Поршневий двигун внутрішнього згоряння відомий більше століття, і майже стільки ж, а точніше з 1886 він використовується на автомобілях. Принципове рішення такого виду двигунів було знайдено німецькими інженерами Е. Лангеном та Н. Отто у 1867 році. Воно виявилося досить вдалим, щоб забезпечити даному типу двигунів лідируючу позицію, що збереглося в автомобілебудуванні і в наші дні. Проте винахідники багатьох країн невпинно прагнули побудувати інший двигун, здатний за найважливішими технічними показниками перевершити поршневий двигун внутрішнього згоряння. Які ж це показники? Насамперед, це так званий ефективний коефіцієнт корисної дії (ККД), який характеризує, яку кількість теплоти, що перебувала у витраченому паливі, перетворено на механічну роботу. ККД для дизельного двигуна внутрішнього згоряння дорівнює 0,39, а для карбюраторного – 0,31. Іншими словами, ефективний ккд характеризує економічність двигуна. Не менш суттєві питомі показники: питомий об'єм (к.с./м3) і питома маса (кг/л.с.), що свідчать про компактність і легкість конструкції. Не менш важливе значення має здатність двигуна пристосовуватись до різних навантажень, а також трудомісткість виготовлення, простота пристрою, рівень шумів, вміст у продуктах згоряння токсичних речовин. При всіх позитивних сторонах тієї чи іншої концепції силової установки період від початку теоретичних розробок до впровадження її в серійне виробництво займає дуже багато часу. Так, творцю роторно-nоршневого двигуна німецькому винахіднику Ф. Ванкелю знадобилося 30 років, незважаючи на його безперервну роботу, щоб довести свій агрегат до промислового зразка. Доречно буде сказано, що майже 30 років пішло на те, щоб впровадити дизельний двигун на серійному автомобілі ("Бенц", 1923). Але не технічний консерватизм спричинив таку тривалу затримку, а в необхідності вичерпно відпрацювати нову конструкцію, тобто створити необхідні матеріали та технологію для можливості її масового виробництва. Ця сторінка містить опис деяких типів нетрадиційних двигунів, але які практично довели свою життєздатність. Поршневий двигун внутрішнього згоряння має один із найістотніших своїх недоліків - це досить масивний кривошипно-шатунний механізм, адже з його роботою пов'язані основні втрати на тертя. Вже на початку ХХ століття робилися спроби позбутися такого механізму. З того часу було запропоновано безліч хитромудрих конструкцій, що перетворюють зворотно-поступальний рух поршня у обертальний рух валу такої конструкції.
Безшатунний двигун С. Баландіна
Перетворення поворотно-поступального руху поршневої групи у обертальний рух здійснює механізм, що ґрунтується на кінематиці "точного прямила". Тобто, два поршні з'єднані жорстко штоком, що впливає на колінчастий вал, що обертається із зубчастими вінцями в кривошипах. Вдале розв'язання задачі знайшов радянський інженер С. Баландін. У 40 - 50-х роках він спроектував і побудував кілька зразків авіамоторів, де шток, який з'єднував поршні з механізмом, що перетворює, не робив кутових хитань. Така безшатунна конструкція, хоч і була певною мірою складнішою за механізм, займала менший обсяг і на тертя забезпечувала менші втрати. Слід зазначити, що аналогічний конструкції двигун випробовувався в Англії наприкінці двадцятих років. Але заслуга С. Баландіна у тому, що він розглянув нові можливості перетворюючого механізму без шатуна. Оскільки шток у такому двигуні не гойдається щодо поршня, тоді можна з іншого боку поршня теж прилаштувати камеру згоряння з конструктивно нескладним ущільненням штока, що проходить через кришку.
Роторно-поршневий двигун Ф. Ванкеля
Має тригранний ротор, який здійснює планетарний рух навколо ексцентрикового валу. Об'єм трьох порожнин, що змінюється, утворених стінками ротора і внутрішньої порожнини картера, дозволяє здійснити робочий цикл теплового двигуна з розширенням газів. З 1964 року на серійних автомобілях, де встановлюються роторно-поршневі двигуни, поршневу функцію виконує тригранний ротор. Необхідне в корпусі переміщення ротора щодо ексцентрикового валу забезпечується планетарно-шестерним узгоджувальним механізмом (див. малюнок). Такий двигун, при рівній потужності з поршневим двигуном, компактніший (має менший на 30% об'єм), легше на 10-15%, має менше деталей і краще врівноважений. Але поступався при цьому поршневому двигуну за довговічністю, надійністю ущільнень робочих порожнин, більше витрачав палива, а гази, що відпрацювали, його містили більше токсичних речовин. Але після багаторічних доведень ці недоліки були усунені. Однак виробництво автомобілів з роторно-поршневими двигунами серійно сьогодні обмежене. Крім конструкції Ф. Ванкеля, відомі численні конструкції роторно-поршневих двигунів інших винахідників (Е. Кауертца, Г. Бредшоу, Р. Сейріча, Г. Ружицького та ін.). Тим не менш, об'єктивні причини не дали їм можливість вийти зі стадії експериментів - найчастіше через недостатню технічну гідність.
Газова двовальна турбіна
З камери згоряння гази спрямовуються на два робочі колеса турбіни, пов'язані кожне з самостійними валами. Від правого колеса в дію приводиться відцентровий компресор, з лівого - відбирається потужність, що направляється до колес автомобіля. Повітря, що нагнітається ним, потрапляє в камеру згоряння проходячи через теплообмінник, де підігрівається газами, що відпрацювали. Газотурбінна силова установка при тій же потужності компактніша і легша за двигун внутрішнього згоряння поршневого, а також добре врівноважена. Менш токсичні та відпрацьовані гази. В силу особливостей її тягових характеристик газова турбіна може використовуватися на автомобілі без КПП. Технологію виробництва газових турбін давно освоєно в авіаційній промисловості. З якої ж причини, враховуючи експерименти з газотурбінними машинами, що ведуться вже понад 30 років, не йдуть вони в серійне виробництво? Головна основа - невеликий в порівнянні з поршневими двигунами внутрішнього згоряння ефективний ККД і низька економічність. Також, газотурбінні двигуни досить дорогі у виробництві, так що в даний час зустрічаються вони лише на експериментальних автомобілях.Паровий поршневий двигун
Пара по черзі подається дві протилежні сторони поршня. Подача його регулюється золотником, який ковзає над циліндром у паророзподільній коробці. У циліндрі шток поршня ущільнений втулкою і з'єднаний з досить масивним крейцкопфним механізмом, який перетворює його зворотно-поступальний рух у обертальний.Двигун Р. Стірлінга. Двигун зовнішнього згоряння
Два поршні (нижній – робочий, верхній – витісняльний) з'єднані з кривошипним механізмом концентричними штоками. Газ, що у порожнинах над і під витіснювальним поршнем, нагріваючись поперемінно від пальника в голівці циліндра, проходить через теплообмінник, охолоджувач і назад. Циклічне зміна температури газу супроводжується зміною обсягу і відповідно дією на переміщення поршнів. Подібні двигуни працювали на мазуті, дровах, вугіллі. До їх переваг відносяться довговічність, плавність роботи, відмінні тягові характеристики, що дозволяє обійтися взагалі без коробки передач. Основні недоліки: велика маса силового агрегату та низький ККД. Досвідчені розробки недавніх років (наприклад, американця Б. Ліра та ін) дозволили сконструювати агрегати замкнутого циклу (з повною конденсацією води), підібрати склади пароутворюючих рідин з показниками вигіднішими, ніж вода. Проте на серійне виробництво автомобілів з паровими двигунами не наважився жоден завод за останні роки. Теплоповітряний двигун, ідею якого запропонував Р.Стірлінг ще в 1816 відноситься до двигунів зовнішнього згоряння. У ньому робочим тілом служать гелій або водень, що знаходиться під тиском, що поперемінно охолоджуються і нагріваються. Такий двигун (див. малюнок) у принципі простий, має меншу витрату палива, ніж внутрішнього згоряння поршневі двигуни, при роботі не виділяє газів, які мають шкідливі речовини, а також має високий ефективний ККД, що дорівнює 0,38. Однак впровадження двигуна Р. Стірлінга в серійне виробництво заважають серйозні труднощі. Він важкий і дуже громіздкий, повільно набирає обертів, порівняно з поршневим двигуном внутрішнього згоряння. Понад те, у ньому складно технічно забезпечити надійне ущільнення робочих порожнин. Серед нетрадиційних двигунів окремо стоїть керамічний, який конструктивно не відрізняється від традиційного чотиритактного поршневого двигуна внутрішнього згоряння. Тільки його найважливіші деталі виготовляються з керамічного матеріалу, здатного витримувати температури в 1,5 разів вищі за метал. Відповідно керамічного двигуна не потрібна система охолодження і таким чином, немає втрат у теплі, які пов'язані з його роботою. Це дає можливість сконструювати двигун, який працюватиме за так званим адіабатичним циклом, що обіцяє істотне скорочення витрати палива. Тим часом подібні роботи ведуться американськими та японськими фахівцями, але поки що не виходять зі стадії пошуку рішень. Хоча в дослідах з різноманітними нетрадиційними двигунами, як і раніше, браку немає, домінуюче положення на автомобілях, як уже зазначалося вище, зберігають і, можливо, ще довго зберігатимуть поршневі чотиритактні двигуни внутрішнього згоряння.Історія творців найпотужнішого у світі двигуна внутрішнього згоряння. Як збільшити в рази ККД двигуна, в чому відмінність нового агрегату від відомих роторних двигунів і в чому перевага радянської освіти перед американським - у матеріалі відділу науки.
Технології неухильно розвиваються. Про те, як захистити електропроводку, можна читати на сайті інтернет-магазину «Електрика Шоп».
Виходець із СРСР, який живе в США, разом із сином винайшов, запатентував і випробував найпотужніший і найефективніший у світі двигун внутрішнього згоряння. Новий мотор буде в рази перевищувати існуючі по ККД і поступатися масою.
1975 року невдовзі після закінчення Київського політехнічного інституту молодий фізик Микола Школьник поїхав до США, де здобув науковий ступінь і став фізиком-теоретиком - його цікавили додатки, пов'язані із загальною та спеціальною теорією відносності. Попрацювавши в галузі ядерної фізики, молодий вчений відкрив у США дві компанії: одну, яка займається програмним забезпеченням, другу - розробляє крокуючі роботи. Пізніше він десять років зайнявся консультуванням проблемних компаній, котрі займаються технічними інноваціями.
Однак як інженера Школяра постійно хвилювало одне питання – чому сучасні автомобільні мотори такі неекономічні?
І справді, незважаючи на те, що поршневий двигун внутрішнього згоряння людство вдосконалює вже півтора століття,
ККД бензинових моторів сьогодні не перевищує 25%, дизельних – близько 40%.
Тим часом син Школяра Олександр вступив до MIT та отримав ступінь доктора в галузі комп'ютерних наук, став фахівцем у галузі оптимізації систем. Думаючи над збільшенням ККД двигуна, Микола Школьник розробив власний термодинамічний цикл роботи двигуна HEHC (High-efficiency hybrid cycle), який став ключовим етапом реалізації його мрії.
"Останнього разу таке відбувалося в 1892 році, коли Рудольф Дизель запропонував новий цикл і створив свій двигун", - пояснив в інтерв'ю Школьник-молодший.
Винахідники зупинилися на роторному двигуні, принцип якого було запропоновано у середині XX століття німецьким винахідником Феліксом Ванкелем. Ідея роторного двигуна проста. На відміну від звичайних поршневих моторів, в яких багато обертових і рухомих частин, що знижують ККД, роторний двигун Ванкеля має овальну камеру і трикутний ротор, що обертається всередині неї, який своїм рухом утворює в камері різні ділянки, де відбувається впуск, стиск, згоряння і випуск .
Плюси двигуна – потужність, компактність, відсутність вібрацій. Однак, незважаючи на вищий ККД і високі динамічні характеристики, роторні двигуни за півстоліття не знайшли широкого застосування в техніці. Одним із небагатьох прикладів серійної установки
Слабкими місцями таких двигунів були ненадійність, пов'язана з низькою зносостійкістю ущільнювачів, завдяки яким ротор щільно примикає до стін камери, і низька екологічність.
Вже працюючи у фірмі LiquidPiston, засновниками якої вони стали, Школярі створили свою абсолютно нову реінкарнацію ідеї роторних моторів.
Принциповим у ній було те, що у двигуні Школярів не камера, а ротор нагадує формою горіх, який обертається у трикутній камері.
Це дозволило вирішити низку непереборних проблем двигуна Ванкеля. Наприклад, горезвісні ущільнювачі тепер можна робити із заліза та кріпити їх нерухомо до стінок камери. При цьому масло підводиться прямо до них, тоді як раніше воно додавалася в саме повітря і, згоряючи, створювало брудний вихлоп, а змащувало погано.
Крім того, під час роботи двигуна Школярів відбувається так зване ізохорне горіння палива, тобто горіння при постійному обсязі, що збільшує ККД мотора.
Винахідники створили один за одним п'ять моделей нового мотора, остання з яких у червні була вперше протестована - її поставили на спортивний карт. Випробування виправдали усі очікування.
Мініатюрний двигун розміром зі смартфон масою менше 2 кг має потужність всього 3 к.с. Двигун високооборотний, працює на частоті 10 тис. об./хв., але може досягати і 14 тис. ККД двигуна становить 20%. Це багато, враховуючи, що звичайний поршневий мотор такого ж об'єму в 23 кубики мав би ККД лише 12%, а поршневий мотор такої ж маси дав би всього 1 к.с.
Але головне, ККД таких моторів різко зростає зі збільшенням їх обсягів.
Так, наступний двигун Школярів буде дизельним мотором потужністю 40 к.с., при цьому його ККД складе вже 45%, а це вище, ніж ефективність найкращих дизелів сучасних вантажівок.
Важить він всього 13 кг, при тому що його поршневі аналоги такої ж потужності сьогодні важать під 200 кг.
Цей двигун вже планується ставити на генератор, який буде обертати колеса дизель-електричного автомобіля. «Якщо ж ми збудуємо ще більший двигун, ми можемо досягти ККД у 60%», - пояснює Школьник.
У перспективі компактні, спритні та потужні мотори Школярів планується використовувати там, де ці властивості особливо важливі – при конструюванні легких дронів, ручних бензопил, газонокосарок та електрогенераторів.
Поки двигун ганяли 15 годин, проте за нормативами, щоб піти у виробництво, він повинен відпрацювати безперервно 50 годин. При цьому для автомобільної промисловості потрібна надійність двигуна на 100 тис. миль пробігу, що поки що залишається мрією, визнають конструктори.
«Це найекономічніший, найпотужніший двигун не лише серед роторних, а й усіх двигунів внутрішнього згоряння.
Це показують наші виміри, а те, що ми отримаємо на великих моторах, ми вже змоделювали на комп'ютерах», - радіє Школьник-молодший.
Те, що озвучені цифри – не фантазії винахідників, підтверджує серйозність намірів інвесторів. Сьогодні в стартап вже вкладено $18 млн. венчурних інвестицій, $1 млн. яких дало американське агентство передових розробок DARPA.
Інтерес військових тут зрозумілий. Справа в тому, що військовими США в авіації застосовується переважно паливо JP-8. І військові хочуть, щоби взагалі вся армійська техніка працювала на цьому виді палива, на якому, до речі, можуть працювати і дизельні мотори.
Але сучасні дизельні двигуни є громіздкими, тому DARPA так активно придивляється до розробки Школярів.
Олександр вважає, що створити такий революційний двигун допомогло частково освіту, яку отримав його батько ще СРСР. «Він думає інакше, не так, як звичайний інженер у США. Його фантазія обмежена лише фізикою. Якщо фізика каже – щось можливо, то він вірить, що це так, і лише думає, як це можна зробити», – додав Олександр.
Сам Микола Школьник по-своєму розповідає про історію свого успіху та переваги радянської освіти.
«У США я переживав, що, маючи спеціальність «машинобудування», я не матиму достатнього бекграунду з фізики та, особливо, математики.
Ці побоювання виявилися марними завдяки чудовій підготовці, яку я отримав у радянській школі.
Ця солідна освітня підготовка досі допомагає мені тут у нашій роботі із новим роторним двигуном. На мій погляд, є дві великі відмінності між американськими інженерами і освітянами в Росії. По-перше, американські інженери неймовірно ефективні у тому, що вони роблять. Зазвичай потрібно два-три російські інженери, щоб замінити одного американського. Однак росіяни мають ширший погляд на речі (пов'язаний з освітою, принаймні в мій час) та здатність досягати цілей з мінімумом ресурсів, що називається, на коліні», - поділився роздумами Микола Школьник.
Інженери придумали новий двигун ще 2003 року. До 2012 року було збудовано перший прототип, про який написали у журналі "Популярна механіка". У 2015 році компанія не тільки уклала контракт з DARPA, але й почала розробку міні-версії двигуна.
Неважливо для чого були зроблені ці спроби створення самого економічного мотора або навпаки, найпотужнішого. Важливий інший факт-ці двигуни були створені і вони існують у реальних робочих екземплярах. Ми раді цьому і пропонуємо нашим читачам разом з нами подивитися на 10 найбожевільніших автомобільних двигунів, які нам вдалося знайти.
Для складання нашого списку 10 божевільних автомобільних двигунів ми дотримувалися деяких правил: до нього потрапили лише силові установки серійних легкових автомобілів; ніяких гоночних екземплярів моторів чи експериментальних моделей, тому що вони незвичайні за визначенням. Ми також не використовували двигуни з розряду «най-най», найбільші або найпотужніші, винятковість розраховувалася за іншими критеріями. Безпосередня мета цієї статті - підкреслити незвичайну, іноді і божевільну конструкцію двигуна.
Панове, заводіть ваші мотори!
8.0-літрів, понад 1000 к.с. W-16 є найпотужнішим і найскладнішим у виробництві двигуном в історії. Він має 64 клапани, чотири турбонагнітачі, і достатній момент, що крутить, щоб змінити напрям обертання Землі- 1500 Нм при 3.000 оборотах в хвилину. Його W-подібний, 16-циліндровий, що по суті з'єднав у собі кілька двигунів, ніколи не існував до, і, на будь-якій іншій моделі, крім нового автомобіля. До речі, цей двигун гарантовано відпрацює весь термін служби без поломок, виробник запевняє в цьому.
Bugatti Veyron W-16 (2005-2015)
Bugatti Veyron, єдиний автомобіль на сьогоднішній час, на якому можна зустріти у дії W образного монстра. Bugatti відкриває список (На фото 2011 16.4 Super Sport).
На початку минулого століття у автомобільного інженера Чарльза Найта Єльського сталося прозріння. Традиційні тарілчасті клапани, міркував він, були надто складними, поворотні пружини та штовхачі надто неефективними. Він створив свій вид клапанів. Його рішення охрестили «золотниковий клапан» - ковзна поршня муфта з приводом від редукторного валу, який відкриває впускні і випускні порти в стінці циліндра.
Knight Sleeve Valve (1903-1933)
Дивно, але це працювало. Двигуни із золотниковими клапанами пропонували високу об'ємну продуктивність, низький рівень шуму та відсутність ризику западання клапана. Недоліків було небагато, до них входило збільшене споживання олії. Найт запатентував свою ідею 1908 року. Згодом вона стала застосовуватись усіма марками, від Mercedes-Benz до автомобілів Panhard та Peugeot. Технологія пішла в минуле, коли класичні клапани стали краще справлятися з високими температурами та високими обертами. (1913-Knight 16/45).
Уявіть собі, 1950-і роки, ви автовиробник намагається розробити нову модель автомобіля. Якийсь німецький хлопець на ім'я Фелікс приходить до вашого офісу і намагається продати вам ідею тригранного поршня, що обертається всередині овальної коробки (циліндра спеціального профілю) для встановлення на вашу майбутню модель. Ви погодилися? Скоріше за все так! Робота цього виду двигуна настільки заворожує, що від споглядання цього процесу важко відірватися.
Невід'ємний мінус всього незвичайного-складність. У цьому випадку головна складність полягала в тому, що двигун повинен бути неймовірно збалансованим, з точно підігнаними частинами.
Mazda/NSU Wankel Rotary (1958-2014)
Сам ротор є трикутним з опуклими гранями, три його кути-це вершини. При обертанні ротора всередині корпусу він створює три камери, які відповідають за чотири фази циклу: впуск, стиснення, робочий хід і випуск. Кожна сторона ротора під час роботи двигуна виконує одну зі стадій циклу. Не дарма роторно-поршневий тип двигуна є одним із найефективніших ДВС у світі. Шкода нормальної витрати палива від двигунів Ванкеля так і не вдалося досягти.
Незвичайний мотор, чи не так? А знаєте, що ще дивніше? Цей двигун був у виробництві до 2012 року і ставився він на спорткар! (1967-1972 Mazda Cosmo 110S).
Коннектикутська компанія Eisenhuth Horseless Vehicle була заснована Джоном Айзенхутом, людиною з Нью-Йорка, який стверджував, що винайшов бензиновий двигун і мав неприємну звичку отримувати позови від своїх ділових партнерів.
Його моделі Compound 1904-1907 років відрізнялися встановленими в них трициліндровими двигунами, в яких дві зовнішні циліндри рухалися за допомогою займання, середній "мертвий" циліндр працював за рахунок вихлопних газів перших двох циліндрів.
Eisenhuth Compound (1904-1907)
Eisenhuth обіцяв 47% збільшення паливної економічності, ніж це було у стандартних двигунах аналогічного розміру. Гуманна ідея не припала до двору на початку XX століття. Про економію тоді ніхто не думав. Підсумок-банкрутство в 1907 році. (На фото 1906 Eisenhuth Compound Model 7.5)
Залишіть для французів можливість розробляти цікаві двигуни, що виглядають звичайними на перший погляд. Відомий Гальський виробник Panhard, в основному запам'ятався своєю однойменною реактивною штангою-тягою Панара, встановлював у свої післявоєнні автомобілі серію опозитних моторів з повітряним охолодженням та алюмінієвими блоками.
Panhard Flat-Twin (1947-1967)
Об'єм варіювався від 610 до 850 см. куб. Вихідна потужність була між 42 л. та 60 к.с., залежно від моделі. Найкраща частина автомобілів? Panhard twin , який колись зумів перемагає у 24 Годинах Ле-Ман. (на фото 1954 року Panhard Dyna Z).
Дивна назва, звичайно, але двигун ще дивніший. 3,3-літровий Commer TS3 був наддувним, оппозитно-поршневим, трициліндровим, двотактним дизельним двигуном. У кожному циліндрі по два поршні, що стоять один навпроти одного, з розташованою в одному циліндрі однією центральною свічкою. Він не мав головки циліндрів. Застосовувався один колінчастий вал (більшість опозитних двигунів мають два).
Commer/Rootes TS3 "Commer Knocler" (1954-1968)
Rootes Group вигадала цей мотор для своєї марки вантажних автомобілів та автобусів Commer. (автобус Commer TS3)
Lanchester Twin-Crank Twin (1900-1904)
Результат становив 10,5 л.с. при 1.250 оборотах на хвилину та відсутність помітних вібрацій. Якщо ви коли-небудь замислювалися, подивіться на двигун, що стоїть у цьому автомобілі. (1901 Lanchester).
Як Veyron, лімітована версія суперкара Cizeta (уроджена Cizeta-Moroder) V16T визначається своїм двигуном. 560 сильний 6,0-літровий V16 в утробі Cizeta став одним із найрозкрученіших моторів свого часу. Інтрига полягала в тому, що двигун Cizeta, на перевірку, не був істинним V16. За фактом це було два двигуни V8, об'єднані в один. Для двох V8 використовувався єдиний блок та центральний ГРМ. Що робить Це не робить його ще більш божевільним-прихильність. Двигун встановлений поперечно, центральний вал подає енергію задні колеса.
Cizeta-Moroder/Cizeta V16T (1991-1995)
Суперкар проводився з 1991 по 1995 рік, цей автомобіль мав ручне складання. Спочатку планувалося випускати по 40 суперкарів на рік, потім ця планка була знижена до 10, але в результаті майже за 5 років виробництва було випущено лише 20 автомобілів. (Фото 1991 Cizeta-16T Moroder)
Двигуни Commer Knocker були фактично натхнені на створення сімейством цих французьких двигунів із зустрічно встановленими поршнями, які вироблялися з двома-чотирьома-шістьма циліндрами до початку 1920-х. Ось як це працює у двоциліндровій версії: поршнів у два ряди один навпроти іншого в загальних циліндрах таким чином, що поршні кожного циліндра рухаються назустріч один одному і утворюють загальну камеру згоряння. Колінвали механічно синхронізовані, причому вихлопний вал обертається з випередженням щодо впускного на 15-22 °, потужність відбирається або з одного з них або з обох.
Gobron-Brillié Opposed Piston (1898-1922)
Серійні двигуни вироблялися в діапазоні від 2.3-літрових «двійок» до 11,4-літрових шісток. Була також монстроподібна 13,5-літрова чотирициліндрова гоночна версія двигуна. На автомобілі з таким мотором гонщик Луї Ріголі вперше досяг швидкості 160 км/год в 1904 (1900 Nagant-Gobron)
Adams-Farwell (1904-1913)
Якщо ідея двигуна, що обертається позаду, не бентежить вас, то автомобілі Adams-Farwell відмінно вам підійдуть. Обертався правда не весь, тільки циліндри та поршні, тому що колінчасті вали на цих три-, п'ятициліндрових двигунах були статичними. Розташовані радіально, циліндри були з повітряним охолодженням і виступали як маховик, як тільки двигун запускали, і він починав працювати. Двигуни мали невелику вагу для свого часу, 86 кг важив 4.3 літровий трициліндровий мотор та 120 кг-8.0 літровий двигун. Відео.
Adams-Farwell (1904-1913)
Самі автомобілі були із заднім розташуванням двигуна, пасажирський салон був перед важким двигуном, компонування ідеально підходило для отримання максимальної шкоди пасажирами внаслідок нещасного випадку. На зорі автомобілебудування про якісні матеріали та надійні конструкції не думали, в перших саморухових каретах по-старому використовувалося дерево, мідь, зрідка метал, не найвищої якості. Напевно, було не дуже комфортно відчувати роботу 120 кілограмового мотора, що розкручувався до 1.000 об/хв за своєю спиною. Проте автомобіль вироблявся протягом 9 років. (Фото 1906 Adams-Farwell 6A Convertible Runabout).
Тридцять циліндрів, 5 блоків, 5 карбюраторів, 20.5 літрів. Цей двигун у Детройті розробили спеціально для війни. Chrysler побудував A57 як спосіб задовольнити замовлення танкового двигуна для Другої світової війни. Інженерам довелося працювати поспіхом, максимально використовуючи наскільки це можливо наявні компоненти.
Бонус. Неймовірні двигуни, що не стали серійними зразками: Chrysler A57 Multibank
Двигун складався з п'яти 251 кубових рядних шісток від легкових автомобілів, радіально розташованих навколо центрального вихідного валу. На виході вийшло 425 л. використовувалися в танках M3A4 Lee та M4A4 Sherman.
Другим бонусом іде єдиний гоночний двигун, що потрапив в огляд. 3,0-літровий мотор використовуваний BRM (British Racing Motors), 32-клапанний двигун Н-16, що поєднує в собі по суті, дві плоскі вісімки (Н-подібний двигун — двигун, конфігурація блоку циліндрів якого представляє літеру «Н» у вертикальному або горизонтальному розташуванні. колінчасті вали). Потужність спортивного двигуна кінця 60-х років була більш ніж високою, більше 400 к.с., але H-16 серйозно поступався іншим модифікаціям за вагою та надійністю. одного разу побачив подіум, на Grand Prix U.S., коли Джим Кларк здобув перемогу у 1966 році.
Бонус. Неймовірні двигуни не стали серійними зразками: British Racing Motors H-16 (1966-1968)
16-cylinder мотор був не єдиний над яким чаклували guys з BRM. Вони також розробили наддувний 1,5-літровий V16. Він крутився до 12.000 об/хв та виробляв приблизно 485 к.с. Напевно, було б класно встановити такий двигун на Toyota Corolla AE86, не раз замислювалися над цим ентузіасти з усього світу.
Інший цикл
На початку ХХ століття тихі безклапані мотори встановлювалися на престижні моделі. Наприклад, під капотом цього шикарного Daimler Double Six 40/50 стояв саме такий двигун.
Mazda Millenia/Xedos 9 - один з небагатьох масових автомобілів, який оснащувався двигуном Аткінсона.
ЗВИЧАЙНИЙ 4-тактний двигун працює за циклом, винайденим ще в 1876 році німецьким інженером Ніколаусом Отто: у циліндрі за певних умов поперемінно відбуваються певні процеси - впуск, стиск, робочий хід та випуск. У 1886 році цю схему спробував удосконалити британський інженер Джеймс Аткінсон.
На перший погляд, його двигун мало відрізнявся від прабатька - той же порядок тактів, схожий принцип роботи ... Однак насправді відмінностей було чимало. Наприклад, за рахунок спеціального коленвала зі зміщеними точками кріплення Аткінсону вдалося знизити втрати на тертя в циліндрі та підняти ступінь стиснення двигуна.
Також у подібних двигунах інші фази газорозподілу. Якщо на звичайному ДВС впускний клапан закривається практично відразу по проходженні поршнем нижньої мертвої точки, то в циклі Аткінсона такт впуску значно довше - клапан закривається лише на півдорозі поршня до верхньої мертвої точки, коли в циклі Отто вже такт стиснення.
Що це дало? Найголовніше – найкраще наповнення циліндрів завдяки зниженню так званих насосних втрат. Не вдаючись у технічні подробиці, лише скажемо, що в результаті двигун Аткінсона приблизно на 10% ефективніший (і економічніший) звичайного ДВЗ.
Однак на серійних автомобілях мотори, що діють за схемою Аткінсона, досі не зустрічалися. Справа в тому, що такий двигун може правильно працювати та видавати хороші показники лише на високих оборотах. А на неодружених він, навпаки, намагається заглухнути. Щоб вирішити проблему наповнення циліндрів на малих оборотах, на подібні мотори доводиться встановлювати механічні нагнітачі (таку схему іноді не зовсім вірно ще називають двигун Міллера), що ще більше ускладнює і подорожчає конструкцію. До того ж втрати на привід компресора практично зводять нанівець переваги незвичайного двигуна.
Тому серійні масові автомобілі з двигунами Аткінсона можна перерахувати на пальцях однієї руки. Характерний приклад - "Mazda Xedos 9/Millenia", яка випускалася з 1993 по 2002 рік і оснащувалась 210-сильним 2,3-літровим V6.
Зате в чистому вигляді мотори Аткінсона виявилися дуже придатними для гібридних моделей на кшталт знаменитого Toyota Prius або новітнього Mercedes-Benz S-класу, який незабаром піде в серійне виробництво. Адже на малих швидкостях такі машини пересуваються в основному на електротязі, а бензиновий двигун підключається тільки при розгоні або великих навантаженнях. Ця схема, з одного боку, дозволяє нівелювати вроджені недоліки двигуна Аткінсона, а з іншого - максимально використовувати його позитивні якості.
Безшумні золотники
Завдяки високій економічністі мотори, що працюють за циклом Аткінсона, сьогодні все частіше використовуються на гібридних автомобілях на кшталт Toyota Prius.
МЕХАНІЗМ газорозподілу - один із найскладніших і найгучніших у традиційному двигуні. Тому багато винахідників намагалися повністю позбутися його або хоча б суттєво модернізувати.
Мабуть, найуспішнішою альтернативною конструкцією став двигун, створений американським інженером Чарльзом Найтом на початку ХХ століття. Звичних клапанів та їх громіздкого приводу в цьому двигуні не було – їх замінили спеціальні золотники у вигляді двох гільз, розміщених між циліндром та поршнем. За допомогою оригінального приводу золотники переміщалися вгору-донизу і в необхідний момент відкривали вікна в стінці циліндра, через які всередину надходила свіжа горюча суміш і віддалялися в атмосферу вихлопні гази.
Такий двигун був складний у виготовленні і досить дорогий, зате він відрізнявся дуже тихою, практично безшумною за мірками того часу роботою. Тому багато компаній, що випускали представницькі автомобілі, стали встановлювати двигуни Найта на свої моделі. Покупці були готові переплачувати заради високого комфорту. На початку минулого століття подібні мотори використовували такі відомі фірми, як Daimler, Mercedes-Benz, Panhard-Levassor.
Однак початкове захоплення безшумної роботи двигунів Найта незабаром змінилося розчаруванням. Конструкція виявилася ненадійною, до того ж відрізнялася підвищеним споживанням бензину та олії через високе тертя між золотниками та стінками циліндра, що у рази зростало при збільшенні обертів коленвала. Тому позаду автомобілів з такими моторами завжди вився характерний сизий димок.
Епоха двигунів Найта закінчилася в 30-ті роки, коли на ринку з'явилися мотори з удосконаленим клапанним механізмом газорозподілу, який майже позбавився надмірної шумності. Проте в наші дні з'являються повідомлення про різні досвідчені варіанти безклапанних двигунів, так що не виключено, що в майбутньому ми ще побачимо такі мотори на серійних машинах.
Змінний ступінь стиснення
СТУПЕНЬ стиску - одна з найважливіших характеристик двигуна. Чим більший цей параметр, тим вища максимальна потужність, економічність та ККД бензинового мотора. Однак нескінченно збільшувати ступінь стиснення не можна - в циліндрах відбуватиметься детонація, тобто вибухове, неконтрольоване згоряння робочої суміші, що призводить до підвищеного зношування деталей і механізмів.
Ще гостріше ця проблема стоїть при створенні двигунів з наддувом, які останнім часом набувають все більшого поширення. Справа в тому, що деталі таких моторів працюють у жорсткіших умовах, тому вони сильніше нагріваються, і ризик появи детонації вищий. Тож ступінь стиснення доводиться знижувати. При цьому відповідно падає ефективність двигуна.
В ідеалі ступінь стиснення має плавно змінюватись в залежності від режиму роботи мотора. Для отримання максимальної віддачі її треба збільшувати, коли навантаження на двигун невелике, а потім зі зростанням опору руху поступово зменшувати.
Перші проекти моторів із змінним ступенем стиснення з'явилися ще в другій половині ХХ століття, проте складність конструкції поки що не дозволяє широко використовувати на масових моделях. Проте над удосконаленням цієї схеми працює багато автовиробників.
Наприклад, SAAB в 2000 році представив досвідчений рядний 5-циліндровий мотор SVC ("Saab Variable Compression"), який за рахунок ступеня стиснення, що змінюється, при скромному робочому об'ємі 1,6 л видає пристойні 225 к.с. Шведський двигун по горизонталі розділений на дві частини, які шарнірно з'єднані один з одним з одного боку. У нижній знаходяться колінвал, шатуни та поршні, а верхня поєднує в єдиному моноблоці циліндри та їх головки. Спеціальний гідропривід може злегка нахиляти моноблок, варіюючи ступінь стиснення від 14 одиниць на холостих оборотах до 8 - на високих, коли в роботу включається приводний компресор. Така конструкція виявилася ефективною, але дуже дорогою, тому невдовзі після прем'єри проект SVC закрили до найкращих часів.
На думку фахівців, життєздатнішою виглядає інша схема. Такий двигун практично не відрізняється від звичайного, за винятком оригінального кривошипно-шатунного механізму. Колінвал тут пов'язаний із поршнем через спеціальне коромисло. Воно, у свою чергу, закріплене на спеціальному валу, що може повертатися за допомогою електро- або гідроприводу. При нахилі коромисла змінюється положення поршня в циліндрі, отже, і ступінь стиснення. Переваги такого компонування у відносній простоті - в принципі її можна створити на основі практично будь-якого двигуна.
Таким чином, сучасні технології вже дозволяють побудувати двигун зі змінним ступенем стиснення. Залишилося тільки вирішити проблему високої вартості таких проектів.
Не той гібрид
Можливо, в недалекому майбутньому ми побачимо на автомобілях концерну GM двигуни, що поєднують переваги як дизельних, так і бензинових моторів.
На СУЧАСНИХ автомобілях в основному застосовуються два типи двигунів - бензинові та дизельні. Перші відрізняються високою потужністю, другі - гарною тяжкістю та економічністю.
Зараз багато автовиробників працюють над створенням мотора, який поєднав би в собі обидві ці переваги. У принципі конструкція звичайних бензинових агрегатів вже стала дуже схожою на дизель: безпосереднє упорскування палива дозволило підняти ступінь стиснення до 13-14 одиниць (проти 17-19 дизельних варіантів).
На експериментальних моделях ступінь стиснення ще вищий - 15-16 одиниць. Однак для постійного самозаймання суміші цього не завжди достатньо. Тому при запуску двигуна, а також при високих навантаженнях, паливо підпалюється звичайною свічкою. При рівномірному русі вона відключається, і двигун переходить на "дизельний" режим роботи, споживаючи мінімум палива. Контролює всю систему електроніка, яка стежить за умовами руху та за їх зміни дає відповідні команди виконавчим механізмам. За словами розробників, подібні двигуни дуже економічні і практично не забруднюють довкілля. Проте вже зараз ясно, що вартість автомобілів з такими двигунами буде досить високою. Чи знайдуть вони своє місце на ринку, поки що сказати складно.
