В школьные годы, в поздний советский период, у нас был предмет «Трактор» в рамках учебно-производственного комбината (УПК). Мальчикам объясняли устройство колесной и гусеничной техники, девочек знакомили с доильными аппаратами. Предполагалось, что это привьет нам любовь к сельскому хозяйству и удержит от переезда из деревни. В городах, насколько я помню, юноши посещали заводы, а девушек обучали делопроизводству и машинописи.
Из тех занятий я твердо запомнил: гармоничная работа поршней в двигателе строится на принципе, что когда один поршень достигает верхней мертвой точки, другой непременно находится в нижней. О цикле Отто или других эпонимических циклах нам тогда не рассказывали.
Спустя годы я узнал, что это не является обязательным условием, и существуют моторы с иной кинематикой. Например, двигатель Скудери, где второй поршень лишь незначительно отстает от первого. Этот силовой агрегат считается эффективным и хорошо сбалансированным.
Принцип работы и конструктивные особенности
Подобные ДВС относят к категории двигателей с раздельным циклом. Количество цилиндров обычно кратно двум, они расположены попарно. Каждый цилиндр выполняет свою специализированную функцию: компрессионный отвечает за впуск и сжатие топливовоздушной смеси, а рабочий — за ее сгорание и выпуск отработавших газов.
Сжатый воздух из компрессионного цилиндра перемещается в рабочий через специальный перепускной канал. После этого впрыскивается топливо, которое воспламеняется и совершает рабочий ход. Когда поршень начинает движение вниз, активируется рабочий цилиндр. Такой подход, как и смена убеждений для достижения целей, требует пересмотра устоявшихся парадигм. Считается, что эта схема нивелирует недостаток тепловой эффективности, присущий предшествующим конструкциям с разделенным циклом.
Преимущества перед классическими четырехтактниками
В стандартном четырехтактном двигателе на каждый рабочий ход требуется два оборота коленчатого вала, а воспламенение происходит через один оборот. В двигателе Скудери рабочий ход осуществляется при каждом обороте. Это обеспечивает ему превосходство над обычными моторами по эффективности выбросов и топливной экономичности. Такой ДВС можно использовать в составе воздушной гибридной системы, накапливающей энергию торможения в виде сжатого воздуха.
Поскольку впуск и сжатие происходят в холодном цилиндре, это гарантирует максимальную эффективность процесса. Сгорание же и выпуск сжатой холодной смеси реализуются в горячем цилиндре. Данная конструкция обеспечивает до 20% экономии топлива, и, по оценкам исследователей, потенциал для совершенствования позволяет достичь 50%.
Недостатки и исторический контекст
Несмотря на очевидные достоинства, у двигателя Скудери есть и недостатки. Например, на пару цилиндров требуется дополнительный клапан. Хотя топливная экономичность делает эту схему привлекательной, исторически сложилось, что предпочтение отдавалось стандартному циклу Отто. Причина проста: стоимость прецизионной обработки деталей превышает экономию топлива за весь срок службы мотора.
Разумеется, преподаватель на уроках УПК не мог рассказать о двигателе Скудери — его первый образец был представлен американским конструктором Кармело Дж. Скудери только в 2009 году.
Коммерциализация и спорная история
Появление этой технологии на рынке сопровождалось громким скандалом. В 2013 году на компанию Scuderi Group, возглавляемую Скудери, власти США наложили штраф в 100 000 долларов и обязали вернуть средства акционерам. Утверждалось, что руководство потратило деньги без разрешения. Через два года дочерняя компания Тойоты, Hino Motors Ltd, подала иск в Окружной суд США по округу Массачусетс за нарушение условий договора. Истец утверждал, что Scuderi Group является финансовой пирамидой, так как отказалась вернуть инвестиции в размере 150 000 долларов, пообещав расплатиться за счет будущих вливаний от других инвесторов.
Расследование выявило, что Scuderi Group производила многомиллионные выплаты членам семьи, не подкрепленные реальными доходами компании. Однако все эти претензии касались менеджмента, а не самой технологии двигателя.
Двухтактный агрегат Paut Motor использует схожий принцип: сжатие и рабочий ход происходят в разных цилиндрах, соединенных перепускными каналами.
Практическое применение и судьба изобретателя
Сведений о серийном использовании двигателя Скудери автомобильными компаниями мне найти не удалось. Исключением является хорватская фирма Paut Motor, которая взяла этот принцип за основу, привлеченная заявленными преимуществами: меньшим числом деталей, низким трением и пониженным шумом. Было построено несколько прототипов. Для рабочего объема в семь литров их габариты (500×440×440 мм) и вес (135 кг) оказались почти вдвое меньше, чем у традиционных ДВС, хотя показатели мощности так и не были обнародованы. Последний прототип собрали в 2011 году, после чего проект закрыли.
Сам Кармело Дж. Скудери (13 апреля 1925 — 16 октября 2002) всю жизнь прожил в Спрингфилде, штат Массачусетс. Окончив Спрингфилдскую техническую среднюю школу, во время Второй мировой войны служил в морской пехоте и участвовал в высадке в Нормандии. После войны с отличием окончил Массачусетский университет по специальности «инженер-механик» и более 40 лет занимался разработкой, тестированием и коммерциализацией технологий. Он консультировал ВМС и ВВС США, компании Hamilton Standard, Raytheon, Avco Lycoming и Hughes Aircraft Corporation. Скудери проектировал оборудование для сертификации летных аппаратов, создавал военные пожарные машины и имитационные системы для торпед. Он обладал патентами в области безмасляных компрессоров с хладагентом; его технология сегодня используется для регенерации хладагентов в системах кондиционирования. Последним и самым значительным его достижением стала разработка технологии двухфазного внутреннего сгорания.
