Баландин, Сергей Степанович
Баландин, Сергей Степанович
| Сергей Степанович Баландин | |
|---|---|
 | |
| Дата рождения | 4 июля 1907 ( 1907-07-04 ) |
| Место рождения | деревня Заборная, Краснокамский район, Молотовская область, Российская империя |
| Дата смерти | 12 сентября 1992 ( 1992-09-12 ) (85 лет) |
| Место смерти | Москва, Россия |
| Страна |  Российская империя ,  СССР |
| Научная сфера | механика, авиационная техника |
| Известен как | Создатель авиационных двигателей внутреннего сгорания бесшатунной схемы |
Серге́й Степа́нович Бала́ндин (4 июля 1907, дер. Заборная Краснокамского района Молотовской области — 12 сентября 1992, Москва) — советский конструктор авиационных двигателей бесшатунной схемы.
Содержание
- 1 Биография
- 2 Разработки
- 3 Награды
- 4 Библиография
- 5 Источники
Биография [ править | править код ]
Сергей Степанович Баландин является конструктором поршневых авиационных двигателей необычной бесшатунной схемы, разрабатывавшихся в СССР в 1930—1940-х годах. Генерал-майор авиации. Удачное применение элипсографического принципа вместе с отсутствием шатунов и их антиподов противовесов на коленчатом валу, позволяло создавать достаточно компактные и теоретически идеально сбалансированные двигатели внутреннего сгорания.
Разработки [ править | править код ]
В период с 1937 по 1951 годы были разработаны и опробованы несколько модификаций двигателей — от простого экспериментального четырёхцилиндрового двигателя (ОМБ, 80–140 л. с.) до восьмицилиндрового двигателя двойного действия (ОМ127-РНб 3200 л. с.).
Также были сконструированы двигатели с гораздо большими мощностями (10 000 — 14 000 л. с.), но так и не доведённые до серийного производства в связи с появлением реактивных и турбореактивных двигателей, а также сложностью схемы, предложенной Баландиным.
Интерес к двигателям бесшатунной схемы остаётся и сегодня, и время от времени в прессе появляются заметки о новых решениях, устраняющих недостатки одной из модификаций БСМ, описанных Сергеем Степановичем Баландиным на страницах его книги «Бесшатунные двигатели внутреннего сгорания», увидевшей свет в двух редакциях, в 1968 и 1972 годах соответственно.
Некоторые [ кто? ] убеждены, что в настоящее время ещё одним препятствием продвижению бесшатунных двигателей на рынок является явное или скрытое сопротивление производителей двигателей традиционной кривошипно-шатунной схемы и деталей к ним.
Награды [ править | править код ]
Правительство СССР высоко оценило трудовые заслуги С. С. Баландина, наградив его орденами и медалями.
Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания с вращающимся цилиндром
Владельцы патента RU 2686361:
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в качестве силового агрегата в транспортных машинах, а также других передвижных стационарных устройствах, например в перфораторах, вибротрамбовках. Задача изобретения — упрощение конструкции двигателя и уменьшение его габаритов при сохранении его надежности и бесперебойной работы. Это достигается тем, что бесшатунный двигатель внутреннего сгорания с вращающимся цилиндром включает цилиндр 1, установленный в нем поршень 2 с выполненным криволинейным бесконечным пазом под сферические тела 5 и камеру сгорания 3. В предложенном решении сферические тела установлены в стенках цилиндра, выполненного с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движений, на внутренней поверхности которого расположен проходной вырез 4, сообщающийся с камерой сгорания, а поршень включает окна впуска 7, выпуска 8 и зажигания 9 с возможностью сообщения их с проходным вырезом 4. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению и может быть использовано в качестве силового агрегата в транспортных машинах, а также других передвижных стационарных устройствах, например в перфораторах, вибротрамбовках.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению, принятым за прототип, является бесшатунный двигатель внутреннего сгорания с врающимися поршнями (патент РФ на изобретение №2099559, опубл. 20.12.1997), содержащий цилиндр на внутренней поверхности которого выполнен криволинейный бесконечный паз с установленными в полусферические гнезда поршней шарами. Поршни при схождении и в совокупности с цилиндром образуют камеру сгорания. В днище каждого поршня имеются отверстия, через которые проходит выходной вал, снабженный шлицами и связанный с поршнями через шлицевые втулки, закрепленные на поршнях. В корпусе цилиндра выполнены форсунки, продувочный и выпускной ресиверы. Выходной шлицевой вал установлен в подшипниках, и на нем установлены шестерни отбора мощности. Отверстия уплотнены кольцами.
С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: цилиндр, установленный в нем поршень, криволинейным бесконечным паз под сферические тела и камеру сгорания.
Недостатками данного двигателя являются большие габариты и сложность его конструкции, вызванные большим количеством необходимых для данной конструкции деталей, что снижает надежность двигателя. При этом отсутствует возможность использовать свечу накаливания.
Задача изобретения — упрощение конструкции двигателя и уменьшение его габаритов при сохранении его надежности и бесперебойной работы.
Это достигается тем, что бесшатунный двигатель внутреннего сгорания с вращающимся цилиндром включает цилиндр, установленный в нем поршень с выполненным криволинейным бесконечным пазом под сферические тела и камеру сгорания. В предложенном решении сферические тела установлены в стенках цилиндра, выполненном с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движений, на внутренней поверхности которого расположен проходной вырез, сообщающийся с камерой сгорания, а поршень включает окна впуска, выпуска и зажигания с возможностью сообщения их с проходным вырезом.
Для упрощения системы зажигания в окне зажигания можно использовать свечу зажигания.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 — изображен общий вид двигателя; фиг. 2 — вид сверху с фиг. 1; фиг. 3 — разрез А-А на фиг. 1; фиг. 4 — разрез Б-Б на фиг. 1; фиг. 5 — разрез В-В на фиг. 2; фиг. 6 — разрез Г-Г на фиг. 2; фиг. 7 — схема работы двигателя.
Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания включает цилиндр 1 с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движений относительно поршня 2, установленного в нем. Внутреннее пространство цилиндра 1, ограниченное торцевой поверхностью поршня 2, образует камеру сгорания 3. На внутренней поверхности цилиндра расположен проходной вырез 4, сообщающийся с камерой сгорания 3. С противоположной стороны в стенках цилиндра установлены сферические тела 5, например шары, которые входят в сочленение с криволинейным бесконечным пазом 6, например, синусоидальной формы, выполненном на внешней поверхности поршня 2. В совокупности цилиндр 1, поршень 2, паз 6 и тела 5 образуют передаточный механизм.
Поршень включает окно впуска 7 горючей смеси и окно выпуска 8 отработанных газов, с возможностью сообщения с проходным вырезом, а также окно зажигания 9, имеющее возможность сообщение с проходным вырезом, расположенное на равноудаленном расстоянии от окон впуска и выпуска.
Окно впуска 7 горючей смеси представляет из себя полость в поршне 2, нижняя часть которой служит для присоединения к источнику горючей смеси, а верхняя часть, которой выполнена в виде прямоугольного окна в стенке поршня так, что обеспечивает прохождение горючей смеси через проходной вырез 4 цилиндра 1 в камеру сгорания 3 в течение всего такта впуска.
Окно выпуска 8 отработанных газов представляет из себя полость в поршне 2, нижняя часть которой подсоединена к выхлопной трубе (на фиг. не показана), а верхняя часть которой выполнена в виде прямоугольного окна в стенке поршня 2 так, что обеспечивает прохождение отработанных газов из камеры сгорания 3 через проходной вырез 4 цилиндра 1 в выхлопную трубу в течении всего такта выпуска. Окна впуска 7 и выпуска 8 и проходной вырез образуют механизм газораспределения.
Окно зажигания 9 представляет собой полость в поршне 2, выполненную под углом от его оси, для удобства установки свечи зажигания 10, которая обеспечивает воспламенение горючей смеси в момент прохождения проходного выреза 4 через окно зажигания в начале такта рабочего хода.
В окне зажигания 9 в месте сообщения с проходным вырезом установлена свеча зажигания 10, например, свеча зажигания. Окно зажигания 9, проходного выреза 4 и свечи зажигания 10 образуют систему зажигания.
Двигатель работает следующим образом: на фиг. 7 изображен четырехтактный цикл работы предлагаемого двигателя. При работе двигателя цилиндр 1 совершает возвратно-поступательное и вращательное движения вокруг поршня 2, двигаясь своими сферическими телами 5 в криволинейном бесконечном пазу 6 поршня. При этом камера сгорания 3 меняет свой объем в зависимости от такта хода.
Исходное положение Сферические тела 5 находятся в нижней части паза 6. Вырез 4 находится в начале окна впуска 7. Камера сгорания 3 имеет минимальный объем. Цилиндр 1 имеет момент количества движения за счет предыдущего рабочего хода.
Сферические тела 5 движутся по пазу вверх и вращают цилиндр 1 вокруг его продольной оси по часовой стрелке. При этом объем камеры сгорания 3 увеличивается и горючую смесь засасывается через вырез 4 цилиндра 1 и окно впуска 7, которое остается открытым до тех пор, пока сферические тела 5 не достигнут верхней точки паза 6 и вырез 4 не выйдет из зоны окна впуска 7.
Сферические тела 5 вместе с цилиндром 1 движутся по пазу 6 вниз. Происходит сжатие смеси до тех пор, пока вырез 4 не установится напротив окна зажигания 9.
Такт 3. Рабочий ход
Сжатая горючая смесь в камере сгорания 3 соприкасается со свечой зажигания 10, установленной в окне зажигания 9. Происходит воспламенение горючей смеси. Под давлением сгоревшей смеси цилиндр 1 вместе со сферическими телами 5 движутся вверх и вращаются по часовой стрелке до тех пор, пока вырез 4 не дойдет до окна выпуска 8.
Сферические тела 5 вместе с цилиндром 1 движутся по пазу 6 вниз и поворачиваются вокруг продольной оси цилиндра 1 по часовой стрелке, при этом из камеры сгорания 3 выдавливаются выхлопные газы через вырез 4 цилиндра 1 и окно выпуска 8.
На этом цикл работы двигателя завершен и он готов к следующему циклу.
Во время работы двигателя, благодаря предложенной конструкции, проходной вырез 4 вместе с цилиндром 1 совершают возвратно-поступательное и вращательное движения вокруг поршня 2. При этом проходной вырез 4 через окно впуска 7 пропускает горючую смесь в камеру сгорания 3 (осуществляется такт впуска). Затем проходной вырез 4 выходит из зоны окна впуска 7 и наступает такт сжатия до окна зажигания 9, где горючая смесь поджигается и через проходной вырез 4 воспламеняется горючая смесь в камере сгорания 3 (такт рабочего хода). При дальнейшем движении цилиндра 1 его проходной вырез 4 входит в сообщение с окном выпуска 8 и начинается такт выпуска до тех пор, пока проходной вырез 4 не совпадет с началом окна впуска 7. Далее цикл повторяется.
За счет обеспечения возвратно-поступательного и вращательного движений цилиндра происходит регулирование газораспределения и зажигания. Предложенное изобретение, отличающееся малыми габаритами и простой, обеспечивает надежную и бесперебойную работу в четырехтактном цикле. Помимо этого работа двигателя в четырехтактном цикле обеспечивает его экологичность.
1. Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания с вращающимся цилиндром, включающий цилиндр, установленный в нем поршень с выполненным криволинейным бесконечным пазом под сферические тела и камеру сгорания, отличающийся тем, что сферические тела установлены в стенках цилиндра, выполненного с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движений, на внутренней поверхности которого расположен проходной вырез, сообщающийся с камерой сгорания, а поршень включает окна впуска, выпуска и зажигания с возможностью сообщения их с проходным вырезом.
2. Бесшатунный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что в окне зажигания может быть установлена свеча зажигания.
Бесшатунный двигатель с динамически изменяемым минимальным объёмом
2) 2) Площадь поверхностей соприкасающихся с трением очень мала;
3) 3) Форма машины в форме полусферы и сферы позволяет полностью использовать весь объём машины занимая минимум места;
4) 4) Изменение рабочих объёмов и движение деталей механизма гармонично описываются синусоидальной функцией, что обеспечит отсутствие вибраций и критических нагрузок, плавность работы и постоянство мощности двигателя;
5) 5) Простота изготовления деталей их сборки, отсутствие необходимости прецизионной точности, малый вес двигателя;
6) 6) Возможность изменения рабочего объёма двигателя в любой момент его движения, что позволит применять разные виды топлива и регулировать нагрузку двигателя;
7) 7) Все эти преимущества дадут значительную экономию топлива, увеличат мощность и уменьшат количество вредных выбросов;
Так же возможно менять местами вращающуюся и статическую часть двигателя, достигая при этом новых эффектов.
Экспертное заключение по материалам Д. Федорова «Бесшатунный двигатель с динамически изменяемым минимальным объемом»
В представленных материалах описана принципиальная схема сферической объемной машины со сфера-секторами, которые имеют возможность движения с варьированием минимального внутреннего объема.
Для того, чтобы представить работу такой машины в качестве двигателя внутреннего сгорания, недостаточно представленных автором данных по следующим вопросам.
1. Двигатель работает как свободно-поршневой или все-таки как вальный?
2. Сам двигатель и система газораспределения работают по 2-х или 4-х тактному циклам?
3. Каково устройство преобразовательного механизма для передачи крутящего момента в случае вального ДВС?
4. Какова система подачи топлива (дизель или двигатель с искровым зажиганием)?
В принципе сферические устройства находят применение в автостроении, например, как шарниры равных угловых скоростей в автомобилях с передним приводом. Однако, опыт использования сферических пар трения в ДВС (например, в двигателях аксиального типа) не показал достаточно надежной работы таких пар трения в условиях высоких чисел оборотов и нагрузок, характерных для ДВС, в сравнении с классическими цилиндрическими парами трения, со стабильной масляной пленкой при доведенной системе смазки и подобранных высококачественных моторных масел.
Супердвигатель без коленвала — какой он, мотор из будущего?
На протяжении многих лет инженеры старались представить, как должен работать супердвигатель без коленвала. Ведь это снизило бы расход топлива и степень негативных последствий постоянной вибрации в моторе. И это случилось, изобретение вызвало многочисленные дискуссии. Попробуем составить впечатление об этом агрегате.
Как зарождался современный ДВС?
Если сравнивать автомобиль с организмом человека, то именно движок будет выполнять роль сердца. Без него эксплуатация транспортного средства попросту невозможна. Само слово мотор в переводе с латыни означает приводить в движение. И если в двух словах, то это устройство отвечает за преобразование энергии от сгорания топлива в механическую, без которой автомобиль не заведется.
Впервые о подобном агрегате услышали в далеком 1801 году, а благодарить за это изобретение следует французского инженера Филиппа Лебона. А вот создателем образцов, наиболее близких по строению к современным моторам, считают немецкого инженера-самоучку Николауса Отто. О его достижениях мир узнал спустя более 70 лет, в 1877 году.
Французский инженер Филипп Лебон
За пять лет до этого Брайтон попытался воплотить в жизнь силовой агрегат, который будет работать на керосине, предыдущие устройства функционировали за счет газа. Попытка оказалась неудачной. Но в 1882 году жизнь получил новый агрегат, работающий на жидком топливе – бензине. И благодарить за его появление на свет человечество обязано немецкого конструктора, инженера и промышленника Готтлиба Даймлера.
Почему мы хотим избавиться от коленчатого вала?
Более двухсот лет прошло с момента появления первого силового агрегата, и с тех пор многое изменилось. Появились различные модификации, теперь они работают на бензине, солярке, газе, но неизменной осталась функция и роль мотора в строении авто. Однако значительный скачок приходится именно на наш век. Сегодня зарождаются новые технологии, и уже есть разработки двигателей без коленвала. Но как может мотор работать без этого узла?
Двигатель без коленвала
Если разобраться, традиционный кривошипно-шатунный механизм имеет ряд недостатков. Например, во время его работы создается очень сильное боковое усилие на стенки цилиндра. Это приводит к преждевременному износу поршня. Еще подобное усилие значительно увеличивает потери на трение, а значит, страдает КПД. Чтобы исключить этот недостаток, нужен механизм, в котором шатун будет совершать только возвратно-поступательные движения. А вот угловые качения следует полностью устранить. Сейчас можно найти множество разработок подобных агрегатов. Некоторые из них имеют право на существование, другие никуда не годятся.
Основой многих изобретений выступает бесшатунный двигатель Баландина. Его работа заключается в преобразовании возвратно-поступательных движений благодаря специальному эксцентрическому механизму, к которому предъявляются очень высокие требования, что и мешает сделать мотор доступным.
На сегодняшний день у инженеров получилось создать рабочий и прошедший все испытания двигатель, в котором уменьшили количество подшипников коленвала. Это двухпоршневые конструкции. И скорее всего в ближайшие годы этот образец будет пущен в массовое производство. Это, конечно, не воплотило мечту миллионов в реальность, но существенно приблизило нас к ней. А пока что ДВС без коленвала остается навязчивой идеей, и поиски решений продолжаются.
Как видит работу мотора без коленвала Баландин?
Рассмотрим основные элементы и принцип работы таких чудо-агрегатов. Идеально гладкий поршень, на поверхности которого нанесена специальная волнообразная выемка, насаживается на вал. Сюда фиксируется и золотник. Его крепят посредством болтового соединения. Сверху поршня надевается гильза. Вся конструкция помещается в корпус. В его верхней части предусмотрена специальная выемка, куда и устанавливается ролик, а затем она закрывается крышкой на болтах.
Имеется головка, в которую вставляется свеча зажигания. С боковой стороны устанавливается глушитель, который тоже фиксируется посредством четырех длинных болтов. С противоположного торца от головки устанавливается система зажигания и соединяется со свечей посредством тонких трубок. А рядом сбоку крепится карбюратор.
Свечи зажигания для мотора Баландин
Если желаете более наглядно ознакомиться с принципом работы двигателя без коленвала, видео с подробной схемой мы разместили чуть ниже, а сейчас опишем этот процесс в общих чертах. Поршень делает возвратно-поступательные движения. Вал и поршень имеют сквозные отверстия, расположенные в одной плоскости. В них вставляется цилиндр, благодаря которому обеспечивается жесткое соединение. Поэтому при вращении вала вокруг своей оси такие манипуляции испытывает и прикрепленная к нему деталь.
Топливо поступает из бензобака в карбюратор, где распыляется через специальный клапан и перемешивается с воздухом. Когда поршень движется в сторону головки, открывается впускное окно и топливно-воздушная смесь поступает в подпоршневое пространство. Затем окно закрывается, а горючее сжимается вследствие изменения движения детали в противоположную сторону. В это время открывается продувочное окно, и смесь поступает в камеру сгорания, где опять происходит ее сжатие, обусловленное движением поршня.
Поршни двигателя без коленвала
Когда поршень находится в крайнем положении, в камере возникает огромное давление и горючее воспламеняется. Этот мини-взрыв толкает поршень в противоположную сторону. Пройдя немного, он открывает канал, через который отработанные газы покидают камеру сгорания. И этот процесс циклично повторяется на протяжении всей работы движка.
Технически подкованным людям при просмотре видеодемонстрации наверняка бросаются в глаза некоторые слабые места такой разработки. И конструкторы продолжают искать пути к повышению надежности и устойчивости такого механизма. Анализ крупных салонов последнего десятилетия показывает, что гиганты автопрома усердно трудятся над совершенствованием мотора. Поэтому есть надежда, что двигатели внутреннего сгорания без коленвала совсем скоро получат реализуемую и надежную конструкцию и автопарк всего мира существенно изменится.
