70 лет назад инженеры-мотористы General Motors создали двигатель, который по многим параметрам бил обычные ДВС: потреблял любое топливо, работал с высоким КПД и издавал совсем мало шума. Почему про эту разработку забыли?
Просто странно, что поршневой двигатель внутреннего сгорания пережил более 100 лет истории. Инженеры ненавидят этот сложный, капризный, ненадежный и тарахтящий агрегат, но так и не смогли от него избавиться. А чего они только не пробовали — роторный двигатель Ванкеля, газовую турбину, электромоторы.
Как работает свободно-поршневой двигатель
В середине 20 века была еще одна альтернатива, на которую многие надеялись — свободно-поршневой двигатель внутреннего сгорания. В нем тоже есть цилиндры с движущимися вверх-вниз поршнями. Но нет шатунов и коленчатого вала.
Вот цилиндр пришел в стадию сжатия, в него впрыснули топливо и подожгли его. Газы расширяются и толкают поршень. Он смещается в верхнюю точку, а там буферное устройство отталкивает его назад. Отскочив, поршень за счет инерции выталкивает горячие газы в выпускной тракт и снова перемещается в нижнюю точку — цикл замкнулся.
Полезную работу в нем совершают выхлопные газы, вращая газовую турбину.
Идеальный двигатель для подводных лодок и тепловозов
Все американские и многие европейские производители двигателей экспериментировали с СП ДВС. Первой успеха добилась немецкая фирма Junkers, в годы Второй мировой войны создавшая генератор со свободными поршнями для подводных лодок. Тихий и экономичный, он хорошо подходил для зарядки аккумуляторов.
Немецкая фирма Junkers первой создала практичный свободно-поршневой ДВС-генератор для подводных лодок в годы Второй мировой войны.
Затем после войны французская фирма SIGMA наладила выпуск генераторов собственной конструкции для локомотивов и стационарных генераторов.
Концепт-кар GM
Все три автоконцерна «Детройтской тройки» тоже экспериментировали с этими двигателями. Проект Chrysler так и остался засекреченным, и до сих пор мы о нем практически ничего не знаем. Мало известно и о проекте Ford. А вот General Motors охотно делилась с публикой прогрессом в этом направлении, рассказывая об успехах и неудачах.
В 1956 году компания создала обтекаемый прототип XP-500, оснащенный специально для него сконструированным СП ДВС. У него было 2 цилиндра с 4 поршнями, по паре на каждый цилиндр. При сгорании топлива они отскакивали в разные стороны: таким образом, двигатель получился идеально сбалансирован и не создавал вибраций. Чтобы поршни работали синхронно, их связывал механический балансирующий механизма
У него были и другие достоинства: более высокий КПД и способность работать на очень разных видах топлива, даже на китовом жире.
Неочевидные сложности
Однако, промучившись 3 года с болезнями необычного мотора, американские инженеры оставили эту идею.
Главной проблемой стало, как ни странно, отсутствие коленвала — того самого узла, который так хотели убрать инженеры. Без него, стало непонятно, где взять мощность для вспомогательных агрегатов, таких как усилители руля и тормозов, топливный насос, электрогенератор и насос охлаждения. Эти проблемы решили, часть устройств повесив на вал турбины, другие подключив к механизму, синхронизирующему поршни.
Но остался вопрос запуска двигателя — маховика у него тоже не было, а значит, обычный электростартер не годился. Решили попробовать сжатый воздух: его подавали в камеру сгорания, чтобы он раздвигал поршни в первых тактах.
К концу проекта инженерам удалось худо-бедно отладить его и даже добиться приемлемой надежности — на 90% безотказной работы на 4500 часов работы. Но какой ценой? Получившийся мотор уже не был проще обычного ДВС с коленвалом. На новинку махнули рукой, решив вернуться на традиционный путь.
Та же участь ждала газовую турбину и роторно-поршневой двигатель — первая так и не нашла применения в автомобилях, второй почти исчез, и лишь Mazda упорно продолжает работать над ним. Больше об их судьбе расскажут другие наши материалы — кликайте понравившуюся ссылку и читайте.