Adblock
detector

Легче, лучше, эффективнее двухтактный двигатель

Команда разработчиков медиаплатформ

Относительно простой и легкий Двухтактные двигатели (используемые в цепных пилах и подвесных моторах) были бы хороши в легковых и грузовых автомобилях, если бы они не были такими грязными. «Я, вероятно, потратил 50 миллионов долларов из денег GM, чтобы доказать, что двухтактные двигатели не работают в автомобилях», — говорит ветеран General Motors Дон Ранкл. Двигатель с оппозитным поршнем и оппозитным цилиндром (OPOC), разработанный Питером Хофбауэром из EcoMotors, настолько сильно изменил мнение Ранкла, что он стал генеральным директором компании.

Как и в других плоских двигателях (иногда называемых оппозитными двигателями из-за того, что их поршни напоминают двух бойцов, обменивающихся ударами), поршни OPOC движутся горизонтально. Хофбауэр, ага! Момент настал однажды, когда бывший инженер Volkswagen размышлял о недостатках оппозитного двигателя VW. «Я подумал, Боже мой, если вы просто замените головку цилиндра с подвижным поршнем и портами цилиндра, это может быть менее сложно».

Да, с большой вероятностью. Для двигателя требуется менее половины деталей аналогичного четырехтактного двигателя, и он на 30 процентов легче. Конечным результатом, по словам Хофбауэра, является повышение энергоэффективности на 15–50 процентов в зависимости от конфигурации. А благодаря своей уникальной архитектуре и нескольким ключевым инновациям OPOC производит гораздо меньше выбросов, чем типичный двухтактный двигатель. С дизельным прототипом мощностью 240 л.с. EcoMotors теперь сосредоточена на рынке грузовых автомобилей; В феврале прошлого года компания подписала лицензионное соглашение с Navistar. «Когда экономика восстановится, в мире появится 85 миллионов двигателей внутреннего сгорания для автомобилей и легких грузовиков», — говорит Хофбауэр. «Если мы сможем предложить двигатель, который будет эффективным и конкурентоспособным по себестоимости, это будет успех».

Команда разработчиков медиа-платформ

ТУРБОКОМПЕНСАТОР

Электродвигатель, установленный на валу нагнетателя, быстро раскручивает компрессор для быстрого наддува; наоборот, он вырабатывает электричество из выхлопного потока. Кроме того, он управляет давлением выхлопных газов, чтобы минимизировать выбросы.

СТАЛЬНЫЕ ШАТУНЫ

Длинные стальные шатуны соединяют внешние поршни с коленчатым валом. С двумя поршнями, работающими за один акт сгорания, двигатель ведет себя так, как если бы у него был длинный ход, используя больше доступной энергии и повышая эффективность. При этом коленчатый вал остается компактным и, следовательно, легче.

КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ

Двигатель модульный, и коленвал пар цилиндров может быть соединен сцеплением. Для движения по шоссе ненужные цилиндры можно просто запустить на холостом ходу, а затем снова включить для прохождения.

ЦИЛИНДР

Газы поступают в цилиндр и выходят из него через отверстия в стенках, что снижает сложность и вес головок цилиндров. Конструкция впускной и выпускной систем, а также камеры сгорания не позволяет лишнему несгоревшему топливу выходить из выпускного отверстия, снижая выбросы.

Новый взгляд на двухтактный двигатель | MIT Technology Review

EcoMotors International, стартап, базирующийся в Трое, штат Мичиган, предлагает новый подход к старой идее — двухтактному двигателю, который, по его словам, на 50 процентов эффективнее большинства автомобильных двигателей и загрязняет окружающую среду гораздо меньше, чем обычный двухтактный двигатель.

Компания недавно получила в общей сложности 23,5 миллиона долларов инвестиций от Билла Гейтса и Khosla Ventures. Эти деньги пойдут на разработку двигателя EcoMotors с оппозитным поршнем и оппозитным цилиндром (OPOC). Двигатель использует два движения поршня за цикл вместо четырех, и каждый цилиндр содержит два противоположных поршня вместо одного.

Обычному автомобильному двигателю требуется четыре движения поршня, или такта, чтобы пройти впуск, сжатие, сгорание и выпуск. В двухтактном цикле эти ступени выполняются всего за два движения поршня, обеспечивая вдвое больше рабочих ходов за один оборот и требуя меньшего количества деталей. Но двухтактные двигатели имеют тенденцию выбрасывать больше несгоревшего топлива в выхлоп, поэтому четырехтактная конструкция стала более распространенной.

Размещение двух поршней в каждом цилиндре также означает, что каждый поршень перемещается только вдвое меньше, чем обычно в двухтактном двигателе, что позволяет двигателю работать быстрее. В два раза меньше деталей, чем в обычном двигателе (у OPOC нет компонентов головки блока цилиндров или клапанного механизма, а также меньше подшипников) помогает снизить трение и тепловые потери. По словам генерального директора Ecomotors Дона Ранкла, эти факторы в сочетании с «длинным списком улучшений на 1 и 2 процента» в других областях обеспечивают повышение эффективности на 15 процентов.

Ранкл говорит, что несколько технологий помогли уменьшить выбросы двухтактного двигателя. Во-первых, электрический турбонагнетатель обеспечивает «переменную степень сжатия», благодаря чему давление на входе в цилиндры двигателя изменяется для достижения максимальной эффективности. Во-вторых, подход, называемый асимметричным синхронизацией портов, когда впускные и выпускные порты открываются в разное время, помогает повысить эффективность газообмена. И в-третьих, впрыск под высоким давлением и компьютеризированное управление впрыском повышают общую эффективность цикла. Хотя «сегодня в других двигателях нет ничего необычного», говорит Ранкл, эта технология сейчас «намного лучше, чем то, что существовало, когда многие из нас пытались заставить работать двухтактные двигатели» в прошлые годы.

Базовый двигатель OPOC состоит из двух цилиндров по обе стороны от коленчатого вала. Несколько двигателей или «модулей» можно использовать вместе, чтобы повысить топливную экономичность автомобиля на целых 45 процентов. Помимо повышения эффективности самого движка, дополнительные модули можно отключить, когда они не нужны. Ключом к конструкции является электрически управляемая муфта, которая при необходимости отключает модуль. Некоторые современные двигатели V8 имеют деактивацию цилиндров, но поршни продолжают вращаться из-за их соединения с коленчатым валом, что приводит к так называемым «паразитным потерям».

Джорджио Риццони, директор Центра автомобильных исследований Университета штата Огайо, говорит, что двигатель OPOC «выглядит как комбинация разных идей, ни одна из которых не является абсолютно революционной». Он отмечает, что двигатели с оппозитными поршнями использовались в самолетах и ​​мотоциклах, а электрические турбокомпрессоры использовались в течение многих лет как способ улучшить характеристики турбодвигателей. Что поражает Риццони, так это «синтез старых идей» нового двигателя в сочетании с двухпоршневой компоновкой.

EcoMotors, которая в мае заключила сделку на разработку на сумму 18 миллионов долларов с китайским поставщиком автомобилей Zhongding, является одной из нескольких молодых компаний, работающих над обновлением двигателя внутреннего сгорания в преддверии более строгих стандартов экономии топлива. Некоторые из них, в том числе Achates Power из Сан-Диего, ориентированы на двухтактные архитектуры. «В середине 90-х люди думали, что двухтактные двигатели действительно не могут соответствовать стандартам выбросов», — говорит генеральный директор Achates Дэвид Джонсон.

Дэйв Херст, старший аналитик компании Pike Research, которая специализируется на энергетических технологиях, говорит, что самая большая проблема для любого стартапа по производству двигателей, надеющегося лицензировать инновации для крупных автопроизводителей, заключается в том, что эти потенциальные клиенты считают двигатели своей основной технологией и поэтому более вероятно, что они сами разработают новые двигатели.