двигатель Бурка

Двигатель Бурка был попыткой Рассела Бурка в 1920-х годах улучшить двухтактный двигатель внутреннего сгорания . Несмотря на завершение его проекта и постройку нескольких рабочих двигателей, начало Второй мировой войны , отсутствие результатов испытаний ^[1] и плохое здоровье его жены усугубили ситуацию, помешав его двигателю когда-либо успешно выйти на рынок. Главные заявленные достоинства конструкции заключаются в том, что она имеет только две движущиеся части , легкая, имеет два импульса мощности за оборот и не нуждается в смешивании масла с топливом.

Двигатель Бурка в основном представляет собой двухтактную конструкцию с одним горизонтально расположенным противолежащим поршневым узлом, использующим два поршня, которые движутся в одном направлении одновременно, так что их работа сдвинута по фазе на 180 градусов . Поршни соединены с механизмом кулисного механизма вместо более обычного механизма коленчатого вала , таким образом, ускорение поршня является идеально синусоидальным . Это заставляет поршни проводить больше времени в верхней мертвой точке, чем в обычных двигателях. Входящий заряд сжимается в камере под поршнями, как в обычном двухтактном двигателе с картерным зарядом. Уплотнение шатуна предотвращает загрязнение топливом смазочного масла в нижней части.

Рабочий цикл очень похож на рабочий цикл современного двухтактного двигателя с искровым зажиганием и сжатием картера, с двумя модификациями:

1. Топливо впрыскивается непосредственно в воздух при его движении через перепускное отверстие.
2. Двигатель разработан для работы без использования искрового зажигания после прогрева. Это известно как самовоспламенение или дизельизация, и смесь воздуха и топлива начинает гореть из-за высокой температуры сжатого газа и/или наличия горячего металла в камере сгорания.

Были выявлены следующие конструктивные особенности:

• Кулисный механизм и линейно скользящие шатуны.
• Меньше подвижных частей (всего 2 подвижных узла на пару оппозитных цилиндров), а оппозитные цилиндры можно комбинировать для получения 2, 4, 6, 8, 10, 12 или любого четного числа цилиндров.
• Поршень соединен с кулисным механизмом через скользящий подшипник (тип гидродинамического сегментного подшипника ).
• Механический впрыск топлива .
• Порты вместо клапанов .
• Простота обслуживания (капитальный ремонт) с помощью простых инструментов.
• Кулисный механизм не создает боковых усилий на поршне, что снижает трение и износ поршня.
• Для герметизации соединений используются уплотнительные кольца , а не прокладки .
• Кулисный механизм заставляет поршни немного дольше задерживаться в верхней мертвой точке , благодаря чему топливо сгорает более полно в меньшем объеме.

• Низкая температура выхлопных газов (ниже температуры кипения воды), поэтому металлические компоненты выхлопной системы не требуются; можно использовать пластиковые, если прочность выхлопной системы не требуется.
• Степень сжатия от 15:1 до 24:1 обеспечивает высокую эффективность и может быть легко изменена по мере необходимости для различных видов топлива и требований эксплуатации.
• При впрыскивании в перепускные отверстия топливо испаряется, а турбулентность во впускных коллекторах и форма поршня над кольцами расслаивают топливно-воздушную смесь в камере сгорания.
• Сжигание обедненной смеси для повышения эффективности и снижения выбросов.

• Эта конструкция использует масляные уплотнения для предотвращения загрязнения картерного масла из камеры сгорания (образующегося при прорыве поршневых колец в четырехтактных двигателях и просто при сгорании в двухтактных двигателях) , что продлевает срок службы масла, поскольку оно используется медленно для поддержания колец заполненными маслом. Было показано, что масло используется медленно, но проверка его количества и чистоты все равно рекомендовалась Расселом Бурком, его создателем.
• Смазочное масло в основании защищено от загрязнения камеры сгорания масляным уплотнением над шатуном.
• Поршневые кольца снабжаются маслом через небольшое отверстие в стенке цилиндра в нижней мертвой точке.

• Эффективность - 0,25 (фунт/ч)/л.с. заявлена ​​- примерно такая же, как у лучшего дизельного двигателя, ^[2] или примерно в два раза эффективнее, чем у лучших двухтактных двигателей. ^[3] Это эквивалентно термодинамической эффективности 55,4%, что является чрезвычайно высоким показателем для небольшого двигателя внутреннего сгорания . В испытании, засвидетельствованном третьей стороной, фактический расход топлива составил 1,1 л.с./(фунт/ч), ^[4] или 0,9 (фунт/ч)/л.с., что эквивалентно термодинамической эффективности около 12,5%, что типично для парового двигателя 1920-х годов. ^[5] Испытание двигателя Vaux объемом 30 кубических дюймов, построенного близким соратником Бурка, дало расход топлива 1,48 фунта/(л.с.ч), или 0,7 (фунт/ч)/л.с. при максимальной мощности. ^[6]
• Мощность на единицу веса - Silver Eagle, как утверждалось, выдавал 25 л.с. при 45 фунтах, или отношение мощности к весу 0,55 л.с./фунт. Более крупный двигатель объемом 140 кубических дюймов выдавал 120 л.с. при 125 фунтах, или приблизительно 1 л.с./фунт. Модель H, как утверждалось, выдавала 60 л.с. при весе 95 фунтов, следовательно, давало отношение мощности к весу 0,63 л.с./фунт. Сообщалось, что двухцилиндровый двигатель объемом 30 куб. дюймов выдавал 114 л.с. при 15000 об/мин при весе всего 38 фунтов, невероятные 3 л.с./фунт ^[7] Однако реплика объемом 30 куб. дюймов от Vaux Engines выдавала всего 8,8 л.с. при 4000 об/мин, даже после существенной переделки. ^[8] Другие источники заявляют от 0,9 ^[9] до 2,5 л.с./фунт, хотя не было задокументировано ни одного независимого засвидетельствованного теста, подтверждающего эти высокие цифры. Верхний диапазон этого примерно вдвое лучше, чем у лучшего четырехтактного серийного двигателя, показанного здесь, ^[10] или на 0,1 л.с./фунт лучше, чем двухтактный двигатель Graupner G58. ^[11] Нижний диапазон ничем не примечателен, его легко превзойти серийные четырехтактные двигатели, не говоря уже о двухтактных. ^[12]
• Выбросы - В опубликованных результатах испытаний ^[13] практически не было обнаружено выбросов углеводородов (80 ppm) или оксида углерода (менее 10 ppm), однако для этих результатов не указана выходная мощность, а уровень выбросов NOx не измерялся.
• Низкий уровень выбросов . Утверждается, что двигатель может работать на водороде или любом углеводородном топливе без каких-либо модификаций, производя в качестве выбросов только водяной пар и углекислый газ .

Разделы этой статьи «критика» или «противоречие» могут поставить под угрозу ее нейтральность . Пожалуйста, помогите переписать или интегрировать негативную информацию в другие разделы посредством обсуждения на странице обсуждения . ( Май 2014 г. )

Двигатель Бурка имеет некоторые интересные особенности, но экстравагантные заявления ^[14] о его производительности вряд ли подтвердятся реальными испытаниями. Многие из заявлений противоречивы. ^[15]

1. Трение уплотнения между камерой воздушного компрессора и картером о шатун снижает эффективность. ^[16]
2. Эффективность будет снижена из-за потерь при насосной работе, поскольку воздушный заряд сжимается и расширяется дважды, но энергия для питания извлекается только в одном из расширений за ход поршня. ^{[17] [18]}
3. Вес двигателя, скорее всего, будет большим, поскольку он должен быть очень прочным, чтобы выдерживать высокие пиковые давления, возникающие в результате быстрого высокотемпературного сгорания. ^[19]
4. Каждая пара поршней сильно разбалансирована, поскольку два поршня движутся в одном направлении одновременно, в отличие от оппозитного двигателя . ^[20] Это ограничит диапазон скоростей и, следовательно, мощность двигателя, а также увеличит его вес из-за прочной конструкции, необходимой для реагирования на высокие силы в компонентах. ^[21]
5. Высокоскоростные двухтактные двигатели, как правило, неэффективны по сравнению с четырехтактными, поскольку часть всасываемого заряда выходит несгоревшим вместе с выхлопными газами. ^[22]
6. Использование избыточного воздуха приведет к снижению крутящего момента, доступного для данного размера двигателя. ^[23]
7. Быстрое вытеснение выхлопных газов через малые отверстия приведет к дальнейшей потере эффективности. ^[24]
8. Работа двигателя внутреннего сгорания в режиме детонации снижает эффективность из-за потери тепла от сгорания газов, которые отбрасываются ударными волнами на стенки камеры сгорания. ^[25]
9. Выбросы - хотя некоторые тесты показали низкие выбросы в некоторых обстоятельствах, они не обязательно были на полной мощности. По мере увеличения коэффициента продувки (т.е. крутящего момента двигателя) будет выделяться больше HC и CO. ^[26]
10. Увеличенное время пребывания в верхней мертвой точке приведет к передаче большего количества тепла стенкам цилиндра, что снизит эффективность. ^[27]
11. При работе в режиме самовоспламенения время начала горения контролируется рабочим состоянием двигателя, а не напрямую, как в искровом зажигании или дизельном двигателе. Таким образом, его можно оптимизировать для одного рабочего состояния, но не для широкого диапазона крутящих моментов и скоростей, которые обычно видит двигатель. Результатом будет снижение эффективности и более высокие выбросы. ^[28]
12. Если эффективность высокая, то температуры сгорания должны быть высокими, как того требует цикл Карно , а топливовоздушная смесь должна быть бедной. Высокие температуры сгорания и бедные смеси приводят к образованию диоксида азота .

Рассел Бурк получил британские и канадские патенты на двигатель в 1939 году: GB514842 ^[29] и CA381959. ^[30]

В 1939 году он также получил патент США 2,172,670. ^[31]

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Двигатель Бурка» .

• Работающий двигатель и моделирование в САПР