Делаем бесшатунный мотор Баландина

Что такое бесшатунный мотор Баландина

По бесшатунной схеме С.С. Баландиным в СССР строились мощные и сверхмощные двигатели с уникальными характеристиками, которые были подтверждены в ходе строгих государственных испытаний.

Бесшатунный мотор Баландина (БМБ) – это поршневой двигатель внутреннего сгорания, отличающийся от обычных кривошипно-шатунных двигателей схемой передачи движения поршней на коленчатый вал.

Основные параметры создаваемого двигателя БМБ-200 согласно техническому заданию:

Вес – 45 кг

Рабочий объём – 1,6 литра.

Обороты – 6000-6500 об/мин.

Мощность – 200 л. с.

Рабочий процесс – двухтактный, с газификацией топлива по патенту А.А. Зверева

Вид топлива – многотопливный, включая флотский мазут и очищенную сырую нефть.

Удельный расход топлива – 155-165 гр/л. с. час.

Преимущества бесшатунной схемы

Отсутствует боковое усилие поршня на стенки цилиндров

Меньшие габариты

Более высокая удельная мощность

Повышенная экономичность

В 5-7 раз более высокий ресурс

Простота устройства, что в 2-3 раза снижает трудоёмкость изготовления

Меньшая теплоотдача в системы охлаждения, что снижает вес и габариты в 1,5-2 раза

Полная уравновешенность (как у электромотора или турбины)

Область применения

Большинство машин различного назначения (легковой транспорт, автобусы, грузовики средней грузоподъёмности, маломерные суда, вездеходы, снегоходы, квадроциклы, мобильные электрогенераторы, компрессоры, насосы и т.д.) имеют мощность силовых установок в диапазоне 50 – 200 л. с.

Силовые установки такой же мощности имеют различные лёгкие летательные аппараты (самолёты, вертолёты, автожиры).

БМБ-200 имеет модульную компоновку, что позволяет делать сборки моторов 400, 600 л.с., что значительно увеличивает область применения данного двигателя.

Этапы проекта

Этапы проекта
2019
5 декабря

Информационный этап (закончен)

Информационный этап (закончен)

Создано и обосновано техническое задание (ТЗ).

5 декабря

Макетный этап (закончен)

Макетный этап (закончен)

Построено в металле в разных вариантах три макета БМБ-200.

5 декабря

Этап опытно-конструкторских (экспериментальных) работ (начат)

Этап опытно-конструкторских (экспериментальных) работ (начат)

Уже сделано:
— Изготовлено четыре натурных образца.
— Второй натурный образец запускался на стенде и самостоятельно работал.
— Подтверждены массогабаритные параметры создаваемого двигателя.
— На третьем и четвёртом образцах отработана конструкция цилиндропоршневой группы.

Далее предстоит:
— Работа по постройке работающего прототипа – опытного образца.
— Работа по оптимизации газораспределения.
— Работа по оптимизации рабочего процесса с газификацией топлива.
— Ресурсные испытания опытного образца и его доработка.

5 декабря

Этап опытной эксплуатации

Этап опытной эксплуатации

— Данный этап предполагается выполнять с участием заинтересованных потребителей, которые приобретают изготовленные опытные образцы, прошедшие ресурсные испытания, и устанавливают их на свои устройства (вездеходы, аэросани, самолёты, автожиры, вертолёты и т.д.).

— В процессе опытной эксплуатации выявляются предложения по усовершенствованию двигателя, которые будут учтены.

5 декабря

Серийное производство

Серийное производство

Далее идут этапы освоения двигателя в серийном производстве и сопровождение в процессе эксплуатации.

Для завершения работ требуется финансирование

Всё, что можно было сделать без финансирования, сделано.

Для завершения работ по созданию опытного образца, пригодного для опытной эксплуатации, требуется около 16 (шестнадцати) миллионов рублей. Деньги в данном случае – это разрешение на продолжение и завершение работ по двигателю.

Основные направления затрат:

  • На создание опытного образца требуется около 3 (трёх) тысяч часов только чисто станочной работы.
  • Требуется изготовить или приобрести стенд для испытаний и доводки двигателя.
  • Требуется приобрести оборудование для стенда (для измерения параметров мощности, оборотов, крутящего момента, расхода топлива и воздуха, давления и температур, газоанализаторы и т.д.).
  • Оплата труда специалистов (разработчиков, специалистов-станочников, слесарей, сварщиков и т.д.).
  • Приобретение материалов для изготовления деталей двигателя и различной оснастки.
  • Приобретение расходных материалов (кислород, аргон, углекислый газ, сварочная проволока и электроды, краски, клей, герметики и т.д.).
  • Приобретение топлива для ресурсных испытаний.
  • Оплата услуг сторонних организаций (гальваника, литьё).
  • Накладные расходы (электроэнергия, отопление, водоснабжение и т.д.)

Руководитель и команда проекта

Зверев Александр Александрович, директор АНО «КБ Зверева «Русский мотор». Окончил Сызранское военное вертолётное училище лётчиков. Имеет 19 лет лётного стажа пилотом, освоил поршневые вертолёты: Ми-1, Ми-4; и газотурбинные: Ми-2, Ми-6, Ми-10к. Имел плотное знакомство с создателем бесшатунного двигателя С.С. Баландиным, от которого получил знания по особенностям схемы, перенял опыт создания действующих двигателей.

Имеет большой собственный опыт экспериментальной и опытно-конструкторской работы по бесшатунной схеме (построено 7 экспериментальных устройств, пятый образец запускался на стенде и самостоятельно работал). Получил ряд патентов на различные узлы двигателя. Им разработана и опробована на практике оригинальная технология изготовления основных узлов двигателя («ноу хау»), которая значительно упростила их изготовление.

Производственный коллектив составляют профессионалы разных специальностей с многолетним стажем работы. Большинство из них ранее работали в Тюменском моторостроительном объединении.

Требуемая сумма в рублях

Порядок финансирования

На завершение работ по созданию опытного образца требуется 16 (шестнадцать) миллионов рублей и один год работы.

Сбор средств осуществляется на расчётный счёт АНО «Конструкторское бюро Зверева «Русский мотор». Естественно, что организаторы будут рады любой сумме поступившей на счёт.

В нашей стране (и не только) возникло много энтузиастов, которые в инициативном порядке строят машины с выдающимися характеристиками. Это и гидросамолёты, и автожиры, и вездеходы, и аэросани, даже вертолёты и многое другое.

Часто работу останавливает отсутствие двигателя. Наиболее распространённые и востребованные для подобных устройств двигатели мощностью в районе 200 л.с. стоят от 2,5 до 4,2 миллиона рублей.

Расчёты показывают, что создаваемый нами опытный образец двигателя может приобретаться примерно за 800 тысяч рублей.

Учитывая всё выше сказанное, мы устанавливаем такие правила: каждый благотворитель получает возможность приобрести опытный образец БМБ-200, прошедший ресурсные испытания, для установки на свое устройство. При этом место в очереди на приобретение опытного образца будет определяться величиной суммы, которая была внесена благотворителем в качестве пожертвования.

Важность БМБ-200 для народного хозяйства и окружающей среды

Наши исследования показали, что больше всего в бесшатунном двигателе нуждается легкая авиация. В настоящее время 90% авиапарка состоит из импортных летательных аппаратов. Отечественные разработчики, создавая оригинальные конструкции, не могут достойно конкурировать, так как большинство комплектующих элементов импортные, в том числе, и в первую очередь, это двигатель.

Участие в нашем проекте даёт возможность приобретать бесшатунные двигатели по цене в районе 800 тыс. руб. (при цене на близкие по характеристикам импортные двигатели от 2,5 млн руб. и выше), то есть как минимум в 3 раза дешевле. К тому же наш двигатель в среднем в два раза легче, многотопливный, более экономичный и полностью уравновешен.

Нашей целью является перевод отечественной ниши лёгких летательных аппаратов на более совершенный, экономичный и надёжный двигатель.

 

Авиация всегда была примером для всей промышленности. Развитие авиации, её уровень, в числе других показателей, определяет уровень развития страны в целом. А сама авиация оказывает огромное влияние на производительные силы страны.

Например, освоение нефтегазовых площадей в Тюменской области было осуществлено в очень короткие исторические сроки только благодаря наличию мощной на то время авиации – транспортных самолётов и вертолётов различного назначения. Легкая авиация, и особенно вертолёты, это бурно развивающийся сектор экономики.

Обостряются проблемы экологии. Требуется мониторинг окружающей среды. Охранные мероприятия, лесоустроительные работы, биотехнические мероприятия, лесопатрульные работы, предупреждение и тушение пожаров, работы в интересах сельского хозяйства. Медицинское обслуживание населения, патрулирование на дорогах, предупреждение дорожно-транспортных происшествий и ликвидация их последствий. Обслуживание трубопроводов и линий электропередач. Геологи, рыбное хозяйство, различные спасательные службы и МЧС в настоящее время не могут обходиться без лёгкой авиации и вертолётов.

Авиационный спорт, парашютный спорт. Всё это требует совершенных и экономичных лёгких летательных аппаратов. Высокие требуемые качества их в первую очередь определяются параметрами силовой установки.

Часто задаваемые вопросы

Если он такой хороший, почему его до сих пор не производят?

К началу 50-х годов получили хорошие характеристики газотурбинные двигатели, которые лучше сочетались с характеристиками самолётов. В частности, именно газотурбинные двигатели позволили получать тягу без воздушного винта, что позволило резко увеличить скорости и экономичность самолётов при полётах на повышенных скоростях. Благодаря газотурбинным двигателям удалось увеличить энерговооружённость воздушных судов и освоить большие высоты полёта, где резко падает сопротивление воздуха в силу падения плотности воздуха с высотой, что также увеличивает экономичность перемещения. Кроме того, низкая температура воздуха на большой высоте дополнительно способствует повышению экономичности двигателей.

В целом сложилась ситуация, в которой БМБ, разрабатываемые именно для авиации, неоправданно оказались «не у дел», и было принято решение поршневое направление в авиации закрыть. Такому решению и у нас, и за рубежом способствовало ещё и распространенное мнение, что «век поршневых двигателей миновал», так же как в своё время закончился «век паровых машин», тех же паровозов и т. д.

Однако время внесло свои коррективы. Поршневые двигатели не ушли в прошлое. Газотурбинные двигатели во многих областях не смогли их потеснить по вполне объективным причинам. Дороговизна, малый ресурс в условиях запылённости, повышенный удельный расход топлива, малая приёмистость и т. д. оказались трудно устраняемыми недостатками газотурбинных двигателей для многих применений, особенно на транспорте.

Чем он лучше электродвигателя?

Электродвигатель – это другой класс машин, и в данном случае сравнение двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя некорректно.

Такое сравнение нужно проводить применительно к конкретным условиям. Тип и назначение устройства, на котором будет применяться тот или иной вид двигателя. Например, электродвигатель уместен на электросамокате, квадракоптере, и плохо для этих целей подойдёт двигатель внутреннего сгорания. А, например, для вертолёта серьёзного полётного веса электродвигатель не подходит – слишком много будут весить аккумуляторы, и малое будет время полёта, если вообще такой вертолёт поднимется в воздух.

В тоже время можно подумать о «привязном» вертолёте с электродвигателем, которому питание будет подаваться с земли. А вертолёт, освободившись от веса аккумуляторов, возможно, сможет использоваться как кран в каких-то случаях. Тут нужны другие исследования и расчёты. Но они уже не связаны с двигателем внутреннего сгорания. Разве только двигатель внутреннего сгорания, спаренный с электрогенератором, будет с земли подавать по кабелю энергию на электровертолёт.

Но это всё нужно считать, и эта работа вне нашей темы.

Почему не спроектировали и не рассчитали в специализированной 3D-программе на компьютере?

Причин основных две.

— Первая. В этом не было особой нужды. «Ручное» черчение и расчёты имеют некоторые преимущества перед «электронным». При ручном вычерчивании лучше чувствуется сам предмет «вычерчивания». Он лучше понимается, возникают варианты и т.д.

— Вторая – более прозаическая. Для работы в таких программах нужен достаточно мощный компьютер, обучение, навык работы. На это всё элементарно не хватает личных денег. Ведь кроме этого идут большие расходы на приобретение материалов, инструмента и т.д. В условиях жесточайшего дефицита средств «электронные» упражнения уже выглядят не как помощь, а как ненужные игрушки, на которые просто не хватает денег, и без которых спокойно можно обойтись.

И когда делаешь своими руками детали, то тут получается полное 3D-моделирование.

Двухтактный двигатель не может быть экономичным и экологичным? Чем обусловлена экономия?

Правильно! Двухтактный двигатель с внешним смесеобразованием, в котором цилиндр продувается горючей смесью, не может быть экономичным по определению. У него примерно 60% топлива вместе с продувочной порцией вылетает в выхлопную трубу. Какая тут экономичность и экологичность? Поэтому все двухтактные двигатели (кроме простейших и маломощных) продуваются чистым воздухом и имеют впрыск непосредственно в цилиндр из форсунок под большим давлением.

Раздельная подача воздуха и топлива в цилиндр решает проблему экономичности полностью. Многие двухтактные двигатели имеют экономичность даже более высокую, чем четырёхтактные.

В нашем двигателе предусмотрено введение топлива в цилиндр двигателя как в дизеле, близко к верхней мёртвой точке. С одним отличием. В обычном дизеле топливо вводится в цилиндр через форсунку в жидком виде, что сопровождается задержкой самовоспламенения топлива. Оно должно испариться, смешаться с воздухом цилиндра двигателя, нагреться до температуры самовоспламенения и сгореть. На этот процесс требуется время, и в течение этого времени поршень должен находиться в верхней мёртвой точке. На практике это приводит к снижению оборотов, чтобы поршень находился в районе верхней мёртвой точки достаточное время.

В нашем двигателе в верхней мёртвой точке (близко к ней) в цилиндр впрыскивается топливо в газообразном состоянии с температурой (600-700 градусов), это много выше температуры нужной для самовоспламенения топлива. Воздух в цилиндре в это время сжат как в дизеле и тоже имеет высокую температуру, поэтому задержка самовоспламенения практически отсутствует. И двигатель может развивать большие обороты, что позволяет форсировать двигатель по оборотам. Этому способствует и то, что в бесшатунном двигателе отсутствует боковое давление поршня на стенки цилиндра.

На устройство для газификации получен патент.

Классы МПК: F02B15/00 Двигатели с подачей топлива в цилиндры способами, не отнесенными к другим рубрикам
F02B33/22 цилиндр нагнетателя расположен сбоку рабочего цилиндра, например параллельно с ним
Автор(ы): Зверев А.А. (RU)
Патентообладатель(и): Зверев Александр Александрович (RU)
Приоритеты:

подача заявки:
1999-09-20

публикация патента:
27.06.2004

У такой конструкции большая вибрация...

Схема кинематики бесшатунного механизма полностью исключает вибрацию. Двигатель полностью уравновешен (как турбина или электромотор).

Дело в том, что один шток, на концах которого прикреплены поршни, движется строго по синусоидальному закону (чистая синусоида). Второй шток, точная копия первого, также движется по синусоидальному закону. Оси цилиндров, в которых движутся поршни со штоками, развёрнуты друг относительно друга на 90 градусов. Поэтому и синусоиды сдвинуты по фазе друг относительно друга так же на 90 градусов. Сложение этих двух синусоид даёт один вектор, неизменный по величине и вращающийся в ту же сторону, что и коленчатый вал. Это и позволяет легко его уравновесить простым противовесом на щеках коленчатого вала.

Этот теоретический момент подтверждается практикой постройки двигателей С.С. Баландина, других авторов (первые постройки двигателей по бесшатунной схеме отмечены ещё в конце 19 – начале 20 века).

Этот момент подтверждается и постройкой макетов, созданных А.А. Зверевым. Пятый образец запускался на стенде «горячим» запуском, шестой и седьмой прокручивались от электродвигателя на оборотах 1500 об/мин – вибрации как таковые отсутствуют.

Будут проблемы со смазкой двигателя…

Вопросы смазки БМБ решаются так же как в обычном двигателе – смазка всех поверхностей идёт под давлением.

Для нашего двигателя выбрана широко распространённая, особенно в авиации, смазка с «сухим картером», при которой масло после смазки деталей из картера откачивается вторым насосом. Это обычное решение для двигателей внутреннего сгорания. Полость картера и цилиндров разобщена уплотнениями штоков, и потому масло в цилиндр не попадает.

Какой же он бесшатунный? А на что насажены поршни?

Здесь дело не в названиях, а в самом принципе преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала.

В обычном КШД поршень сочленяется через поршневой палец с деталью, которая передаёт движение поршня на коленчатый вал. Её-то и называют «шатуном», потому что головка шатуна, что расположена на поршне, движется строго возвратно-поступательно, а та часть, что охватывает шейку коленчатого вала, совершает движение по кругу, вместе с шейкой коленвала («раскачивается», «шатается»). Отсюда и название пошло – «шатун».

В «бесшатунной» схеме поршень двигателя «насажен» на деталь-посредник между поршнем и коленчатым валом «мёртво» – без каких-либо шарниров в виде поршневого пальца, например. И двигается строго параллельно «сам себе». Такие детали в технике принято называть «шток». А поскольку устранение «шатающейся» детали для двигателя имеет решающее значение, то для подчёркивания этого обстоятельства и назвали двигатель «бесшатунным». Вероятно, можно придумать другое название, например, «штоковый» двигатель. Но как-то не звучит. А название «бесшатунный поршневой двигатель» в технике прижилось.

Дело в данном случае не в терминах, а в понимании кинематики.

У Баландина была совсем другая схема двигателя…

Наш двигатель – это двигатель С.С. Баландина. Хотя у построенных двигателей С.С. Баландина схема с синхронизирующими шестернями и синхронизирующим валом. Да, в нашем двигателе шестерни отсутствуют, и принята схема с эксцентриком. Для двигателей относительно малой мощности, в диапазоне мощностей в районе 50-200 л.с. или чуть больше, схема с эксцентриком оптимальна.

Но это всё равно схема С.С. Баландина. Он такой вариант рассматривает в своей монографии «Бесшатунные двигатели внутреннего сгорания».

Так что мы не претендуем на оригинальность самой схемы – она известна. Названием «Бесшатунный мотор Баландина» мы отдаём дань памяти этому выдающемуся конструктору.

Время ДВС уходит, в тренде экология и нулевые выбросы!

Действительно, сейчас многие государства озабочены экологией на самом высшем уровне. И если бы для ДВС была достойная альтернатива, его бы уже выбросили на свалку истории, как это произошло с паровыми машинами.

И все же ДВС пока еще является оптимальным решением во многих сферах жизни людей. И для него существует три основных направления приближения к повышенным экологическим требованиям:
1) Повышение экономичности ДВС (снижение «прожорливости» его лошадиных сил). Чем меньше тратится топлива на получение той же мощности, тем меньше, при прочих равных условиях, выбросов вредных веществ в атмосферу.
2) Улучшение процесса сгорания и другие методы совершенствования рабочего процесса двигателя.
3) Создание новых видов топлива.
Есть ещё такие способы снижения вредности выбросов, как «дожигатели», «гибридизация» силовых установок и другие, но они уже «вне двигателя».

Наша разработка даёт усовершенствования по всем трём направлениям:
1) Повышение экономичности за счет дизельного процесса, который сам по себе более экономичный, нежели у двигателя с внешним смесеобразованием и искровым зажиганием.
2) Применяется особый дизельный процесс, отличающийся от «классического» тем, что топливо в цилиндр вводится не напрямую через форсунку (при этом оно не успевает в полной мере подготовиться к сгоранию, и часть топлива просто не догорает, из-за чего бывает «чёрный» выхлоп), а поступает в цилиндр в газообразном состоянии, то есть предварительно газифицируется и по этой причине сгорает плавно и полностью.
3) Новые виды топлива. За счёт газификации топлива эффективно могут применяться любые виды топлива от газа до флотского мазута и сырой очищенной нефти включительно.

И подчеркнём особо: в нашей разработке в топливо не требуется добавлять какие-либо добавки типа тетраэтилсвинца. Значительно снижается содержание оксидов азота в выхлопных газах.

Таким образом, наша разработка позволяет значительно улучшить состояние воздушного бассейна.

Контакты

Автономная некоммерческая организация «Конструкторское бюро Зверева «Русский мотор»

i

ИНН 7203486727 | ОГРН 1197232021029

Реквизиты:
Западно-Сибирское отделение № 8647 ПАО Сбербанк
р/с 40703810667100001200
БИК 047102651
к/с 30101810800000000651

Юридический адрес:
625027, Россия, г. Тюмень, ул. Харьковская, д. 54-а, кв. 30.

Директор
Зверев Александр Александрович
8 (3452) 41-54-62
8 922 475-96-11

Зам. директора
кандидат технических наук
Распопов Роман Владимирович
8 905 820-52-83

Электронный адрес
info@kbrusmotor.ru

Мы используем cookie-файлы для наилучшего представления нашего сайта. Продолжая использовать этот сайт, вы соглашаетесь с использованием cookie-файлов.
Принять