ТЕХНИКА | ДВИГАТЕЛИ БУДУЩЕГОЧУВСТВО ТАКТАУмы изобретателей неустанно рождают альтернативные конструкции традиционных агрегатов. Чаще всего это один из главных узлов автомобиля – двигатель. Реальность от утопии отделял Кирилл Милешкин.ВСТРЕЧНОЕ ДВИЖЕНИЕОсобенность двухтактного дизеля профессора Питера Хофбауэра, посвятившего 20 лет своей жизни работе в концерне «Фольксваген», – два поршня в одном цилиндре, движущиеся навстречу друг другу. И название это подтверждает: Opposed Piston Opposed Cylinder (OPOC) – встречные поршни, встречные цилиндры. Похожую схему еще в середине прошлого века использовали в авиации и танкостроении, напри‑ мер на немецких «юнкерсах» или советском танке T‑64. В традиционном двухтактном двигателе оба окна для газообмена перекрывает один поршень, а в двигателях с встречными поршнями в зоне хода одного поршня располагается впускное окно, в зоне хода второго – выпускное. Такая конструк‑ ция позволяет раньше открывать выпускное окно и благодаря этому лучше очищать камеру сгора‑ ния от отработавших газов. И заранее закрывать, чтобы сберечь некоторое количество рабочей смеси, которое у двухтактного двигателя обычно выбрасывается в выхлопную трубу. В чем же изюминка конструкции профес‑ сора? В центральном (между цилиндрами) рас‑ положении коленвала, обслуживающего сразу все поршни. Это решение привело к довольно замыс‑ ловатой конструкции шатунов. Их по паре на каж‑ дой шейке коленвала, причем на внешние поршни приходится по паре шатунов, расположенных по обе стороны цилиндра. Это схема позволила обойтись одним коленвалом (у прежних моторов их было два, размещенных по краям двигателя) и сделать компактный, легкий агрегат. В четырехтактных двигателях циркуляцию воздуха в цилиндре обеспечивает сам поршень, в моторе OPOC – турбонаддув. Для лучшей эффективности быстро разогнать турбину помо‑ гает электромотор, который в определенных режимах становится генератором и рекуперирует энергию. Опытный образец, сделанный для армии без оглядки на экологические нормы, при массе 134 кг развивает 325 л.с. Подготовлен и граждан‑ ский вариант – с примерно на сотню сил меньшей отдачей. Как заявляет создатель, в зависимости от исполнения мотор ОРОС на 30–50% легче про‑ чих дизелей сравнимой мощности и в два – четыре раза компактнее. Даже по ширине (это самое вну‑ шительное габаритное измерение) ОРОС лишь вдвое превосходит один из самых компактных автомобильных агрегатов в мире – двухцилиндро‑ вый фиатовский «Твинэйр». Мотор OPOC – образец модульной конструк‑ ции: двухцилиндровые блоки можно компоновать в многоцилиндровые агрегаты, соединяя их элек‑ тромагнитными муфтами. Когда полная мощность не требуется, для экономии топлива один или несколько модулей могут отключаться. В отличие от обычных двигателей с отключаемыми цилин‑ драми, где коленвал шевелит даже «отдыхающие» поршни, механических потерь можно избежать. Интересно, а как обстоят дела с топливной экономичностью и вредными выбросами? Разра‑ ботчик предпочитает обходить этот вопрос молча‑ нием. Понятное дело – тут позиции двухтактников традиционно слабы.У OPOC единый коленвал в центре двигателя. Сделать мотор легче и компактнее, отказавшись от второго коленвала, позволила оригинальная компоновка шатунов. За открытие впускных и выпускных окон в стенках цилиндров отвечают сами поршни.РАЗДЕЛЬНОЕ ПИТАНИЕЕще один пример ухода от традиционных догм. Кармело Скудери покусился на святое правило четырехтактных моторов: весь рабочий процесс должен происходить строго в одном цилиндре. Изобретатель поделил цикл между двумя цилин‑ драми: один отвечает за впуск смеси и ее сжатие, второй – за рабочий ход и выпуск. При этом168 За рулем 09/2011 В двигателе Кармело Скудери классические четыре такта распределены между двумя цилиндрами: впуск и сжатие происходят в одном, а рабочий ход и выпуск – в другом. традиционные четыре такта агрегат, именуемый мотором с разделенным циклом (SCC – Split Cycle Combustion), проходит всего за один оборот коленвала, то есть в два раза быстрее. Вот как этот мотор работает. В первом цилин­ дре поршень сжимает воздух и подает его в соеди­ нительный канал. Клапан открывается, форсунка впрыскивает топливо, и смесь под давлением врывается во второй цилиндр. Сгорание в нем начинается при движении поршня вниз, в отли­ чие от двигателя Отто, где смесь поджигают чуть раньше, чем поршень достигнет верхней мертвой точки. Таким образом, сгорающая смесь не пре­ пятствует в начальной стадии горения движущему навстречу поршню, а, наоборот, подталкивает его. Создатель мотора обещает удельную мощ­ ность 135 л.с. с литра рабочего объема. Причем при значительном сокращении вредных выбро­ сов благодаря более эффективному сгоранию смеси – с уменьшением, например, выхода NOx на 80% в сравнении с этим же показателем для традиционного ДВС. Заодно утверждают, что SCC на 25% экономичнее равных по мощности атмо­ сферных моторов. Однако лишний цилиндр – это дополнительная масса, увеличение габаритов, воз­ растающие потери на трение. Что­то не верится… Особенно если взять в пример новое поколение наддувных двигателей, сделанных под девизом даунсайзинга. Кстати, для этого двигателя придумана ори­ гинальная схема рекуперации и наддува «в одном флаконе» под названием Air­Hybrid. Во время торможения двигателем цилиндр рабочего хода отключается (клапаны закрыты), а цилиндр сжа­ тия наполняет специальный резервуар сжатым воздухом. При разгоне происходит обратное:На правах рекламы | ДВИГАТЕЛИ БУДУЩЕГОИз‑за жесткой связи между блоками при наполнении смесью одной камеры сгорания одно‑ временно происходит выпуск отработавших газов в другой. Таким образом, за поворот поршневых блоков на 180 градусов происходит 4‑тактный цикл, за полный оборот – два рабочих цикла. Первый показ шарового двигателя на Женев‑ ском автосалоне привлек всеобщее внимание. Концепция, безусловно, интересная – за работой 3D‑модели можно наблюдать часами, пытаясь разобраться, как функционирует та или иная система. Однако за красивой идеей должно после‑ довать воплощение в металле, а разработчик пока ни слова не говорит о хотя бы приблизительных значениях основных показателей агрегата – мощ‑ ности, экономичности, экологичности. И, главное, о технологичности и надежности.МОДНАЯ ТЕМАне работает цилиндр сжатия, а в рабочий нагне‑ тается запасенный воздух – своего рода наддув. Собственно, при такой схеме не исключается и полный пневморежим, когда воздух будет тол‑ кать поршни в одиночку.МОЩНОСТЬ ИЗ ВОЗДУХАПрофессор Лино Гуззелла также использовал идею накопления сжатого воздуха в отдельном резервуаре: один из клапанов открывает путь от баллона к камере сгорания. В остальном это обычный двигатель с турбонаддувом. Опытный образец построили на базе 0,75‑литрового дви‑ гателя, предложив его как замену… 2‑литровому атмосферному мотору. Разработчик для оценки эффективности своего творения предпочитает сравнивать его с гибридными силовыми агрегатами. Причем при схожей экономии топлива (около 33%) конструкция Гуззеллы удорожает мотор всего лишь на 20% – сложная бензоэлектрическая установка обходится почти в десять раз дороже. Однако в тестовом образце топливо экономится не столько за счет наддува из баллона, сколько благодаря малому рабочему объему самого двига‑ теля. Но перспективы у сжатого воздуха в работе обычного ДВС все же есть: его можно использо‑ вать для пуска мотора в режиме «старт‑стоп» или для движения автомобиля на малых скоростях.Лино Гуззелла использовал для улучшения характеристик двигателя рекуперацию воздуха. Он аккумулируется в дополнительном резервуаре, связанном с двигателем.Роторно‑лопастной двигатель изобрели чуть меньше века назад. И, наверное, еще долго не вспоминали бы о нем, не появись амбициоз‑ ный проект российского народного автомобиля. Под капотом «ё‑мобиля» будет стоять именно роторно‑лопастной двигатель, да еще в паре с электромотором. Вкратце о его устройстве. На оси установлены два ротора с парой лопастей на каждом, обра‑ зующих камеры сгорания переменной величины. Роторы вращаются в одном направлении, но с раз‑ ными скоростями – один догоняет другой, смесь между лопастями сжимается, проскакивает искра. Второй начинает движение по окружности, чтобы7 68 9 10115 4 3 2 1 1312КРУТИТСЯ, ВЕРТИТСЯ ШАР…Среди необычных ДВС мотор Герберта Хюттлина выделяется наиболее примечательной конструк‑ цией: традиционные поршни и камеры сгорания здесь размещены внутри шара. Поршни движутся в нескольких направлениях. Во‑первых, навстречу друг другу, образуя между собой камеры сгора‑ ния. Кроме того, они соединены попарно в блоки, посаженные на единую ось и вращающиеся по хитрой траектории, заданной кольцевой фигур‑ ной шайбой. Корпус поршневых блоков объеди‑ нен с шестерней, передающей крутящий момент на выходной вал.Устройство шарового двигателя со встроенным электромотором: 1 – приводная шестерня; 2 – статор электромотора; 3 – постоянные магниты; 4 – ротор электромотора; 5 – камера сгорания 1; 6 – шаровые направляющие поршней; 7 – кольцевая направляющая для движения поршней; 8 – подшипник ротора; 9 – камера сгорания 2; 10 – свеча зажигания; 11 – отвод выхлопных газов; 12 – забор воздуха; 13 – выходной вал.170 За рулем 09/2011   Схемы роторно-лопастного двигателя. на следующем круге «подтолкнуть» соседа. Посмотрите на рисунок: в правой нижней четверти происходит впуск, в правой верхней – сжатие, затем против часовой стрелки – рабочий ход и выпуск. Воспламенение смеси осуществляется в верхней точке окружности. Таким образом, за один оборот ротора происходит четыре рабочих такта. Очевидные преимущества конструкции – компактность, легкость и хороший КПД. Однако есть и проблемы. Из них главная – точная синхронизация работы двух роторов. Задача эта непростая, а решение должно быть недорогим, иначе «ё-мобиль» никогда не станет народным.На правах рекламы