Новый двухтактный двигатель для легковых автомобилей
Двухтактный чудо-мотор для пикапа: его придумали русские, выпускали немцы, а довели до ума американцы
Американский разработчик двухтактных оппозитных двигателей Achates Power Inc. испытывает прототип бензинового ДВС с воспламенением от сжатия. Решение, позволяющее значительно сократить объемы вредных выбросов, будет адресовано сегменту LCV.
Недавно сформированное стратегическое партнерство компаний Ricardo и Achates Power Inc. (API) может оказаться полезным для мировой автоиндустрии. Калифорнийский альянс получил грант ARPA-E (Advanced Research Projects Agency-Energy, Агентство передовых исследований в области энергетики) на разработку решений по повышению энергоэффективности и снижению вредных выбросов ДВС полноразмерных пикапов.
Двухтактный 2,7‑литровый двигатель OP-3 мощностью 270 л. с. разработки Achates Power. 
Новая программа под условным наименованием Gen II основывается на конструкторских решениях двигателя первой генерации (API Gen I) с встречно движущимися поршнями, делая упор на совершенствование характеристик мощности, крутящего момента, оптимизацию весовых и габаритных параметров, а также снижение вредных выбросов. Упомянутая конфигурация представляет собой ДВС с расположением поршней в два ряда, один напротив другого в общих цилиндрах таким образом, что поршни каждого цилиндра движутся навстречу друг другу и образуют общую камеру сгорания. Компоновка обеспечивает прямоточную продувку — самую совершенную для двухтактного цикла.
Стендовые испытания показали сравнительно низкий уровень вредных выбросов.
Интересно, что идея использования моторов со встречным движением поршней отнюдь не нова. Создателем подобного силового агрегата является российский инженер Раймонд Корейво, который запатентовал свое изобретение в 1907 году. А известным примером реализации этого решения в промышленных масштабах является двухтактный авиационный дизель Junkers Jumo, разработанный в конце 20‑х годов и находившийся в производстве по 1943 год. Однако впоследствии идея не получила ожидаемого отклика со стороны автопрома (одна из причин — в высоком уровне вредных выбросов, что обусловлено неполным окислением продуктов сгорания). Среди тех, кто снова взялся за разработку редких поршневых оппозитников, — вышеупомянутая API. Недавно компания опубликовала технический документ, в котором говорилось о 30 %‑ном улучшении экономии топлива, когда ее двигатель был сравнен с дизелем современного поколения.
Двухтактные авиационные дизели Junkers Jumo с встречно движущимися поршнями были разработаны в конце 20‑х годов, производились по 1943 год.
Разрабатываемый API трехцилиндровый мотор будет иметь рабочий процесс с воспламенением от сжатия бензина — версия OP-3 GCI (Gasoline Cоmpression Ignition). Такой двигатель сочетает в себе характеристики бензинового и дизельного двигателей. Так же как в бензиновом ДВС, в GCI впрыск топлива происходит на такте впуска. Однако вместо использования электрической искры для зажигания части топливной смеси GCI сжимает смесь целиком и сразу, увеличивая ее плотность и температуру, пока она одновременно не воспламенится по всему объему. При этом выбросы NOx, несмотря на чрезвычайно бедную топливную смесь, останутся, как обещают разработчики, на сравнительно низком уровне.
В моторах с встречным движением поршней последние располагались вертикально друг над другом. Из-за того что они находятся в одном цилиндре, создается единая камера сгорания.
Прототип Gen II также получил усовершенствованную систему турбонаддува, электрооборудование напряжением 48 В, проведена оптимизация массогабаритных параметров агрегата. Сообщается, что тестовый пикап Ford F150, оснащенный 2,7‑литровым мотором GCI мощностью 270 л. с., в ходе испытаний показал расход топлива 6,3 л/100 км, что вписывается в нормы американского стандарта CAFÉ до 2025 года.
2-тактные двигатели нового поколения выйдут на новый уровень
Британская моторостроительная компания Norton Villiers, (не перепутайте с Norton Motorcycles, которая производит мотоциклы), уже несколько лет ведет любопытные исследования: совместно с фирмами Villiers Engines, DMW и проектными институтами компания разрабатывает инновационный двухтактный двигатель нового поколения. Сейчас патенты на его основные идеи переданы в патентное бюро – поэтому англичане начинают понемногу приоткрывать завесу тайны над своими разработками.
Главный козырь планирующихся моторов – для создания топливной смеси не придется смешивать бензин с маслом, что в традиционных двухтактных двигателях стало визитной карточкой и приводит к повышенной норме вредных выбросов в атмосферу. Соответственно новые моторы будут намного экологичнее существующих, сохранив все преимущества двухтактной схемы.
Питание мотора без добавления масла реализовано за счет системы спрей-смазки под давлением. Потери КПД на трение сведены к минимуму с помощью применения керамических подшипников и материалов, снижающих этот параметр. В конструкции двигателя нового поколения применены такие инновации для 2Т, как компрессор и лазерное зажигание, но, тем не менее, проектировщики утверждают, что мотор их конструкции в производстве обойдется на 60% дешевле сравнимого по параметрам четырехтактного агрегата. Также компания обещает приспособить свой агрегат к работе на дизельном топливе и биотопливе.
Вполне возможно, что это будет новый шаг вперед при производстве лодочных моторов, мотоциклов и прочего легкого транпорта, такой же, каким в свою очередь несколько ранее был переход на 4Т. А может, в свете новых разработок, это был шаг назад?…
Двухтактный двигатель в автомобиле [легче, чище, ниже расход топлива]
Когда двухтактный двигатель заменит четырехтактный
Двухтактные двигатели скоро заменят в автомобилях четырехтактные. Идея, которая пришла в голову инженеру Петеру Хофбауеру сделает маленькую революцию в мировом автомобилестроении. Он доказал, что двухтактный движок может применяться не только в газонокосилках и подвесных лодочных моторах, но и в автомобилях. По своим показателям двухтактный движок способен превзойти автомобильный четырехтактный.
Двухтактный двигатель в автомобилях – еще лучше, еще легче, еще эффективнее
Идея двухтактного двигателя для автомобилей не нова, но до сих пор никому не удавалось ее реализовать из-за инженерных препятствий. Однако Петер Хофбауер сделал прорыв в этой области, за что и получил награду в 2011 году за конструкцию двухтактного двигателя, который лучше и эффективнее традиционного четырехтактного.
Относительно простые и легкие, двухтактные движки, используемые в бензопилах и навесных лодочных моторах, прекрасно подошли бы легковым машинам. Подошли, если бы не их минусы – двухтактники сильнее загрязняют окружающую среду, в сравнении с четырехтактными. Плюс ко всему они требуют более качественного масла, у них больше расход топлива. Зато на высоких оборотах двухтактники более приемистые. При меньших чем у черехтактника размерах, в двухтактниках камера сгорания больше, а движение поршня медленнее, из-за чего ТВГ (температура выхлопных газов) выше. Атмосфера страдает, Greenpeace протестует. «Я потратил как минимум 50 миллионов долларов компании GM, чтобы доказать, что двухтактники никогда не будут использоваться в легковых машинах», говорит ветеран General Motors Дон Ранкл. Однако движок со встречным движением поршней, разработанный Петером Хофбауером, изменил точку зрения Ранкла.
Как и в других двигателях со встречным движением поршней или плоских движках, поршни в созданном Петером двухтактнике движутся горизонтально. «Момент истины» для Хофбауера настал, когда бывший инженер компании Volkswagen обдумывал, в чем же слабые места встречного движения поршней мотора VW. «И в тот момент я подумал, Боже, ведь все настолько просто! Нужно заменить головку блока цилиндров на головку с движущимся поршнем и впускным окном!».
Теперь о конструкции прототипа двухтактного двигателя, которым Хофбауер пытается оснастить автомобили будущего.
Конструкция двухтактника Хофбауера
1.Турбонаддув
Электрический мотор установлен на вал вентилятора и быстро набирает обороты; в обратном направлении он вырабатывает электроэнергию от выхлопных газов. Кроме того, он управляет давлением выхлопных газов, чтобы минимизировать выбросы.
2.Стальные шатуны
Длинные стальные шатуны присоединяют внешние поршни к коленчатому валу. С двумя поршнями, за один рабочий ход, движок ведет себя так, как будто у него длинный ход поршня – получается большее число доступной энергии и повышается эффективность. В то же время, коленчатый вал остается таким же компактным, и соответственно легким.
3.Коленчатый вал
Двигатель является модульным, и коленчатый вал пары цилиндров может быть соединен муфтой. Во время поездки по скоростному шоссе, ненужные цилиндры просто остаются бездейственными, а затем, при необходимости, снова включаются в работу.
4.Цилиндр
Учитывая изначальный недостаток двухтактных дизельных двигателей, которые конструктивно выбрасывают более насыщенные газы в атмосферу, Петер Хофбауер, изменил конструкцию впускной, выпускной систем и камеры сгорания, что предотвратило выход излишков несгоревшего топлива с вредными газами в атмосферу. Газы входят и выходят из цилиндра через специальные окна в его стенках.