Кіріспе
Ішкі жанатын қозғалтқыштың түрі. Бурк қозғалтқышы – 1920 жылдары Рассел Бурк жасаған екі тактілі ішкі жанатын қозғалтқышты жетілдіру әрекеті. Ол жобасын аяқтап, бірнеше жұмыс істейтін қозғалтқыштар жасағанына қарамастан, Екінші дүниежүзілік соғыстың басталуы, сынақ нәтижелерінің жетіспеуі және әйелінің денсаулығының нашарлауы оның қозғалтқышының сәтті нарыққа шығуына тосқауыл болды. Бұл конструкцияның басты артықшылықтары – тек екі қозғалмалы бөлігі бар, жеңіл салмақты, бір айналымда екі қуат импульсін береді және отынға май қосу қажеттілігі жоқ. Бурк қозғалтқышы негізінен екі тактілі конструкция болып табылады, онда екі поршень бір уақытта бір бағытта қозғалатын екі поршеньді жиынтық қолданылады, олардың біреуі көлденең орналасқан, ал олардың жұмысы 180 градусқа қарама-қарсы фазада жүзеге асырылады. Поршеньдер әдеттегі коленвал механизмі орнына шотландтық сақина механизмімен байланыстырылған, сондықтан поршеньдердің үдеуі толық синусоида тәрізді болады. Бұл поршеньдердің жоғарғы өлі нүктеде дәстүрлі қозғалтқыштарға қарағанда көбірек уақыт өткізуіне себеп болады. Кіретін жанар май поршеньдердің астындағы камерада, дәстүрлі екі тактілі қозғалтқыштардағыдай, қысымға ұшырайды. Поршень сақинасы жанар майдың төменгі бөлігіндегі майлау майын ластауына жол бермейді.
The Bourke engine was an attempt by Russell Bourke, in the 1920s, to improve the two stroke internal combustion engine. Despite finishing his design and building several working engines, the onset of World War II, lack of test results, and the poor health of his wife compounded to prevent his engine from ever coming successfully to market. The main claimed virtues of the design are that it has only two moving parts, is lightweight, has two power pulses per revolution, and does not need oil mixed into the fuel. The Bourke engine is basically a two stroke design, with one horizontally opposed piston assembly using two pistons that move in the same direction at the same time, so that their operations are 180 degrees out of phase. The pistons are connected to a Scotch yoke mechanism in place of the more usual crankshaft mechanism, thus the piston acceleration is perfectly sinusoidal. This causes the pistons to spend more time at top dead center than conventional engines. The incoming charge is compressed in a chamber under the pistons, as in a conventional crankcase charged two stroke engine. The connecting rod seal prevents the fuel from contaminating the bottom end lubricating oil.
Механикалық ерекшеліктері
Шотландтық иық және сызықтық жылжымалы жалғау тағандары. Аз қозғалмалы бөлшектер (бір қарсы цилиндр жұбына тек 2 қозғалмалы жиынтық) және қарсы цилиндрлерді 2, 4, 6, 8, 10, 12 немесе кез келген жұп сандағы цилиндрлерге біріктіруге болады. Пистон шотландтық иыққа сырғанамалы подшипник арқылы қосылады (гидродинамикалық еңкейту төсегі бар сұйықтық подшипнігінің бір түрі). Механикалық отын инжекциясы. Клапандардың орнына порттар. Қарапайым құралдармен оңай күтіп-жөндеу (жоғарғы жөндеу). Шотландтық иық поршеньге бүйірлеме күштер түсірмейді, бұл сүргі мен поршеньнің тозуын азайтады. Тығыздағыштардың орнына О-сақиналар қолданылады. Шотландтық иық поршеньдердің жоғарғы өлі нүктеде сәл ұзағырақ тоқтауына мүмкіндік береді, соның арқасында отын кішкентай көлемде толығырақ жанады.
Газ ағыны және термодинамикалық ерекшеліктер
Төмен температуралы газ шығару (қайнаған судан төмен температурада), сондықтан металл газ шығару компоненттері қажет емес; егер газ шығару жүйесінен мықтылық талап етілмесе, пластик компоненттерді пайдалануға болады. Жоғары тиімділік үшін 15:1 – 24:1 аралығындағы сығылу қатынасы, және оны әртүрлі отын түрлеріне және жұмыс талаптарына қарай оңай өзгертуге болады. Отын, беру тесіктеріне шашыратылғанда буланады, ал сорғыш құбырлардағы турбуленттілік және поршень пішіні сақиналардың үстінде отын-ауа қоспасын жану камерасына қабаттап жібереді. Тиімділікті арттыру және шығарындыларды азайту үшін жұқа қоспамен жұмыс істейді.
Сымдау
Бұл конструкция күйдіру камерасынан (төрт тактілі қозғалтқышта поршень сақиналарының тозуынан және екі тактіліде тікелей жанудан туындаған) ластанудың алдын алу үшін май тығыздағыштарын қолданады, бұл майдың қызмет ету мерзімін ұзартады, себебі май сақиналарды маймен толық ұстау үшін баяу жұмсалады. Майдың баяу жұмсалатыны көрсетілді, бірақ оның мөлшері мен тазалығын тексеруді оның авторы Рассел Бурк ұсынған. Поршеньге қосылатын таяқтың үстіндегі май тығыздағышы негізгі майлау майын күйдіру камерасының ластануынан қорғайды. Поршень сақиналары цилиндр қабырғасындағы ең төменгі нүктедегі кішкентай тесік арқылы маймен жабдықталады.
Мәлімделген және өлшенген өнімділік
Тиімділік 0,25 (фунт/сағ)/ат күші – ең жақсы дизельді қозғалтқышпен шамалас немесе ең жақсы екі тактылі қозғалтқыштан шамамен екі есе тиімді деп мәлімделеді. Бұл 55,4% термодинамикалық тиімділікке тең, бұл кішкентай ішкі жану қозғалтқышы үшін өте жоғары көрсеткіш. Үшінші тарап куә болған сынақта нақты отын тұтыну 1,1 ат күші/(фунт/сағ) немесе 0,9 (фунт/сағ)/ат күші болды, бұл шамамен 12,5% термодинамикалық тиімділікке тең, бұл 1920 жылдардағы бу қозғалтқышының әдеттегі көрсеткіші. 30 куб дюймдік Vaux қозғалтқышын сынақтан өткізу кезінде, Буркпен жақын байланыста болған адам 1,48 фунт/(ат күші сағ) немесе 0,7 (фунт/сағ)/ат күші отын тұтынуын көрсетті. Күш пен салмақ арақатынасы Silver Eagle 45 фунт салмақтан 25 ат күшін шығарады, яғни күш пен салмақ арақатынасы 0,55 ат күші/фунт. Үлкен 140 куб дюймдік қозғалтқыш 125 фунт салмақтан 120 ат күшін шығарады, шамамен 1 ат күші/фунт. Model H 95 фунт салмақта 60 ат күшін шығарады, сондықтан күш пен салмақ арақатынасы 0,63 ат күші/фунт. 30 куб дюймдік қос қозғалтқыш 15000 айналымда 114 ат күшін шығарады, ал салмағы бар болғаны 38 фунт, бұл керемет 3 ат күші/фунт. Дегенмен, Vaux Engines-тен алынған 30 куб дюймдік көшірмесі, қайта жөндеуден кейін де 4000 айналымда бар болғаны 8,8 ат күшін шығарды. Басқа дереккөздер 0,9-ден 2,5 ат күші/фунтқа дейін мәлімдейді, бірақ бұл жоғары көрсеткіштерді растайтын тәуелсіз куәгерлікпен жүргізілген сынақтар құжатталмаған. Осы көрсеткіштердің жоғарғы шегі осы жерде көрсетілген ең жақсы төрт тактылі өндірістік қозғалтқыштан екі есе жақсы немесе Graupner G58 екі тактылі қозғалтқышынан 0,1 ат күші/фунт артық. Төменгі мәлімдеме көзге түспейді, оны өндірістік төрт тактылі қозғалтқыштар оңай басып өтеді, тіпті екі тактылі қозғалтқыштарды айтпағанда. Шығарындылар Жарияланған сынақ нәтижелерінде дерлік ешқандай көмірсутектер (80 ppm) немесе көміртек моноксиді (10 ppm-ден аз) анықталмады, бірақ бұл нәтижелер үшін қуат көрсетілмеген, ал NOx өлшенген жоқ. Аз шығарындылар Қозғалтқыш ешқандай өзгеріссіз сутегімен немесе кез келген көмірсутек отынымен жұмыс істей алады деп мәлімделеді, шығарындылар тек су буы мен көмірқышқыл газынан тұрады.
Бурк қозғалтқышының инженерлік сын
Бёрк қозғалтқышының қызықты ерекшеліктері бар, бірақ оның өнімділігі туралы асыра сілтеулер нақты сынақтарда расталмауы мүмкін. Көптеген талаптар бір-бірімен қайшы келеді. Ауа компрессор камерасы мен картер арасындағы тығыздағыштан туындайтын үйкеліс, шатунға қарсы, тиімділікті төмендетеді. Тиімділік сорғы шығындарының салдарынан төмендейді, себебі ауа заряды екі рет сығылады және кеңейтіледі, бірақ энергия поршеньнің бір соққысында кеңейтудің тек біреуінен ғана қуат алу үшін жұмсалады. Қозғалтқыштың салмағы жоғары болуы мүмкін, өйткені ол жоғары температурадағы жылдам жану нәтижесінде туындайтын жоғары қысымға төтеп беру үшін өте берік құрылыммен жасалуы керек. Әрбір поршень жұбы теңгерімсіз, себебі екі поршень бір уақытта бір бағытта қозғалады, бұл боксерлік қозғалтқыштан өзгеше. Бұл қозғалтқыштың жылдамдық диапазонын шектейді, демек, оның қуатын төмендетеді және құрамалардағы жоғары күштерге қарсы тұру үшін қажетті мықты құрылымға байланысты салмағын арттырады. Жоғары жылдамдықты екі тактілі қозғалтқыштар төрт тактілі қозғалтқыштармен салыстырғанда тиімсіз болады, өйткені сіңірілген зарядтың бір бөлігі жанып үлкермей, түтінмен бірге шығып кетеді. Артық ауа қолдану қозғалтқыш көлеміне шаққанда қол жетімді айналым моментін азайтады. Газдарды кішкентай тесіктер арқылы жылдам шығару тиімділікті одан әрі төмендетеді. Ішкі жану қозғалтқышын детонация режимінде жұмыс істету тиімділікті төмендетеді, себебі жану газдарының шок толқындарынан туындап, жану камерасының қабырғаларына соғылып, жылу жоғалтады. Газ шығарылымдары кейбір сынақтарда төмен деңгейде болғанымен, бұл әрқашан толық қуатта болмаған. Қаптама коэффициентінің (яғни, қозғалтқыш айналым күшінің) жоғарылауымен бірге HC және CO шығарылымдары да артады. Жоғарғы өлі нүктеде (ЖӨН) ұзақ уақыт тоқтау цилиндр қабырғаларына көбірек жылу беруге мүмкіндік береді, бұл тиімділікті төмендетеді. Автотұтану режимінде жанудың басталу уақыты қозғалтқыштың жұмыс жағдайымен басқарылады, ал ұшқышпен немесе дизельдік қозғалтқыштардағыдай тікелей емес. Осылайша, оны бір жұмыс жағдайына оңтайландыруға болады, бірақ қозғалтқыш әдетте кездесетін айналым моменттері мен жылдамдықтарының кең диапазонына емес. Нәтижесінде тиімділік төмендейді және шығарындылар көбейеді. Тиімділік жоғары болса, Карно циклы талап ететіндей, жану температурасы да жоғары болуы керек, ал отын-ауа қоспасы жұқа болуы керек. Жоғары жану температурасы мен жұқа қоспалар азот диоксидінің түзілуіне әкеледі.
Патенттер
Расселл Бурк 1939 жылы қозғалтқышқа британдық және канадалық патенттер алды: GB514842 және CA381959. Ол 1939 жылы тағы да патент алды.