Кіріспе
Қозғалтқыш конфигурациясы
Айналатын поршеньді қозғалтқыш – іштен жану қозғалтқышының бір түрі, онда поршеньдер дөңгелек пішіндес "цилиндрдің" ішінде айналма қозғалыс жасайды, қысым мен кеңеюді қамтамасыз ету үшін бір-біріне жақындап, алыстайды. Әдетте, екі жиын поршеньдер қолданылады, олар цилиндрдің айналасында белгілі бір қатынаста айналу үшін тісті дөңгелектермен байланыстырылған. Кейбір нұсқаларында поршеньдер бүкіл қозғалтқыш айналасында айналудың орнына, белгілі бір орталық нүктеде тербеледі. Бұл конструкция тербелісті поршеньді қозғалтқыш, поршеньдер айналудың орнына тербелгенде дірілдейтін қозғалтқыш немесе "цилиндрдің" пішініне сәйкес тороидті қозғалтқыш деп те аталады. Көптеген айналатын поршеньді қозғалтқыштар ұсынылған, бірақ ешқайсысы сәттілікке жеткен жоқ. 2010 жыл шамасында жасалған екі прототип – Yo Mobile гибридтік көлігінде пайдалануға арналған американдық MYT және ресейлік ORE қозғалтқыштары. Екеуі де жоғары жанармай тиімділігі мен салмаққа шаққандағы қуаттың жоғары көрсеткіштері туралы мәлімдеді, бірақ мәлімделген тиімділік немесе қозғалтқыштардың практикалық қолдануға жеткілікті төзімділігінің сәтті мысалдары көрсетілген жоқ.
A swing piston engine is a type of internal combustion engine in which the pistons move in a circular motion inside a ring shaped "cylinder", moving closer and further from each other to provide compression and expansion. Generally two sets of pistons are used, geared to move in a fixed relationship as they rotate around the cylinder. In some versions the pistons oscillate around a fixed center, as opposed to rotating around the entire engine. The design has also been referred to as a oscillating piston engine, vibratory engine when the pistons oscillate instead of rotate, or toroidal engine based on the shape of the "cylinder". Many swing piston engines have been proposed, but none have been successful. Two attempts in about 2010 are the prototype American made MYT engine and prototype Russian ORE for use in the Yo Mobile hybrid car. Both claimed high fuel efficiency and high power to weight ratio, but there have been no successful demonstrations of claimed efficiency or that the engines are durable enough for practical use.
Бу қозғалтқыштары
Свинголы поршеньді қозғалтқыштар алғаш рет 1820 жылдары бу турбинасының кеңінен қолданылуына дейін бу қозғалтқыштарының балама дизайны ретінде пайда болды. Бұл мысалдарда "поршень" әдетте қазіргі заманғы ішкі жану қозғалтқыштарындағыдай цилиндрлі болмайды, көбінесе жоғарыдан қарағанда тіктөртбұрышты көлденең қимаға ие және жалпақ диск тәрізді "цилиндрде" айналады. Бүйінен қарағанда олар жалпақ пластиналар немесе пирог тілі тәрізді болып келеді. Бұл жағдайларда "свинголы поршень" термині толыққанды дұрыс емес, бірақ жұмыс циклы бірдей және оны осы ретте қарастыру қажет. Алғашқы мысалы 1829 жылы Элайджа Галлоуэймен кемелерді қозғалту үшін ұсынылды. Ол 270 градусқа айналатын бір қанатқа ие болды. Бұл нұсқа ешқашан іске аспаған болуы мүмкін, бірақ оның моделі әлі де Ғылым мұражайында сақтаулы. Галлоуэй сонымен қатар желпуіштерді пайдалана отырып, әртүрлі ротациялық қозғалтқыштарды да жасады. 1841 жылы Джон Джонстың "Кембриан жүйесі" одан да маңызды әрекет болды. Бұл конструкцияда екі-үш жалпақ пластина қолданылды, олар цикл жалғасқанда біріне-бірі жақындап немесе алыстап қозғалды. Пластиналар ең жақын болғанда, бу клапан арқылы олардың арасына жіберіліп, цикл жалғасқанда оларды айырды. Пластиналар ең үлкен арақашықтыққа жеткенде, ішкі өткел ашылып, ішінара кеңейген бу құрылғының ортасынан желпуіштердің екінші жағындағы кеңістікке ағып түсуге мүмкіндік берді, олар енді ең аз арақашықтықта болды. Осылайша, бұл конструкция тиімді түрде күшті қозғалтқыш болып табылды. Одан кейін көптеген өзгерістер жасалды, олардың кейбіреулері шектеулі қолданысқа ие болды. Олардың ішінде Джон Эриксонның 1843 жылғы дизайны ерекше көзге түсті, ол АҚШ-тың алғашқы бұрандалы бу кемесі - "Принстонды" қуатпен қамтамасыз етті. Чарльз Парсонс бұл тұжырымды зерттеді және бу турбинасына көшуден бұрын екі свинголы поршеньді қозғалтқыш дизайнын жасаған көрінеді. Рутс ағайындары ерекше типті свинголы поршеньді қозғалтқышты жасады, бірақ олар суперчарджер дизайнымен көбірек танымал.
Ішкі жану
Ішкі жану қозғалтқыштарының ешқайсысының өндіріске шығарылғаны белгісіз, бірақ ең жақын әрекеті – екінші дүниежүзілік соғыс кезінде жасалған неміс конструкциясы. Оның конструкциясында барлығы алты поршень болған, олардың әрқайсысы екі дискіге бекітілген. Дискілер бір-бірімен байланыстырылып, поршеньдер арасында алты камера құрылған. Сондықтан, кез келген уақытта үш камераның бірі "бірге жақын", ал екінші үш камера "алыс" болып орналасқан, дискілердің айналуына байланысты осы екі шектің арасында өзгеретін. Уақыт синхрондалуы камералардың тұтандыру шамдамасының үстінде "жақын" нүктеге, ал сору және шығару тесіктерінің үстінде "алыс" нүктеге жетуі үшін реттелген. Бұл принцип Ванкель қозғалтқышына ұқсас, бірақ басты айырмашылығы – Ванкель қозғалтқышы сығылу мен кеңеюді қозғалтқыш пен ротордың пішіні арқылы жасайды, ал емес поршеньдердің салыстырмалы қозғалысы арқылы. Латцтың қозғалтқышы жаңа типтегі ұшақ қозғалтқышы үшін жасалған эксперименталды газ генераторы болған, ол дәстүрлі центробектік немесе осьтік компрессорды оның айналмалы поршеньді конструкциясымен алмастырған. Соңында, шығарылатын газдар турбинаны қозғалту үшін пайдаланылған, ал одан алынған қуат винтті айналдырып, турбовинтті құрады. Осы мақсат үшін, сол кездегі материалдарды ескере отырып, шығарылатын газдар турбинада тікелей пайдалануға тым ыстық болғандықтан, қозғалтқышта екінші "шығару тесігі" болған, ол суық қысымды ауаны шығарып, содан кейін ыстық газдармен араластырған. Тікелей қуат алу үшін, турбинаны қозғалтуға қарамастан, қозғалтқыштың бұл "үшінші аймағы" қажетсіз қысымнан туындайтын қуатты жоғалтуды болдырмау үшін ауаға ашық қалдырылуы мүмкін. Бастапқы сынақ қозғалтқыштарында тығыздау сияқты шағын мәселелер болған, бірақ олар шешілген және 1944 жылы қозғалтқыштар сынақтан өтті. Айналмалы поршеньді қозғалтқыштардың ерекше қасиеттерінің бірі – оларды бір ортақ коленвалға тікелей бекітіп, үлкен қозғалтқыш жасауға болады, әрбір қосымша сатымен жұмыс тегіс бола түседі және тек коленвалдың ғана көлемін арттыру қажет. Радиалды қозғалтқыштармен салыстырғанда мұндай құрылымды жасау, әсіресе салқындату жүйесін ұйымдастыру қиын, ал тізбектес қозғалтқыштардың ұзындығы артып, коленвалдың дірілдеуін бақылау мәселесі туындайды (мысалы, Chrysler IV 2220 қараңыз). Латцтың конструкциясындағы әрбір "цилиндрдің" диаметрі 0,70 метр, ал тереңдігі шамамен 30 см болған, бұл 140 кг салмақтан 445 ат күшін қамтамасыз еткен, сол дәуірдегі реактивті қозғалтқыштармен салыстырғанда өте жақсы қуат-салмақ көрсеткіші. Оның турбовинт концепциясы үшін 5 блоктан тұратын нұсқа ұсынылған, ол 2 метрлік қозғалтқыштан 3450 ат күшін берген. Қуат-салмақ көрсеткіші жақсы болғанымен, қозғалтқыштың тығыздығы өте жоғары болған. Жалпы турбовинт, поршеньді емес, реактивті қозғалтқышқа көбірек ұқсаған. Айналмалы поршеньді газ генераторы алдыңғы бес сатылы осьтік компрессор және артқы үш сатылы турбинасы бар ұзын гондоланың ортасында орналасқан. Компрессор поршеньді қозғалтқыштың суперчарджеры ретінде де, турбинаны салқындату үшін суық ауамен қамтамасыз ету үшін де пайдаланылған. Винтке берілетін жалпы қуат, поршеньдер мен турбиналардың біріктірілген қуаты 10 000 метр биіктікте 4930 ат күшіне жеткен, бұл кез келген неміс соғыс жобасынан асып түскен. Неліктен бұл күрделілік, турбовинттің жаңа нұсқасын жасау үшін, оның басты артықшылығы қарапайымдылық болған? Дәстүрлі реактивті қозғалтқыштардың басты мәселесі – жану ашық камерада жүреді, бұл поршеньді қозғалтқыштың жабық камерасына қарағанда тиімділігі төмен, онда көлемі тұрақты (немесе оған жақын). Поршеньді қозғалтқыштарда қолданылатын Отто және дизель циклдары, дәстүрлі газ турбиналық қозғалтқыштардың Брэйтон циклына қарағанда төмен жылдамдықта арнайы отын тұтынуы төмен. Латцтың конструкциясы өте ұзақ қашықтыққа ұшатын бомбалаушылар мен патрульдік ұшақтар үшін жасалған, онда отынның үнемділігі қарапайымдық пен өнімділіктен маңыздырақ болған. Кейіннен Латц бұл конструкцияға "Айналмалы компрессор және басқа қозғалтқыштар" деген атаумен, АҚШ патенті 2,301,667 нөмірімен патент алған.
Басқа мысалдар
Лутцтың дизайны мұндай қозғалтқышты жасаудың жалғыз жолы емес: BMW бұрын тәжірибелерде бірнеше рет қолданылған, жанар камераларында шам клапандары бар дәстүрлі қозғалтқышты сынақтан өткізді. Тағы бір тәсіл – түйіндеме газдарының жылуын жылу алмастырғышта пайдаланып, оны жанармайдың орнына қысылған ауаны қыздыру үшін қолдану, бұл тұжырымдаманы General Motors автомобиль турбиналарының сериясында қолданды. Бірақ, жалпы алғанда, «төмен қуатты» қолданыстағы негізгі поршенді қозғалтқыштың жақсаруы осы жетілдірілген жобалардың ешқайсысын нарыққа шығармай келеді. 1990 жылдары бірқатар өнертапқыштар бұл тұжырымды жаңаша ұсынды. Мысалдарға Angel Labs-тің «Массивті, бірақ кішкентай» қозғалтқышы, Rotoblock, Roundengine, Trochilic Engine және Tschudi мен Hoose-тың жобалары жатады. 2009 жылы ресейлік миллиардер өнеркәсіпші Михаил Прохоров осы дизайнды негізгі қозғалтқыш ретінде пайдаланатын жеңіл гибридтік көліктер сериясымен автомобиль бизнесіне кіру жоспарларын жариялады. Гибридтік нарыққа бағытталған тағы бір жаңа өнім – «Hüttlin Kugelmotor», ол айналмалы поршеньдік тұжырымдаманы өңделген диск тірегімен біріктіріп, ішкі электр генераторын тікелей қуаттайтын шар тәрізді дизайнды құрайды.
Басқа атаулары
Цхуди қозғалтқышы "мысық пен тышқан қозғалтқышы" немесе "қиялы қозғалтқышы" деп те аталады.