Революционный двигатель? Патент обещает снизить расход топлива и повысить эффективность

Эксцентрические шестерни для изменения длительности хода поршня: более длительные такты впуска и расширения, а также более быстрые такты сжатия и выпуска. Цель — снижение расхода топлива и увеличение крутящего момента.

Американский изобретатель пытается переписать правила работы двигателей внутреннего сгорания. Брайан Шмидт, проживающий в Галене, штат Огайо, подал патент на использование нециркулярных (некруглых) шестерней для изменения длительности хода поршня. Цель разработки — повышение термического КПД и снижение расхода топлива в классическом четырехтактном поршневом двигателе.

Традиционный поршневой двигатель, хорошо знакомый нам, имеет фундаментальное конструктивное ограничение: все четыре такта (впуск, сжатие, расширение и выпуск) длятся примерно одинаковое время за один оборот коленчатого вала. С точки зрения газодинамики было бы гораздо логичнее удлинить или укоротить некоторые такты, не меняя при этом общий цикл вращения. Для решения этой задачи Шмидт разработал своего рода «замену шатуна», которая использует дополнительный приводной вал на шатуне для изменения хода поршня. Это реализуется с помощью эксцентрических шестерней, которые заменяют классические кривошипы коленчатого вала. Система устроена так, что по сравнению с традиционным двигателем, нисходящие ходы становятся более продолжительными, что обеспечивает более эффективный и длительный впуск и расширение, в то время как восходящие ходы сокращаются, делая сжатие и выпуск более быстрыми.

Более длительный впуск означает большее количество свежего охлаждающего газа в цилиндре и лучшее наполнение; более длительное расширение генерирует больший крутящий момент. В то же время более короткие такты сжатия и выпуска дают термические преимущества: быстрый выпуск позволяет быстрее удалять горячие газы, охлаждая камеру сгорания и создавая большее разрежение на впуске, которое «засасывает» дополнительный свежий газ.

Другим интересным аспектом является сокращение времени нахождения поршня в нижней мертвой точке. Согласно чертежам патента, поршень остается неподвижным в мертвой точке примерно на 75% меньше времени, чем в традиционном двигателе. Это означает, что двигатель меньше «простаивает», теряя меньше кинетической энергии, что может еще больше повысить эффективность.

На бумаге система выглядит многообещающей, однако существуют сомнения относительно увеличения трения как в самих шестернях, так и в подшипниках скольжения, количество которых удваивается. Кроме того, необходимо учитывать, что некруглые шестерни подвержены неравномерным нагрузкам, что ставит под вопрос уровень вибраций, плавность работы и ускоренный износ. Патент продолжает изучаться, но на данный момент нет никаких признаков того, что крупные мотопроизводители рассматривают эту технологию для серийного производства.