O motor Wankel, o motor Stirling e vários tipos de unidades turbopropulsoras nunca entraram no mercado automotivo. Várias empresas conhecidas (da Mazda à GM, da Mercedes à Volvo) trabalharam nelas por décadas, pequenas empresas e inventores individuais também persistiram. Infelizmente, descobriu-se que havia muito mais armadilhas em um design específico do que parecia à primeira vista. Mas isso não significa que o desenvolvimento de unidades de energia alternativas seja impossível. Os entusiastas têm ideias diferentes e gostaríamos de compartilhar com você vários esquemas exóticos.
Alguns criadores de motores promissores decidiram que a combinação de cilindro, pistão, biela e virabrequim já se provou por mais de um século e não é necessário reinventá-la para melhorar os parâmetros do motor de combustão interna — basta corrigir alguns aspectos. Portanto, o primeiro da nossa lista é o motor da empresa americana Scuderi Group, que tem cursos clássicos de admissão, compressão, potência e escape, mas não ocorrem no mesmo cilindro, mas em diferentes. O chamado cilindro frio é responsável pela entrada e compressão, e o segundo, quente, pelo curso de força e escape.
Enquanto há uma expansão de gás no cilindro de trabalho, um curso de admissão ocorre no cilindro frio do compressor. Um escape no que funciona, uma compressão no frio. No final do curso de compressão, os pistões se aproximam de seus pontos mortos superiores, uma mistura se move pelo canal de desvio do cilindro frio para o quente e é inflamada. Esse ciclo dividido (em princípio, o ciclo Otto, embora modificado) foi inventado pelos americanos em 2006 e, em 2009, eles construíram o motor piloto Scuderi Split Cycle. O compressor e os cilindros de trabalho podem ter diferentes diâmetros e cursos dos pistões, o que possibilita o ajuste flexível dos parâmetros – é um análogo do ciclo Miller com expansão adicional de gás.
Se você adicionar um ramal com válvulas e uma garrafa de alta pressão ao canal entre os cilindros, poderá fazer com que esse motor reúna energia durante a frenagem e use-a durante a aceleração. No entanto, por vários anos, as atividades do Grupo Scuderi foram limitadas apenas aos protótipos e à participação em exposições. Parece que a eficiência real ainda não supera a alta complexidade do design aqui.
Os desenvolvedores da empresa croata Paut Motor também recorreram ao ciclo de trabalho dividido. Seu design “espaçado” atraiu a atenção com menos peças, baixo atrito e ruído reduzido. E a necessidade de um tanque externo para o sistema de lubrificação, causada pelo fato de não haver óleo no cárter, não assustou. Os inventores construíram vários protótipos. Com uma capacidade de sete litros, suas dimensões (500 × 440 × 440 mm) e peso (135 kg) são quase a metade dos motores tradicionais de combustão interna. Mas a produção nunca foi determinada. O último protótipo foi montado em 2011 e, em seguida, o projeto foi paralisado.
O motor Bonner de dois tempos (em homenagem ao patrocinador, Bonner Motor), inventado em 2006 nos Estados Unidos por Walter Schmid, é ainda mais complicado. Como no projeto Paut Motor, os cilindros são dispostos na forma da letra X aqui, e o virabrequim também realiza o movimento do planeta devido ao sistema de engrenagens.
As válvulas no fundo dos cilindros e as válvulas de bobina rotativa no corpo do motor são responsáveis pela distribuição de gás em Bonner. Ao mesmo tempo, os pistões externos podem se deslocar levemente sob a pressão do óleo, fornecendo uma taxa de compressão variável. Que esquema complicado! E tudo isso é por uma questão de alta potência por unidade de peso. Em teoria, Bonner parece interessante, mas, na prática, não há notícias sobre isso há muito tempo — aparentemente, não atendeu às expectativas.
Outros inventores não mudaram os ciclos de trabalho do motor de combustão interna, mas se concentraram na localização de suas peças. São, por exemplo, motores axiais com mais de cem anos. Todos eles diferem em detalhes, mas estão unidos por um princípio comum: os cilindros são dispostos como cartuchos em um cilindro de revólver, com um eixo de saída coaxial. Sistemas diferentes, como pinos inclinados ao eixo longitudinal do motor, arruelas cônicas e similares, são responsáveis por converter os movimentos recíprocos dos pistões na rotação do eixo.
Um projeto neozelandês da empresa Duke Engines, um motor de cinco cilindros e quatro tempos com capacidade de três litros, é uma variedade de unidades axiais. Comparado ao clássico motor de combustão interna da mesma capacidade, este era, de acordo com os cálculos dos autores, 19% mais leve e 36% mais compacto. Foi prometido que seria usado em vários campos, mas os sonhos de conquistar o mundo inteiro continuaram sendo sonhos.
O motor RadMax da empresa canadense Reg Technologies é um exemplo axial ainda mais complexo. Aqui, em vez de cilindros, uma dúzia de compartimentos são organizados em um tambor comum com a ajuda de lâminas finas. Nas fendas do rotor, são instaladas placas que se movem ao longo delas à medida que ele gira. Os volumes variáveis resultantes limitam as superfícies curvas nas extremidades: eles definem a trajetória das pás e controlam a troca gasosa.
O esquema RadMax possibilita a criação de motores para diferentes tipos de combustível, embora inicialmente os inventores tenham escolhido o diesel. Em 2003, um protótipo foi construído com diâmetro e comprimento de apenas 152 mm. Ele desenvolveu 42 cavalos de potência – muitas vezes mais do que um motor de combustão interna de tamanho similar. Posteriormente, a empresa informou sobre a criação de protótipos maiores com 127 e 380 cavalos de potência. Mas, a julgar pelos lançamentos, todas as suas atividades ainda não vão além dos experimentos.
O motor redondo toroidal (ou motor VGT) da já desaparecida empresa canadense VGT Technologies é outro exemplo da superioridade da teoria sobre a prática. Os primeiros protótipos do motor com um toróide de geometria variável (daí as letras VGT — Variable Geometry Toroidal Engine) foram testados por engenheiros em 2005.
O toróide aqui desempenha o papel de um cilindro, dentro do qual um rotor gira com um par de pistões presos a ele. Os volumes variáveis necessários para garantir cursos de força são formados entre os pistões por meio de um fino disco de distribuição com um recorte para os pistões que gira sobre o toróide com um acionamento por correia ou outro. Esse disco restringe a mistura ar-combustível durante a compressão e o curso de força.
Em 2009, os empreendedores americanos Gary Kelley e Rick Ivas desenvolveram seu motor toroidal, essencialmente recriando o canadense. De acordo com suas estimativas, um toróide de meio metro de diâmetro forneceria 230 cv e cerca de 1000 N⋅m a apenas 1050 rpm. Mas… agora há um esboço no site de sua empresa Garric Engines: “Obrigado pelo seu interesse. A página pode ser atualizada no futuro.” Talvez um destino um pouco melhor aguarde o chamado motor de nutação inventado pelo americano Leonard Meyer em 2006 – pelo menos ele foi construído em várias cópias.
O nome do motor vem do latim nutatio. Meyer formou quatro câmaras de trabalho de volume variável entre o corpo do motor e a porca do disco lateral, que desempenha o papel de um pistão. O disco é cortado ao meio ao longo de seu diâmetro e amarrado em um eixo em forma de Z que produz energia. Canais e válvulas no corpo são responsáveis pelas trocas gasosas.
Os protótipos do motor de Meyer foram construídos pela Baker Engineering e sua empresa irmã Kinetic BEI. A unidade desenvolve sete cv com um único disco com diâmetro de 102 mm e já 120 com um par de discos de 203 mm! O comprimento do motor de dois discos é 500 mm, o diâmetro é 300 mm e a capacidade é 3,8 litros. 2,5-3 cavalos de potência por quilograma contra um ou dois para motores de combustão interna atmosférica produzidos em massa (entre os motores não massivos, alguns motores Ferrari produzem mais de três cv por quilo, mas a altas 9000 rpm). No entanto, a capacidade em litros não impressiona. Agora, Baker e Kinetic parecem dar forma aos projetos, embora não haja muita atividade em seus sites.
A ideia de unidades rotativas de vários tipos muitas vezes atrai inovadores, como se apenas um desvio do esquema familiar proporcionasse um aumento significativo no desempenho. Então, Nikolay Shkolnik, natural da URSS que se mudou para os Estados Unidos há muito tempo, desenvolveu com seu filho Alexander um motor que lembra o motor Wankel virado do avesso. O rotor em forma de amendoim gira em uma câmara triangular da mesma maneira, mas, diferentemente da unidade Wankel, as vedações são fixadas não no pistão, mas nas paredes da câmara.
Para desenvolver o design, os Shkolniks fundaram a empresa LiquidPiston, que atraiu a DARPA — agora ela cofinancia experimentos com vistas à operação de unidades “amendoim” em aeronaves leves, incluindo drones, e em geradores portáteis. Um protótipo de motor com capacidade de 23 cm3 tem uma boa eficiência de 20% para essas dimensões. Agora, os autores buscam um protótipo a diesel pesando cerca de 13 kg e produzindo 40 cv para instalação em um carro híbrido. Sua eficiência supostamente crescerá para 45%.
O último motor que analisaremos demonstra que a ideia de uma unidade plana (porque o rotor pode ser muito estreito) é tentadora. Ao mesmo tempo, os rotores em si não são tão necessários para sua implementação – basta quadrar o pistão tradicional e, consequentemente, tornar o cilindro retangular na vista superior.
Esse estranho desenvolvimento da empresa Pivotal Engineering existe há vários anos, durante os quais vários protótipos foram criados para equipar motocicletas e aviões. Os autores abordam o chamado pistão oscilante principalmente para a aviação. Além das características de alta potência em relação ao peso e às dimensões, essa unidade de dois tempos é perfeitamente capaz de forçar devido à passagem de um canal de resfriamento líquido pelo eixo fixo do pistão. Esse truque é difícil com um esquema diferente.
Existem muitos desenvolvimentos exóticos fora de nossa análise, como o motor Wankel de 12 rotores, o motor Knight ou unidades com pistões opostos, motores de combustão interna com uma taxa de compressão variável ou com cinco tempos (também existem!) , e também unidades de pás rotativas nas quais os componentes do rotor fazem movimentos como lâminas de tesoura convergentes e divergentes.
Até mesmo uma excursão superficial além dos limites dos motores clássicos de combustão interna mostrou quantas ideias não são implementadas na produção em massa. Os rotores geralmente são arruinados pelo problema de desgaste da vedação. As opções de pás rotativas também sofrem com altas cargas alternadas que destroem o mecanismo de conexão entre as pás e o eixo. Essa é apenas uma das razões pelas quais não vemos esses “milagres” em carros de produção.
A segunda razão é que a produção de motores tradicionais de combustão interna não fica parada. Nas últimas amostras de gasolina com o ciclo Miller, a eficiência térmica chega a 40% mesmo sem turboalimentação. Isso é muito. A maioria das unidades a gasolina tem 20-30%. Motores a diesel – 30-40% (em navios de grande porte — até 50). E o mais importante – uma alternativa global ao motor de combustão interna já foi encontrada. São motores elétricos e unidades de energia com células de combustível. Portanto, se os inventores das curiosidades não resolverem todos os problemas técnicos em um futuro muito próximo, eles simplesmente não conseguirão sair das margens do progresso na frente dos carros elétricos.
Esta é uma tradução. Você pode ler o original aqui: https://www.drive.ru/technic/57769ed4ec05c4745f00009b.html
