За последние 10 лет изобретатели многих странах смогли выдать множество самых экзотических схем двигателей. Однако массовая индустрия по-прежнему продолжает штамповать моторы всем привычного классического вида. В чём же проблема: в просчётах конструкторов — новичков или же в нехватке у них финансовых средств?
Известие о том, что известный всему миру миллиардер Билл Гейтс и инвестиционная фирма Khosla Ventures решили вложить в компанию EcoMotors свои миллионы, которая занимается проектированием двигателей с так называемым встречным движением поршней, потребовало от нас более детального обзора заокеанской разработки. Эти моторы имеют давнюю историю, однако широкого применения на автомобильном транспорте они не получили. Но EcoMotors удалось придать известному блюду совершенно новый вкус.
Свой ДВС, имеющий два оппозитных цилиндра, где двигаются по два встречных поршня, компания EcoMotors назвала просто — OPOC (Opposed Piston Opposed Cylinder). В переводе с английского «оппозитные поршни, оппозитные цилиндры». Используя подобную схему, могут работать и бензиновые моторы, и дизельные, и ДВС, потребляющие спирт, но компания сосредоточила усилия именно на дизельных вариантах двигателя OPOC.
Весной 2010 года американская компания показала впервые общественности первый двигатель типа OPOC. Им стал — дизельный агрегат EM100 (100 – это диаметр цилиндров в мм.). По данным EcoMotors вес двигателя составляет 134 кг при размерах — 58 (длина) х 105 (ширина) х 47 (высота) см. При таких габаритах агрегат выдаёт сумасшедший крутящий момент в 900 Н•м. при мощности в 325 л.с.
Двигатель OPOC является двухтактным, когда за один оборот коленвала встречные поршни каждого из цилиндров совершают рабочий ход. Во время движения к своим мёртвым точкам поршни открывают специальные окна в стенках цилиндров. При этом один из поршней отвечает за впуск, а другой — за выпуск. Окна расположены таким образом, чтобы выпускное открывалось чуть раньше впускного. Это же окно и закрывается раньше. Всё это очень важно для хорошего газообмена.
Ключевым компонентом OPOC является несимметричное расположение выпускных и впускных патрубков относительно коленчатого вала.
Устранение целого ряда компонентов и механизмов упростило мотор, позволило снизить его вес и потери на обязательное трение и расход масла (вдвое ниже, нежели у обычного дизеля). Но такими преимуществами могут похвастаться и другие подобные ДВС со встречными поршнями?
А особенность именно этой новинки состоит в том, что в ней поршни соединены при помощи единственного центрального коленвала, в то время как другим схожим конструкциям требуется два коленвала по краям движка. Как итог, они заметно тяжелее и крупнее, что позволило их применять в основном на судах и тепловозах. В свою очередь двигатель OPOC нацелен на более широкое применение.
OPOC, как и любой другой двухтактный ДВС, нуждается в установке внешнего устройства для продувки цилиндров в момент открытия окон. В данном случае конструкторы возложили эту работу на турбонаддув. Однако это не поможет во время запуска мотора, поскольку сами цилиндры не способны «вдохнуть» и «выдохнуть».
Решением стала давняя идея, обкатываемая, но не доведённая до ума целым рядом компаний. На вал обычной турбины инженеры установили электродвигатель. Во время запуска и до того момента, пока двигатель не набрал необходимые обороты, этот электрический моторчик получая энергию от батарей, обеспечивает «дыхание» OPOC. В последствие этот электродвигатель отключается, и турбонаддув становиться самым обычным. Кроме того на повышенных оборотах двигателя, когда велик поток выхлопных газов, электрический мотор на валу турбины превращается в генератор, который способен подпитывать аккумуляторы автомобиля.
Электротурбонаддув является одним из самых спорных элементов данной новинки, поскольку для его первоначальной раскрутки требуется значительное количество энергии, что приводит к удорожанию конструкции за счёт применения ёмких и мощных батарей.
Но, несмотря на это, по утверждению создателей их новая схема отличается достаточно хорошей продувкой цилиндров, а, следовательно, позволяет извлекать наибольшую выгоду непосредственно из самого двухтактного цикла. Чисто теоретически это позволяет достичь вдвое большей литровой мощности от ДВС, по сравнению с четырёхтактным собратом. Но на практике подобного показателя достичь, пока не удалось. Помимо всего прочего система OPOC имеет целый ряд и иных любопытных «штучек». Например, при расширении газы в цилиндре давят одновременно на оба поршня, передавая это усилие на вал, тем самым повышая эффективность всего двигателя по сравнению со схемой, где часть давления уходит на неподвижную камеру сгорания.
Новая конфигурация обеспечивает заданный рабочий объём, при котором каждому из поршней за один проход надо пройти расстояние вдвое меньше. Такое решение означает и меньшую скорость движения при фиксированных оборотах, и как следствие, меньшие потери на трение. В первую очередь Двигатель OPOC всеми своими особенностями обязан Петеру Хофбауэру, который является основателем, председателем и техническим директором EcoMotors, до этого много лет возглавлявший разработку самых перспективных ДВС в компании Volkswagen. На его счету всем известный смещённо-рядный мотор VR6, имеющий малый (около 15 градусов) угол развала цилиндров. Несмотря на то, что фирма EcoMotors была основана лишь в 2008 году, сам Хофбауэр думал над созданием OPOC гораздо раньше.
Сама по себе Идея Петера Хофбауэра свежа, но своими корнями уходит в далёкие 30-е годы 20-го столетия. Отправной точкой послужили такие изобретения как авиационный дизель со встречными поршнями Junkers JUMO 205, созданный Гуго Юнкерсом, и бензиновые «оппозитники» Фердинанда Порше, в число которых вошёл мотор автомобиля «Жук», получившего в послевоенное время всемирную известность. По правде сказать, то Хофбауэр смог скрестить эти две конструкции.
EcoMotors сообщает, что дизельный вариант OPOC на 30–50% легче, нежели обычный турбированный дизель той же мощности. ДВС OPOC имеет на половину меньше деталей, занимая до четырёх раз меньше места под капотом, и при этом при определённых условиях может быть экономичнее своих собратьев на 45–50%. Однако цифра, отвечающая за экономичность, вызывает у специалистов наибольшие сомнения. Первый же образец OPOC, по утверждению EcoMotors, провёл на специальном динамометрическом стенде более 500 часов. Если считать эту цифру правдой, то можно говорить о работоспособности данной схемы. А вот с характеристиками дело обстоит не так «безоблачно». Ныне испытываемая инженерами модель EM100, выдаёт заявленные параметры по крутящему моменту и мощности лишь при настройках, которые не учитывают токсичности выхлопа. Подобную модификацию OPOC компания предполагает устанавливать на военную технику, в которой отношение отдачи к весу наиболее важно.
EcoMotors для обычного транспорта предлагает устанавливать настройки тех же движков несколько иначе, получая в итоге 746 Н•м. и 300 л.с. В результате улучшение экономичности по сравнению с обычными дизелями предполагается «всего» в 15%, но и это выглядит гигантским шагом вперёд, поскольку обычно производители борются за каждый процент. Последующая экономия возможна только в случае объединения пары таких моторов в четырёхцилиндровый двигатель. Соответственно, то, что раньше было самостоятельным ДВС, превращается в модули, между которыми EcoMotors собирается ставить специальную муфту управляемую электроникой. В режиме малых нагрузок будет работать лишь один модуль, а в режиме больших — подключится и второй. При условии, что двигатель OPOC хорошо уравновешен, то все действующие силы здесь компенсируют друг друга и подобный ДВС отличается минимальной вибрацией. Соответственно, активация так называемой «спящей» половинки пройдёт гладко в любой момент.
источник www.rubmw.ru