უცნაური ძრავები პროგრესის კიდეებზე გაჭედილი

ვანკელის ძრავა, სტირლინგის ძრავა და ტურბო-ენერგეტიკული დანადგარების სხვადასხვა სახეობა ავტომობილების მთავარ ნაკადში ვერასოდეს შევიდა. ათწლეულების განმავლობაში მათზე ამუშავებდნენ ისეთი ცნობილი კომპანიები, როგორებიც იყვნენ Mazda, GM, Mercedes და Volvo. ამ საქმეს ეწეოდნენ მცირე ფირმები და ინდივიდუალური გამომგონებლებიც. თუმცა გამოვლინდა, რომ ყოველ ალტერნატიულ კონსტრუქციაში თავდაპირველ მოლოდინზე გაცილებით მეტი ხარვეზი იმალებოდა. ეს არ ნიშნავს, რომ არაჩვეულებრივი ძრავების შემუშავება შეუძლებელია. ენთუზიასტები სხვადასხვა იდეის განხორციელებაზე კვლავ მუშაობენ, და ამ სტატიაში ჩვენ განვიხილავთ ოდესმე აშენებულ ყველაზე ეგზოტიკურ ძრავის კონცეფციებს.

გაყოფილი ციკლის ძრავები: ორი ცილინდრი, ერთი სამუშაო ტაქტი

ზოგიერთმა ძრავის კონსტრუქტორმა დაასკვნა, რომ ცილინდრის, დგუშის, სამაკავშირებლო ღეროსა და საკოლოფე ლილვის კლასიკური კომბინაცია ასი წელზე მეტი ხნის განმავლობაში საკუთარ ღირებულებას ამტკიცებს — და რომ შიდა წვის ძრავების გასაუმჯობესებლად საჭიროა მხოლოდ ცალკეული ასპექტების შეცვლა, და არა ნულიდან გადაკეთება. ჩვენი სიის პირველი მაგალითია ამერიკული კომპანია Scuderi Group-ის მიერ შემუშავებული ძრავა, რომელიც ინარჩუნებს კლასიკურ შესხმის, შეკუმშვის, სამუშაო და გამოდევნის ტაქტებს — მაგრამ ანაწილებს მათ ორ ცალკე ცილინდრს შორის:

• ცივი (კომპრესორული) ცილინდრი — ახორციელებს შესხმასა და შეკუმშვას
• ცხელი (სამუშაო) ცილინდრი — ახორციელებს სამუშაო ტაქტსა და გამოდევნას

სანამ სამუშაო ცილინდრში გაზი ფართოვდება, ცივ, კომპრესორულ ცილინდრში მიმდინარეობს შესხმის ტაქტი. სამუშაო ცილინდრის გამოდევნის დროს კომპრესორული ცილინდრი ახდენს შეკუმშვას. შეკუმშვის ტაქტის ბოლოს ორივე დგუში უახლოვდება ზედა მკვდარ წერტილს, ნარევი გადადის გამტარი არხის მეშვეობით ცივი ცილინდრიდან ცხელში და ანთდება. ეს გაყოფილი ციკლი — არსებითად მოდიფიცირებული ოტოს ციკლი — დაპატენტდა 2006 წელს, ხოლო 2009 წელს Scuderi Group-მა ააგო Scuderi Split Cycle Engine-ის პილოტური ნიმუში.

კომპრესორულ და სამუშაო ცილინდრებს შეიძლება ჰქონდეთ სხვადასხვა დიამეტრი და დგუშის სვლა, რაც საშუალებას იძლევა მოქნილად დარეგულირდეს ძრავის პარამეტრები — მილერის ციკლის ანალოგის ფუნქციით, გაზის დამატებითი გაფართოებით. ცილინდრებს შორის არხს თუ დაემატება სარქვლებიანი ტოტი და მაღალი წნევის ბოთლი, ძრავას შეუძლია ენერგიის რეკუპერაცია დამუხრუჭების დროს და მისი გამოყენება დაჩქარებისას. თუმცა წლების განმავლობაში Scuderi Group-ის საქმიანობა შემოიფარგლება პროტოტიპებითა და გამოფენებში მონაწილეობით. რეალურ პირობებში ეფექტიანობის მატებამ ჯერ-ჯერობით ვერ გაამართლა კონსტრუქციის მნიშვნელოვანი სირთულე.

გაყოფილ სამუშაო ციკლს მიმართა ხორვატულმა კომპანია Paut Motor-მაც. მათი განცალკევებული კონსტრუქცია რამდენიმე მიზეზის გამო მიიპყრო ყურადღება:

• მოძრავი ნაწილების მნიშვნელოვნად ნაკლები რაოდენობა, ვიდრე ჩვეულებრივ ძრავებში
• ხახუნის დანაკარგების შემცირება
• მუშაობის ხმაურის შემცირება
• კომპაქტური განზომილებები: 500×440×440 მმ, 7-ლიტრიანი მუშა მოცულობით
• მასა დაახლოებით 135 კგ — იმავე გადაადგილების ტრადიციული ძრავის მასის დაახლოებით ნახევარი

კარტერში ზეთის არარსებობა მართლაც მოითხოვს გარე საპოხ ავზს, მაგრამ გამომგონებლებმა ეს მისაღებ კომპრომისად მიიჩნიეს. რამდენიმე პროტოტიპი შეიქმნა, თუმცა საბოლოო სიმძლავრე ოფიციალურად არასოდეს დადგენილა. უკანასკნელი პროტოტიპი 2011 წელს შეიკრა, და მას შემდეგ პროექტი გაჩერდა.

ბონერის ორტაქტიანი ძრავა: მაქსიმალური სირთულე, ამბიციური მიზნები

ბონერის ორტაქტიანი ძრავა (სახელდებულია სპონსორის, Bonner Motor-ის სახელით) 2006 წელს გამოიგონა ამერიკელმა უოლტერ შმიდმა და კიდევ უფრო ზრდის მექანიკურ სირთულეს. Paut Motor-ის მსგავსად, მისი ცილინდრები განლაგებულია X-კონფიგურაციით, ხოლო საკოლოფე ლილვი ასრულებს პლანეტარულ მოძრაობას გადაცემის მექანიზმის მეშვეობით. ძირითადი მახასიათებლები:

• სარქველები ცილინდრის ძირებში და მბრუნავი ბარბანის სარქველები ძრავის კორპუსში — გაზის განაწილებისთვის
• გარე დგუშები, რომლებსაც შეუძლიათ ზეთის წნევის ქვეშ ოდნავ გადაადგილება — ცვლადი შეკუმშვის ხარისხის უზრუნველსაყოფად
• სიმძლავრე-მასის მაღალი თანაფარდობა, როგორც კონსტრუქციის მთავარი სამიზნე

თეორიულად, ბონერის ძრავა დამაჯერებლად გამოიყურება. პრაქტიკაში კი წლების განმავლობაში პროექტიდან მნიშვნელოვანი სიახლეები არ გამოჩენილა — როგორც ჩანს, მას მოლოდინები ვერ გაამართლა.

აქსიალური ძრავები: ცილინდრები რევოლვერის მსგავსად განლაგებული

სხვა გამომგონებლებმა შიდა წვის ძრავის სამუშაო ციკლები ხელუხლებელი დატოვეს, მაგრამ ხელახლა მოიაზრეს მისი კომპონენტების ფიზიკური განლაგება. ამის კარგი მაგალითია აქსიალური ძრავები, რომლებიც ასი წელზე მეტი ხნის წინ გამოჩნდა. ისინი დეტალებში განსხვავდებიან, მაგრამ ზოგად პრინციპს იზიარებენ: ცილინდრები განლაგებულია რევოლვერის ბარაბნის ვაზნების მსგავსად, გამომავალ ლილვთან კოაქსიალურად. სხვადასხვა მექანიზმი — მაგალითად, დახრილი შტიფტები და კონუსური საყდრები — გარდაქმნის დგუშების წინ-უკან მოძრაობას ლილვის ბრუნვად.

ახალი ზელანდიის Duke Engines-ის პროექტი ერთ-ერთი აღსანიშნავი სახეობაა: ხუთცილინდრიანი, ოთხტაქტიანი აქსიალური ძრავა 3-ლიტრიანი გადაადგილებით. იმავე მოცულობის ჩვეულებრივ ძრავასთან შედარებით, Duke-ის მოწყობილობა გვთავაზობდა:

• 19%-ით ნაკლებ მასას
• 36%-ით კომპაქტურ განლაგებას
• გამოყენების ფართო პოტენციალს — ავტომობილების, საზღვაო და საავიაციო სექტორებში

მისი ფართო გამოყენების შესახებ ამბიციური დაპირებები გაიცა — მაგრამ მსოფლიოს დაპყრობის ოცნება ოცნებად დარჩა.

კანადური კომპანია Reg Technologies-ის RadMax ძრავა კიდევ უფრო ავითარებს აქსიალურ კონცეფციას. ცალკეული ცილინდრების მაგივრად, საერთო ბარაბნის შიგნით წარმოიქმნება ათობით განყოფილება თხელი პირების გამოყენებით. როტორის სლოტებში დამონტაჟებული ფირფიტები გადაადგილდებიან მათ გასწვრივ, სანამ როტორი ბრუნავს, ხოლო ბარაბნის ბოლოებზე მოხრილი ზედაპირები განსაზღვრავენ პირების ტრაექტორიებს და მართავენ გაზის გაცვლას. აღსანიშნავი მახასიათებლები:

• თავსებადია სხვადასხვა სახის საწვავთან, თუმცა საწყის ეტაპზე ფოკუსი დიზელზე იყო
• 2003 წლის პროტოტიპი იზომებოდა მხოლოდ 152 მმ-ით — როგორც დიამეტრში, ასევე სიგრძეში — და 42 ცხ.ძ.-ს გამოიმუშავებდა, რაც გაცილებით მეტია, ვიდრე იმავე ზომის ჩვეულებრივი ძრავა
• გვიანდელი პროტოტიპები, სავარაუდოდ, 127 ცხ.ძ.-სა და 380 ცხ.ძ.-ს აღწევდნენ

ამ პერსპექტიული მაჩვენებლების მიუხედავად, RadMax-ის ყველა საქმიანობა, როგორც ჩანს, ექსპერიმენტულ სტადიაზე რჩება.

ტოროიდული ძრავები: როდესაც ცილინდრი გარგარი ხდება

კანადური კომპანია VGT Technologies-ის (ახლა უკვე გაუქმებული) VGT Engine (ცვლადი გეომეტრიის ტოროიდული ძრავა) კიდევ ერთი შემთხვევაა, სადაც თეორია პრაქტიკას სჯობს. პირველად 2005 წელს გამოცდილი ეს ძრავა ჩვეულებრივ ცილინდრს ცვლის ტოროიდით — გარგარის ფორმის კამერით — რომლის შიგნითაც ბრუნავს როტორი, რომელზეც მიმაგრებულია დგუშების წყვილი.

დგუშებისთვის ჭრილიანი თხელი განაწილების დისკი გადის ტოროიდის გარდა ღვედური გადაცემის მეშვეობით, შეკუმშვის და სამუშაო ტაქტების დროს ზღუდავს საწვავ-ჰაერის ნარევს. 2009 წელს ამერიკელმა მეწარმეებმა გარი კელიმ და რიკ ივასმა დამოუკიდებლად შეიმუშავეს ტოროიდული ძრავა, რომელიც მჭიდროდ ემთხვეოდა კანადურ კონსტრუქციას. მათი შეფასებით, ნახევარ-მეტრიანი დიამეტრის ტოროიდი მისცემდა:

• 230 ცხ.ძ.
• დაახლოებით 1 000 ნ·მ მომენტს
• ყველაფერი მხოლოდ 1 050 ბრ/წთ-ზე

მათი კომპანია, Garric Engines, ახლა მხოლოდ მოკლე შეტყობინებას აჩვენებს ვებსაიტზე: „მადლობა თქვენი ინტერესისთვის. გვერდი შეიძლება განახლდეს მომავალში.”

ნუტაციური ძრავა: ირხეული დისკები დგუშების ნაცვლად

შედარებით პერსპექტიული ბედი შეიძლება ეწეროდეს ნუტაციურ ძრავას, რომელიც 2006 წელს გამოიგონა ამერიკელმა ლეონარდ მეიერმა — სულ მცირე, რამდენიმე მოქმედი ასლი მაინც შეიქმნა. სახელწოდება გამომდინარეობს ლათინური სიტყვიდან nutatio (თავდახრა ან ირხევა). მეიერის კონსტრუქცია ქმნის ოთხ ცვლადი მოცულობის სამუშაო კამერას ძრავის კორპუსსა და დისკს შორის, რომელიც ნუტირებს (ირხევა) მხარეებზე და ასრულებს დგუშის ფუნქციას. დისკი გაჭრილია მის დიამეტრის გასწვრივ და გამოყვანილია Z-ფორმის გამომავალ ლილვზე, ხოლო კორპუსში არხები და სარქველები მართავენ გაზის გაცვლას.

პროტოტიპები შეიქმნა Baker Engineering-ისა და მისი შვილობილი კომპანია Kinetic BEI-ის მიერ, შთამბეჭდავი შედეგებით:

• 102 მმ-ის ერთი დისკი: 7 ცხ.ძ.
• 203 მმ-ის ორმაგი დისკი: 120 ცხ.ძ.
• ორდისკიანი ძრავის განზომილებები: 500 მმ სიგრძე, 300 მმ დიამეტრი, 3.8-ლიტრიანი გადაადგილება
• სიმძლავრე-მასის თანაფარდობა: 2.5–3 ცხ.ძ./კგ — სერიული ატმოსფერული ძრავების 1–2 ცხ.ძ./კგ-ის წინააღმდეგ

ლიტრული სიმძლავრე ნაკლებად შთამბეჭდავია, მაგრამ სიმძლავრის სიმჭიდროვე საყურადღებოა. Baker-ი და Kinetic, როგორც ჩანს, კვლავ სრულყოფენ კონსტრუქციას, თუმცა მათ ვებსაიტებზე აქტივობა შეზღუდულია.

LiquidPiston: ვანკელის ძრავა შებრუნებული

როტარული ძრავის კონცეფციები კვლავ იტაცებს გამომგონებლებს, თითქოს ჩვეული დგუშ-ცილინდრის სქემიდან გადახვევა თავისთავად უკეთეს შედეგს პირდება. ყოფილმა საბჭოთა ინჟინერმა ნიკოლაი შკოლნიკმა, რომელიც აშშ-ში გადასახლდა, და მისმა შვილმა ალექსანდრემ შეიმუშავეს ძრავა, რომელიც ვანკელის შებრუნებულ ძრავას წააგავს. მიწვეროს ფორმის როტორი ბრუნავს სამკუთხა კამერის შიგნით — იგივე ძირითადი გეომეტრია, რაც ვანკელს — მაგრამ გადამწყვეტი განსხვავება ისაა, რომ მჭიდი ელემენტები მიმაგრებულია კამერის კედლებზე, და არა როტორზე.

შკოლნიკებმა დააარსეს LiquidPiston კონცეფციის განვითარებისთვის, DARPA-სგან თანადაფინანსების მოზიდვით პოტენციური გამოყენებისთვის:

• მსუბუქ თვითმფრინავებსა და დრონებში
• პორტატულ ელექტროგენერატორებში
• ჰიბრიდული მანქანების სიმძლავრის გადამცემ სისტემებში

23 სმ³ მოცულობის პროტოტიპი უკვე აღწევს სითბური ეფექტიანობის 20%-ს — შთამბეჭდავი ამ გადაადგილების კლასისთვის. გუნდი ახლა მიზნად ისახავს დიზელის პროტოტიპს, რომელიც დაახლოებით 13 კგ-ს იწონის და 40 ცხ.ძ.-ს გამოიმუშავებს, პროგნოზირებული სითბური ეფექტიანობა კი 45%-მდე იზრდება.

მოიქნევა-დგუშიანი ძრავა: ოთხკუთხედზე გადასვლა

ჩვენი მიმოხილვის უკანასკნელი ძრავა ამტკიცებს, რომ ბრტყელი, კომპაქტური მოწყობილობის მიმზიდველობა რეალურია — და რომ როტორები ამის მიღწევის ერთადერთი გზა არ არის. Pivotal Engineering-ის მოიქნევა-დგუშიანი ძრავა უბრალოდ „ოთხკუთხებს” ტრადიციულ დგუშს, ხდის ცილინდრს მართკუთხა ზედა ხედში. ეს ორტაქტიანი კონსტრუქცია რამდენიმე წლის განმავლობაში არსებობს, რომლის განმავლობაშიც პროტოტიპების რიგმა იმოძრავა მოტოციკლებზეც და თვითმფრინავებზეც.

კომპანია პირველ რიგში სამიზნეობს საავიაციო გამოყენებებს, და კონსტრუქციას ზოგიერთი ნამდვილი უპირატესობა აქვს:

• სიმძლავრე-მასის და სიმძლავრე-ზომის მაღალი თანაფარდობა
• გამდიდრების შესანიშნავი პოტენციალი, რომელიც უზრუნველყოფილია დგუშის ფიქსირებული ღერძის გამტარი სითხოვანი გაგრილების არხით — ჩვეულებრივი ძრავის არქიტექტურებში ეს ძნელად მისაღწევია
• ბრტყელი ფორმა, ვინაიდან კვადრატული როტორი შეიძლება ძალიან თხელი გაკეთდეს

სხვა ეგზოტიკური ძრავის კონცეფციები, რომლებიც ღირს ცოდნა

აქ განხილულს გარდა, კიდევ ბევრი საყურადღებო ეგზოტიკური ძრავის კონსტრუქცია არსებობს. რამდენიმე საპატიო ხსენება:

• 12-როტორიანი ვანკელის ძრავა — Mazda-ს როტარული კონცეფციის უკიდურეს ზღვარამდე მიყვანა
• ნაიტის სახელოს-სარქვლიანი ძრავა — საუკუნეზე ძველი კონსტრუქცია, რომელიც მოკლე ხნით ეჯიბრებოდა ამომდენი სარქვლის ძრავებს
• ოპოზიტური დგუშიანი ძრავები — ორი დგუში ერთ ცილინდრში, ცილინდრის თავის გარეშე
• ცვლადი შეკუმშვის ხარისხის ძრავები — საშუალებას იძლევა შეკუმშვის რეალურ დროში კორექტირება ეფექტიანობის ოპტიმიზაციისთვის სხვადასხვა დატვირთვის პირობებში
• ხუთთაქტიანი ძრავები — ამატებენ სპეციალიზებულ გაფართოების ცილინდრს, რათა განახლების გაზებიდან მეტი სამუშაო ამოიღოს
• როტარულ-პირიანი ძრავები — სადაც როტორის კომპონენტები მოძრაობენ კოვზური და განივი მაკრატლის პირების მსგავსად

რატომ ვერ ხვდება ალტერნატიული ძრავები მასობრივ წარმოებაში?

არაჩვეულებრივი შიდა წვის ძრავის კონსტრუქციების მოკლე მიმოხილვაც კი ავლენს შთამბეჭდავ ნიმუშს: ათობით ჭკვიანი იდეა, ძალიან ცოტა სერიული მანქანა. განმეორებადი დაბრკოლებები თანმიმდევრულია:

• მჭიდი ელემენტების ცვეთა — როტარული კონსტრუქციები ხშირად მარცხდება წვეროს მჭიდი ელემენტების დროთა განმავლობაში გაცვეთის გამო
• ცვლადი მექანიკური დატვირთვები — როტარულ-პირიანი კონცეფციები განიცდიან დაღლილობას პირი-ლილვის შეერთების ადგილას
• წარმოების სირთულე — ეგზოტიკური გეომეტრია ძვირია და ძნელი მასობრივ წარმოებაში
• საიმედოობა და გამძლეობა — არაჩვეულებრივი ძრავები იშვიათად შეესაბამება ტრადიციული დგუშიანი ძრავების გამძლეობის ჩანაწერს, რომლებიც 100+ წლის განმავლობაში სრულყოფილდება

ალტერნატიული ძრავების გაჭირვების მეორე მიზეზი ისაა, რომ ჩვეულებრივი შიდა წვის ძრავის ტექნოლოგია ადგილზე არ გაჩერებულა. მილერის ციკლით მომუშავე უახლესი ბენზინის ძრავები 40%-მდე სითბური ეფექტიანობას აღწევენ ტურბოდამტენის გარეშეც — შთამბეჭდავი მაჩვენებელი, იმის გათვალისწინებით, რომ ბენზინის ძრავების უმეტესობა მხოლოდ 20–30%-ს, ხოლო დიზელის ძრავები 30–40%-ს გამოიმუშავებენ (დიდი საზღვაო დიზელები კი 50%-მდე აღწევენ).

ყველაზე მნიშვნელოვანი კი ის არის, რომ შიდა წვის ძრავის გლობალური ალტერნატივა უკვე გამოჩნდა: ელექტრო ძრავები და საწვავი ელემენტების ენერგეტიკული მოწყობილობები. თუ ამ ეგზოტიკური სიცოცხლისუნარიანობების უკან მყოფი გამომგონებლები ძალიან მალე არ გადაჭრიან თავიანთ ტექნიკურ გამოწვევებს, შეიძლება აღმოაჩინონ, რომ მათთვის მომლოდინე ბაზარი აღარ არსებობს — ელექტრო მანქანები უკვე გზას დაიკავებენ.

ეს თარგმანია. ორიგინალი შეგიძლიათ წაიკითხოთ აქ: https://www.drive.ru/technic/57769ed4ec05c4745f00009b.html