Хорош ли современный двигатель внутреннего сгорания? Вопрос спорный. Смотря, каковы критерии оценки. Свою точку зрения мы, на этом канале, неоднократно излагали. Нам не очень нравятся современные «перефорсированные» двигатели. Мы полагаем, что ДВС был полностью готов в середине 90-х годов прошлого века, а потом его решили портить всякими «даунсайзингами», непосредственными впрысками, рециркуляциями отработанных газов и прочими «новомодными штучками». За счет всех этих ухищрений, возможно, и удалось несколько снизить вредные выбросы (хотя и это, кажется, вопрос весьма дискуссионный), но ресурс двигателям точно уполовинили, как и ремонтопригодность. А это значит, что? То, что лет через десять эксплуатации (это в хорошем случае), двигатель, а то и весь автомобиль, надо менять. Причем, менять на новый, т.к. б/у это будет шило на мыло.
А теперь самое интересное. Изготовить новый двигатель/автомобиль, это надо полагать, мероприятие для экологии полезное? Металл тут выплавлять не надо, всякие пластиковые и резиновые изделия, видимо, тоже не требуются, вредных выбросов никаких – одна сплошная польза😊! Любопытно, какие-то исследования проводились? Кто-нибудь прикидывал разницу между количеством выбросов какого-нибудь старого M20B20 и, например, EP6? Да, наверное, у EP6 выбросы будут меньше, но надо еще учесть, насколько дольше M20 мог эксплуатироваться (относительно EP6 примерно вдвое) и сколько выбросов произведут при выпуске нового EP6 после утилизации старого. Что-то подсказывает, будто дело тут совсем не в экологии!
Ну, да ладно. Оставим сейчас эти «мелочи» и посмотрим на поршневой ДВС в общем и целом. Он прекрасен? Конечно нет! Это достаточно сложное устройство, (конечно не установка для водородного синтеза, но, однако, и отнюдь не велосипед) все в этом двигателе взаимосвязано, почти как в живом организме, поломка любой, вроде бы, ерунды, часто влечет за собой скорый выход из строя всего агрегата. Он не прост в изготовлении и ремонте, всегда работает едва ли не на пределе. Даже удивительно, как это он так долго работает😊?! И самая большая уязвимость нашего поршневого двигателя это, как раз его «сердце» - цилиндро-поршневая группа. С точки зрения условий работы материалов – это катастрофа!
Даже при нормальных 2500 оборотах в минуту максимальная скорость поршня в цилиндре может достигать 11-12 м/с и менять направление 5000 раз за ту же минуту. При этом температура в камере сгорания в некоторых случаях может превышать 2000℃ (заметим в скобках, что температура плавления алюминия порядка 660℃).
Поршневые кольца и юбки поршней, равно, как и стенки цилиндров были бы мгновенно «убиты» трением. Защищает их только тонкая масляная пленка, которая может быть смыта избытком топлива, уничтожена повышенной температурой, короче ад!
Основные потери с цилиндро-поршневой группой на прямую не связаны (тепловые потери), но и механические на трение, а также «насосные» (на впуск воздуха) составляют в сумме около 10%.
Понятно, что у инженеров возникает желание, если не совсем уйти от поршневого двигателя, то как-то изменить его конструкцию, чтобы сделать его несколько менее «экстримальным».
Одной из таких попыток является так называемый мембранный двигатель, где поршень с кольцами заменяется эластичной мембраной.
На самом деле, идея такого двигателя не нова. Существует с десяток патентов на такого рода устройства, но почему-то, до самого последнего времени, никто не пытался проверить его работоспособность построив хотя бы опытный образец. Возможно, это происходило от того, что слишком очевидно было отсутствие подходящих для изготовления мембраны материалов, но тогда, вроде и морочиться не за чем, какие патенты? Короче, только в нынешнем 2026-ом году, группа эстонских товарищей, вдруг, решила построить рабочий, и как оказалось, работающий, образец такого двигателя. Мы не будем здесь приводить весь их отчет, потому, как к вопросу они подошли весьма обстоятельно, и получится такая статья очень объемной, сложной для восприятия, и наверное, скучной. Мы попробуем буквально на паре страниц рассказать о том, что они сделали.
А сделали они вещь, по сути, очень простую. Взяли одноцилиндровый, четырехтактный двигатель, да и заменили в нем поршень на мембрану. К шатуну крепили некое уменьшенное подобие поршня, мембрану соединяли с ним при помощи зажимного диска с гайкой, а с блоком, как прокладку ГБЦ, прижимая ее головкой. Т.е. если совсем схематично, то на рисунках 1 и 2 слева было, а справа стало. На рис. 1 поршень и мембрана в ВМТ, а на рис. 2 соответственно в НМТ.
Эстонские инженеры подчеркивают, что на этом этапе не ставилась задача, построения двигателя, который, прям, будет работать, как настоящий, продолжительное время, с соответствующим ресурсом и т.п. Они просто проверяли принципиальную работоспособность такой схемы. Потому мембрана была изготовлена из натурального каучука т.к. это был доступный материал, обладающий необходимой эластичностью. Толщина мембраны составляла 5 мм.
Посмотрев на эти схемки, и представив себе эластичную мембрану толщиной всего 5 мм, мы что-то сильно усомнились в том, что такое может работать. Интуитивно казалось, что такая мембрана не будет сжимать топливовоздушную смесь, как это делает традиционный поршень с кольцами, а вместо сжатия она просто будет «надуваться» и значит ничего работать не будет. Но, оказалось, что эти наши ощущения были неверными. Устройство не только работало, но даже выдавало неплохие для совсем сырой конструкции показатели!
Когда мы почитали отчет дальше, и посмотрели менее условные схемы, а также фотографии, то поняли, что да, такой двигатель работать может. Вот более подробная схема, где мембрана слева в ВМТ, а справа в НМТ (см рисунок 3).
А вот фото цилиндра и «поршня» без мембраны (демонтирована) (см фото 1).
Мы, как уже говорилось выше, не будем приводить здесь множественные формулы и диаграммы, которые составляют изрядную часть этого отчета. Кому интересно, без труда в сети найдет эту информацию. Нам важно, что проведенные испытания подтвердили работоспособность мембранного двигателя и его параметры оказались близки к аналогичному поршневому.
Да, работать-то он работал, но ожидаемо недолго. Причина – материал мембраны. Закономерно, что в таких условиях долго жить изделие из каучука не может. Тут и механические нагрузки, и температура, и топливо. Конечно, такой материал быстро прогорал или рвался в зависимости от режима работы.
Двигатель использовался карбюраторный. В ходе использования различных настроек было установлено, что при нормальном быстром запуске т.к. избыточное топливо не впитывалось в мембрану, а температура размягчала материал, мембрана выдерживала около 15 мин работы двигателя, после чего прогорала (см фото 2).
Если же двигатель приходилось перед запуском долго крутить, то мембрана разрушалась гораздо быстрее (разрывалась) (см фото 3).
Ну, а вот так выглядел этот двигатель внешне. Не сильно отличается от обычного поршневого (см фото 4).
Что имеем? Если удастся создать такой двигатель, который будет работать не 15 минут, а какое-то нормальное время, то по сравнению с поршневым ДВС он будет иметь ряд безусловных преимуществ. Минус поршневые кольца, минус точность изготовления поршней и обработки цилиндров. Меньше потерь на трение и «насосных» потерь. Вероятно, вместо расточки или гильзовки блока цилиндров, нужно будет просто заменить мембрану. Интересно!
Главный вопрос, который видно без очков, только один: а существуют ли материалы, походящие для изготовления мембран, которые смогут работать не 15 минут, а хотя бы пару тысяч часов? Мы, к сожалению, про такие материалы не слышали. Однако, сегодня, новые материалы со свойствами ранее неслыханными, появляются едва не каждый день!
Пожелаем эстонским инженерам удачи. Может, чего у них и получится! А пока мембранный двигатель работает всего 15 минут, мы предлагаем вам традиционные поршни UMpro, как номинальных, так и ремонтных размеров https://umparts.ru/ .