась в пар, который помогал рабочим газам толкать поршень. Предварительное охлаждение топливовоздушной смеси позволяло увеличить ее объем на впрыске и повышало эффективность сгорания топлива. Впоследствии воду заменили специальной смесью MW-50, состоящей из равных частей воды и метанола, тем самым увеличив мощность двигателей на 25−30%. Автопроизводители, в частности Chrysler, также применяли этот метод для увеличения мощности и снижения детонации на моделях с моторами большого объема. Saab, компания с авиационными корнями, устанавливала систему впрыска воды на скоростном Saab 99 Turbo S вплоть до начала 1980-х годов. С появлением интеркулеров, охлаждающих воздух перед впрыском в цилиндры, применение воды в автомобильных моторах потеряло актуальность.

Живая легенда

Брюс Кроуэр уже более шестидесяти лет занимается совершенствованием двигателей внутреннего сгорания. В 20 лет Брюс открыл собственную мастерскую по подготовке двигателей для автогонок. В 1954 году он установил рекорд скорости в одном из классов автомобилей на соляных озерах Бонневиля. Брюсу так и не хватило времени получить диплом инженера, но он с лихвой компенсировал недостаток знаний богатейшей практикой. Изобретатель в одиночку сумел построить уникальный восьмицилиндровый оппозитный двигатель Crower 8 с оригинальным автоматическим узлом сцепления для гоночных болидов серии «Индианаполис». Всю работу, от инженерных расчетов до стендовых испытаний, он проделал своими руками. В 1977 году Общество автомобильных инженеров (SAE) отметило Crower 8 почетной премией Луиса Швитцера за выдающиеся инновации. В Америке имя Кроуэра давно стало нарицательным — знаменитые тюнинговые распредвалы Crower уже десятки лет используются многими профессиональными и любительскими гоночными командами, а особые титановые шатуны Crower Special закупают даже знаменитые «конюшни» «Формулы-1». Джон Колетти, долгое время руководивший спортивным подразделением компании Ford Motors SVT, так охарактеризовал Кроуэра: «Брюс — это инженер и изобретатель, обладающий огромным опытом и интуицией. Он не боится браться за трудные задачи и всегда нацелен на успех. Именно это и отличает его от большинства людей, которые из-за страха потерпеть неудачу предпочитают следовать за трендом».

Принципиальная схема BMW Turbosteamer

Немецкие инженеры оставили на месте систему охлаждения двигателя и добавили в конструкцию ряд сложных вспомогательных компонентов, в том числе теплообменник, отбирающий тепловую энергию выхлопных газов, герметичный паровой котел и паровую турбину, связанную с коленчатым валом двигателя ременным приводом. По утверждению разработчиков, использование «парового двигателя» Turbosteamer дает прирост мощности и крутящего момента на 10% и экономию топлива около 15%. Вес дополнительных компонентов превышает 100 кг. Инженерное решение Steam-o-Lene выглядит намного изящнее немецкого: вместо усложнения системы Кроуэр предлагает ее максимальное упрощение. Шеститактный Steam-o-Lene легче своего четырехтактного аналога даже с учетом массы воды и конденсатора. Немецкая разработка, напротив, увеличивает общий вес двигателя. Наконец, заявленный прирост эффективности Turbosteamer в два с половиной раза ниже, чем у Steam-o-Lene: 15% против 40.

ged-aged.livejournal.com

Кофе, дрова, биомасло вместо бензина

По прогнозам, нефть рано или поздно иссякнет. И тогда человечеству придется придумать альтернативу бензину и солярке. Некоторые изобретатели уже сейчас размышляют, чем заменить горючее для автомобилей.

Лошадь

Дубайская группа Fleethorse решила вернуться к истокам — к лошадям, и создала концепцию автомобиля мощностью в одну, вполне живую, лошадиную силу. Называется это странное транспортное средство Naturmobile, а изобрел его Хади Мирхеджази.

В Naturmobile лошадь находится внутри корпуса автомобиля, где трудится на бегущей дорожке (ее передний край немного приподнят), приводящей в движение колеса.

Создатели Naturmobile — он существует в виде единственного прототипа — заявляют, что он сможет передвигаться на скорости до 80 км/час, благодаря 20-скоростной коробке передач.

И все бы хорошо, но проблема в том, что лошадь иногда отказывается двигаться с места.

ДВС плюс вода

Брюс Кроуэр (Фото: autoblog.com)

Более тридцати лет Брюс Кроуэр работал над своим изобретением — шеститактным мотором, в котором используется как топливо, так и вода. И в итоге построил такой двигатель.

В движке Кроуэра вода впрыскивается под давлением в камеру сгорания в виде мелких капелек, когда традиционный четырехтактный ДВС завершает последний такт, и поршень возвращается в начальное положение.

Попадая на раскаленную поверхность поршня и гильзы цилиндра, вода преобразуется в пар и толкает поршень вниз, совершая рабочий пятый такт. На шестом такте отработанный пар удаляется из камеры сгорания. Эту концепцию изобретатель назвал Steam-o-Lene.

Достоинства Steam-o-Lene в том, что внутреннее остывание дает возможность форсировать двигатель по степени сжатия, что увеличивает КПД мотора. Кроме того, «прокачать» по методу Кроуэра можно любой четырехтактный мотор — неважно, бензиновый или дизельный, — и для этого не требуется каких-то сверхзатрат.

Кофе

Британский изобретатель Мартин Бэкон создал установку, которая использует кофе в качестве источника энергии для автомобиля. Бэкон и его команда используют гранулы из шелухи, которая образуется в процессе обжарки кофейных зерен. Эта шелуха считается отходами производства. Гранулы нагреваются в специальной печи-генераторе, в результате чего образуется смесь углерода (СО) и водород.

Мартин Бэкон (Фото: sixgun.org)

После охлаждения и фильтрации получается горючий газ, который и служит источником энергии для приведения автомобиля в движение. В качестве двигателя используется обычный мотор внутреннего сгорания, в который и подается газ.

Чтобы доказать, что технология работает, Бэкон «прокачал» своим изобретением пикап F-150. Результаты превзошли ожидания — тяжелая машина смогла разогнаться до 105 км/час.

Дрова

Речь идет о газогенераторных автомобилях, чей классический ДВС работает на генераторном газе. Получают такой газ, нагревая деревянные чурки, органические брикеты или уголь в герметично закрытой бочке — газогенераторе. Кстати, эти автомобили сохраняют способность работать и на обычном бензине.

Эра расцвета газогенераторных автомобилей пришлась на 1930−1940 годы. Массово строили их в СССР, Германии и Швеции. Так, газогенераторных «полуторок» ГАЗ-42 было выпущено более 33 тысяч единиц, газогенераторных ЗИС-13 и ЗИС-21 — более 16 тысяч.

На сегодня единственная страна, в которой массово используются автомобили на дровах, — это Северная Корея.

Сжатый воздух

Существует несколько опытных образцов автомобилей, которые передвигаются при помощи сжатого воздуха. Называются они Tata OneCAT.

Tata/MDI OneCAT (Фото: mechanicalprojects.org)

Правда, у этой технологии чересчур много минусов. Например, слишком громкая работа пневмосистемы. Но главный «косяк» заключается в том, что заполнение пневмосистемы требует очень большого количества энергии. По сути, сжатый воздух получается «золотым».

Газотурбинный двигатель

В середине прошлого века американская компания Chrysler всерьез рассчитывала развернуть серийное производство газотурбинных автомобилей. В 1963 году компания бесплатно предоставила 45 газотурбинных Turbine Cars семьям среднестатистических американцев для тестирования на три месяца.

На предложение Chrysler откликнулось более двухсот семей. За два года действия программы на уникальных автомобилях было преодолено свыше миллиона километров. Расход горючего составил 24 л/100 км. Но главное — в бак можно было заливать любое горючее: керосин, спирт, солярку, алкоголь и даже растительное масло.

Chrysler Turbine Car (Фото: carsdirect.com)

Правда, бензин в США в те годы стоил около 30 центов за галлон (3,78 литра). Поэтому идея внедрять альтернативные виды топлива воспринималась как шутка. Но кто знает, как это будет восприниматься в будущем.

Кстати, в серию Turbine Cars не пошел — у Chrysler начались экономические трудности, и программу газотурбинных двигателей закрыли.

svpressa.ru

Паровой фантом топлива: 6-тактный двигатель Кроуэра - Альтернативные виды топлива и транспорта - Общий раздел - Клуб Путешественников OverRoad - Каталог статей

6-тактный двигатель КроуэраВладимир СанниковИюнь 2008

В шеститактном двигателе Брюса Кроуэра сгоревшее топливо повторно совершает работу, возвращаясь к жизни в виде горячего пара

Два рабочих такта из шести в цикле Кроуэра позволяют значительно снизить скорость вращения коленвала и получить ровную и насыщенную «полку» крутящего момента с самых низких оборотов.

Рассматривать современные моторы под капотами автомобилей – сплошное удовольствие. Какие они мощные, компактные, тихие и экономичные: современный дизель потребляет менее 6 л топлива на 100 км при рабочем объеме 2 л и бешеном крутящем моменте. И все же КПД даже самых технологичных дизельных моторов с технологией Twinturbo не превышает 33%! Атмосферные бензиновые ДВС еще менее эффективны – их КПД с трудом дотягивает до 25%.

Температура газов в камере сгорания четырехтактного ДВС Отто достигает 2000˚С. Внутренние стенки цилиндра и рабочая поверхность поршня нагреваются до 1500˚С. Часть тепловой энергии уходит из камеры сгорания на четвертом такте вместе с выхлопными газами. Чтобы быстро отвести тепло и охладить камеру сгорания до оптимальной температуры, применяется мощная система охлаждения, неисправность которой грозит поломкой двигателя. Перегрев – проклятие автомехаников, работающих с высокооборотными спортивными моторами. Температура внутри кокпита гоночного болида во время заездов достигает 70˚С, а некоторые узлы двигателя раскаляются докрасна. Выходит, что автомобиль куда более эффективен в качестве калорифера, нежели в качестве транспортного средства.

Можно ли заставить избыточное тепло совершать полезную работу, вместо того чтобы отводить его от мотора и рассеивать в атмосфере? 75-летний изобретатель Брюс Кроуэр на практике доказал, что это возможно.

Остатки сладки

По признанию самого Брюса, последние 30 лет он постоянно думал о том, как превратить тепло двигателя во вращение коленчатого вала. Озарение, как это часто бывает, пришло к нему во сне. Брюс решил, что в концепции Отто не хватает еще двух тактов – рабочего и холостого. Но источником энергии для них должна служить не очередная порция топливовоздушной смеси, а избыточная температура! В качестве рабочего тела он применил простую воду. При атмосферном давлении вода, превращаясь в пар, увеличивает свой объем в 1600 раз и обладает колоссальной энергией. В двигателе Кроуэра вода впрыскивается в камеру сгорания в виде мельчайших капелек под давлением около 150 атм., когда заканчивается четвертый такт цикла Отто и поршень возвращается в исходное положение. Попадая на раскаленную поверхность поршня и гильзы цилиндра, вода превращается в пар и толкает поршень вниз, совершая рабочий пятый такт. На шестом такте отработанный пар удаляется из камеры сгорания через выпускной клапан. Таким образом Кроуэр заставляет уже сгоревшее топливо еще раз совершить полезную работу, используя его «тепловой фантом». Эту концепцию изобретатель назвал Steam-o-Lene.

Цикл Кроуэра отличается от традиционного цикла Отто не только количеством тактов, но и отношением количества рабочих тактов к их общему числу. Так, у Отто это отношение составляет 1:4, а у Кроуэра – 1:3, дополнительные 40% полезной работы совершаются на неизменном количестве топлива. На четвертом такте раскаленные выхлопные газы не удаляются из камеры сгорания полностью, а сжимаются поршнем, создавая очень высокое давление. Вода в такой среде испаряется быстрее и равномернее. Далее отработанный пар поступает в конденсатор, где охлаждается и снова превращается в воду. Часть остаточного тепла используется для обогрева салона автомобиля.

Снег – знак победы

Брюсу не терпелось проверить свою идею на практике. В его домашнем гараже давно стоял одноцилиндровый дизельный мотор, переделанный под бензин. Его-то он и решил использовать для проверки гипотезы. Мотор получил новый распределительный вал под два «лишних» такта и модернизированную систему впрыска. Ненужная дизельная форсунка была приспособлена под впрыск воды, а вентилятор системы охлаждения для «чистоты» эксперимента отсоединен. Когда, наконец, все было готово, Брюс присоединил к топливному тракту два бачка – с бензином и чистой дождевой водой, рванул тросик стартера, и двигатель заработал. Через пару секунд на ошарашенного Брюса откуда-то сверху начал падать «снег». Это были кусочки белой краски, отвалившиеся от потолка из-за направленного вверх открытого выпускного коллектора, извергавшего горячий пар вперемежку с выхлопными газами. Мотор нормально работал больше часа, но его можно было спокойно касаться руками – он был едва теплым!

Целый год после этого Брюс Кроуэр экспериментировал с различными настройками газораспределения и впрыска воды. И только наверняка убедившись, что концепция Steam-o-Lene работоспособна, он приступил к оформлению патента. Любопытно, что идея шеститактного ДВС с впрыском воды в цилиндры еще за 90 лет до Брюса Кроуэра пришла в голову некоему Леонарду Дайеру из штата Коннектикут. Дайер даже запатентовал свое изобретение в 1920 году, но за все эти годы никто из автопроизводителей им так и не заинтересовался. В 2007 году патентное ведомство США признало приоритет за Брюсом Кроуэром.

Паровые перспективы

Преимущества Steam-o-Lene перед традиционными четырехтактными ДВС очевидны. Во-первых, радикально решается проблема эффективного охлаждения внутренних стенок камеры сгорания и специальная система охлаждения весом более 100 кг оказывается не у дел. Отсутствие радиатора позволяет дизайнерам уменьшить коэффициент аэродинамического сопротивления кузова автомобиля за счет отказа от воздухозаборников и решетки радиатора. А это один из самых существенных факторов, влияющих на расход топлива при скоростях выше 60 км/ч.

Во-вторых, внутреннее охлаждение позволяет существенно, на 30–50%, форсировать двигатели по степени сжатия, избежав при этом детонации. Степень сжатия для бензиновых модификаций может быть увеличена до 14–16:1, а для дизельных – до 25–35:1. Это резко повышает эффективность сгорания топливовоздушной смеси (на 40% по сравнению с циклом Отто), тем самым улучшая экологические характеристики двигателя. Размеры и масса мотора могут быть снижены без ущерба для динамики авто.

Два рабочих такта из шести в цикле Кроуэра позволяют значительно снизить скорость вращения коленвала и получить ровную и насыщенную «полку» крутящего момента с самых низких оборотов. Steam-o-Lene может отлично работать на низкокачественном дешевом топливе без антидетонационных присадок. Топливом могут служить биоэтанол, дизель, природный газ и даже топочный мазут. Относительно низкий температурный режим в камере сгорания резко снижает образование вредной двуокиси азота. А между тем системы фильтрации и нейтрализации двуокиси азота в современных автомобилях весьма дорогостоящи. Брюс также предполагает, что горячий пар может предотвращать появление нагара на клапанах и стенках камеры сгорания, очищая их во время «парового» такта подобно пароочистителю. Но для подтверждения этого эффекта требуются длительные испытания прототипа.

Концепция 6-тактного Steam-o-Lene с «паровым» рабочим тактом может быть модифицирована и дополнена за счет углубленного исследования термодинамики процесса. Брюсу кажется перспективной установка на двигатель турбокомпаунда – системы, в которой вслед за турбиной нагнетателя в выпускном тракте следует силовая турбина, сообщающая дополнительный крутящий момент коленчатому валу двигателя посредством гидромуфты. Турбокомпаунд мог бы повысить эффективность работы двигателя еще на 10–15%. Некоторые специалисты, анализировавшие концепцию 6-тактного ДВС с впрыском воды, отмечают, что теоретически возможны даже два последовательных паровых такта. Если это подтвердится в ходе испытаний, то Steam-o-Lene может стать уже 8-тактным и еще более экономичным.

Ложка дегтя

Разумеется, концепция Кроуэра не лишена недостатков. Основная проблема – это замерзание воды зимой. Добавление антифриза может негативно сказаться на эффективности испарения и экологических параметрах двигателя. Проблему могла бы решить термоизоляция водяного резервуара и его предварительный подогрев от аккумулятора. Но как быть, если автомобиль длительное время находится на открытом воздухе?

Другая проблема – необходимость установки на автомобиле дополнительного оборудования для хранения и конденсации воды. Правда, масса его обещает быть незначительной: в рабочем контуре пар и вода будут находиться при атмосферном давлении и максимальной температуре чуть более 100˚С, что позволяет использовать вместо металла легкие пластмассы. Не исключено, что часть воды будет попадать в моторное масло и это потребует установки специального сепаратора для ее отделения. Впрочем, давно отработанные технологии смазки паровых турбин для нужд энергетики имеют целый ряд готовых решений этой проблемы. Для изготовления клапанов, поршня и гильзы цилиндра, скорее всего, потребуются нержавеющие материалы, в частности керамика.

Steam-o-Lene не может работать полноценно сразу после запуска – ему нужно время для разогрева рабочих поверхностей камеры сгорания до 450–500˚С. Несколько минут он работает как обычный 4-тактный ДВС, а затем переходит на полный рабочий цикл. Перед остановкой мотор тоже должен некоторое время поработать в 4-тактном режиме для полного удаления пара из цилиндра. Разумеется, вода должна быть дистиллированной: при использовании обычной на седле клапана со временем образуется твердая накипь, обладающая высокими абразивными свойствами. При серийном производстве двигателей цикла Кроуэра придется наладить целую инфраструктуру производства и реализации дистиллированной воды.

www.overroad.ru

Паровой фантом горючего: 6-тактный движок Кроуэра - Популярная механика

Рассматривать современные моторы под капотами автомобилей – сплошное наслаждение. Какие они массивные, малогабаритные, тихие и экономные: современный дизель потребляет наименее 6 л горючего на 100 км при рабочем объеме 2 л и обезумевшем вращающем моменте. И все таки КПД даже самых технологичных дизельных моторов с технологией Twinturbo не превосходит 33! Атмосферные бензиновые ДВС еще наименее эффективны – их КПД тяжело дотягивает до двадцать пять процентов.

Температура газов в камере сгорания четырехтактного ДВС Отто добивается 2000˚С. Внутренние стены цилиндра и рабочая поверхность поршня греются до 1500˚С. Часть термический энергии уходит из камеры сгорания на четвертом такте в сочетании с выхлопными газами. Чтоб очень быстро отвести тепло и охладить камеру сгорания до хорошей температуры, применяется могучая охлаждающая система, неисправность которой грозится выходом из строя мотора. Перегрев – проклятие автомехаников, работающих с высокооборотными спортивными моторами. Температура снутри кокпита гоночного болида в период заездов добивается 70˚С, а некие узлы мотора раскаляются докрасна. Выходит, что автомобиль куда более эффективен в виде калорифера, ежели в виде тс.

Можно ли вынудить лишнее тепло совершать полезную работу, заместо того чтоб отводить его от мотора и рассеивать в атмосфере? семидесятипятилетний изобретатель Брюс Кроуэр на практике обосновал, что это быть может.

Последние крохи сладки

По признанию самого Брюса, последние 30 лет он повсевременно задумывался про то, как перевоплотить тепло мотора во вращение коленчатого вала. Озарение, как это очень часто бывает, пришло к нему во сне. Брюс принял решение, что в концепции Отто не хватает еще 2-ух тактов – рабочего и холостого. Но источником энергии для их должна служить не очередная порция топливовоздушной консистенции, а лишная температура! В виде рабочего тела он применил ординарную воду. При атмосферном давлении вода, превращаясь в пар, наращивает собственный объем в 1600 раз и обладает колоссальной энергией. В движке Кроуэра вода впрыскивается в камеру сгорания в качестве мелких капелек под давлением в пределах 150 атм., когда завершается 4-ый такт цикла Отто и поршень ворачивается в начальное положение. Попадая на раскаленную поверхность поршня и гильзы цилиндра, вода преобразуется в пар и толкает поршень вниз, совершая рабочий 5-ый такт. На 6-м такте отработанный пар удаляется из камеры сгорания через выпускной клапан. Таким макаром Кроуэр принуждает уже спаленное горючее снова совершить полезную работу, используя его «тепловой фантом». Эту концепцию изобретатель именовал Steam-o-Lene.

Цикл Кроуэра отличается от обычного цикла Отто не лишь количеством тактов, к тому же отношением количества рабочих тактов к их общему числу. Так, у Отто это отношение составляет 1:4, а у Кроуэра – 1:3, дополнительные 40 процентов полезной работы совершаются на постоянном количестве горючего. На четвертом такте раскаленные выхлопные газы не удаляются из камеры сгорания стопроцентно, а сжимаются поршнем, создавая чрезвычайно высочайшее давление. Вода в это той среде испаряется резвее и равномернее. Дальше отработанный пар поступает в конденсатор, где охлаждается и вновь преобразуется в воду. Часть остаточного тепла употребляется для подогрева салона автомобиля.

Снег – символ победы

Брюсу не терпелось проверить свою идею на практике. В его домашнем гараже издавна стоял одноцилиндровый дизельный мотор, переоборудован под бензин. Его-то он и принял решение использовать для проверки догадки. Мотор получил новый распределительный вал под два «лишних» такта и модернизированную систему впрыска. Ненадобная дизельная форсунка была адаптирована под впрыск воды, а вентилятор системы остывания для «чистоты» опыта отсоединен. Когда, наконец-то, все было готово, Брюс присоединил к топливному тракту два бачка – с бензином и незапятанной дождевой водой, рванул тросик стартера, и движок сделал деньги. Через несколько секунд на ошарашенного Брюса откуда-то сверху начал падать «снег». Это были куски белоснежной краски, отвалившиеся от потолка из-за направленного ввысь открытого выпускного коллектора, извергавшего жаркий пар вперемежку с выхлопными газами. Мотор нормально работал больше часа, но его можно было расслабленно касаться руками – он был чуть теплым!

Целый год впоследствии Брюс Кроуэр проводил эксперимент с разными опциями газораспределения и впрыска воды. И лишь скорее всего убедившись, что концепция Steam-o-Lene работоспособна, он приступил к оформлению патента. Интересно, что мысль шеститактного ДВС с впрыском воды в цилиндры еще за 90 лет до Брюса Кроуэра пришла в голову некоему Леонарду Дайеру из штата Коннектикут. Дайер даже запатентовал свое изобретение в 1920 году, но за все это время никто из производителей автомобилей им так и не был заинтересован. В 2007 году патентное ведомство США признало ценность за Брюсом Кроуэром.

Паровые перспективы

Достоинства Steam-o-Lene перед классическими четырехтактными ДВС явны. Во-1-х, конструктивно принимается решение неувязка действенного остывания внутренних стен камеры сгорания и особая охлаждающая система весом свыше 100 кг как оказалось не у дел. Отсутствие радиатора дает возможность дизайнерам уменьшить коэффициент аэродинамического сопротивления кузова автомобиля с помощью отказа от воздухопоглотителей и радиаторные решетки. А это один из наиболее существенных причин, оказывающих большое влияние на расход горючего при скоростях выше 60 километров в час.

Во-2-х, внутреннее остывание дает возможность существенно, на 30–50, форсировать движки по степени сжатия, избежав при этом всем детонации. Степень сжатия для бензиновых модификаций быть может увеличена до 14–16:1, а для дизельных – до 25–35:1. Это резко увеличивает эффективность сгорания топливовоздушной консистенции (на 40 процентов по сопоставлению с циклом Отто), тем делая лучше экологические свойства мотора. Размеры и масса мотора могут быть снижены без вреда для динамики авто.

Два рабочих такта из 6 в цикле Кроуэра дают возможность значительно сбавить скорость вращения коленвала и получить ровненькую и насыщенную «полку» вращающего момента с самых низких оборотов. Steam-o-Lene может очень хорошо работать на низкокачественном дешевеньком горючем без антидетонационных присадок. Топливом могут служить биоэтанол, дизель, природный газ причем даже топочный мазут. Что же касается не большой температурный режим в камере сгорания резко понижает образование вредной двуокиси азота. А меж тем системы фильтрации и нейтрализации двуокиси азота в современных автомобилях чрезвычайно дорогостоящи. Брюс также имеет в виду, что жаркий пар может предотвращать возникновение нагара на клапанах и стенах камеры сгорания, очищая их в период «парового» такта подобно пароочистителю. Но для доказательства этого эффекта требуются долгие тесты макета.

Концепция 6-тактного Steam-o-Lene с «паровым» рабочим тактом быть может изменена и дополнена с помощью углубленного исследования термодинамики процесса. Брюсу кажется многообещающей монтаж на движок турбокомпаунда – системы, в какой прямо за турбиной нагнетателя в выпускном тракте следует силовая турбина, сообщающая дополнительный вращающий момент коленчатому валу мотора средством гидромуфты. Турбокомпаунд мог бы сделать выше эффективность работы мотора еще на 10–15. Некие спецы, анализировавшие концепцию 6-тактного ДВС с впрыском воды, сообщают о том, что на теоретическом уровне вероятны даже два поочередных паровых такта. Если это подтвердится в ходе испытаний, то Steam-o-Lene имеет шанс стать уже 8-тактным а также больше экономным.

Ложка дегтя

Очевидно, концепция Кроуэра не лишена недочетов. Основная неувязка – это замерзание воды зимой. Добавление антифриза может плохо сказаться на эффективности испарения и экологических параметрах мотора. Делему могла бы решить теплоизоляция водяного резервуара и его подготовительный обогрев от аккума. Но как быть, если автомобиль долгое время располагается на открытом воздухе?

Другая неувязка – необходимость установки на автомобиле дополнительного оборудования для хранения и конденсации воды. Стоит отметить, масса его обещает быть малозначительной: в рабочем контуре пар и вода будут присутствовать при атмосферном давлении и самой большой температуре чуток более 100˚С, что дает возможность использовать заместо металла легкие пластмассы. Вполне вероятно, что часть воды будет попадать в моторное масло и это востребует установки специального сепаратора для ее отделения. Вобщем, издавна переработанные технологии смазки паровых турбин для нужд энергетики имеют целый ряд готовых решений этой проблемы. Для производства клапанов, поршня и гильзы цилиндра, скорее всего, потребуются нержавеющие материалы, а именно керамика.

Steam-o-Lene не имеет возможности работать всеполноценно сходу после пуска – ему необходимо время для разогрева рабочих поверхностей камеры сгорания до 450–500˚С. Пару минут он работает как обыденный 4-тактный ДВС, а затем перебегает на полный рабочий цикл. Перед остановкой мотор тоже должен некое время поработать в 4-тактном режиме для полного удаления пара из цилиндра. Очевидно, вода обязана быть дистиллированной: при использовании обыкновенной на седле клапана с течением времени появляется жесткая накипь, владеющая высочайшими абразивными качествами. При серийном производстве движков цикла Кроуэра придется сделать целую инфраструктуру производства и реализации дистиллированной воды.

Июнь 2008Создатель: Владимир Санников

palmira.livejournal.com


Смотрите также