Революционные двигатели: от Scuderi до Omega-1

Двигатель Scuderi - это альтернативная конструкция ДВС, разработанная американской компанией Scuderi Group. Она имеет разделенный рабочий цикл: один цилиндр отвечает за впуск и сжатие, а второй - за рабочий ход и выпуск. Это позволяет гибко настраивать параметры двигателя и реализовать цикл Миллера с дополнительным расширением газов. Ключевая особенность - разделение процессов на два цилиндра, что снижает потери и повышает эффективность.

Двигатель Paut Motor также использует разделенный рабочий цикл, но с меньшим числом деталей, низким трением и сниженным шумом. Отличительная черта - необходимость внешнего бака для системы смазки, так как в картере масла не предусмотрено. По расчетам, габариты и вес двигателя Paut Motor вдвое меньше, чем у традиционных ДВС того же рабочего объема.

Двухтактный двигатель Bonner, изобретенный в США, устроен достаточно сложно. Цилиндры расположены в форме буквы X, а коленвал совершает планетарное движение. За газораспределение отвечают клапаны в днищах цилиндров и вращающиеся золотники. Кроме того, внешние поршни могут немного смещаться под давлением масла, обеспечивая переменную степень сжатия. Такая сложная схема была разработана ради высокой удельной мощности, но на практике двигатель Bonner так и не смог оправдать возложенных на него надежд.

Аксиальные моторы отличаются тем, что их цилиндры расположены по окружности вокруг соосного выходного вала, как патроны в барабане револьвера. Для преобразования возвратно-поступательных движений поршней во вращение используются различные механизмы - наклонные штифты, косые шайбы и так далее. Двигатель RadMax канадской компании Reg Technologies еще более необычен. Здесь вместо цилиндров в общем барабане организовано 12 отсеков, разделенных лопастями. В прорезях ротора установлены подвижные пластины, которые сдвигаются по мере вращения ротора, обеспечивая газообмен. Такая схема позволяет создавать компактные и мощные двигатели, работающие на различных видах топлива. Тороидальный мотор Round Engine (или VGT Engine) компании VGT Technologies устроен еще оригинальнее. Здесь тор играет роль цилиндра, внутри которого вращается ротор с парой поршней. Необходимые для рабочих тактов объемы образуются между поршнями с помощью вращающегося распределительного диска. Такая схема позволяет избавиться от возвратно-поступательных движений, снижая вибрации. Кроме того, двигатель отличается минимальным числом деталей и высокой расчетной экономичностью. Нутационный двигатель Леонарда Мейера имеет четыре рабочие камеры переменного объема, образуемые между корпусом и кивающим в стороны диском, играющим роль поршня. Газообмен осуществляется через каналы и клапаны в корпусе. Несмотря на сложную конструкцию, нутационные моторы демонстрируют высокую удельную мощность - до 3 л.с. на 1 кг веса.

Двигатель Omega-1 от Astron AeroSpace представляет собой революционную конструкцию ДВС. Как и роторный двигатель Ванкеля, он не имеет смещенного кривошипно-шатунного механизма, вала или поршней с возвратно-поступательным движением. Однако, в отличие от двигателей Ванкеля, Omega-1 имеет предкамеру, которая отделяет холодный впускной воздух от выхлопных газов, устраняя проблему перекрытия клапанов. Ключевая особенность Omega-1 - активная линейная передача мощности, когда вся мощность передается через единственный вращающийся силовой вал. Стандартный двигатель Omega-1 весит всего 16 кг и развивает 160 л.с. при крутящем моменте 230 Нм. Конструкция также позволяет легко наращивать мощность за счет установки нескольких двигателей один за другим.

Качающийся поршневой двигатель Pivotal Engineering представляет собой мотор с прямоугольными поршнями, один край которых закреплен на неподвижной оси, а второй связан с шатуном. Авторы адресуют такую конструкцию, прежде всего, для применения в авиации. Помимо высоких удельных характеристик по мощности и массе, этот двухтактный двигатель хорошо поддается форсировке за счет возможности пропускать охлаждающую жидкость через неподвижную ось поршня.

Газотурбинные двигатели (ГТД) в отличие от многих рассмотренных альтернативных конструкций реально существовали и применялись на легковых автомобилях в 1950-60-х годах. ГТД являются более простыми и мощными по сравнению с классическими ДВС. Принцип их работы основан на сжатии воздуха компрессорным колесом, его сжигании в камере сгорания и вращении турбинного колеса энергией расширяющихся газов. Ключевые преимущества ГТД - высокая удельная мощность и компактность. Однако у них есть и недостатки - сложность запуска, низкая эффективность на малых нагрузках, высокий расход топлива на средних и больших режимах.

Роторно-поршневой двигатель (РПД) Ванкеля был впервые представлен в 1957 году. Его ключевая особенность - трехгранный ротор, который осуществляет полный четырехтактный цикл за один оборот. Это позволяет сделать двигатель более компактным, легким и с меньшим количеством деталей. Однако РПД имеет и серьезные недостатки - низкий КПД из-за проблем с уплотнениями, повышенный расход специального масла, склонность к перегреву и высокая мощность только на высоких оборотах. Несмотря на эти проблемы, роторные моторы получили наибольшую популярность благодаря усилиям японской компании Mazda, которая прославилась своими легендарными моделями RX. Роторные двигатели также использовались и в ряде других автомобилей, например, на АвтоВАЗе в 80-х годах.

Несмотря на множество интересных и неординарных разработок альтернативных ДВС, лишь некоторые из них смогли достичь стадии реальных прототипов и опытных образцов. Возможно, причина кроется не в заговоре производителей, а в том, что традиционные двигатели внутреннего сгорания тоже не стоят на месте. Современные бензиновые моторы с циклом Миллера достигают термического КПД в 40%, а у дизелей он может доходить до 50%. Кроме того, многие считают, что глобальной альтернативой ДВС станут электромоторы и силовые установки на топливных элементах. Возможно, некоторые инновационные двигатели не получили развития, потому что классические ДВС продолжают стремительно развиваться и еще долго будут оставаться основой автомобильных силовых установок.