Чудни мотори заглавени на маргините на прогресот

Ванкеловиот мотор, Стирлинговиот мотор и различните видови турбоагрегати никогаш не навлегоа во автомобилскиот мејнстрим. Голем број познати компании — од Mazda до GM, од Mercedes до Volvo — работеа на нив со децении. И малите фирми и индивидуалните пронаоѓачи продолжија со своите обиди. Сепак, испадна дека секој алтернативен дизајн крие многу повеќе стапици отколку што првично се очекувало. Тоа не значи дека развојот на неконвенционални погонски единици е невозможен. Ентузијастите продолжуваат да туркаат различни идеи напред, и тука ги разгледуваме некои од најегзотичните концепти на мотори кога биле изградени.

Мотори со поделен циклус: два цилиндри, еден работен такт

Некои конструктори на мотори заклучија дека класичната комбинација на цилиндар, клип, поврзувачка прачка и коленаст вратило се докажала во текот на повеќе од еден век — и дека подобрувањето на моторите со внатрешно согорување бара само прилагодување на одредени аспекти, а не измислување од почеток. Првиот пример на нашата листа е моторот развиен од американската компанија Scuderi Group, кој ги задржува класичните тактови — всмукување, компресија, работен такт и издувување — но ги распределува преку два одделни цилиндри:

• Ладен (компресорски) цилиндар — го врши всмукувањето и компресијата
• Топол (работен) цилиндар — го врши работниот такт и издувувањето

Додека гасот се шири во работниот цилиндар, во ладниот, компресорскиот цилиндар се врши всмукувачки такт. Кога работниот цилиндар издувува, компресорскиот цилиндар компримира. На крајот од тактот на компресија, двата клипа се приближуваат кон нивните горни мртви точки, мешавината патува преку бајпас канал од ладниот цилиндар во топлиот и се пали. Овој поделен циклус — во суштина модифициран Отов циклус — бил патентиран во 2006 година, а во 2009 година Scuderi Group го изградил пилот моторот Scuderi Split Cycle Engine.

Компресорскиот и работниот цилиндар можат да имаат различни дијаметри и ходови на клипот, што овозможува флексибилно подесување на параметрите на моторот — функционирајќи како аналог на Милеровиот циклус со дополнително проширување на гасот. Додајте гранка со вентили и шише со висок притисок на каналот помеѓу цилиндрите, и моторот може да рекуперира енергија при кочење и да ја искористи при забрзување. Меѓутоа, низ низа години, активностите на Scuderi Group биле ограничени на прототипови и настапи на саеми. Реалните подобрувања во ефикасноста сè уште не ја оправдуваат значителната сложеност на дизајнот.

Хрватската компанија Paut Motor исто така се свртела кон поделениот работен циклус. Нивниот просторно распределен дизајн привлекол внимание поради неколку причини:

• Значително помалку движечки делови отколку кај конвенционалните мотори
• Помали загуби поради триење
• Намалена работна бучава
• Компактни димензии: 500×440×440 мм при капацитет од 7 литри
• Тежина од приближно 135 кг — приближно половина од традиционалниот мотор со ист волумен

Отсуството на масло во картерот навистина бара надворешен резервоар за подмачкување, но пронаоѓачите го сметале ова за прифатлив компромис. Изградени се неколку прототипови, иако финалната моќност никогаш не е официјално утврдена. Последниот прототип бил склопен во 2011 година, а проектот оттогаш е застанат.

Bonner двотактниот мотор: максимална сложеност, амбициозни цели

Bonner двотактниот мотор (именуван по неговиот спонзор, Bonner Motor) бил изумен во 2006 година во Соединетите Американски Држави од Walter Schmid и ја турка механичката сложеност уште понатаму. Како и Paut Motor, неговите цилиндри се распоредени во X-конфигурација, а коленастиот вратило извршува планетарно движење преку систем на запчаници. Клучните карактеристики вклучуваат:

• Вентили во дното на цилиндрите и ротирачки цилиндрични вентили во телото на моторот за дистрибуција на гасот
• Надворешни клипови кои можат малку да се поместуваат под притисок на масло за да обезбедат променлив степен на компресија
• Висок однос на моќност спрема тежина како примарна конструкциска цел

Теоретски, Bonner моторот изгледа привлечно. Во пракса, сепак, од проектот не се слушнале значајни новости со години — очигледно, не ги исполнил очекувањата.

Аксијални мотори: цилиндри распоредени како во револвер

Други пронаоѓачи ги задржале работните циклуси на моторот со внатрешно согорување, но ги преосмислиле физичкиот распоред на неговите компоненти. Аксијалните мотори, кои постојат повеќе од еден век, се одличен пример. Тие се разликуваат во деталите, но споделуваат заеднички принцип: цилиндрите се распоредени како куршуми во барабанот на револвер, коаксијално со излезниот вратило. Различни механизми — како накосени игли и конусни шајби — го претвораат реципрочното движење на клиповите во ротација на вратилото.

Проектот Duke Engines од Нов Зеланд е еден забележителен вид: петцилиндричен, четиритактен аксијален мотор со волумен од 3 литри. Во споредба со конвенционален мотор со ист капацитет, единицата Duke нудела:

• 19% помала тежина
• 36% покомпактно пакување
• Разновидни апликативни потенцијали во автомобилскиот, морскиот и авијацискиот сектор

Биле дадени амбициозни ветувања за неговата широка примена — но соновите за освојување на светот останале само соништа.

RadMax моторот на канадската компанија Reg Technologies го носи аксијалниот концепт уште подалеку. Наместо одделни цилиндри, дванаесет преградни простории се формираат внатре во заеднички барабан со употреба на тенки лопатки. Плочи монтирани во слотови на роторот се движат долж нив додека роторот се врти, а свиткани површини на краевите на барабанот ги дефинираат патеките на лопатките и го контролираат размената на гасот. Забележителни карактеристики:

• Компатибилен со повеќе типови гориво, иако дизелот бил почетниот фокус
• Прототипот од 2003 година измерувал само 152 мм во дијаметарот и должината и произведувал 42 коњски сили — многу повеќе од конвенционален мотор со еднаква големина
• Подоцнежните прототипови наводно достигнале 127 кс и 380 кс

И покрај овие ветувачки бројки, сите активности на RadMax изгледа дека остануваат во експерименталната фаза.

Тороидни мотори: кога цилиндарот станува крофна

VGT моторот (Тороиден мотор со варијабилна геометрија) на веќе непостоечката канадска компанија VGT Technologies е уште еден пример каде теоријата ја надминува практиката. Прв пат тестиран во 2005 година, моторот го заменува конвенционалниот цилиндар со тороид — простор во форма на крофна — во кој се врти ротор со пар прикачени клипови.

Тенок дистрибутивен диск со отвор за клиповите се врти низ тороидот преку ременски погон, ограничувајќи ја мешавината на гориво-воздух за време на компресијата и работниот такт. Во 2009 година, американските претприемачи Gary Kelley и Rick Ivas независно развиле тороиден мотор кој тесно го одразувал канадскиот дизајн. Нивните проценки сугерирале дека тороид со дијаметар од половина метар би обезбедил:

• 230 коњски сили
• Приближно 1.000 Н·м вртежен момент
• Сето тоа само на 1.050 вртежи во минута

Нивната компанија, Garric Engines, сега прикажува само порака-заглавие на нејзината веб-страница: „Ви благодариме за вашиот интерес. Страницата може да биде ажурирана во иднина.”

Нутирачки мотор: ротирачки дискови наместо клипови

Малку поветувачка судбина можеби го чека нутирачкиот мотор изумен од американецот Leonard Meyer во 2006 година — барем неколку работни примероци биле изградени. Името произлегува од латинскиот збор nutatio (климање или нишање). Дизајнот на Meyer формира четири работни комори со променлива зафатнина помеѓу телото на моторот и диск кој нутира (се нишка) лево-десно, функционирајќи како клип. Дискот е пресечен на половина по неговиот дијаметар и нанизан на Z-облично излезно вратило, а каналите и вентилите во телото го управуваат размената на гасот.

Прототиповите биле изградени од Baker Engineering и нејзината сестринска компанија Kinetic BEI, со импресивни резултати:

• Единечен диск од 102 мм: 7 кс
• Двоен диск од 203 мм: 120 кс
• Димензии на дво-дисковиот мотор: должина 500 мм, дијаметар 300 мм, волумен од 3,8 литри
• Однос на моќност спрема тежина: 2,5–3 кс/кг наспроти 1–2 кс/кг кај серијски произведените природно всмукувачки мотори

Специфичниот излез по литар е помалку импресивен, но густината на моќноста е забележителна. Baker и Kinetic изгледа дека го усовршуваат дизајнот, иако активноста на нивните веб-страници останува ограничена.

LiquidPiston: Ванкеловиот мотор свртен наопаку

Концептите на ротационен мотор продолжуваат да ги освојуваат иноваторите, како да отстапувањето од познатиот распоред со клип и цилиндар само по себе ветува подобри перформанси. Николај Школник, поранешен советски инженер кој се преселил во Соединетите Американски Држави, и неговиот син Александар развиле мотор кој наликува на Ванкеловиот мотор свртен наопаку. Ротор во форма на кикиритки се врти внатре во триаголна комора — истата основна геометрија како кај Ванкел — но клучно, заптивките се фиксирани за ѕидовите на коморите, а не за роторот.

Школникови ја основале LiquidPiston за да го развијат концептот, привлекувајќи ко-финансирање од DARPA за потенцијална употреба во:

• Лесни авиони и дронови
• Преносни генератори на струја
• Погонски системи за хибридни возила

Прототипот со 23 см³ веќе постигнува 20% термичка ефикасност — импресивно за таа класа на зафатнина. Тимот сега таргетира дизел прототип со тежина од околу 13 кг и моќност од 40 кс, со проектирана термичка ефикасност која се искачува на 45%.

Моторот со нишачки клип: правење квадратна форма

Последниот мотор во нашиот преглед докажува дека привлечноста на рамна, компактна единица е реална — и дека роторите не се единствениот пат до тоа. Моторот со нишачки клип на Pivotal Engineering едноставно го прави традиционалниот клип квадратен, правејќи го цилиндарот правоаголен гледан одозгора. Овој двотактен дизајн постои неколку години, во текот на кои голем број прототипови погонувале и мотоцикли и авиони.

Компанијата примарно таргетира авијациски апликации, а дизајнот нуди некои вистински предности:

• Висок однос на излез спрема тежина и излез спрема големина
• Одличен потенцијал за принудно полнење, овозможен со канал за течно ладење кој минува низ фиксната оска на клипот — тешко остварливо кај конвенционалните архитектури на мотори
• Рамна форма, бидејќи квадратниот ротор може да се направи многу тенок

Други егзотични концепти на мотори кои вреди да се знаат

Постојат многу забележителни егзотични дизајни на мотори надвор од оние опфатени тука. Неколку почесни спомени:

• 12-роторен Ванкелов мотор — ротациониот концепт на Mazda доведен до крајност
• Knight моторот со чаурни вентили — дизајн стар еден век кој накратко се натпреваруваше со вентилите со клипче
• Мотори со спротивставени клипови — два клипа кои го споделуваат еден цилиндар, без глава на цилиндарот
• Мотори со варијабилен степен на компресија — овозможувајќи прилагодување во реално време на компресијата за оптимизирање на ефикасноста при различни услови на оптоварување
• Петтактни мотори — додавање на наменски цилиндар за проширување за извлекување повеќе работа од согорувачките гасови
• Мотори со ротирачки лопатки — каде компонентите на роторот се движат како конвергентни и дивергентни ножички

Зошто алтернативните мотори не достигнуваат масовно производство?

Дури и краткиот преглед на неконвенционалните дизајни на мотори со внатрешно согорување открива забележителен образец: десетици паметни идеи, многу малку производствени возила. Повторувачките пречки се конзистентни:

• Абење на заптивките — ротационите дизајни честопати не успеваат поради деградација на врвните заптивки со текот на времето
• Наизменични механички оптоварувања — концептите со ротирачки лопатки страдаат од заморот на материјалот на врската лопатка-вратило
• Сложеност на производство — егзотичните геометрии се скапи и тешки за производство во поголем обем
• Доверливост и долговечност — неконвенционалните мотори ретко ги достигнуваат рекордите на издржливост на традиционалните клипни мотори усовршувани повеќе од 100 години

Втората причина поради која алтернативните мотори се борат е тоа дека конвенционалната технологија на мотори со внатрешно согорување не мирувала. Најновите бензински мотори кои користат Милеров циклус постигнуваат термичка ефикасност до 40% дури и без турбопринудно полнење — забележителна бројка, имајќи предвид дека повеќето бензински мотори постигнуваат само 20–30%, а дизел мотори 30–40% (со големи маринарски дизели кои достигнуваат до 50%).

Најважно, глобалната алтернатива на моторот со внатрешно согорување веќе пристигна: електрични мотори и единици со горивни ќелии. Ако пронаоѓачите зад овие егзотични куриозитети не ги решат своите технички предизвици многу наскоро, можеби ќе откријат дека повеќе нема пазар кој ги чека — електричните возила веќе ќе ја завзеле патот.

Ова е превод. Оригиналот можете да го прочитате тука: https://www.drive.ru/technic/57769ed4ec05c4745f00009b.html