Двигун енергореволюціі. Безшатуннік!

1. Ротор для аміаку і зварювальний трансформатор
2. Від спойлерів для ВАЗів до меблів
3. двигун мрії
4. адекватні Вчені
5. Крига зрушила

Наши партнеры ArtmMisto

Стаття взята з третіх рук, але початково з Експерта: http://expert.ru/expert/2016/49/dvigatel-energorevolyutsii/

Двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ) з механічним ККД 95% практично не має шкідливих вихлопних газів і здатний при витраті палива три літри на 100 км розвивати потужність 300 л. с. А загальний ККД чудо-двигуна, що працює на бензині, становить близько 60%. Це здається неймовірним, адже ККД масових автомобільних бензинових ДВС не перевищує 25%, дизельних - 40%. Цей проект - реально працюючий прототип, зібраний в «підвалі» невеликого меблевого заводу. Нові технології, застосовані в цьому движку, запатентовані в Росії, США і навіть в Японії. Всі спроби зарубіжних компаній купити ці розробки патріотом-кулібіних були відкинуті, хоча пропонувалися суми, в 20 разів перевищують вартість усього його бізнесу. Звісно ж, що цей проект може створити серйозну конкуренцію електромобілю.

Ротор для аміаку і зварювальний трансформатор

Творець двигуна виявився автором більше 50 патентів, у тому числі міжнародних. Олександр Миколайович Сергєєв - розробник оригінальної технології зварювання роторів для виробництва аміаку, джерел живлення зварювальної дуги, аеродинамічних спойлерів для вазовских автомобілів і ще понад 50 виробів, до сих пір застосовуються в шести галузях промисловості. Свій перший патент на винахід Сергєєв отримав, ще будучи студентом, в 1970-х, і був удостоєний почесного тоді звання «Молодий вчений року», а через три роки, влаштувавшись на роботу інженером на завод «Азотреммаш» (нині частина холдингу «Тольяттіазот» - найбільшого в світі виробника азоту), справив технологічну революцію в галузі. Розроблена ним технологія зварювання робочих коліс відцентрових компресорів дозволила збільшити ресурс роботи цих агрегатів в кілька разів і відмовитися від поставок аналогічних пристроїв з США.

- Ми вперше в світі зробили суцільнозварний ротор, - пояснює Олександр. - Це основний у виробництві аміаку вузол - вузол стиснення газу до тиску понад 300 атмосфер при гіперзвукових окружних швидкостях робочих коліс компресорів. По темі зварювання магнітокерованою дугою у мене близько п'ятнадцяти авторських. Якщо коротко, там, по суті, було зроблено відкриття за впливом електромагнітного поля на електропровідність і теплопровідність.

Напрацювання в галузі зварювання, створені в рамках хімпрому, стали в нагоді в інших галузях. Сергєєвим був розроблений зварювальний трансформатор, за своїми характеристиками перевищує ті, що продавалися на ринку, при цьому його вартість була на 30% нижче, а площа займаного простору скоротилося в п'ять разів. У 1980-х роках винахідник хотів запропонувати свої розробки начальству, проте в країні почалася перебудова, почалося кооперативний рух; Сергєєв пішов із заводу і, прихопивши з собою кістяк своєї команди, організував підприємство, що випускає промислове зварювальне обладнання.

- Я прийшов в держбанк, сказав, що ми хочемо кооператив організувати. Кажуть: напишіть бізнес-план. Я рукою на листочку формату А4 накалякал, прямо при них. Шістдесят тисяч рублів перший кредит ми взяли. Просто дівчинка приїжджала від банку, перевіряла цільове використання, - згадує вчений.

Від спойлерів для ВАЗів до меблів

У 1999 році Сергєєв почав розробки в галузі хімії пластиків. Він заснував компанію «Техноком», яка, використовуючи його винаходу, створила спойлери для нових моделей АвтоВАЗу. Якщо коротко, то Сергєєв придумав, як зробити пінополіуретан міцним і легким - то, що за багато років по техзавдання автогіганта не могли здійснити компанії, що претендують на контракт з АвтоВАЗом. В результаті вийшов композиційний матеріал, що витримує механічні навантаження на рівні технічної пластмаси. На головний конвеєр АвтоВАЗу компанія за кілька років поставила понад мільйон спойлерів. Сергєєв захистив проект у венчурному фонді Самарської області, отримавши фінансування на закупівлю обладнання, а також посівні інвестиції в цілому на 70 млн рублів. Через три роки компанія «Техноком» почала виготовляти вироби з пінополіуретану для меблевої галузі - елементи для оформлення фасадів будівель під торговою маркою Modus Decor. Сьогодні «Техноком» входить в трійку лідерів цього ринку, в якому, до речі, до приходу тольяттинцев практично безроздільно панував імпорт. На питання, чи задоволений Сергєєв своїм меблевим бізнесом, я отримав несподівану відповідь: «Цей бізнес я запустив тільки для того, щоб заробити грошей для справжнього справи мого життя - створення двигуна внутрішнього згоряння, що працює на нових принципах». У «підвалі» Modus Decor Сергєєв уже багато років займається розробкою нового двигуна, а в цьому році побудував працюючий прототип.

двигун мрії

Переді мною був на вигляд звичайний ДВС - двигун внутрішнього згоряння, які застосовуються в транспортних засобах, малої енергетики, малої авіації і багато де ще. Дивним було тільки те, що, по-перше, він був двотактним, а по-друге, ніякої дросельної заслінки в ньому я не виявив. Движок був підключений до стандартного промислового газоаналізатора, що дозволяє з точністю до сотих часток визначати склад вихлопних газів і їх кількісні характеристики - СО, СО2, CH, О2, а також коефіцієнт надлишку повітря λ - так звана лямбда. Сергєєв запустив двигун (на бензині), який почав видавати цілком впізнавані звуки працюючого поршневого механізму, а ось газоаналізатор став показувати дивні речі - склад вихлопних газів мало чим відрізнявся від складу звичайного повітря (крім мізерної кількості вуглеводнів): СО - 0,1%, СО2 - 3%, СН - 250 одиниць, і О2 - 18%. Тут варто нагадати, що в повітрі, яким ми дихаємо, кисню якраз 18% (від 17 до 21%, якщо бути точним). А в вихлопі навіть найдорожчих чотиритактних двигунів найвищого екологічного стандарту зміст газів таке: СО - 0,5%, СО2 - 15%, СН - 220 одиниць (без каталітичного нейтралізатора), О2 - 0,5%. Лямбда (λ) в новому движку - 2 ÷ 5.

- Ось дивись, немає дросельної заслінки, але це двотактний цикл. Один циліндр крутить чотирициліндрову кінематичну схему, - показує Сергєєв на деталі движка, насолоджуючись зробленим на мене ефектом. - Ось зараз закриваю впускний колектор. Це як би дросельна заслінка. Це щоб показати, що газоаналізатор нормально працює. Для фахівців це відразу зрозуміло. Зараз лямбда почне з'являтися. Ось лямбда дорівнює 1,43 - значить, прилад працює. Ось зараз кисню менше і вже тягнеться СН, тисяча з гаком. Ось відкрили, з повним наповненням почав працювати. Все: кисень зростає, СО падає, СО2 падає. Коли приходять фахівці, які розуміються на темі, вони просто не вірять. Двигун працює практично на повітрі.

Двигун з «підвалу» тольяттінського мебляра зовсім не забруднює атмосферу. При цьому витрата палива у нього виходить якимось фантастично низькими: 2,7-3 л на 100 км при потужності, що розвивається 300 л. с. За потужністю це ДВС, що стоїть, наприклад, в «Інфініті», який жере мінімум 14 л на 100 км. Забезпечуються такі параметри за рахунок того, що в камері згоряння паливоповітряної суміш згоряє повністю. А ось як це досягається? По-перше, двигун сконструйований за схемою безшатунного механізму, який інженер Сергій Баландін придумав ще в роки Другої світової війни. Сталінський вчений не встиг завершити свої розробки, так як з'явилася турбореактивних тяга, а його ідеї поршневого ДВС так і не були втілені в життя. Проте інтерес до цієї схеми серед винахідників залишився. У Баландіна було багато послідовників, але найдальше в промисловому застосуванні просунувся Олексій Вуль. Сергєєв ж зумів розвинути технологію до ефективно працюючого прототипу і добитися результату. Крім того, в движку Сергєєва використані винайдені ним принципово нові способи сумішоутворення і спалювання палива.

Все геніальне просто

- Чим цікава схема Баландіна? При роботі цього двигуна немає бічного тиску поршнів на стінки циліндра, - розповідає Олександр Сергєєв. - За рахунок цього механічний ККД підвищується до 95 відсотків. Друге: там можна збільшити лінійну швидкість поршня. Значить, можна збільшити потужність. До сих пір цю кінематичну схему ніхто не реалізував в промислових обсягах.

Десять років тому Сергєєв задався питанням: ось є давнє пристрій, що існує «тисячу років», - примус. У ньому паливо спалюється практично на сто відсотків, і ніхто не чадіють. Чому? Тому що в примусі гас спочатку випаровується, переходить з рідкої фази в газову і тільки потім горить. Щоб згоріти, паливо повинне пройти підготовку до хімічної реакції горіння - перейти з рідкої фази в газову. Раніше в ДВС був карбюратор, де суміш готувалася. Але все одно це була рідка фаза. Зараз зробили безпосереднє уприскування, коли форсунки високого тиску впорскують паливо прямо в робочий циліндр. Однак теж в рідкій фазі. Інакше в двигуні Сергєєва: після газифікації паливо-повітряної суміші гомогенна суміш надходить в камеру згоряння нової геометрії з глибоким розшаруванням заряду по щільності. Це забезпечує концентрацію багатою паливо-повітряної суміші в районі електродів свічки запалювання, що забезпечує її впевнене підпалювання, а після займання суміші згоряє бідна топливовоздушная суміш, забезпечуючи практично повне спалювання з мінімальною токсичністю відпрацьованих газів. Об'єднання переваг бензинових і дизельних двигунів, а також безшатунного кінематичної схеми дозволило створити поршневий двигун з фантастичними характеристиками.

«Особлива думка» АвтоВАЗу і «Ростех» - Я подивився, що в світі за останній час зробили. Американці придумали підпалювати бензин гасом. Гібриди. Але тут треба ще подивитися, яка екологія при виробництві акумуляторних батарей. А потім - як це все утилізувати. Де ці зарядні станції ставити? І все одно потрібен бензиновий двигун, який буде крутити цей генератор, - справедливо міркує вчений.

Свої винаходи наш тольяттінській Кулібін запатентував, причому не тільки в Росії, але і в США і навіть в Японії (отримати патент в Японії неймовірно складно, про це знають всі технічні фахівці в світі). Після публікації в федеральному журналі патентів США (обов'язкова процедура) цей патент був обраний з 28 тисяч до сотні «найцікавіших», і статтю про нові технології Сергєєва з заголовком «Нове народження ДВС» надрукував авторитетний американський журнал Science. Відразу після виходу публікації в світ, буквально на наступний день, Сергєєву посипалися листи від американських виробничих компаній і венчурних фондів; запити про продаж технології прийшли в тому числі від оборонних підприємств, пов'язаних з гігантами Lockheed Martin і DARPA. Більшість пропонували оплатити приліт нашого вченого в Штати і там провести переговори, не називаючи ціну, а деякі відразу йшли ва-банк і суму угоди називали. Найбільша сума, позначена в цих листах (копії є в розпорядженні "Експерта"), - 220 млн доларів. З огляду на, що сукупна вартість всіх активів винахідника не перевищує і 10 млн доларів, пропозиція більш ніж привабливе.

Були пропозиції про співпрацю і від японських корпорацій. В одному листі вказується, що в Японії прийнята приватно-державна програма розробки нового двигуна внутрішнього згоряння, в якій метою ставиться створення ДВС, які будуть на 30% економічніше і більш екологічно чистими (вихід СО2 знизити на 20%, СО - на 35%) , ніж існуючі сьогодні. На програму виділено 10 млрд доларів, з яких 50% - фінансування від уряду країни. Поставлено мету до 2020 року вийти на демонстрацію працюючого прототипу. Як же вони все там були засмучені, коли дізналися, що в Росії вже створили такий прототип, причому з характеристиками на порядок вищі за ті, що закладені в їх амбітній програмі. Однак вишикувалися в чергу покупці з різних країн все як один отримали відмову, а сам Сергєєв твердо вирішив залишитися істинним патріотом, знайти російських інвесторів.

А ось на АвтоВАЗі - головному підприємстві, яке могло б впровадити розробки в області ДВС, коли Сергєєв показав документи і відео свого движка, просто відмахнулися.

- Ще в 2009 році головний конструктор ВАЗа Петро Михайлович Прусов хотів скликати всеросійську конференцію з двигунобудування, щоб я зробив доповідь. Але тоді на завод приїхали москвичі з французами, влада тут почала змінюватися, і все це плюнути. Я показав дані і відео нинішньому керівництву заводу, але вони сказали, що цього не може бути. Вони думали, що це фальсифікація, - дивується Сергєєв.

У «Ростех», куди я звернувся за коментарем, півтора місяці просто «годували сніданками». Потім звідти надійшла відповідь, але корпорація навіть не зв'язалася з Сергєєвим. «Макет одноциліндрового двотактного двигуна внутрішнього згоряння розробки А. Н. Сергєєва не застосовують для продукції Держкорпорації" Ростех ": ОДК займається розробкою і створенням авіаційних, ракетних і газоперекачувальних двигунів. Для безпілотників виробництва ОПК і Калашникова використовуються системи, до яких даний двигун не застосуємо. Двигун не підходить і до поточних автомобілів виробництва АвтоВАЗ. В іншій ситуації для автомобілів буде потрібна серйозна технічне доопрацювання конструкції і керуючих систем, крім цього не опрацьовані питання екології в зв'язку з двотактний циклу ». Тобто, переводячи на людську мову, відповідь можна розшифрувати так: ОДК - Об'єднана двигунобудівного корпорація - незважаючи на заявлені в статуті цілі і завдання розвитку всього існуючого в промисловості спектра технологій двигунобудування, не хоче братися за новий напрям, а переробляти конструкції безпілотників і автомобілів під новий двигун, на розробку яких «Ростех» вже витратив гроші і час, фахівці держкорпорації вважають недоцільним. Незважаючи на те, що ця проста підгонка під основний вузол (двигун) призведе до даної технологічної та енергетичної революції. Про «питання екології в зв'язку з двотактний циклу» я взагалі краще промовчу, бо тут доблесний «Ростех» просто «спалився» в тому, що його фахівці навіть не прочитали надісланого мною протоколу комісії Самарського університету.

З ОДК прийшло взагалі дивний лист, що відображає жахливу некомпетентність людей з правління держхолдингу. Цитую: «Пропоновані діапазони потужностей (до 300 л. С.) Вже зараз освоюються ГМЗ" Агат "спільно з ЦИАМ (Центральний інститут авіаційного приладобудування ім. Баранова. -" Експерт ") і ОКБ моторобудування ...» Хоча будь-який студент знає з курсу теплотехніки , що безшатунного кінематична схема (схема Баландіна) якраз цінна тим, що не має обмежень щодо збільшення потужності двигуна (від тих же 300 л. с. можна легко стрибнути до 1000 л. с. і більше, якщо це необхідно), оскільки з -за відсутності бокового тиску на стінки циліндра лінійного швидкість поршня можна збільшувати практично до безкінечності. Далі фахівці ОДК пишуть: «Ринок вітчизняних ЛА з ДВС дуже обмежений, можливо, розвинеться в найближчому майбутньому, але поки він вкрай вузький». Логіка залізна ... Якщо хтось випустить на світовий ринок, скажімо, безпілотник (або невеликий літак, що використовує поршневий двигун), який витрачає в три-чотири (!) Рази менше палива, ніж існуючі сучасні аналоги, і який, відповідно, може автономно літати в кілька разів довше, здогадайтеся, який істерично шалений попит буде на нього.

Однак раціональне зерно у відповіді ОДК все ж знайшлося. Фахівець компанії повідомив, що «існуюча редакція" Стратегії розвитку поршневого двигунобудування "пропонує створення центру компетенції по авіаційних поршневих двигунів на базі ЦИАМ»; на мій погляд, це зараз правильно, тому що ОДК цим ну зовсім ніколи, та й нема на чому (в сенсі бази) займатися, - тому розробникам є сенс звернутися саме в ЦИАМ. Тепер стала зрозуміла структура компетенцій держави в галузі розвитку поршневих двигунів. Але звернення до ЦИАМ виявилося марним. Прес-секретар інституту лише повідомила: «Документи передала фахівцям, може бути, з вами зв'яжуться ...»

адекватні Вчені

Сергєєв показавши розробки одного з основних наукових інстітутів по темі ДВС в Росії - кафедрі теплових двигунів Самарського національного дослідніцького університету ім. С. П. Корольова. Ее фахівці Приїхали на меблевий завод буквально на Наступний день после того, що бере листа. Делегацію Очола академік Російської академии транспорту, член-кореспондент Російської академии космонавтики, доктор технічних наук, професор Володимир Бірюк - вчений зі світовім ім'ям, Який є головні експертом Ракетно-космічної корпорації «Енергія», Роскосмоса, Мінпромторгу и т. Д До складу КОМІСІЇ також увійшли головний інженер наукового центру газодинамічних досліджень Ігор Ніппард, інженер Олексій Горшкалев і завідувач лабораторії ДВС Самарського університету, кандидат технічних наук Дмитро Сармін. В інтерв'ю «Експертові» Володимир Бірюк розповів, що був вражений побаченим в Тольятті, але після перевірки всіх показників двигуна ніяких сумнівів не залишилося. Виїзна комісія прийняла рішення терміново зайнятися цим проектом в пріоритетному порядку.

Протокол спільної наради говорить: «Обговорювали роботу робочого макета одноциліндрового, двухтактного двигуна внутрішнього згоряння з технічними характеристиками і показниками, що перевищують існуючі в світовому двигунобудування аналоги. Основною відмінністю даного двигуна є: принципово нова схема сумішоутворення і спалювання палива, що забезпечує практично повне спалювання палива з коефіцієнтом надлишку повітря на режимах холостого ходу і часткових навантаженнях в інтервалі 3 ≤ λ ≤ 5, що забезпечило значне зниження витрати палива на цих режимах і знизило токсичність відпрацьованих газів. СО = 0,1%, СН = 250 ÷ 350, СО2 = 3 ÷ 5%, О2 = 12 ÷ 18%. Нові рішення сумішоутворення і спалювання палива захищені патентами РФ, США і Японії. Даний двигун є багатопаливним і може працювати в режимі холостого ходу і часткових навантаженнях в двотактному циклі з подвійною продувкою, знижуючи витрату палива на цих режимах, і двотактному циклі на потужних режимах, що дозволяє розвинути максимальну потужність двигуна. Демонстрація і обговорення роботи одноциліндровою моделі представленого ДВС дозволяє прийняти рішення: визнати за доцільне створення спільної робочої групи для подальшої розробки та виготовлення дослідного зразка двигуна об'ємом 2 л, потужністю 250 ÷ 300 л. с., з обертовим моментом не менше 300 Н · м і масою не більше 150 кг, визнати за доцільне розробку дослідного зразка двигуна потужністю 30-35 л. с. при мінімальній масі ».

Один з провідних у світі експертів з теплофізики професор кафедри комп'ютерної теплофізики та енергофізіческій моніторингу Санкт-Петербурзького національного дослідницького університету ИТМО доктор технічних наук Микола Пилипенко не повірив в існування двигуна з механічним ККД 95%. В інтерв'ю «Експертові» він заявив: «Такого просто не може бути. Тут якась хитрість. Інакше це була б справжня світова сенсація на рівні створення атомної бомби ». Опитані нами наукові світила в сфері теплофізики, теплотехніки і поршневого двигунобудування в інших країнах теж лише посміхалися в трубку, вказуючи на існування в світі тисяч всіляких «революційних» проектів, починаючи з вакуумних поїздів і закінчуючи іонними або плазмовими двигунами, але це все «прожекти на папері », які в реальності не реалізовуються через або конструкційних особливостей, або відсутності попиту. Однак після пред'явлення міжнародних патентних посвідчень люди в основному просили дати координати винахідника. Професор Осакського університету Юкіо Саке, який вже тридцять років займається розробками газодинамічних систем двигунів для японських автоконцернів, запропонував створити спільне російсько-японське підприємство для завершення розробок і організації виробництва двигунів. А провідний інженер Центру теплотехнічного інжинірингу у Франкфурті-на-Майні (веде розробки за контрактом з BMW і Volkswagen) Габріель Вайнц здивувався, що «проект досі не" проковтнув "який-небудь заповзятливий інвестор» і запросив Сергєєва в Німеччину для спільної роботи і організації міжнародної конференції. Втім, цим інвестором, за логікою речей, має стати держава, оскільки нові двигуни мають великий потенціал використання у військовій техніці і озброєнні.

Крига зрушила

Поки ж держава в своїй жахливій неповороткість думає, винахідник Сергєєв уже робить такі кроки. Тепер він разом з фахівцями Самарського університету формує команду розробників для доведення движка до досконалості, впровадження інших розроблених ним технологій і створення силових установок для різних завдань - автомобілі, безпілотники, мала авіація, мала електрогенерація, кораблі і т. Д. Готується документація для 35 нових патентів, що дозволяють захистити ноу-хау, які ще тільки належить реалізувати в новому двигуні. Зрозуміло, що грошей у університету немає і сьогодні проекту терміново потрібна стратегічний інвестор. Розробками Сергєєва вже зацікавилася РКК «Енергія» і компанія - розробник ударних безпілотників для Міноборони.

Масове впровадження ДВС з якісно більш високим ККД, безумовно, дозволить зробити економіку більш енергоефективною. Ви тільки вдумайтеся: сьогодні більше 80% енергії в світі виробляють двигуни внутрішнього згоряння. Електроенергія буде коштувати копійки (можна буде автономно опалювати будинок електрикою від міні-електростанції за ціною в три рази нижче, ніж від магістральних мереж), а сама генерація стане доступною навіть в глухій тайзі. А автомобілі? Уявіть собі джип з 300-сильним двигуном, який витрачає лише три літри пального на 100 км, або звичайну легковик, буквально «нюхати» паливо по 0,5 літра на 100 км. При цьому заливати в бак можна буде не тільки бензин певного октанового числа, а буквально все, що горить: немає поблизу заправки - залив пляшку горілки і доїхав.

Заявка на сенсацію

Механічний ККД пропонованого двигуна в 95% досягається за рахунок використання кінематичної схеми безшатунного механізму (механізму Баландіна), при якій значно зменшуються втрати на подолання сил тертя за рахунок виключення бічного тиску поршня на стінки робочого циліндра. У кращих ДВС з кривошипно-шатунним механізмом механічний ККД залишається на рівні 90%.

Паливна ефективність двигуна Олександра Сергєєва досягає 98% за рахунок організації нового запатентованого процесу сумішоутворення і спалювання палива, що забезпечує повне спалювання палива в робочому циліндрі.

Термодинамічний ККД пропонованої розробки становить 60-65% за рахунок організації роботи бензинового двигуна в двотактному циклі з повним наповненням робочого циліндра атмосферним повітрям на всіх режимах його роботи, при ступені стиснення ε = 14 ÷ 20 без детонації.

Розроблений двигун стійко працює в двотактному циклі з подвійною продувкою, в режимах холостого ходу і часткового навантаження (основні режими роботи двигуна в міському режимі і русі по трасі, що становить ≈80 ÷ 85% роботи ДВС), тобто один хід робочий, наступний продувочний , що ідеально готує робочий циліндр до наступного робочого циклу. Це дозволяє додатково зменшити витрату палива і забезпечити оптимальний температурний режим роботи двигуна, що також сприяє підвищенню теплового (термодинамічної) ККД двигуна.

Принципове пристрій безшатунного двигуна