Motoare Ciudate Blocate la Marginea Progresului

Motorul Wankel, motorul Stirling și diverse tipuri de unități turbo-propulsoare nu au reușit niciodată să pătrundă în curentul principal al industriei auto. Numeroase companii cunoscute — de la Mazda la GM, de la Mercedes la Volvo — au lucrat la ele timp de decenii. Firme mici și inventatori independenți au persistat și ei. Cu toate acestea, s-a dovedit că fiecare design alternativ ascundea mult mai multe capcane decât se anticipase inițial. Asta nu înseamnă că dezvoltarea unităților de propulsie neconvenționale este imposibilă. Entuziaștii continuă să promoveze diverse idei, iar aici explorăm unele dintre cele mai exotice concepte de motoare construite vreodată.

Motoare cu Ciclu Divizat: Doi Cilindri, Un Singur Timp Motor

Unii proiectanți de motoare au concluzionat că combinația clasică de cilindru, piston, bielă și arbore cotit s-a dovedit eficientă de-a lungul a mai mult de un secol — și că îmbunătățirea motoarelor cu ardere internă necesită doar ajustarea anumitor aspecte, nu reinventarea de la zero. Primul exemplu din lista noastră este motorul dezvoltat de compania americană Scuderi Group, care păstrează timpii clasici de admisie, compresie, putere și evacuare — dar îi distribuie pe doi cilindri separați:

• Cilindrul rece (compresor) — gestionează admisia și compresia
• Cilindrul fierbinte (de lucru) — gestionează timpul motor și evacuarea

În timp ce gazul se destinde în cilindrul de lucru, în cilindrul rece, compresor, are loc un timp de admisie. Când cilindrul de lucru evacuează, cilindrul compresor comprimă. La sfârșitul cursei de compresie, ambii pistoni se apropie de punctele lor moarte superioare, amestecul trece printr-un canal de bypass de la cilindrul rece la cel fierbinte și se aprinde. Acest ciclu divizat — în esență un ciclu Otto modificat — a fost brevetat în 2006, iar în 2009 Scuderi Group a construit prototipul Scuderi Split Cycle Engine.

Cilindrii compresor și de lucru pot avea diametre și curse ale pistonului diferite, permițând reglarea flexibilă a parametrilor motorului — funcționând ca un analog al ciclului Miller cu expansiune suplimentară a gazelor. Dacă se adaugă o ramificație cu valve și un rezervor de înaltă presiune la canalul dintre cilindri, motorul poate recupera energia în timpul frânării și o poate folosi în timpul accelerației. Cu toate acestea, de câțiva ani, activitățile Scuderi Group s-au limitat la prototipuri și apariții la târguri comerciale. Câștigurile reale de eficiență nu au justificat încă complexitatea considerabilă a designului.

Compania croată Paut Motor a apelat și ea la ciclul de lucru divizat. Designul lor spațiat a atras atenția din mai multe motive:

• Semnificativ mai puține piese în mișcare față de motoarele convenționale
• Pierderi prin frecare mai mici
• Zgomot de funcționare redus
• Dimensiuni compacte: 500×440×440 mm la o capacitate de 7 litri
• Greutate de aproximativ 135 kg — aproximativ jumătate față de un motor tradițional cu același cilindraj

Absența uleiului în carterul motorului necesită un rezervor extern de lubrifiere, dar inventatorii au considerat aceasta un compromis acceptabil. Au fost construite mai multe prototipuri, deși puterea finală nu a fost niciodată determinată oficial. Ultimul prototip a fost asamblat în 2011, iar proiectul s-a blocat de atunci.

Motorul în Doi Timpi Bonner: Complexitate Maximă, Obiective Ambițioase

Motorul în doi timpi Bonner (numit după sponsorul său, Bonner Motor) a fost inventat în 2006 în Statele Unite de Walter Schmid și duce complexitatea mecanică și mai departe. Ca și Paut Motor, cilindrii săi sunt dispuși în configurație X, iar arborele cotit efectuează o mișcare planetară printr-un sistem de angrenaje. Caracteristicile principale includ:

• Valve în fundul cilindrilor și valve tip spool rotative în corpul motorului pentru distribuția gazelor
• Pistoane externe care se pot deplasa ușor sub presiunea uleiului pentru a oferi un raport de compresie variabil
• Raport putere/greutate ridicat ca obiectiv principal de design

În teorie, motorul Bonner pare convingător. În practică, însă, nicio știre semnificativă nu a ieșit din proiect de ani de zile — aparent, nu a îndeplinit așteptările.

Motoare Axiale: Cilindri Dispuși ca un Revolver

Alți inventatori au păstrat ciclurile de lucru ale motorului cu ardere internă intacte, dar au reimaginat dispunerea fizică a componentelor sale. Motoarele axiale, care există de peste un secol, sunt un exemplu relevant. Ele variază în detalii, dar împărtășesc un principiu comun: cilindrii sunt dispuși ca cartușele într-un tambur de revolver, coaxial cu arborele de ieșire. Diverse mecanisme — cum ar fi bolțuri înclinate și șaibe conice — convertesc mișcarea alternativă a pistoanelor în rotația arborelui.

Proiectul Duke Engines din Noua Zeelandă este o variantă notabilă: un motor axial în patru timpi cu cinci cilindri și cilindraj de 3 litri. Față de un motor convențional de aceeași capacitate, unitatea Duke oferea:

• Greutate cu 19% mai mică
• Ambalare cu 36% mai compactă
• Potențial de aplicare versatil în sectoarele auto, naval și aviatic

Au fost făcute promisiuni ambițioase despre adoptarea sa pe scară largă — dar visele de a cuceri lumea au rămas vise.

Motorul RadMax al companiei canadiene Reg Technologies duce conceptul axial și mai departe. În loc de cilindri discreți, o duzină de compartimente sunt formate în interiorul unui tambur comun folosind lame subțiri. Plăcile montate în sloturile rotorului se mișcă de-a lungul acestora pe măsură ce rotorul se rotește, iar suprafețele curbate de la capetele tamburului definesc traiectoriile lamelor și controlează schimbul de gaze. Caracteristici notabile:

• Compatibil cu mai multe tipuri de combustibil, deși dieselul a fost focusul inițial
• Un prototip din 2003 măsura doar 152 mm atât în diametru, cât și în lungime, dar producea 42 de cai putere — mult mai mult decât un motor convențional de dimensiuni echivalente
• Se pare că prototipurile ulterioare au atins 127 CP și 380 CP

În ciuda acestor cifre promițătoare, toată activitatea RadMax pare să rămână la stadiul experimental.

Motoare Toroidale: Când Cilindrul Devine un Inel

Motorul VGT (Motor Toroidal cu Geometrie Variabilă) de la compania canadiană desființată VGT Technologies este un alt studiu de caz în care teoria depășește practica. Testat pentru prima dată în 2005, motorul înlocuiește cilindrul convențional cu un toroid — o cameră în formă de inel — în interiorul căreia se rotește un rotor cu o pereche de pistoane atașate.

Un disc de distribuție subțire cu o decupare pentru pistoane se rotește de-a lungul toroidului printr-o transmisie cu curea, restricționând amestecul combustibil-aer în timpul compresiei și al timpului motor. În 2009, antreprenorii americani Gary Kelley și Rick Ivas au dezvoltat independent un motor toroidal care reflecta îndeaproape designul canadian. Estimările lor sugerau că un toroid cu diametrul de jumătate de metru ar oferi:

• 230 de cai putere
• Aproximativ 1.000 N·m de cuplu
• Toate la doar 1.050 rpm

Compania lor, Garric Engines, afișează acum doar un mesaj succint pe site-ul său: „Vă mulțumim pentru interesul dumneavoastră. Pagina poate fi actualizată în viitor.”

Motorul Nutant: Discuri Oscilante în Loc de Pistoane

O soartă ușor mai promițătoare poate aștepta motorul nutant inventat de americanul Leonard Meyer în 2006 — cel puțin câteva exemplare funcționale au fost construite. Numele derivă din latinescul nutatio (înclinare sau oscilare). Designul lui Meyer formează patru camere de lucru cu volum variabil între corpul motorului și un disc care nutează (oscilează) lateral, funcționând ca piston. Discul este tăiat în jumătate de-a lungul diametrului său și înfiletat pe un arbore de ieșire în formă de Z, cu canale și valve în corp care gestionează schimbul de gaze.

Prototipurile au fost construite de Baker Engineering și compania sa soră Kinetic BEI, cu rezultate impresionante:

• Disc singular de 102 mm: 7 CP
• Discuri duble de 203 mm: 120 CP
• Dimensiunile motorului cu două discuri: 500 mm lungime, 300 mm diametru, cilindraj de 3,8 litri
• Raport putere/greutate: 2,5–3 CP/kg față de 1–2 CP/kg pentru motoarele atmosferice produse în serie

Puterea specifică pe litru este mai puțin impresionantă, dar densitatea de putere este notabilă. Baker și Kinetic par să rafineze designul, deși activitatea pe site-urile lor rămâne limitată.

LiquidPiston: Motorul Wankel Întors pe Dos

Conceptele de motoare rotative continuă să captiveze inovatorii, de parcă îndepărtarea de aranjamentul familiar piston-cilindru promite în mod inerent performanțe mai bune. Nikolay Shkolnik, un fost inginer sovietic care s-a relocat în Statele Unite, și fiul său Alexander au dezvoltat un motor care seamănă cu motorul Wankel întors pe dos. Un rotor în formă de arahidă se rotește în interiorul unei camere triunghiulare — aceeași geometrie de bază ca și Wankel — dar, esențial, garniturile sunt fixate pe pereții camerei, nu pe rotor.

Familia Shkolnik a fondat LiquidPiston pentru a dezvolta conceptul, atrăgând co-finanțare de la DARPA pentru potențiale utilizări în:

• Aeronave ușoare și drone
• Generatoare de energie portabile
• Grupuri motopropulsoare pentru vehicule hibride

Un prototip de 23 cm³ atinge deja o eficiență termică de 20% — impresionant pentru acea clasă de cilindraj. Echipa vizează acum un prototip diesel cu o greutate de aproximativ 13 kg și o putere de 40 CP, cu eficiența termică proiectată să urce la 45%.

Motorul cu Piston Oscilant: Forma Pătrată

Ultimul motor din recenzia noastră dovedește că atracția pentru o unitate plată și compactă este reală — și că rotorii nu sunt singura cale de a o obține. Motorul cu piston oscilant al Pivotal Engineering pur și simplu transformă pistonul tradițional într-o formă pătrată, făcând cilindrul dreptunghiular văzut de sus. Acest design în doi timpi există de câțiva ani, timp în care o serie de prototipuri au alimentat atât motociclete, cât și aeronave.

Compania vizează în principal aplicații aviaționale, iar designul oferă câteva avantaje reale:

• Rapoarte ridicate putere/greutate și putere/dimensiune
• Potențial excelent de supraalimentare, permis de un canal de răcire cu lichid care trece prin axa fixă a pistonului — o realizare dificilă în arhitecturile convenționale de motoare
• Factor de formă plat, deoarece rotorul pătrat poate fi făcut foarte subțire

Alte Concepte Exotice de Motoare Demne de Cunoscut

Există multe designuri exotice remarcabile de motoare dincolo de cele acoperite aici. Câteva mențiuni onorabile:

• Motorul Wankel cu 12 rotoare — ducând conceptul rotativ al Mazda la extrem
• Motorul Knight cu valve cu manșon — un design vechi de un secol care a rivalat pe scurt cu supapa convențională
• Motoare cu pistoane opuse — două pistoane împărțind un singur cilindru, fără chiulasă
• Motoare cu raport de compresie variabil — permițând ajustarea în timp real a compresiei pentru a optimiza eficiența în diferite condiții de sarcină
• Motoare în cinci timpi — adăugând un cilindru de expansiune dedicat pentru a extrage mai mult lucru mecanic din gazele de ardere
• Motoare cu lame rotative — unde componentele rotorului se mișcă precum lamele de foarfecă care converg și diverg

De Ce Nu Ajung Motoarele Alternative la Producția de Masă?

Chiar și o scurtă trecere în revistă a designurilor neconvenționale ale motoarelor cu ardere internă dezvăluie un tipar izbitor: zeci de idei ingenioase, foarte puține vehicule de serie. Obstacolele recurente sunt consistente:

• Uzura garniturilor — designurile rotative eșuează frecvent din cauza degradării garniturilor de apex în timp
• Sarcini mecanice alternante — conceptele cu lame rotative suferă de oboseală la conexiunea lamă-arbore
• Complexitatea fabricației — geometriile exotice sunt costisitoare și dificil de produs la scară largă
• Fiabilitate și longevitate — motoarele neconvenționale rar egalează recordul de durabilitate al motoarelor cu piston tradiționale, rafinate de-a lungul a peste 100 de ani

Al doilea motiv pentru care motoarele alternative se confruntă cu dificultăți este că tehnologia convențională a motoarelor cu ardere internă nu a stagnat. Cele mai recente motoare pe benzină care utilizează ciclul Miller ating o eficiență termică de până la 40% chiar și fără turbocompresor — o cifră remarcabilă, având în vedere că majoritatea motoarelor pe benzină ating doar 20–30%, iar motoarele diesel 30–40% (cu dieselurile marine mari atingând până la 50%).

Cel mai important, alternativa globală la motorul cu ardere internă a sosit deja: motoarele electrice și unitățile de putere cu pile de combustibil. Dacă inventatorii din spatele acestor curiozități exotice nu își rezolvă provocările tehnice foarte curând, s-ar putea să constate că nu mai există o piață care să îi aștepte — vehiculele electrice vor fi preluat deja drumurile.

Acesta este o traducere. Puteți citi originalul aici: https://www.drive.ru/technic/57769ed4ec05c4745f00009b.html