Очевидно, що двигун внутрішнього згорання недостатньо економічний і по суті має невисокий ККД. Це змушує вчених шукати альтернативи — зокрема, створювати доступний електричний або водневий транспорт. Однак останні розробки показують, що ДВЗ можна зробити по-справжньому ефективним. За рахунок чого це можна здійснити і що заважає застосовувати такі технології на практиці вже зараз?

Двигун внутрішнього згоряння без перебільшення розкрутив мотор науково-технічного прогресу. Автомобільний транспорт є найважливішим засобом перевезення пасажирів і вантажів. У США сьогодні на 1000 чоловік припадає майже 800 автомобілів, а до 2020 року в Росії цей показник складе близько 350 машин на тисячу населення.

Переважна більшість з більш ніж мільярда автомобілів на планеті все ще використовують двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ), винайдений в XIX столітті. Незважаючи на всі технологічні хитрощі і «розумну» електроніку, коефіцієнт корисної дії сучасних бензинових двигунів все ще «топчеться» навколо позначки в 30%. Найекономічніші  дизельні ДВЗ мають ККД в 50%, тобто навіть вони половину палива викидають у вигляді шкідливих речовин в атмосферу.

Звичайно, говорити про економічність ДВЗ не доводиться, особливо якщо врахувати, що сучасні автомобілі спалюють по 10-20 літрів пального на 100 км шляху. Не дивно, що вчені по всьому світу намагаються створити доступні електричні та водневі авто. Однак і концепція двигуна внутрішнього згоряння не вичерпала потенціал модернізації. Завдяки останнім досягненням в галузі електроніки та матеріалів, з’явилася можливість створити по-справжньому ефективний ДВЗ.

Екомотор

Інженери компанії EcoMotors International творчо переробили конструкцію традиційного ДВЗ. Він зберіг поршні, шатуни, колінвал і маховик, однак новий двигун на 15-20% ефективніше, крім того набагато легший і дешевший у виробництві. При цьому двигун може працювати на декількох видах палива, включаючи бензин, дизель і етанол.

В цілому двигун EcoMotors має елегантну просту конструкцію, в якій на 50% менше деталей, ніж у звичайному моторіВ цілому двигун EcoMotors має елегантну просту конструкцію, в якій на 50% менше деталей, ніж у звичайному моторі

Домогтися цього вдалося за допомогою використання оппозитної конструкції двигуна, в якій камеру згоряння утворюють два поршня, що рухаються назустріч один одному. При цьому двигун двотактний і складається з двох модулів по 4 поршня в кожному, з’єднаних спеціальною муфтою з електронним управлінням. Двигуном повністю управляє електроніка, завдяки чому вдалося домогтися високого ККД і мінімальної витрати палива. Наприклад, в пробці і інших випадках, коли повна потужність двигуна не потрібна, працює тільки один модуль з двох, що зменшує витрату палива і шум.

Також мотор оснащений керованим електронікою турбокомпресором, який утилізує енергію вихлопних газів і виробляє електроенергію. В цілому двигун EcoMotors має елегантну просту конструкцію, в якій на 50% менше деталей, ніж у звичайному моторі. У нього немає блоку головки циліндрів, він зроблений зі звичайних матеріалів і від нього менше шуму і вібрацій. При цьому двигун вийшов дуже легким: на 1 кг ваги він видає потужність більше 1 к.с. (на практиці він приблизно в 2 рази легше традиційного двигуна такої ж потужності). Більше того, двигун EcoMotors легко масштабується: достатньо додати кілька модулів і двигун малолітражки перетворюється на мотор потужної вантажівки.

Дослідний двигун EcoMotors EM100 при розмірах 57,9 х 104,9 х47 см важить 134 кг і видає потужність 325 к.с. при 3,500 обертах на хвилину (на дизпаливі), діаметр циліндрів — 100 мм. Витрата палива у п’ятимісного автомобіля з мотором EcoMotors планується надзвичайно низька — на рівні 3-4 л на 100 км.

Економія у всьому

Компанія Achates Power поставила собі за мету розробити ДВЗ з витратою палива 3-4,5 л на 100 км для автомобіля розміром з Ford Fiesta. Поки їх експериментальний дизельний двигун демонструє набагато більший апетит, але розробники сподіваються зменшити витрату. Однак головне в даному моторі — виключно проста конструкція і низька собівартість. Погодимося, що економія на паливі мало чого варта, якщо вона обійшлася ціною багатократного дорожчання мотора.

Двигун Achates Power має надзвичайно просту конструкціюДвигун Achates Power має надзвичайно просту конструкцію

Двигун Achates Power має дуже просту конструкцію. Це двотактний опозитний дизельний мотор, в якому два поршні рухаються назустріч один одному, утворюючи камеру згоряння. Таким чином відпадає необхідність в головці блоку циліндрів і складному газорозподільному механізмі. Більшість деталей мотора виготовляються за допомогою нескладних виробничих процесів і не вимагають дорогих матеріалів. В цілому, двигун містить набагато менше деталей і металу, ніж звичайний.

В даний час на випробуваннях мотор Achates Power демонструє економічність на 21% більшу, ніж кращі «традиційні» дизельні двигуни. Більш того, він має модульну конструкцію, велику питому потужність (співвідношення вага / к.с.). Також завдяки особливій формі верхньої частини поршня створюється вихровий потік особливої форми, що забезпечує відмінне перемішування суміші, ефективне тепловідведення і зменшує час згоряння. В результаті двигун не тільки відповідає військовим специфікаціям армії США, але і перевершує за характеристиками двигуни, які сьогодні встановлюються на бойову техніку.

Простий спосіб

Американська компанія Transonic Combustion вирішила не створювати новий двигун, а добитися значної (25-30%) економії палива за допомогою нової системи уприскування.

Високотехнологічна система уприскування TSCiTM не вимагає радикальних переробок двигуна і, по суті, являє собою набір інжекторів і спеціальний паливний насос.

Процес згоряння TSCiTM використовує безпосереднє уприскування бензину у вигляді надкритичної рідини і спеціальну систему запалюванняПроцес згоряння TSCiTM використовує безпосереднє уприскування бензину у вигляді надкритичної рідини і спеціальну систему запалювання

Процес згоряння TSCiTM використовує безпосереднє уприскування бензину у вигляді надкритичної рідини і спеціальну систему запалювання.

Надкритична рідина — це стан речовини при певній температурі і тиску, коли воно не є ні твердим тілом, ні рідиною, ні газом. У такому стані речовина набуває цікавих властивостей, наприклад, не має поверхневого натягу, і утворює дрібнодисперсні частинки в процесі фазового переходу. Крім того надкритична рідина має здатність швидкого перенесення маси. Всі ці властивості вкрай корисні в двигуні внутрішнього згоряння, зокрема, надкритичне паливо швидко змішується, не має великих крапель, швидко згоряє з оптимальним тепловиділенням і високою ефективністю циклу.

Електронний клапан

Компанія Grail Engine Technologies розробила унікальний двотактний двигун з дуже привабливими характеристиками. Так, при споживанні 3-4 літрів на «сотню», двигун видає 200 к.с. Мотор з потужністю 100 к.с. важить менше 20 кг, а потужністю 5 к.с. — Всього 11 кг! При цьому Grail Engine, на відміну від звичайних двотактних моторів, не забруднює паливо маслом з картера, а значить, відповідає найжорсткішим екологічним стандартам.
Сам двигун складається з простих деталей, в основному виготовляються способом відливання. Секрет видатних характеристик криється в схемі роботи Grail Engine. Під час руху поршня вгору, внизу створюється негативний тиск повітря і через спеціальний вуглепластиковий клапан повітря проникає в камеру згоряння. В певній точці руху поршня починає подаватися паливо, потім у верхній мертвій точці за допомогою трьох звичайних електросвічок відбувається запалювання паливно-повітряної суміші, клапан у поршні закривається. Поршень йде вниз, циліндр заповнюється вихлопними газами. По досягненні нижньої мертвої точки поршень знову починає рух вгору, потік повітря вентилює камеру згоряння, виштовхуючи вихлопні гази, цикл роботи повторюється.

Секрет видатних характеристик криється в схемі роботи Grail Engine

Компактний і потужний Grail Engine ідеально підходить для гібридних автомобілів, де бензиновий мотор виробляє електроенергію, а електромотори крутять колеса. У такій машині Grail Engine буде працювати в оптимальному режимі без різких стрибків потужності, що істотно підвищить його довговічність, знизить шум і витрату палива. При цьому модульна конструкція дозволяє приєднувати до загального коленвалу два і більше одноциліндрових Grail Engine, що дає можливість створення рядних двигунів різної потужності.

Нові моделі авто з’являються щороку — але з якихось причин на них не стоять вищеописані економічні і прості двигуни. Дійсно, двигунами нової конструкції цікавляться всі: від всюдисущого інвестора Білла Гейтса до Пентагону. Однак автовиробники не поспішають встановлювати новинки на свої машини. Мабуть, вся справа в тому, що великі автоконцерни самі виробляють двигуни і, природно, не бажають ділитися прибутком зі сторонніми розробниками. Але в будь-якому випадку жорсткі екологічні стандарти та електромобілі змусять автовиробників впроваджувати нові технології, набагато більш важливі для здоров’я людей і всієї планети, ніж мультимедійні системи і дизайнерські фантазії.