Той факт, що мільярдер Білл Гейтс та інвестиційна компанія Khosla Ventures вирішили інвестувати мільйони в EcoMotors, компанію, що розробляє опозитні поршневі двигуни, спонукав нас розглянути цю розробку детальніше. Подібні двигуни мають давню історію, але вони не знайшли широкого застосування, принаймні в автомобільному транспорті. Компанія EcoMotors звернула увагу на, здавалося б, уже відому розробку.
Свій двигун з двома опозитними циліндрами, кожен з яких має два опозитних поршня, EcoMotors назвав нехитро – OPOC, що розшифровується як Opposed Piston Opposed Cylinder. Технічно за цією схемою може працювати як бензиновий двигун (або двигун внутрішнього згоряння, який споживає спирт), так і дизель, але поки що компанія зосередилася на другому варіанті.
Двигун OPOC є двотактним, так що протилежні поршні кожного циліндра здійснюють робочий хід за один оберт колінчастого вала. Рухаючись до мертвих точок, вони відкривають вікна в стінках циліндрів. Причому один з поршнів управляє впуском, інший – випуском. При цьому вікна влаштовані так, що витяжне відкривається трохи раніше і закривається теж раніше припливного. Це важливо для хорошого газообміну.
Зняття головок блоку циліндрів, клапанів і механізму їх роботи спростило двигун, полегшило його, зменшило втрати на тертя і навіть витрату масла (за даними компанії, ці показники стали вдвічі нижче, ніж у звичайного дизеля). Але зрештою, інші двотактні двигуни з опозитними поршнями, схоже, теж можуть похвалитися такими перевагами, чи не так?
Родзинка новинки в тому, що всі поршні в ній з’єднані з єдиним центральним колінчастим валом, тоді як раніше подібні конструкції вимагали двох колінчастих валів по краях двигуна. Звідси вони були помітно більше і важче, і не дивно, що їх використовували в основному на тепловозах і кораблях. Що ж, двигун OPOC націлений на набагато ширший діапазон транспорту.
Як і будь-який двотактний двигун, двигун OPOC потребує зовнішнього пристрою для продування циліндрів, коли вікна відкриті. У цьому випадку конструктори вирішили покласти цей обов’язок на турбокомпресор. Але очевидно, що це не допоможе, коли двигун заводиться, а самі циліндри не вміють «вдихати» і «видихати».
Рішення знову було знайдено в давній ідеї, яку випробували кілька компаній, але ніхто не втілив у життя. На вал класичної крильчатки інженери встановили електродвигун. На старті і поки двигун внутрішнього згоряння не набере обертів, цей мотор отримує енергію від акумуляторів, забезпечуючи «дихання» двигуна OPOC. А потім мотор вимикається, а турбокомпресор перетворюється в самий звичайний. Більш того, на високих швидкостях, коли потік вихлопних газів великий, електромотор в турбіні може перетворитися на генератор, який живить акумулятори автомобіля.
За словами її творців, нова схема характеризується дуже хорошою продувкою циліндрів, а отже, дає можливість отримати максимальну віддачу від самого двотактного циклу, теоретично дозволяючи досягти вдвічі більшого співвідношення потужності до об’єму в порівнянні з до чотиритактного. Хоча на практиці така продуктивність ще не досягнута. Система OPOC має ряд інших цікавих особливостей.
У новій конфігурації кожен з поршнів повинен подолати половину шляху за один хід, щоб забезпечити задану працездатність. Це означає нижчу швидкість поршня при фіксованій швидкості двигуна, а отже, менші втрати на тертя. Двигун OPOC зобов’язаний усіма цими функціями передусім Пітеру Хофбауеру. Засновник, голова правління та технічний директор EcoMotors раніше багато років керував розробкою передових двигунів у Volkswagen. Наприклад, у нього на плечі двигун Vee-Inline VR6 з невеликим (15 градусів) V-кутом між циліндрами. Хоча EcoMotors було засновано в 2008 році, сам Хофбауер почав думати про OPOC кількома роками раніше.
За даними компанії, дизельна версія OPOC на 30-50% легша за звичайний турбодизельний двигун такої ж потужності, містить на 50% менше деталей, займає в два-чотири рази менше місця під капотом і може бути (за певних умов) ) на 45-50% економічніше. Остання цифра викликає найбільші сумніви в експертів, однак, навіть якщо економія споживання перебільшена, у EcoMotors є підстави для оптимістичних заяв. Перший прототип двигуна внутрішнього згоряння OPOC, за даними компанії, провів понад 500 годин на динамометричному стенді. Можна сказати, що схема працює. Але з характеристиками не все так однозначно. Модель EM100, яка зараз тестується інженерами, видає заявлені параметри потужності і крутного моменту тільки з налаштуваннями, які не враховують токсичність вихлопу. Компанія пропонує встановити таку версію OPOC на військову техніку, для якої важливіше співвідношення потужності до ваги.
Для звичайних автомобілів EcoMotors пропонує налаштувати ті ж двигуни дещо по-іншому: на 300 к.с. і 746 Н·м. У цьому випадку вони обіцяють «лише» 15-відсоткове підвищення паливної ефективності порівняно зі звичайними дизельними двигунами, але навіть це виглядає як величезний крок вперед, оскільки компанії зазвичай борються за кожен відсоток. Подальша економія можлива при об’єднанні пари таких двигунів в чотирициліндровий агрегат. Те, що раніше було незалежним двигуном, перетворюється на модуль. EcoMotors має намір встановити між ними муфту з електронним керуванням. Мовляв, при низькому навантаженні працюватиме лише один модуль, а при високому підключатиметься другий модуль. А так як OPOC добре збалансований, всі діючі тут сили компенсують одна одну, а мотор має мінімум вібрацій, то активація «сплячої» половини в будь-який момент пройде без проблем.
Ідея схожа на добре відомий виріз циліндра у великих V-подібних двигунах. Але якщо в цьому випадку поршні холостого ходу ще продовжують рухатися вгору-вниз, то тут половина двигуна повністю зупиняється, а друга продовжує працювати в сприятливому режимі. Крім того, інженери пропонують трохи знизити максимальну віддачу кожного модуля в такій бінарній схемі — до 240 к.с. (480 буде розвивати весь агрегат). За співвідношенням потужності і ваги це все одно буде дуже гідний двигун, і вдасться досягти максимальної економії палива (ті ж 45%) і відповідності найсуворішим стандартам токсичності вихлопів, кажуть розробники.
Наразі OPOC — це необроблена система, і її розробники здебільшого обіцяють. Але вони налаштовані оптимістично і почали продовжувати лінію. На кресленнях уже показано двоциліндровий двигун EM65 потужністю 75 к.с., який трохи менший за розміром і вагою, ніж EM100. Його, до речі, хочуть зробити бензиновим. Сфера застосування ЕМ65 цілком очевидна: легкі вантажівки та легкові автомобілі, включаючи гібриди. Певною, але не абсолютною гарантією успіху екзотичного двигуна внутрішнього згоряння є репутація його головного конструктора: Пітер віддав Volkswagen 20 років життя. І, до речі, не дивно, що його нинішня творчість перегукується з проектами Porsche, які стояли біля витоків знаменитого німецького бренду.
Це переклад. Оригінал можна прочитати тут: https://www.drive.ru/technic/4efb337600f11713001e5522.html
Published October 21, 2021 • 10m to read
