Міні-двигун внутрішнього згоряння - так він функціональний? Двигун своїми руками парової: докладний опис, креслення Мініатюрний двигун внутрішнього
Двигуни бувають різні. Деякі з них мають розмір п'ятиповерхового будинку, в той час як для того, щоб побачити інші, доведеться пошукати мікроскоп. Нещодавно ми представили вам список найбільших двигунів в світі, тепер прийшов час кинутися в іншу крайність.
DKW 49cc
Незважаючи на те, що цей одноциліндровий двигун від DKW здасться гігантським, в порівнянні з іншими учасникам цього хіт-параду, 49сс все-таки є особливим, оскільки він використовується в автомобілебудуванні. А точніше, в автомобілі Peel P50. Найменший у світі двигун, який використовується у виробництві серійних автомобілів, Має лише 4 к.с. Та й цього, в общем-то, досить, адже автомобіль важить всього 56 кг.
Smalltoe motorcycle - етаноловий двигун
На жаль, даних про обсяг двигуна у нас немає, але є дані про потужності: 0.3 л.с. Цей двигун використовується в найменшому в світі мотоциклі Smalltoe, колісна база якого складає лише 80мм. Цей потужний двигун розганяє мотоцикл до неймовірної швидкості в 2км / ч. І так, на ньому можна їздити. Подивіться відео.
Найменший V12 в світі
Мануель Херм бар'єри, механік ВМФ Іспанії у відставці, займається будівництвом маленьких, робочих двигунів. Непогане заняття для пенсіонера, чи не так? Цей двигун V12 визнано найменшою людиною в світі. Його споруда зайняла у Мануеля 1220 годин копіткої роботи.
Найменший W32 в світі
Якщо вас шокував попередній двигун, то приготуйтеся побачити ще одне творіння пана бар'єри - найменший W32 в світі. Робота над двигуном зайняла 2520 годин, і в процесі будівництва було використано 850 різних деталей. Як і V12, цей двигун ідеально збалансований, і на доказ цього факту інженер пропонує подивитися відеозапис.
Nanobee
Рональд Валентин займається будівництвом маленьких двигунів для своїх моделей літаків вже 30 років. Найменший з них - Nanobee - існує поки лише в формі прототипу. Об'єм двигуна складає 0.006мл. Найдивнішим фактом є те, що цей двигун реально працює! Він визнаний самим маленьким у світі дизельним двигуном.
Найменший паровий двигун в світі
На зображенні ви бачите повністю робочий паровий двигун, ось тільки розміри його не зовсім звичні. Індійського інженеру Ікбалу Ахмеду вдалося створити функціонуючий паровий двигун, який має висоту 6.8мм, довжину 16.24мм і важить 1.72гр.
Мікроскопічний двигун внутрішнього згоряння
Що, ви все ще не здивовані? Ну добре. Погляньте на цей двигун. До речі, щоб на нього поглянути, буде потрібно мікроскоп, оскільки його діагональ складає лише 0.0001мм. Двигун складається з резервуара з водою, через який проходить два електроди. Струм подається на електроди, завдяки чому кисень і водень розпадаються. В результаті утворюються нанопузирі газу, збільшується обсяг і виробляється енергія. Ох вже ця наука!
Почав свою експансію ще на початку 19-го століття. І вже в той час будувалися не тільки великі агрегати для промислових цілей, але також і декоративні. Здебільшого їх покупцями були багаті вельможі, які хотіли позбавити себе і своїх діточок. Після того як парові агрегати щільно увійшли в життя соціуму, декоративні двигуни почали застосовуватися в університетах і школах в якості освітніх зразків.
Парові двигуни сучасності
На початку 20-го століття актуальність парових машин почала падати. Однією з небагатьох компаній, які продовжили випуск декоративних міні-двигунів, стала британська фірма Mamod, яка дозволяє придбати зразок подібної техніки навіть сьогодні. Але вартість таких парових двигунів легко перевалює за дві сотні фунтів стерлінгів, що не так і мало для дрібнички на пару вечорів. Тим більше для тих, хто любить збирати всілякі механізми самостійно, набагато цікавіше створити простий паровий двигун своїми руками.
Дуже просте. Вогонь нагріває котел з водою. Під дією температури вода перетворюється в пар, який штовхає поршень. Поки в ємності є вода, з'єднаний з поршнем маховик буде обертатися. Це стандартна схема будови парового двигуна. Але можна зібрати модель і зовсім інший комплектації.
Що ж, перейдемо від теоретичної частини до більш захоплюючим речей. Якщо вам цікаво робити щось своїми руками, і вас дивують настільки екзотичні машини, то ця стаття саме для вас, в ній ми з радістю розповімо про різні способи того, як зібрати двигун своїми руками парової. При цьому сам процес створення механізму дарує радість не меншу, ніж його запуск.
Метод 1: міні-паровий двигун своїми руками
Тож почнемо. Зберемо найпростіший паровий двигун своїми руками. Креслення, складні інструменти і особливі знання при цьому не потрібні.
Для початку беремо з-під будь-якого напою. Відрізаємо від неї нижню третину. Так як в результаті отримаємо гострі краї, то їх необхідно загнути всередину плоскогубцями. Робимо це обережно, щоб не порізатися. Так як більшість алюмінієвих банок мають увігнуте дно, то необхідно його вирівняти. Досить щільно притиснути його пальцем до якої-небудь твердої поверхні.
На відстані 1,5 см від верхнього краю отриманого «склянки» необхідно зробити два отвори один навпроти одного. Бажано для цього використовувати дирокол, так як необхідно, щоб вони вийшли в діаметрі не менше 3 мм. На дно банки кладемо декоративну свічку. Тепер беремо звичайну столову фольгу, мнемо її, після чого обертаємо з усіх боків нашу міні-пальник.
Міні-сопла
Далі потрібно взяти шматок мідної трубки довжиною 15-20 см. Важливо, щоб усередині вона була порожнистої, так як це буде наш головний механізм приведення конструкції в рух. Центральну частину трубки обертають навколо олівця 2 або 3 рази, так, щоб вийшла невелика спіраль.
Тепер необхідно розмістити цей елемент так, щоб зігнуте місце розміщувалося безпосередньо над гнітом свічки. Для цього надаємо трубці форми літери «М». При цьому виводимо ділянки, які опускаються вниз, через пророблені отвори в банку. Таким чином, мідна трубка жорстко фіксується над гнітом, а її краї є своєрідними соплами. Для того щоб конструкція могла обертатися, необхідно відігнути протилежні кінці «М-елемента» на 90 градусів в різні боки. Конструкція парового двигуна готова.
Запуск двигуна
Банку розміщують в ємності з водою. При цьому необхідно, щоб краю трубки знаходилися під її поверхнею. Якщо сопла недостатньо довгі, то можна додати на дно банки невеликий грузик. Але будьте обережні - не затоплять весь двигун.
Тепер необхідно заповнити трубку водою. Для цього можна опустити один край в воду, а другим втягувати повітря як через трубочку. Опускаємо банку на воду. Підпалюємо гніт свічки. Через деякий час вода в спіралі перетвориться в пар, який під тиском буде вилітати з протилежних кінців сопел. Банку почне обертатися в ємності досить швидко. Ось такий у нас вийшов двигун своїми руками парової. Як бачите, все просто.
Модель парового двигуна для дорослих
Тепер ускладнити завдання. Зберемо серйозніший двигун своїми руками парової. Для початку необхідно взяти банку з-під фарби. При цьому слід переконатися, що вона абсолютно чиста. На стінці на 2-3 см від дна вирізаємо прямокутник з розмірами 15 х 5 см. Довга сторона розміщується паралельно дну банки. З металевої сітки вирізаємо шматок площею 12 х 24 см. З обох кінців довгої сторони відміряє 6 см. Відгинаємо ці ділянки під кутом 90 градусів. У нас виходить маленький «столик-платформа» площею 12 х 12 см з ногами по 6 см. Встановлюємо отриману конструкцію на дно банки.
По периметру кришки необхідно зробити кілька отворів і розмістити їх у формі півкола уздовж однієї половини кришки. Бажано, щоб отвори мали діаметр близько 1 см. Це необхідно для того, щоб забезпечити належну вентиляцію внутрішнього простору. Паровий двигун не зможе добре працювати, якщо до джерела вогню не потраплятиме достатня кількість повітря.
основний елемент
З мідної трубки робимо спіраль. Необхідно взяти близько 6 метрів м'якої мідної трубки діаметром 1/4-дюйма (0,64 см). Від одного кінця відміряє 30 см. Починаючи з цієї точки, необхідно зробити п'ять витків спіралі діаметром 12 см кожна. Іншу частину труби згинають в 15 кілець діаметром по 8 см. Таким чином, на іншому кінці має залишитися 20 см вільної трубки.
Обидва висновки пропускають через вентиляційні отвори в кришці банки. Якщо виявиться, що довжини прямої ділянки недостатньо для цього, то можна розігнути один виток спіралі. На встановлену заздалегідь платформу кладуть вугілля. При цьому спіраль повинна розміщуватися як раз над цим майданчиком. Вугілля акуратно розкладають між її витками. Тепер банку можна закрити. У підсумку ми отримали топку, яка приведе в дію двигун. Своїми руками паровий двигун майже зроблений. Залишилося небагато.
Ємність для води
Тепер необхідно взяти ще одну банку з-під фарби, але вже меншого розміру. У центрі її кришки свердлять отвір діаметром в 1 см. Збоку банки проробляють ще два отвори - одне майже у дна, друге - вище, у самій кришки.
Беруть два кірка, в центрі яких проробляють отвір з діаметрів мідної трубки. В один корок вставляють 25 см пластикової труби, В інший - 10 см, так, щоб їх край ледь визирав з пробок. У нижній отвір малої банки вставляють корок з довгою трубкою, в верхнє - більш коротку трубку. Меншу банку розміщуємо на великій банці фарби так, щоб отвір на дні було на протилежному боці від вентиляційних проходів великий банки.
результат
У результаті повинна вийти наступна конструкція. У малу банку заливається вода, яка через отвір в дні випливає в мідну трубку. Під спіраллю розпалюється вогонь, який нагріває мідну ємність. Гарячий пар піднімається по трубці вгору.
Для того щоб механізм вийшов завершеним, необхідно приєднати до верхнього кінця мідної трубки поршень і маховик. В результаті теплова енергія горіння буде перетворюватися в механічні сили обертання колеса. Існує величезна кількість різних схем для створення такого двигуна зовнішнього згоряння, але у всіх них завжди задіяні два елементи - вогонь і вода.
Крім такої конструкції, можна зібрати паровий але це матеріал для абсолютно окремої статті.
Оскільки нафтопродукти постійно зростають в ціні (адже нафти властиво закінчуватися), прагнення до економії на пальному цілком зрозуміло, і міні-двигун міг би стати непоганим рішенням.
Наскільки економічний міні-двигун внутрішнього згоряння?
Як відомо, ДВС діляться на бензинові і дизельні, причому як перші, так і другі сьогодні зазнають значних змін. Причиною модернізації, як самих механізмів, так і палива, є значно погіршилася екологія, на стан якої впливають і вихлопи техніки, що працює на рідкому паливі. Так, наприклад, з'явився еко-бензин, розведений спиртом в пропорції від 8: 2 до 2: 8, тобто спирту в такому паливі може міститися від 20 до 80 відсотків. Але на цьому модернізація і закінчилася. Тенденція зменшення бензинових двигунів в обсязі практично не спостерігається. Найменші зразки встановлюються в авіамоделі, більші використовуються на газонокосарках, човнових моторах, снігоходах, скутерах та іншої подібного роду техніці.
Що ж стосується, сьогодні дійсно зроблено чимало для того, щоб цей двигун став по-справжньому мікроскопічним. В даний час концерном Toyota створені найменші мікролітражки Corolla II, Corsa і Tercel, В них встановлені дизельні двигуни 1N і 1NT об'ємом всього 1.5 літра. Одна біда - термін служби таких механізмів надзвичайно низький, і причина тому - дуже швидка вироблення ресурсу циліндро-поршневої групи. Існують і зовсім крихітні дизельні ДВС, об'ємом всього 0.21 літра. Їх встановлюють на компактну мототехніку і будівельні механізми, але потужності великий очікувати не доводиться, максимум, що вони видають - 3.25 л.с. Втім, і витрата палива у таких моделей невеликий, про що говорить об'єм паливного бака - 2.5 літра.
Наскільки ефективний найменший двигун внутрішнього згоряння?
Звичайний ДВС, вражаючі дії яких засновані на зворотно-поступальному русі поршня, втрачає продуктивність в міру зменшення робочого об'єму. Вся справа в значній втраті ККД при перетворенні цього самого руху ЦПГ в обертальний, таке необхідне для коліс. Однак ще до Другої Світової Війни механік-самоучка Фелікс Генріх Ванкель створив перший діючий зразок роторно-поршневого ДВС, в якому всі вузли тільки обертаються. Логічно, що дана конструкція, дуже нагадує електромотор, дозволяє скоротити кількість деталей на 40%, в порівнянні зі стандартними двигунами.
Незважаючи на те, що до сьогоднішнього дня не вирішені всі проблеми даного механізму, термін служби, економічність і екологічність відповідають встановленим світовим стандартам. Продуктивність же перевершує всі мислимі межі. Роторно-поршневий ДВС з робочим об'ємом 1.3 літра дозволяє розвинути потужність в 220 кінських сил. Установка ж турбокомпресора збільшує цей показник до 350 к.с., що дуже навіть істотно. Ну, а найменший двигун внутрішнього згоряння із серії «Ванкелем», відомий під маркою OSMG 1400, Має об'єм всього 0.005 літра, однак при цьому видає потужність в 1.27 л.с. при власній вазі 335 грамів.
Основна перевага роторно-поршневих двигунів - відсутність шумів, супроводжуючих роботу механізмів, завдяки низькій масі працюють вузлів і точному балансу вала.
Найменший дизельний двигун як джерело енергії
Якщо говорити про повноцінний, то на сьогоднішній день найменші розміри має дітище інженера Йесуса Уайлдера. Це 12-циліндровий двигун V-образного типу, повністю відповідний ДВС Ferrari і Lamborghini. Однак на ділі механізм є марною дрібничкою, оскільки працює не на рідкому паливі, а на стислому повітрі, і при робочому обсязі в 12 кубічних сантиметрів має дуже низький ККД.
Інша справа - найменший дизельний двигун, розроблений вченими Великобританії. Правда, в якості пального для нього потрібно не солярка, а особлива самозайматися при збільшенні тиску суміш метанолу з воднем. При тактовом русі поршня в камері згоряння, обсяг якої не перевищує одного кубічного міліметра, виникає спалах, яка веде механізм в дію. Що цікаво, мікроскопічних розмірів вдалося домогтися шляхом установки плоских деталей, зокрема, ті ж поршні є ультратонкими пластинами. Уже сьогодні в ДВС з габаритами 5х15х3 міліметра крихітний вал обертається зі швидкістю 50.000 об / хв, внаслідок чого виробляє потужність близько 11,2 Ватта.
Поки перед ученими стоїть ряд проблем, які необхідно вирішити перед тим, як випускати дизельні міні-двигуни на потокове виробництво. Зокрема, це колосальні втрати тепла через надзвичайно тонких стінок камери згоряння і недовговічність матеріалів під дією високих температур. Однак, коли все-таки крихітні ДВС зійдуть з конвеєра, всього декількох грамів палива вистачить, щоб змусити механізм при ККД в 10% працювати в 20 разів довше і ефективніше акумуляторів таких же розмірів.
У нашій попередній статті ми вже розповідали про. При цьому ні для кого не секрет, що постійне зростання цін на нафтопродукти і складна екологічна ситуація є основними факторами, які сильно впливають на. Зазначений вплив фактично зводиться до одного - максимальне зниження витрати палива і ефективне очищення відпрацьованих газів.
При цьому важливо розуміти, що найбільш якісно знизити споживання пального вдається за рахунок зменшення. Однак таке зменшення закономірно призводить до того, що двигун стає менш потужним і надійним, втрачається прийнятна динаміка розгону ТС і т.д.
З цієї причини конструктори та інженери постійно шукають рішення, щоб підвищити силового агрегату без збільшення його обсягу. Для цих цілей на автомобілях сьогодні активно використовується установка, в конструкції моторів застосовується, збільшується і т.д.
Якщо говорити про бензинові двигуни, виготовлення занадто маленьких агрегатів по робочому об'єму для авто і широкого списку іншої техніки в наші дні просто недоцільно через цілу низку причин. При цьому маленькі дизельні двигуни цілком мають право на життя і активно розробляються. Давайте зупинимося на цьому більш детально.
Читайте в цій статті
Найменші дизельні мотори, бензинові та роторно-поршневі ДВС
Як вже було сказано вище, рішення задачі по зниженню токсичності вихлопу і загальної кількості шкідливих викидів в атмосферу зажадало всебічних змін. Певні доробки торкнулися як самі ДВС, так і паливо для них.
Бензинові мотори стали використовувати пальне, в якому допускається наявність великої кількості спирту (в окремих випадках до 75-80%), в дизельні ДВС заливається.
- Що ж стосується мініатюрних версій, найменші бензинові двигуни сьогодні використовуються в авіамоделювання (ставляться на авіамоделі), а також на маленьких моделях радіокерованих машин, судів і т.п.
Аналоги побільше можна зазвичай зустріти на бензопилах, газонокосарках, моторних човнах і інший різній техніці. При цьому тенденції до створення мікромоторів на бензині не спостерігається. Справа в тому, що загальний принцип роботи в основі має зворотно-поступальний рух поршня, а сам агрегат сильно втрачає в плані продуктивності при значному зменшенні робочого об'єму.
Якщо просто, необхідний ККД в процесі перетворення зворотно-поступального руху в обертальний значно знижується в агрегатах на бензині, чого стає недостатньо для прокручування коліс автомобіля або виконання іншої корисної роботи.
Повернемося до мікромотора. Ще відзначимо, що деякі помилково вважають відомі мікродвигуни інженера Йесуса Уайлдера V12 і V16 наочним зразком самого маленького бензинового двигуна. Однак на практиці такий мотор швидше іграшка, ніж практичний ДВС. Справа в тому, що агрегат працює не на рідкому паливі. В дію двигун приводить стиснене повітря, а ККД знаходиться на досить низькій позначці.
- Якщо ж говорити про дизелях, цей тип двигуна має сьогодні всі шанси стати не просто маленьким, а фактично мікроскопічним. Почнемо з того, що сьогодні часто зустрічаються маленькі дизельні двигуни, які мають робочий об'єм трохи більше 0.2 л. і видають, в середньому, 3.2 к.с.
Такі субкомпактнтие дизелі прижилися на невеликій мототехніки, а також приводять в дію різні механізми. Місткість паливного бака для такого мотора зазвичай становить близько 2.5 л. солярки.
Примітно те, що робочий об'єм циліндра становить всього лише 1 міліметр кубічний. Таких малих розмірів вдалося домогтися за допомогою виготовлення ультратонких плоских елементів. Поршні більше нагадують міцні тонкі пластинки, а загальні габарити ДВС складають 5 * 15 * 3 мм. Для порівняння, такий двигун можна розмістити на нігті великого пальця людської руки. При цьому колінвал розкручується до 50 тис. Об / хв, а потужність установки становить трохи більше 11 Ватт.
- Ще додамо, що на окрему увагу заслуговує і роторно-поршневий двигун Ванкеля (роторний двигун). Особливістю такого мотора є те, що в ньому немає звичних поршнів, циліндрів, елементів і т.д.
Деталі всередині нього роблять тільки обертальний рух, а сам агрегат більше схожий на електродвигун. У роторному агрегаті майже в половину менше деталей в порівнянні з дизельним або бензиновим поршневим ДВС, тобто дана силова установка компактніше за розміром і легше по вазі.
Однак і це не головне. Такий тип двигуна має дуже високий ККД. Наприклад, роторно-поршневий мотор, обсяг якого становить всього 1.3 літра, при цьому видає цілих 220 к.с. Якщо ж оснастити цей агрегат турбонаддувом, тоді потужність можна підняти до 350 к.с. Головний недолік - висока витрата пального.
Що стосується субкомпактних версій, найменший роторний двигун важить всього 335 м і є мотором з індексом OSMG 1400. Його робочий об'єм складає 0.005 літра, при цьому потужність майже 1.3 к.с.
Що в підсумку
Як видно, якщо врахувати значну втрату ККД при зменшенні обсягу бензинового двигуна, а також специфічні особливості у вигляді підвищеної витрати палива і зниженої надійності роторно-поршневого двигуна, компактний дизельний двигун є найбільш перспективним варіантом у всіх відносинах.
Іншими словами, найменший дизельний двигун цілком може виступати джерелом енергії і використовуватися в різних цілях. Якщо в найближчому майбутньому інженери та конструктори вирішать ряд наявних сьогодні проблем (втрати тепла через малу товщини стінок камер згоряння мікродвигуна, знижений ресурс невеликих деталей в умовах високого нагріву і т.д.), тоді дизельні сверхмалого розміру цілком можуть стати серійними.
При цьому такі агрегати будуть споживати вже не літри, а грами палива, показник ККД цілком може виявитися на позначці близько 7-10%. Це означає, що такий двигун як джерело енергії виявиться більш ефективним і набагато більш довговічним рішенням в порівнянні з різними акумуляторними батареями, які можуть бути схожі за габаритами.
Читайте також
Дизельний опозитний двигун Субару (Subaru Boxer Diesel). Пристрій і особливості опозитного мотора, переваги і недоліки зазначеного типу ДВС.
Ви здивуєтеся, але можна в домашніх умовах побудувати робочийV10 в буквальному сенсі з підручних засобів
На цю модель двигуна V10 встановлена \u200b\u200bсистема уприскування палива, сухий масляний картер і зчеплення з трьома дисками. Красиво звучи і виглядає, да? Але знаєте, що в цьому двигуні особливого? Це не просто стендова копія якогось мотора, а масштабна робоча модель розміром з третину від оригіналу об'ємом 124 куб. см ... і вона працює.
Це просто неймовірно.
Більш того, сьогодні ми не просто можемо подивитися на кінцевий результат, а й поринуть в етапи створення цього твору техногенного мистецтва. Споруда проекту, яка почалася в 2014 році ретельно була записана на сторінці майстра,. Фотографії процесу створення кожної деталі мотора. Фрезерування, токарні роботи, креслення, опис багатьох етапів роботи. Почитайте, кому цікаво моделювання, впевнений, це буде вкрай захоплюючий досвід. Можливо хтось з вас настільки надихнулися побаченим і прочитаним, що зробить свій невеликий двигун, V12, наприклад.
До речі, Кулібін вже не вперше, до цього він уже спроектував і зробив V8, який відмінно пройшов стендові випробування, показавши свою витривалість.
