Двигатель Бурка

Четырехцилиндровый двигатель Бурка

Рисунок 2 из патента США 2172670 А.

Рисунок 1 из патента США 2172670 А.

Анимация четырехцилиндрового двигателя Бурка

Двигатель Бурка был попыткой Рассела Бурка в 1920-х годах улучшить двухтактный двигатель внутреннего сгорания . Несмотря на завершение проектирования и постройку нескольких работающих двигателей, начало Второй мировой войны , отсутствие результатов испытаний, и плохое здоровье его жены усугублялось тем, что его двигатель никогда не мог успешно выйти на рынок. Основные заявленные достоинства конструкции заключаются в том, что она имеет только две движущиеся части , легкая, имеет два импульса мощности на оборот и не требует добавления масла в топливо.

Двигатель Бурка, по сути, представляет собой двухтактную конструкцию , в которой один горизонтально противоположный поршневой узел использует два поршня, которые движутся в одном и том же направлении одновременно, так что их работа сдвинута по фазе на 180 градусов . Поршни соединены с кулисным механизмом вместо более обычного механизма коленчатого вала , поэтому ускорение поршней является идеально синусоидальным . Это приводит к тому, что поршни проводят больше времени в верхней мертвой точке, чем в обычных двигателях. Поступающий заряд сжимается в камере под поршнями, как в обычном двухтактном двигателе с картерным наддувом. Шатунное уплотнение предотвращает попадание топлива в смазочное масло нижней части.

Операция

Рабочий цикл очень похож на ныне выпускаемый двухтактный двигатель с искровым зажиганием и картерным сжатием, с двумя модификациями:

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

Особенности конструкции

Выявлены следующие конструктивные особенности:

Механические характеристики

• Кулисный механизм и линейно-скользящие шатуны.
• Меньше движущихся частей (только 2 подвижных узла на пару оппозитных цилиндров), а оппозитные цилиндры можно комбинировать, образуя 2, 4, 6, 8, 10, 12 или любое четное количество цилиндров.
• Поршень с наклонной подушкой соединен с кулисным механизмом через скользящий подшипник (разновидность гидродинамического жидкостного подшипника ).
• Механический впрыск топлива .
• Порты, а не клапаны .
• Простое обслуживание ( капитальный ремонт ) с помощью простых инструментов.
• Кулисный механизм не создает боковых сил на поршень, уменьшая трение и износ поршня.
• Уплотнительные кольца используются для герметизации соединений, а не прокладок .
• Кулисный механизм заставляет поршни находиться немного дольше в верхней мертвой точке , поэтому топливо сгорает более полно в меньшем объеме.

Поток газа и термодинамические особенности

• Низкая температура выхлопных газов (ниже температуры кипения воды), поэтому металлические компоненты выхлопных газов не требуются; пластиковые можно использовать, если от выхлопной системы не требуется прочность.
• от 15:1 до 24:1 Степень сжатия для высокой эффективности. Ее можно легко изменить в зависимости от топлива и эксплуатационных требований.
• Топливо испаряется при впрыске в перепускные каналы, а турбулентность во впускных коллекторах и форма поршня над кольцами расслаивают топливно-воздушную смесь в камеру сгорания.
• Сжигание обедненной смеси для повышения эффективности и снижения выбросов.

Смазка

• В этой конструкции используются сальники, чтобы предотвратить попадание загрязнений из камеры сгорания (создаваемых прорывом поршневых колец в четырехтактных двигателях и просто сгоранием в двухтактных двигателях) в картерное масло, что продлевает срок службы масла, поскольку оно используется медленно. для поддержания колец в масле. Было показано, что масло расходуется медленно, но проверять его количество и чистоту все же рекомендовал Рассел Бурк, его создатель.
• Смазочное масло в основании защищено от загрязнения камеры сгорания сальником над шатуном.
• Поршневые кольца подаются маслом из небольшого отверстия в стенке цилиндра в нижней мертвой точке.

Заявленная и измеренная производительность

• Заявленный КПД – 0,25 (фунт/ч)/л.с. – примерно такой же, как у лучшего дизеля, или примерно в два раза эффективнее, чем лучшие два удара. Это эквивалентно термодинамическому КПД 55,4%, что является чрезвычайно высоким показателем для небольшого двигателя внутреннего сгорания . В ходе испытания, свидетелем которого выступила третья сторона, фактический расход топлива составил 1,1 л.с./(фунт/час). или 0,9 (фунт/час)/л.с., что эквивалентно термодинамическому КПД около 12,5%, что типично для парового двигателя 1920-х годов. Испытание двигателя Vaux объемом 30 кубических дюймов, построенного близким соратником Бурка, показало расход топлива 1,48 фунта/(л.с./ч) или 0,7 (фунт/ч)/л.с. при максимальной мощности.
• Мощность к весу . Утверждалось, что Silver Eagle производит 25 л.с. при массе 45 фунтов, или соотношение мощности к весу 0,55 л.с./фунт. Более крупный двигатель объемом 140 кубических дюймов имел мощность 120 л.с. из 125 фунтов, или примерно 1 л.с./фунт. Заявлено, что модель H производит 60 л.с. при весе 95 фунтов, что дает соотношение мощности к весу 0,63 л.с./фунт. Сообщалось, что 30-кубовый двухцилиндровый двигатель выдавал 114 л.с. при 15 000 об/мин при весе всего 38 фунтов, невероятные 3 л.с./фунт. Однако 30-кубовая копия от Vaux Engines даже после существенной доработки выдавала всего 8,8 л.с. при 4000 об/мин. Другие источники утверждают 0,9. до 2,5 л.с./фунт, хотя никаких независимых испытаний, подтверждающих эти высокие цифры, не зарегистрировано. Верхний диапазон примерно в два раза лучше, чем у лучшего четырехтактного серийного двигателя, показанного здесь. или на 0,1 л.с./фунт лучше, чем у двигателя Graupner G58. двухтактного Нижнее требование ничем не примечательно, его легко превзойти серийные четырехтактные двигатели, не говоря уже о двухтактных двигателях.
• Выбросы : в опубликованных результатах испытаний практически не обнаружено углеводородов (80 ppm) или монооксида углерода (менее 10 ppm). однако для этих результатов не была указана выходная мощность, и NOx не измерялся.
• Низкий уровень выбросов . Утверждается, что двигатель может работать на водороде или любом углеводородном топливе без каких-либо модификаций, производя только водяной пар и углекислый газ . в качестве выбросов

Инженерная критика двигателя Бурка

У Bourke Engine есть несколько интересных особенностей, но экстравагантные заявления его эффективность вряд ли будет подтверждена реальными испытаниями. Многие утверждения противоречивы.

1. Трение уплотнения между камерой воздушного компрессора и картером о шатун снижает эффективность.
2. Эффективность будет снижена из-за насосных потерь, поскольку воздушный заряд сжимается и расширяется дважды, но энергия извлекается только для мощности при одном из расширений за ход поршня.
3. Вес двигателя, вероятно, будет большим, поскольку он должен быть очень прочным, чтобы выдерживать высокие пиковые давления, возникающие в результате быстрого сгорания при высоких температурах.
4. Каждая поршневая пара сильно разбалансирована, поскольку два поршня одновременно движутся в одном направлении, в отличие от оппозитного двигателя . Это ограничит диапазон скоростей и, следовательно, мощность двигателя, а также увеличит его вес из-за прочной конструкции, необходимой для реагирования на большие силы в компонентах.
5. Высокоскоростные двухтактные двигатели, как правило, неэффективны по сравнению с четырехтактными, поскольку часть всасываемого заряда выходит несгоревшей вместе с выхлопными газами.
6. Использование избыточного воздуха приведет к снижению крутящего момента, доступного для данного размера двигателя.
7. Быстрое вытеснение выхлопных газов через маленькие отверстия приведет к дальнейшей потере эффективности.
8. Работа двигателя внутреннего сгорания в режиме детонации снижает эффективность из-за потерь тепла от газов сгорания, которые ударные волны трутся о стенки камеры сгорания.
9. Выбросы - хотя некоторые испытания в некоторых случаях показали низкий уровень выбросов, они не обязательно проводились на полной мощности. По мере увеличения степени очистки (т.е. крутящего момента двигателя) будет выделяться больше углеводородов и CO.
10. Увеличение времени пребывания в ВМТ приведет к передаче большего количества тепла к стенкам цилиндра, что снизит эффективность.
11. При работе в режиме самовоспламенения момент начала горения контролируется рабочим состоянием двигателя, а не напрямую, как в искровом зажигании или дизельном двигателе. Таким образом, возможно оптимизировать его для одного рабочего режима, но не для широкого диапазона крутящих моментов и скоростей, которые обычно видит двигатель. Результатом будет снижение эффективности и увеличение выбросов.
12. Если КПД высокий, то температуры сгорания должны быть высокими, как того требует цикл Карно , а топливовоздушная смесь должна быть бедной. Высокие температуры сгорания и бедные смеси приводят диоксида азота . к образованию

Патенты

Рассел Бурк получил британские и канадские патенты на двигатель в 1939 году: GB514842. и CA381959.

Он также получил патент США № 2 172 670 в 1939 году.

Внешние ссылки

• Запуск двигателя и моделирование в CAD