Не в такт

ТЕХНИКА

/ЭКЗОТИКА

НЕ В ТАКТ

ДВА ТАКТА, ЧЕТЫРЕ... КТО БОЛЬШЕ?

ТЕКСТ / АЛЕКСЕЙ ВОРОБЬЕВ-ОБУХОВ

Впуск-сжатие-рабочий ход-выпуск: по такому циклу работают сегодня большинство двигателей внутреннего сгорания, будь то бензиновые или дизельные. Кажется, процесс доведен уже до совершенства и конструкторы подбирают последние крохи, добиваясь максимально возможного КПД. А он не так велик, ведь из четырех ходов поршня (тактов) лишь один - рабочий. Остальные в большей или меньшей степени потребляют энергию. Мотоциклистам хорошо известен другой, двухтактный процесс; делаются попытки применить его и на автомобилях (ЗР, 1999, № 12). Тут эффективность повыше, но есть специфические проблемы с ресурсом, смазкой, наполнением цилиндров смесью.

А если... не уменьшать, а увеличивать количество тактов, причем не только "паразитных", но и рабочих? Существуют два совершенно независимых проекта - австралийский и швейцарский, в которых реализованы шеститактные циклы для бензинового и дизельного двигателей. Здесь на шесть ходов поршня - два рабочих, значит, можно ожидать большего КПД. Впрочем, почему ожидать? Построены прототипы, бегают по дорогам опытные мотоциклы - ожидания оправдались. Разработчики добились снижения удельного расхода топлива аж на 30%: завидуйте, изобретатели "коммон рейлов", "вэлвтроников", хитрых систем зажигания и прочей надстройки! Тут замахнулись на базис.

Пойдут ли шеститактные двигатели в серию? Пока не знаем. Но давайте познакомимся с ними поближе.

АВСТРАЛИЙСКИЙ ДВУХПОРШНЕВОЙ

Малколм Бер мог бы считаться типичным австралийским фермером, если бы кроме своего земельного надела в 1300 га не занимался одержимо мотоциклами и их моторами. Начав в 1981 году конструировать "заряженные" оппозитные двухтактники, через 17 лет он пришел к идее... двухпоршневого шеститактного двигателя (патент США № 5713314). Он представлен на рис. 1.

Если вы внимательно считали ходы поршня, то, наверное, удивлены. Их четыре, где же здесь шесть тактов? Автор изобретения просто приплюсовал еще два хода второго поршня, всего, стало быть, шесть (интересно, сколько тактов он насчитал бы в моторе советского танка Т-64 со встречно-движущимися поршнями?).

Свою идею Малколм проверил на переделанном двигателе "Дукати" (суммарный объем двух цилиндров 616 смз, степень сжатия 10,6). Он выдал 64 кВт (87 л.с.) при 9000 об/мин и 55,6 Н.м при 6000 об/мин. 104 кВт, или 141 л.с. с литра - блестящий результат! Этот моторчик был установлен на мотоцикле "Ямаха-SR500" и протестирован известным мотожурналистом Аланом Катхартом. Заявленные преимущества подтвердились, более того, экономия топлива (по сравнению с исходным четырехтактным мотором) составила 35,8% при скорости 48 км/ч и 13% при 72 км/ч.

ШВЕЙЦАРСКИЙ ТРЕХКАМЕРНЫЙ

У этого дизеля, придуманного Роже Бажюлазом, поршень один, зато по три камеры на цилиндр: сгорания, нагревания и рабочая. Несмотря на кажущуюся сложность конструкции, принцип его работы достаточно прост (рис. 2).

В отличие от традиционных ДВС, этот мотор можно было бы назвать двигателем внешнего сгорания: ведь топливо горит не в цилиндре, а в отдельной камере при постоянном объеме. Выделяющаяся теплота не рассеивается без пользы в охлаждающей жидкости, а через тонкие стенки раскаляет закачанный в камеру нагрева чистый воздух, который, расширяясь, совершает полезную работу, толкая поршень в пятом такте. Горение топлива происходит неспешно на протяжении полного оборота коленчатого вала. Раскаленные докрасна стенки камеры способствуют полному сгоранию и доокисляют все частицы сажи без остатка. Холодный пуск, как обычно, обеспечивает свеча накаливания.

Степень сжатия в камере сгорания здесь значительно меньше, чем это принято для дизельных двигателей, на поршень также не воздействуют столь высокие температуры, как при непосредственном сжигании топлива в цилиндре. Значит, всю конструкцию можно облегчить!

Новый двигатель способен работать не только на дизельном топливе, но и на газе, бензине, метаноле или растительном масле. Тепловой КПД достигает 50% против средних 30% у ДВС, расход топлива снижается более чем на 40%, шумность и выбросы вредных веществ также значительно ниже, чем обычно. Мотор швейцарской фирмы Bajulaz Inc. запатентован в США (№ 4809511, № 4513568) и большинстве индустриально развитых стран.

Впрочем, патенты и успешная работа опытных образцов еще не гарантия больших перспектив. Вполне возможно, существуют проблемы, о которых разработчики умалчивают: иначе мы бы уже слушали необычный звук шеститактного выхлопа...

Рис. 1. БЕНЗИНОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ МАЛКОЛМА БЕРА

ВПУСК. Большой поршень 3 начинает движение от ВМТ (верхней мертвой точки) вниз. Второй поршень 7 приблизился к своей ВМТ. Выпускной канал быстро закрывается вращающимся клапаном 5. Клапан 8 пропускает смесь в цилиндры. Суммарный объем цилиндров сейчас максимален, и в них поместится больший заряд!

СЖАТИЕ. Большой поршень достиг НМТ (нижней мертвой точки), а второй находится на полпути и начинает перекрывать впускной и выпускной каналы. Поначалу небольшому давлению сжимаемой горючей смеси противостоят вращающийся 5 и лепестковый 8 клапаны. Затем опускающийся второй поршень надежно перекрывает впускной и выпускной каналы, и двигатель готов к полезной работе.

РАБОЧИЙ ХОД. Большой поршень находится в ВМТ, второй - вблизи НМТ; камера сгорания заполнена горючей смесью, которую поджигает искровая свеча 4. Давление нарастает, и оба поршня двигаются в разные стороны, вращая коленчатые валы 6 и 1. Обороты верхнего вдвое меньше - так подобраны диаметры звездочек, связанных цепью. Впускной и выпускной каналы пока перекрыты. Энергия не расходуется на преодоление кулачковым валом сопротивления пружин клапанов и давления газов в цилиндре; напротив, верхний поршень "подкручивает" основной коленчатый вал через цепную передачу (не показана).

ВЫПУСК. Большой поршень пришел в НМТ, его коленчатый вал повернулся на пол-оборота, а верхний вал - на 90°. Начинается выпуск отработавших газов. Впускной канал расположен чуть выше выпускного, так что он в этот момент еще не открывается.

Рис. 2. ДИЗЕЛЬНЫЙ МОТОР РОЖЕ БАЖЮЛАЗА

ВПУСК. Впускной клапан 1 открыт, поршень идет вниз, засасывая воздух. Тем временем в камере сгорания 6 горит рабочая смесь.

ВЫПУСК. Открыт выпускной клапан 4. Поршень идет вверх, выбрасывая в глушитель отработавшие газы. Воздух в камере нагрева продолжает разогреваться от стенок камеры.

СЖАТИЕ I. Открыт клапан 2 камеры нагрева 7. Поршень идет вверх, сжимая воздух и закачивая его в камеру нагрева. В камере сгорания продолжается горение топлива.

РАБОЧИЙ ХОД II. Вновь открылся клапан 2 камеры нагрева. Но теперь воздух под большим давлением поступает обратно в цилиндр, толкая поршень вниз.

РАБОЧИЙ ХОД I. Открылся клапан 3 камеры сгорания. Раскаленные газы поступают в рабочий цилиндр 5 и толкают поршень вниз. В камере нагрева растет давление воздуха.

СЖАТИЕ II. Поршень пошел вверх и через открывшийся клапан камеры сгорания закачивает в нее отработавший в предыдущем такте воздух. Он успел остыть, да и объем камеры сгорания больше, чем камеры нагрева. Поэтому степень сжатия здесь меньше. В конце такта произойдет впрыск и воспламенение топлива. Этот второй такт сжатия разработчики назвали рекомпрессией.