Даже те, что когда-то мы назвали необычными, оппозитные моторы или двухцилиндровые двигатели , например, становятся лекалами для молодых инженеров, черпающих вдохновение в поисках идеальной компоновки современности. Но не каждый производитель автомобилей играет по правилам при проектировании своих двигателей. Некоторые из авто- нонконформистов достаточно странны и . Существует и совсем, выходящая за рамки привычного, категория, ставшая авангардной с первого дня своего появления и остающаяся таковой по сей день.
Неважно для чего были сделаны эти , в попытке создания самого экономичного мотора или наоборот, самого мощного. Важен другой факт- эти двигатели были созданы и они существуют в реальных рабочих экземплярах. Мы рады этому и предлагаем нашим читателям вместе с нами посмотреть на 10 самых сумасшедших автомобильных двигателей, которые нам удалось найти .
Для составления нашего списка 10 сумасшедших автомобильных двигателей мы придерживались некоторых правил: в него попали только силовые установки серийных легковых автомобилей; никаких гоночных экземпляров моторов или экспериментальных моделей, потому что они необычны, по определению. Мы также не использовали двигатели из разряда «самых-самых», самые большие или самые мощные, исключительность рассчитывалась по другим критериям. Непосредственная цель данной статьи- подчеркнуть необычную, иногда и сумасшедшую, конструкцию двигателя.
Господа, заводите ваши моторы!
8.0-литров, более 1000 л.с. W-16 является самым мощным и сложным в производстве двигателем в истории. Он имеет 64 клапана, четыре турбонагнетателя, и достаточный крутящий момент, чтобы изменить направление вращения Земли- 1500 Нм при 3.000 оборотах в минуту. Его W-образный, 16-цилиндровый, по сути соединивший в себе несколько двигателей, никогда не существовал до, и, на какой-либо другой модели, кроме, нового автомобиля . Кстати, этот двигатель гарантированно отработает весь срок своей службы без поломок, производитель уверяет в этом.
Bugatti Veyron W-16 (2005-2015)
Bugatti Veyron, единственный автомобиль на сегодняшнее время, на котором можно повстречать в действии W образного монстра. Bugatti открывает список (На фото 2011 16.4 Super Sport).
В начале прошлого века, у автомобильного инженера Чарльза Найта Йельского случилось прозрение. Традиционные тарельчатые клапаны, рассуждал он, были слишком сложными, возвратные пружины и толкатели слишком неэффективными. Он создал собственный вид клапанов. Его решение окрестили «золотниковый клапан»- скользящая вокруг поршня муфта с приводом от редукторного вала, который открывает впускные и выпускные порты в стенке цилиндра.
Knight Sleeve Valve (1903-1933)
Удивительно, но это работало. Двигатели с золотниковыми клапанами предлагали высокую объемную производительность, низкий уровень шума, и отсутствие риска западания клапана. Недостатков было немного, в них входило увеличенное потребление масла. Найт запатентовал свою идею в 1908 году. Впоследствии она стала применяться всеми марками, от Mercedes-Benz до автомобилей Panhard и Peugeot. Технология ушла в прошлое, когда классические клапаны стали лучше справляться с высокими температурами и высокими оборотами. (1913 -Knight 16/45).
Представьте себе,1950-е годы, вы автопроизводитель пытающийся разработать новую модель автомобиля. Какой-то немецкий парень по имени Феликс приходит в ваш офис и пытается продать вам идею трехгранного поршня, вращающегося внутри овальной коробки (цилиндра специального профиля) для установки на вашу будущую модель. Вы согласились на такое? Скорее всего да! Работа этого вида двигателя настолько завораживает, что от созерцания этого процесса сложно оторваться.
Неотъемлемый минус всего необычного- сложность. В данном случае главная сложность заключалась в том, что двигатель должен быть неимоверно сбалансированным, с точно подогнанными частями.
Mazda/NSU Wankel Rotary (1958-2014)
Сам ротор является треугольным с выпуклыми гранями, три его угла- это вершины. При вращении ротора внутри корпуса, он создает три камеры, которые отвечают за четыре фазы цикла: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Каждая сторона ротора при работе двигателя выполняет одну из стадий цикла. Не зря роторно-поршневой тип двигателя является одним из самых эффективных ДВС в мире. Жаль нормального расхода топлива от двигателей Ванкеля так и не удалось добиться.
Необычный мотор, не так ли? А знаете, что еще более странное? Этот мотор был в производстве до 2012 года и ставился он на спорткар ! (1967-1972 Mazda Cosmo 110S).
Коннектикутская компания Eisenhuth Horseless Vehicle была основана Джоном Айзенхутом, человеком из Нью-Йорка, который утверждал, что изобрел бензиновый двигатель и имел неприятную привычку получать иски от своих деловых партнеров.
Его модели Compound 1904-1907 годов отличались установленными в них трехцилиндровыми двигателями, в которых две внешние цилиндры приводились в движение при помощи воспламенения, средний "мертвый" цилиндр работал за счет выхлопных газов первых двух цилиндров.
Eisenhuth Compound (1904-1907)
Eisenhuth сулил 47% увеличение топливной экономичности, чем это было в стандартных двигателях аналогичного размера. Гуманная идея пришлась не ко двору в начале XX века. Об экономии тогда никто не помышлял. Итог- банкротство в 1907 году. (на фото 1906 Eisenhuth Compound Model 7.5)
Оставьте для французов возможность разрабатывать интересные двигатели, выглядящие обычными на первый взгляд. Известный Гальский производитель Panhard, в основном запомнился своей одноименной реактивной штангой- тягой Панара, устанавливал в свои послевоенные автомобили серию оппозитных моторов с воздушным охлаждением и алюминиевыми блоками.
Panhard Flat-Twin (1947-1967)
Объем варьировался от 610 до 850 см. куб. Выходная мощность была между 42 л.с. и 60 л.с., в зависимости от модели. Лучшая часть автомобилей? Panhard twin , когда-либо сумевшим побеждает в 24 Часах Ле-Ман. (на фото 1954 Panhard Dyna Z).
Странное название, конечно, но двигатель еще более странный. 3,3-литровый Commer TS3 был наддувным, оппозитно-поршневым, трёхцилиндровым, двухтактным дизельным двигателем. В каждом цилиндре по два поршня, стоящие друг напротив друга, с расположенной в одном цилиндре одной центральной свечой. У него не было головки цилиндров. Применялся один коленчатый вал (большинство оппозитных двигателей имеют два).
Commer/Rootes TS3 "Commer Knocler" (1954-1968)
Rootes Group придумала этот мотор для своей марки грузовых автомобилей и автобусов Commer. (Автобус Commer TS3)
Lanchester Twin-Crank Twin (1900-1904)
Результат составил 10,5 л.с. при 1.250 оборотах в минуту и отсутствие заметных вибраций. Если вы когда-нибудь задумывались, посмотрите на двигатель стоящий в этом автомобиле. (1901 Lanchester).
Как Veyron, лимитированная версия суперкара Cizeta (урожденная Cizeta-Moroder) V16T определяется своим двигателем. 560 сильный 6,0-литровый V16 в утробе Cizeta стал одним из самых раскрученных моторов своего времени. Интрига заключалась в том, что двигатель Cizeta, на поверку не являлся истинным V16. По факту это было два двигателя V8, объединенных в один. Для двух V8 использовался единый блок и центральный ГРМ. Что делает Это не делает его еще более безумным- расположение. Двигатель установлен поперечно, центральный вал подает энергию на задние колеса.
Cizeta-Moroder/Cizeta V16T (1991-1995)
Суперкар производился с 1991 по 1995 год, данный автомобиль имел ручную сборку. Изначально планировалось выпускать по 40 суперкаров в год, потом эта планка была снижена до 10, но в итоге почти за 5 лет производства было выпущено всего 20 автомобилей. (Фото 1991 Cizeta-16T Moroder)
Двигатели Commer Knocker были фактически вдохновлены на создание семейством этих французских двигателей со встречно установленными поршнями, которые производились с двумя-, четырьмя-, шести цилиндрами до начала 1920-х. Вот как это работает в двухцилиндровой версии: поршней в два ряда один напротив другого в общих цилиндрах таким образом, что поршни каждого цилиндра движутся навстречу друг другу и образуют общую камеру сгорания. Коленвалы механически синхронизированы, причем выхлопной вал вращается с опережением относительно впускного на 15-22°, мощность отбирается либо с одного из них, либо с обоих.
Gobron-Brillié Opposed Piston (1898-1922)
Серийные двигатели производились в диапазоне от 2.3-литровых «двоек», до 11,4-литровых шестерок. Была также монстрообразная 13,5-литровая четырехцилиндровая гоночная версия мотора. На автомобиле с таким мотором гонщик Луи Риголи впервые достиг скорости 160 км/ч в 1904 году (1900 Nagant-Gobron)
Adams-Farwell (1904-1913)
Если идея двигателя вращающегося позади, не смущает вас, то автомобили Adams-Farwell отлично для вас подойдут. Вращался правда не весь , только цилиндры и поршни, потому что коленчатые валы на этих трех-, пятицилиндровых двигателях были статическими. Расположенные радиально, цилиндры были с воздушным охлаждением и выступали в качестве маховика, как только двигатель запускали, и он начинал работать. Моторы имели небольшой вес для своего времени, 86 кг весил 4.3 литровый трехцилиндровый мотор и 120 кг- 8.0 литровый двигатель. Видео.
Adams-Farwell (1904-1913)
Сами автомобили были с задним расположением двигателя, пассажирский салон был перед тяжелым двигателем, компоновка идеально подходила для получения максимального урона пассажирами в результате несчастного случая. На заре автомобилестроения о качественных материалах и надежных конструкция не думали, в первых самодвижущихся каретах по старинке использовалось дерево, медь, изредка металл, не самого высокого качества. Наверное, было не очень комфортно ощущать работу 120 килограммового мотора раскручивавшегося до 1.000 об/мин за своей спиной. Тем не менее, автомобиль производился в течение 9 лет. (Фото 1906 Adams-Farwell 6A Convertible Runabout).
Тридцать цилиндров, пять блоков, пять карбюраторов, 20.5 литров. Этот двигатель в Детройте разработали специально для войны. Chrysler построил A57 как способ удовлетворить заказ на танковый двигатель для Второй мировой войны. Инженерам пришлось работать в спешке, максимально используя насколько это возможно имеющиеся в наличии компоненты.
БОНУС. Невероятные двигатели не ставшие серийными образцами: Chrysler A57 Multibank
Двигатель состоял из пяти 251 кубовых рядных шестерок от легковых автомобилей, расположенных радиально вокруг центрального выходного вала. На выходе получилось 425 л.с. использовавшихся в танках M3A4 Lee и M4A4 Sherman.
Вторым бонусом идет единственный гоночный двигатель попавший в обзор. 3,0-литровый мотор использовавшийся BRM (British Racing Motors), 32-клапанный двигатель Н-16, сочетающий в себе по существу, две плоских восьмерки (Н-образный двигатель — двигатель, конфигурация блока цилиндров которого представляет букву «Н» в вертикальном или горизонтальном расположении H-образный двигатель можно рассматривать как два оппозитных двигателя, расположенных один сверху другого или один рядом с другим, у каждого из которых есть свои собственные коленчатые валы) . Мощность спортивного двигателя конца 60-х годов была более чем высокой, более 400 л.с., но H-16 серьезно уступал другим модификациям по весу и надежности. один раз увидел подиум, на Grand Prix U.S., когда Джим Кларк одержал победу в 1966 году.
БОНУС. Невероятные двигатели не ставшие серийными образцами: British Racing Motors H-16 (1966-1968)
16-цилиндровый мотор был не единственный над которым колдовали ребята из BRM. Они также разработали наддувный 1,5-литровый V16. Он крутился до 12.000 об/мин и производил примерно 485 л.с. Наверное, было бы классно установиться такой двигатель на Toyota Corolla AE86, не раз задумывались над этим энтузиасты со всего мира.
История создателей самого мощного в мире двигателя внутреннего сгорания. Как увеличить в разы КПД мотора, в чем отличие нового агрегата от известных роторных двигателей и в чем преимущество советского образования перед американским - в материале отдела науки.
Технологии неуклонно развиваются. О том, как защитить свою электропроводку, можно читать на сайте интернет-магазина «Электрика Шоп».
Выходец из СССР, живущий в США, вместе с сыном изобрел, запатентовал и испытал самый мощный и эффективный в мире двигатель внутреннего сгорания. Новый мотор будет в разы превосходить существующие по КПД и уступать по массе.
В 1975 году вскоре после окончания Киевского политехнического института молодой физик Николай Школьник уехал в США, где получил научную степень и стал физиком-теоретиком - его интересовали приложения, связанные с общей и специальной теорией относительности. Поработав в области ядерной физики, молодой ученый открыл в США две компании: одну - занимающуюся программным обеспечением, вторую – разрабатывающую шагающие роботы. Позже он на десять лет занялся консультированием проблемных компаний, занимающихся техническими инновациями.
Однако как инженера Школьника постоянно волновал один вопрос - почему современные автомобильные моторы такие неэкономичные?
И действительно, несмотря на то что поршневой двигатель внутреннего сгорания человечество совершенствует уже полтора века,
КПД бензиновых моторов сегодня не превышает 25%, дизельных - порядка 40%.
Между тем сын Школьника Александр поступил в MIT и получил степень доктора в области компьютерных наук, стал специалистом в области оптимизации систем. Думая над увеличением КПД двигателя, Николай Школьник разработал собственный термодинамический цикл работы двигателя HEHC (High-efficiency hybrid cycle), который стал ключевым этапом в реализации его мечты.
«Последний раз такое происходило в 1892 году, когда Рудольф Дизель предложил новый цикл и создал свой двигатель», - пояснил в интервью Школьник-младший.
Изобретатели остановились на роторном двигателе, принцип которого был предложен в середине XX века немецким изобретателем Феликсом Ванкелем. Идея роторного двигателя проста. В отличие от обычных поршневых моторов, в которых много вращающихся и движущихся частей, снижающих КПД, роторный двигатель Ванкеля имеет овальную камеру и вращающийся внутри нее треугольный ротор, который своим движением образует в камере различные участки, где происходит впуск, сжатие, сгорание и выпуск топлива.
Плюсы двигателя - мощность, компактность, отсутствие вибраций. Однако, несмотря на более высокий КПД и высокие динамические характеристики, роторные двигатели за полвека не нашли широкого применения в технике. Одним из немногих примеров серийной установки
Слабыми местами таких моторов являлись ненадежность, связанная с низкой износостойкостью уплотнителей, благодаря которым ротор плотно примыкает к стенкам камеры, и низкая экологичность.
Уже работая в фирме LiquidPiston, основателями которой они стали, Школьники создали свою, абсолютно новую реинкарнацию идеи роторных моторов.
Принципиальным в ней было то, что в двигателе Школьников не камера,а ротор напоминает по форме орех, который вращается в треугольной камере.
Это позволило решить ряд непреодолимых проблем двигателя Ванкеля. Например, пресловутые уплотнители теперь можно делать из железа и крепить их неподвижно к стенкам камеры. При этом масло подводится прямо к ним, в то время как раньше оно добавлялось в сам воздух и, сгорая, создавало грязный выхлоп, а смазывало плохо.
Кроме того, при работе двигателя Школьников происходит так называемое изохорное горение топлива, то есть горение при постоянном объеме, что увеличивает КПД мотора.
Изобретатели создали один за другим пять моделей принципиально нового мотора, последняя из которых в июне была впервые протестирована - ее поставили на спортивный карт. Испытания оправдали все ожидания.
Миниатюрный двигатель размером со смартфон, массой менее 2 кг имеет мощность всего 3 л.с. Двигатель высокооборотистый, работает на частоте 10 тыс. об./мин., но может достигать и 14 тыс. КПД мотора составляет 20%. Это много, учитывая, что обычный поршневой мотор такого же объема в 23 «кубика» имел бы КПД лишь 12%, а поршневой мотор такой же массы дал бы всего 1 л.с.
Но главное, КПД таких моторов резко растет при увеличении их объемов.
Так, следующий двигатель Школьников будет дизельным мотором мощностью 40 л.с., при этом его КПД составит уже 45%, а это выше, чем эффективность лучших дизелей современных грузовиков.
Весить он будет всего 13 кг, притом что его поршневые аналоги такой же мощности сегодня весят под 200 кг.
Этот мотор уже планируется ставить на генератор, который будет вращать колеса дизель-электрического автомобиля. «Если же мы построим еще больший двигатель, мы можем достичь КПД в 60%», - поясняет Школьник.
В перспективе компактные, оборотистые и мощные моторы Школьников планируется использовать там, где эти свойства особенно важны - при конструировании легких дронов, ручных бензопил, газонокосилок и электрогенераторов.
Пока мотор гоняли 15 часов, однако по нормативам, чтобы пойти в производство, он должен отработать непрерывно 50 часов. При этом для автомобильной промышленности требуется надежность мотора на 100 тыс. миль пробега, что пока остается мечтой, признают конструкторы.
«Это самый экономичный, мощный двигатель не только среди роторных, но и всех двигателей внутреннего сгорания.
Это показывают наши измерения, а то, что мы получим на более крупных моторах, мы уже смоделировали на компьютерах», - радуется Школьник-младший.
То, что озвученные цифры - не фантазии изобретателей, подтверждает серьезность намерений инвесторов. Сегодня в стартап уже вложено $18 млн венчурных инвестиций, $1 млн которых дало американское агентство передовых разработок DARPA.
Интерес военных тут понятен. Дело в том, что военными США в авиации применяется в основном топливо JP-8. И военные хотят, чтобы вообще вся армейская техника работала на этом виде топлива, на котором, кстати, могут работать и дизельные моторы.
Но современные дизельные двигатели громоздки, поэтому DARPA так активно присматривается к разработке Школьников.
Александр считает, что создать столь революционный двигатель помогло отчасти образование, которое получил его отец еще в СССР. «Он думает по-другому, не так, как обычный инженер в США. Его фантазия ограничена только физикой. Если физика говорит - что-то возможно, то он верит, что это так, и лишь думает, как это можно сделать», - добавил Александр.
Сам Николай Школьник по-своему рассказывает об истории своего успеха и преимуществах советского образования.
«В США я переживал, что, имея специальность «машиностроение», я не буду иметь достаточного бэкграунда по физике и, особенно, математике.
Эти опасения оказались напрасными благодаря превосходной подготовке, которую я получил в советской школе.
Эта солидная образовательная подготовка до сих пор помогает мне здесь в нашей работе с новым роторным двигателем. С моей точки зрения, есть два больших отличия между американскими инженерами и получившими образование в России. Во-первых, американские инженеры невероятно эффективны в том, что они делают. Обычно требуется два-три русских инженера, чтобы заменить одного американского. Однако русские имеют более широкий взгляд на вещи (связанный с образованием, по крайней мере в мое время) и способность достигать целей с минимумом ресурсов, что называется, на коленке», - поделился размышлениями Николай Школьник.
Инженеры придумали новый двигатель ещё в 2003 году. К 2012 году был построен первый прототип, о котором написали в журнале "Популярная механика". В 2015 году компания не только заключила контракт с DARPA, но и приступила к разработкам мини-версии двигателя.
Другой цикл
В начале ХХ века тихие бесклапанные моторы устанавливались на многие престижные модели. К примеру, под капотом этого шикарного “Daimler Double Six 40/50” стоял именно такой двигатель.
“Mazda Millenia/Xedos 9” - один из немногих массовых автомобилей, который оснащался двигателем Аткинсона.
ОБЫЧНЫЙ 4-тактный двигатель работает по циклу, изобретенному еще в 1876 году немецким инженером Николаусом Отто: в цилиндре при определенных условиях попеременно происходят определенные процессы - впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. В 1886 году эту схему попытался усовершенствовать британский инженер Джеймс Аткинсон.
На первый взгляд его двигатель мало отличался от прародителя - тот же порядок тактов, схожий принцип работы… Однако на самом деле различий было немало. К примеру, за счет специального коленвала со смещенными точками крепления Аткинсону удалось снизить потери на трение в цилиндре и поднять степень сжатия мотора.
Также в подобных двигателях другие фазы газораспределения. Если на обычном ДВС впускной клапан закрывается практически сразу по прохождении поршнем нижней мертвой точки, то в цикле Аткинсона такт впуска значительно длиннее - клапан закрывается лишь на полпути поршня к верхней мертвой точке, когда в цикле Отто уже вовсю идет такт сжатия.
Что это дало? Самое главное - лучшее наполнение цилиндров благодаря снижению так называемых насосных потерь. Не вдаваясь в технические подробности, лишь скажем, что в результате двигатель Аткинсона примерно на 10% эффективнее (и экономичнее) обычного ДВС.
Однако на серийных автомобилях моторы, действующие по схеме Аткинсона, до последнего времени не встречались. Дело в том, что такой двигатель может правильно работать и выдавать хорошие показатели лишь на высоких оборотах. А на холостых он, наоборот, норовит заглохнуть. Чтобы решить проблему наполнения цилиндров на малых оборотах, на подобные моторы приходится устанавливать механические нагнетатели (такую схему иногда не совсем верно еще называют “двигатель Миллера”), что еще больше усложняет и удорожает конструкцию. К тому же потери на привод компрессора практически сводят на нет преимущества необычного мотора.
Поэтому серийные массовые автомобили с двигателями Аткинсона можно пересчитать по пальцам одной руки. Характерный пример - “Mazda Xedos 9/Millenia”, которая выпускалась с 1993-го по 2002 год и оснащалась 210-сильным 2,3-литровым V6.
Зато в чистом виде моторы Аткинсона оказались очень подходящими для гибридных моделей вроде знаменитого “Toyota Prius” или новейшего “Mercedes-Benz” S-класса, который вскоре пойдет в серийное производство. Ведь на малых скоростях такие машины передвигаются в основном на электротяге, а бензиновый двигатель подключается только при разгоне или при больших нагрузках. Эта схема, с одной стороны, позволяет нивелировать врожденные недостатки мотора Аткинсона, а c другой - максимально использовать его положительные качества.
Бесшумные золотники
Благодаря высокой экономичности моторы, работающие по циклу Аткинсона, сегодня все чаще используются на гибридных автомобилях вроде “Toyota Prius”.
МЕХАНИЗМ газораспределения - один из самых сложных и шумных в традиционном двигателе. Поэтому многие изобретатели пытались полностью избавиться от него или хотя бы существенно модернизировать.
Пожалуй, самой успешной альтернативной конструкцией стал мотор, созданный американским инженером Чарльзом Найтом в начале ХХ века. Привычных клапанов и их громоздкого привода в этом двигателе не было - их заменили специальные золотники в виде двух гильз, размещенных между цилиндром и поршнем. С помощью оригинального привода золотники перемещались вверх-вниз и в необходимый момент открывали окна в стенке цилиндра, через которые внутрь поступала свежая горючая смесь и удалялись в атмосферу выхлопные газы.
Такой мотор был сложен в изготовлении и достаточно дорог, зато он отличался очень тихой, практически бесшумной по меркам того времени работой. Поэтому многие компании, выпускавшие представительские автомобили, стали устанавливать двигатели Найта на свои модели. Покупатели готовы были переплачивать ради высокого комфорта. В начале прошлого века подобные моторы использовали такие известные фирмы, как “Daimler”, “Mercedes-Benz”, “Panhard-Levassor”..
Однако первоначальный восторг от бесшумной работы двигателей Найта вскоре сменился разочарованием. Конструкция оказалась ненадежной, к тому же отличалась повышенным потреблением бензина и масла из-за высокого трения между золотниками и стенками цилиндра, которое в разы возрастало при увеличении оборотов коленвала. Поэтому позади автомобилей с такими моторами всегда вился характерный сизый дымок.
Эпоха двигателей Найта закончилась в 30-е годы, когда на рынке появились моторы с усовершенствованным клапанным механизмом газораспределения, который почти избавился от чрезмерной шумности. Тем не менее в наши дни то и дело появляются сообщения о различных опытных вариантах бесклапанных двигателей, так что не исключено, что в будущем мы еще увидим такие моторы на серийных машинах.
Переменная степень сжатия
СТЕПЕНЬ сжатия - одна из важнейших характеристик двигателя. Чем больше этот параметр, тем выше максимальная мощность, экономичность и КПД бензинового мотора. Однако бесконечно увеличивать степень сжатия нельзя - в цилиндрах будет происходить детонация, то есть взрывное, неконтролируемое сгорание рабочей смеси, приводящее к повышенному износу деталей и механизмов.
Еще острее эта проблема стоит при создании двигателей с наддувом, которые в последнее время получают все большее распространение. Дело в том, что детали таких моторов работают в более жестких условиях, поэтому они сильнее нагреваются, и риск появления детонации выше. Так что степень сжатия приходится снижать. При этом соответственно падает и эффективность двигателя.
В идеале степень сжатия должна плавно меняться в зависимости от режима работы мотора. Для получения максимальной отдачи ее надо увеличивать, когда нагрузка на двигатель невелика, а затем по мере роста сопротивления движению постепенно уменьшать.
Первые проекты моторов с изменяемой степенью сжатия появились еще во второй половине ХХ века, однако сложность конструкции пока не позволяет широко использовать на массовых моделях. Тем не менее над совершенствованием этой схемы работают многие автопроизводители.
К примеру, SAAB в 2000 году представил опытный рядный 5-цилиндровый мотор SVC (“Saab Variable Compression”), который за счет изменяемой степени сжатия при скромном рабочем объеме 1,6 л выдает приличные 225 л.с. Шведский двигатель по горизонтали разделен на две части, шарнирно соединенные друг с другом с одной стороны. В нижней находятся коленвал, шатуны и поршни, а верхняя объединяет в едином моноблоке цилиндры и их головки. Специальный гидропривод может слегка наклонять моноблок, варьируя степень сжатия от 14 единиц на холостых оборотах до 8 - на высоких, когда в работу включается приводной компрессор. Такая конструкция оказалась эффективной, но очень дорогой, поэтому вскоре после премьеры проект SVC закрыли до лучших времен.
По мнению специалистов, более жизнеспособной выглядит другая схема. Такой двигатель практически неотличим от обычного, за исключением оригинального кривошипно-шатунного механизма. Коленвал здесь связан с поршнем через специальное коромысло. Оно, в свою очередь, закреплено на специальном валу, который может поворачиваться с помощью электро- или гидропривода. При наклоне коромысла меняется положение поршня в цилиндре, а значит, и степень сжатия. Преимущества такой компоновки в относительной простоте - в принципе ее можно создать на основе практически любого мотора.
Таким образом, современные технологии уже позволяют построить двигатель с переменной степенью сжатия. Осталось только решить проблему высокой стоимости таких проектов..
Не тот гибрид
Возможно, в недалеком будущем мы увидим на автомобилях концерна GM двигатели, сочетающие в себе преимущества как дизельных, так и бензиновых моторов.
НА СОВРЕМЕННЫХ автомобилях в основном применяются два типа двигателей - бензиновые и дизельные. Первые отличаются высокой мощностью, вторые - хорошей тяговитостью и экономичностью.
Сейчас многие автопроизводители работают над созданием мотора, который совместил бы в себе оба эти достоинства. В принципе конструкция обычных бензиновых агрегатов уже стала очень похожей на дизель: непосредственный впрыск топлива позволил поднять степень сжатия до 13-14 единиц (против 17-19 у дизельных вариантов).
На экспериментальных моделях степень сжатия еще выше - 15-16 единиц. Однако для постоянного самовоспламенения смеси этого не всегда достаточно. Поэтому при запуске двигателя, а также при высоких нагрузках топливо поджигается обычной свечой. При равномерном движении она отключается, и мотор переходит на “дизельный” режим работы, потребляя минимум топлива. Контролирует всю систему электроника, которая следит за условиями движения и при их изменении дает соответствующие команды исполнительным механизмам. По словам разработчиков, подобные двигатели весьма экономичны и практически не загрязняют окружающую среду. Однако уже сейчас ясно, что стоимость автомобилей с такими моторами будет достаточно высокой. Найдут ли они свое место на рынке, пока сказать сложно.
Автомобильные паровой двигатель и двигатель внутреннего сгорания - практически ровесники. КПД паровой машины той конструкции и в те годы составлял около 10%. КПД двигателя Ленуара был всего 4%. Только через 22 года, к 1882-му, Август Отто усовершенствовал его настолько, что КПД теперь уже бензинового двигателя достиг… аж 15%
Начавшись в 1801 году, история парового транспорта активно продолжалась без малого 159 лет. В 1960-м (!) в США всё ещё строились автобусы и грузовики с паровыми двигателями. Паровые машины за это время усовершенствовались весьма значительно. В 1900 году в США 50% парка автомобилей были «на пару». Уже в те годы возникла конкуренция между паровыми, бензиновыми и - внимание! - электрическими экипажами. После рыночного успеха «Модели-Т» Форда и, казалось бы, поражения парового двигателя новый всплеск популярности паровых авто пришёлся на 20-е годы прошлого столетия: стоимость топлива для них (мазут, керосин) была значительно ниже стоимости бензина.
«Классический» паровой двигатель, который выпускал отработанный пар в атмосферу, имеет КПД не более 8%. Однако паровой двигатель с конденсатором и профилированной проточной частью имеет КПД до 25–30%. Паровая турбина обеспечивает 30–42%. Парогазовые установки, где используются «в связке» газовые и паровые турбины, имеют КПД до 55–65%. Последнее обстоятельство подвигло инженеров компании BMW начать проработки вариантов использования этой схемы в автомобилях. К слову сказать, КПД современных бензиновых двигателей составляет 34%.
Стоимость изготовления парового двигателя во все времена была ниже стоимости карбюраторного и дизельного моторов той же мощности. Расход жидкого топлива в новых паровых двигателях, работающих в замкнутом цикле на перегретом (сухом) пару и оснащённых современными системами смазки, качественными подшипниками и электронными системами регулирования рабочего цикла, составляет всего 40% от прежнего.
Паровой двигатель медленно запускается. И это было когда-то… Даже серийные автомобили фирмы Stanley «разводили пары» от 10 до 20 минут. Усовершенствование конструкции котла и внедрение каскадного режима нагрева позволило сократить время готовности до 40–60 секунд.
Паровой автомобиль слишком нетороплив. Это не так. Рекорд скорости 1906 года - 205,44 км/час - принадлежит паровому автомобилю. В те годы автомобили на бензиновых моторах так быстро ездить не умели. В 1985-м на паровом автомобиле разъезжали со скоростью 234,33 км/час. А в 2009 году группа британских инженеров сконструировала паротурбинный «болид» с паровым приводом мощностью 360 л. с., который был способен перемещаться с рекордной средней скоростью в заезде - 241,7 км/час.
Интересно, что современные изыскания в области водородного топлива для автомобильных моторов породили ряд «боковых ответвлений»: водород в качестве топлива для классических поршневых паровых двигателей и в особенности для паротурбинных машин обеспечивает абсолютную экологичность. «Дым» от такого мотора представляет собой… водяной пар.
Паровой двигатель капризен. Это неправда. Он конструктивно значительно проще двигателя внутреннего сгорания, что само по себе означает большую надёжность и неприхотливость. Ресурс паровых моторов составляет многие десятки тысяч часов непрерывной работы, что не свойственно другим типам двигателей. Однако этим дело не ограничивается. В силу принципов работы паровой двигатель не теряет эффективности при понижении атмосферного давления. Именно по этой причине транспортные средства на паровой тяге исключительно хорошо подходят для использования в высокогорье, на тяжёлых горных перевалах.
Интересно отметить и ещё одно полезное свойство парового двигателя, которым он, кстати, схож с электромотором постоянного тока. Снижение частоты вращения вала (например, при возрастании нагрузки) вызывает рост крутящего момента. В силу этого свойства автомобилям с паровыми моторами принципиально не нужны коробки передач - сами по себе весьма сложные и порой капризные механизмы.