1. Двигун Скудері: дві пари краще чотирьох одиниць?
2. Lotus Omnivore
3. Ecomotors OPOC
4. IRIS
5. Російський роторно-лопатевої

Двадцять перше століття на дворі. Традиційна схема двигуна внутрішнього згоряння існує вже понад століття, але прогрес зупинити неможливо. Інженери знаходяться в постійному пошуку нових ідей. І часом ці ідеї не настільки божевільні, як здається на перший погляд ...

Двигун Скудері: дві пари краще чотирьох одиниць?

В основу концепції двигуна, придуманого Кармело Скудері, американським автомеханіком-самоучкою, покладений принцип поділу циліндрів на робочі і допоміжні. На відміну від схеми Отто, в двигуні з розділеним циклом SCC (Split-Cycle Combustion) на кожен оборот валу припадає один робочий такт. Допоміжні циліндри, в яких поршень стискає повітря, з'єднуються з основними через перепускні канали. У кожному з каналів знаходиться по два клапана - компресійний і розширювальний. У просторі між ними повітря досягає максимального рівня стиснення. Впорскування палива в камеру згоряння робочого циліндра відбувається одночасно з відкриттям розширювального клапана, а запалювання - після проходження поршнем верхньої мертвої точки. Хвиля газів хіба що наздоганяє його, виключаючи детонацію суміші. В ході віртуальних випробувань рядного прототипу двигуна Скудері було виявлено, що він дуже стабільний. Коефіцієнт відхилення параметрів робочих тактів від середньої величини в найбільш «проблемної» зоні оборотів - від неодружених до півтори тисячі - у SCC майже вдвічі нижче, ніж у ДВС Отто: 1,4% проти 2,5. На перший погляд це небагато, але для професіоналів різниця величезна. Даний показник говорить про дуже високу якість суміші та точнейшей її дозуванні. Безнаддувний чотирициліндровий рядний двигун Скудері на 25% економічніше звичайних аналогів за потужністю, а його оригінальна гібридизувати версія Scuderi Air-Hybrid - на 30-36%. У Air-Hybrid попереднє стиснення повітря в пневматичному акумуляторі-ресівері відбувається під час гальмування автомобіля. Потім повітря подається в перепускний канал, знижуючи навантаження на поршень допоміжного циліндра.

Двигун Скундері. Виробництво двигунів системи Кармело Скудері можна легко організувати на будь-якому моторобудівному підприємстві з використанням традиційних вузлів. Але чи потрібно це виробникам? ..

У 2011 році компанією буде представлений двигун другого покоління з V-подібною архітектурою, в якому перепускні канали будуть зроблені у вигляді окремих модулів. У першій версії - з суцільнолитий головкою - вони знаходилися в стінці між парами циліндрів. V-образна схема дозволяє поліпшити доступ до них з боку ресивера і забезпечити більш ефективне охолодження вузла. За прогнозами вчених науково-дослідного інституту Саутвест, які впритул займаються доведенням віртуальної моделі рядного двигуна, різниця в ККД між такою «четвіркою» і рівносильним мотором Отто досягне 50%. Невелика вага, відмінна питома потужність (135 к.с. на літр об'єму) і технологічна простота SCC роблять його вельми перспективним для впровадження в життя. Відомо, що пильний інтерес до нього проявляють відразу кілька гравців вищої ліги світового автопрому, а також виробники комплектуючих. Зокрема, знаменита компанія Robert Bosch. Президент Scuderi Group Сел Скудері впевнений, що вже через три роки дітище його батька піде в серію.

Навряд чи Lotus Omnivore коли-небудь стане основним силовим агрегатом для автомобіля. Але як допоміжний - наприклад, генератора - він цілком підходить.

Lotus Omnivore

Хто сказав, що два такту залишилися в минулому? Інженери Lotus Engineering вважають, що потенціал двотактних двигунів серйозно недооцінений автовиробниками, а ненажерливість - всього лише міф. Вони прогнозують їх тріумфальне повернення в 2013 році під капоти серійних автомобілів. У 2009 році в Женеві компанія представила концептуальний 500-кубовий двигун Omnivore, що працює на будь-якому вигляді рідкого палива. Моторчик блищить відразу декількома інноваційними технологіями, головна з яких - змінна ступінь стиснення за допомогою рухомої верхньої стінки камери згоряння. Залежно від виду палива і навантаження стиснення в Omnivore може змінюватися в діапазоні від 10 до 40 до одного. Приготування збалансованої паливо-повітряної суміші забезпечує система прямого впорскування Orbital FlexDI з двома інжекторами, а параметрами відведення відпрацьованих газів управляє патентований вловлює клапан CTV (Charge Trapping Valve). Схоже, британцям вдалося те, до чого прагнуть всі розробники інноваційних ДВС: в циклі стендових випробувань Omnivore впевнено підтримував режим згоряння HCCI навіть на оборотах холостого ходу і в «червоній зоні». Конструкція Omnivore чудова і те, що його блок і головка відлиті в одній цільної деталі.

Ecomotors OPOC. Одним з основних переваг конструкції професора Хоффбауера є можливість «надягати» на колінвал все нові і нові пари циліндрів, отримуючи щось на зразок модульного двигуна.

Згідно зі специфікацією, концепт на 10% економічніше атмосферних бензинових двигунів рівній потужності, а по чистоті вихлопу легко дотягує до нормативів Євро-6. Якщо Lotus зможе зацікавити автовиробників, то нащадки концептуального Omnivore стануть першими кандидатами на роль бортових генераторів для електрогібрид. Для цього у них є все: невибагливість, гранична компактність і висока енергоємність.

Ecomotors OPOC

Серед компаній, які намагаються відправити класичний ДВС на звалище, американська Ecomotors стоїть осібно не тільки через екстравагантності своїх ідей. Роботу над надпотужним оппозітним двигуном OPOC благословили титан венчурного бізнесу Винод Хосла і мільярдер Білл Гейтс. До ради директорів крихітній компанії входить кілька персон, імена яких служать перепусткою в закритий клуб автовиробників, а стенди Ecomotors стали звичними на самих елітних світових автосалонах.

Опозитний двотактний двоциліндровий модульний ДВС під назвою OPOC був придуманий ще в кінці 1990-х років професором Петером Хоффбауером, довгий час працював головним мотористом в компанії Volkswagen. Суперкомпактний дизель Хоффбауера демонструє безпрецедентно високу питому потужність близько 3 к.с. на кілограм маси. Наприклад, стокілограмова «труба» видає 325 к.с. і 900 Нм крутного моменту. При цьому ККД OPOC впритул наближається до 60%, удвічі виграючи у сучасних дизельних моторів зі складним наддувом. Одна з головних «фішок» цього оппозитника - можливість складати з окремих модулів, кожен з яких є повноцінним двигуном, силові установки рядної 4-, 6- і 8-циліндрової конфігурації. Парадоксально, але при всій своїй зарядженості OPOC працює на досить скромних ступенях стиснення в межах 15-16 до одного і не вимагає спеціальної підготовки палива.

В принципі OPOC - це труба з двома парами поршнів, які здійснюють одночасні різноспрямовані рухи. Простір між парою - камера згоряння. Шатуни з незвичайно довгою ніжкою з'єднують поршні з центральним колінчастим валом. У центрі камери встановлена ​​форсунка системи упорскування, а впускні і випускні порти розташовані в області нижньої мертвої точки центральних поршнів. Порти замінюють складний клапанний механізм і распредвал. Важливий елемент конструкції - електричний турбонагнетатель з попереднім підігрівом повітря, який замінює, зокрема, звичні гартівні свічки. У момент запуску турбіна подає в камеру згоряння заряд стисненого повітря, нагрітого до 100 ° C.

IRIS. Основною «фішкою» конструкції двигуна Iris є висока корисна площа «поршнів" -лепестков. Нерухомі стінки займають всього 30% від загальної площі камери згоряння, що дозволяє помітно підвищити ККД двигуна.

За словами президента компанії Дональда Ранкл, колишнього віце-президента General Motors, в даний час у власному техцентре Ecomotors проводяться стендові випробування шостого покоління двигуна, які завершаться на початку 2012 року. І це буде вже не черговий робочий прототип, а агрегат, призначений для конвеєра. Втім, інтерес до розробки є не тільки у автомобілістів, а й у військових, виробників авіатехніки, будівельників і гірників. Заплановано виробництво відразу чотирьох типів модулів OPOC з діаметрами поршня 30, 65, 75 і 100 мм.

IRIS

Для багатьох людей спостереження за химерно рухомими, що обертаються і пульсуючими механізмами успішно заміняє таблетки від стресу.

Зачаровує очей дітище вченого, винахідника і підприємця з Денвера Тімбера Діка, який трагічно загинув в автокатастрофі в 2008 році, можна віднести до гомеопатичним засобам цієї категорії. Але двигун внутрішнього згоряння IRIS (Internally Radiating Impulse Structure), незважаючи на всю свою оригінальність, зовсім не пустушка. Захищений з усіх боків патентами, він був відзначений преміями за інновації від NASA, нафтової корпорації ConocoPhillips і хімічного гіганта Dow Chemical. Двотактний ДВС із змінною геометрією і площею поршня, згідно з розрахунками, має ККД 45%, компактні розміри і малу вагу. Крім того, в разі прийняття його на озброєння автовиробниками покупцеві не доведеться переплачувати - ціна агрегату буде не вище, ніж у звичайних бензинових моторів.

РЛДВС. Відмінністю роторно-лопатевого двигуна від всіх інших, згаданих в матеріалі, є те, що він знаходиться в лічених міліметрах від серійного виробництва. На 2011 рік заплановано випробування російського «е-мобіля» з подібним двигуном, а з 2012 року - і серія.

Як вважав Дік, в стандартній парі «камера згоряння - робоча поверхня поршня» найслабшим місцем є постійна площа контакту. На головку припадає лише 25% загальної площі камери. У концепції IRIS шість поршнів, що представляють собою сталеві, вигнуті хвилею пелюстки, мають корисну площу майже в три рази більше - нерухомі стінки камери займають лише 30% площі.

Повітря надходить в камеру згоряння через впускні клапани, коли пелюстки знаходяться на максимальному видаленні від центру. Одночасно через відкриті випускні клапани видаляється відпрацьоване газ. Потім пелюстки, що коливаються на валах, змикаються до середини камери, стискаючи повітря. У момент максимального зближення при повністю закритих клапанах відбувається вприскування палива і запалювання. Зростаючи, розпечені гази розсовують пелюстки-поршні, що, в свою чергу, призводить до повороту валів. У верхній мертвій точці відкриваються випускні клапани. Потім все повторюється знову і знову. Досить простий редуктор перетворює коливання шести валів в обертання головного валу.

Російський роторно-лопатевої

Роторно-лопатевої двигун (РЛДВС) - це зовсім не розробка XXI століття. Його конструкцію придумали ще в 1930-х, і з тих пір не минало й десятиліття без появи чергового патенту на новий РЛД. Найвідомішим був, мабуть, двигун Вігріянова, створений в 1973 році. Але потрапляти в серію РЛД ніяк не хотіли. Основною проблемою була складність синхронізації валів роторів і тим більше зняття з них моменту - за часів слабкого розвитку електроніки синхронизатор займав мало не цілу кімнату; РЛД міг використовуватися хіба що в якості стаціонарної силової установки. Це зводило нанівець одне з його найголовніших переваг - компактність і невелику вагу.

РЛД - це циліндр, усередині якого на одній осі встановлено два ротори, з парою лопатей кожен. Лопаті ділять простір циліндра на робочі камери; в кожної відбувається чотири робочих такту за один оборот валу. Складність синхронізації обумовлена ​​в першу чергу нерівномірним рухом роторів один щодо одного, їх «пульсацією».

Але як тільки на світ з'явився компактний і зручний механізм синхронізації, РЛД відразу знайшов серйозну серійну перспективу. Найцікавіше і приємне, що розробили такий механізм в Росії, в рамках гучного проекту «е-мобіль». Енергоустановка «е-мобіля» важить всього 55 кг (35 - двигун з синхронізатором, 20 - електрогенератор), а потужність може видавати близько 100 кВт, хоча для серійних моделей її обмежать 45 кВт (60 к.с.). Крім компактності, РЛД характеризується можливістю масштабування. Його можна спокійно збільшувати в розмірах аж до малого суднового двигуна потужністю 1000 кВт. Енергоозброєність силової установки «е-мобіля» аналогічна дволітровому 150-сильному ДВС традиційної компоновки.

Стаття опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №4, Грудень 2011 ).