Вспоминая свои школьные годы, я отчетливо вижу кабинет с плакатами, где нам, подросткам, пытались привить любовь к сельскохозяйственной технике. Это была эпоха учебно-производственных комбинатов: мальчишки постигали азы устройства тракторов и комбайнов, а девчонкам объясняли принципы работы доильных аппаратов. Государство рассчитывало, что после таких уроков мы проникнемся романтикой полей и ферм, оставшись в родных совхозах. Городские же ребята в это время осваивали станки на заводах, а их сверстницы учились печатать на машинках и разбираться в делопроизводстве. Именно там, на занятиях под незамысловатым названием «Трактор», в мое сознание впечаталась истина, казавшаяся тогда незыблемой: совершенство работы поршневой группы состоит в том, что когда один поршень замирает в верхней мертвой точке, второй обязан находиться строго внизу. О существовании цикла Отто нам, разумеется, не рассказывали, как и о других эпонимических названиях.
Прошли десятилетия, и выяснилось, что стройная картина мира, нарисованная школьным учителем, была лишь частным случаем. Оказывается, инженерная мысль способна выйти за рамки привычной схемы, создав нечто совершенно иное. Речь идет о конструкции, где поршни двигаются не в противофазе, а с небольшим отставанием друг от друга, и это вовсе не ухудшает, а напротив, улучшает характеристики агрегата. Такие моторы называют двигателями с раздельным циклом.
В отличие от классической компоновки, здесь цилиндры, коих может быть больше двух, но обязательно четное количество, разбиты на пары с разными функциями. Один выполняет роль компрессионного: он отвечает за впуск и сжатие топливно-воздушной смеси. Второй же является рабочим: в нем происходит воспламенение, сгорание и выпуск отработавших газов. Сжатый воздух перетекает из одного цилиндра в другой через специальный перепускной канал. В нужный момент впрыскивается топливо, смесь поджигается, и начинается рабочий ход. Считается, что такой подход позволяет обойти фундаментальное ограничение, присущее более ранним попыткам создания моторов с разделенным циклом, — низкую тепловую эффективность. В традиционном четырехтактном двигателе, как я помню по тем самым урокам, для совершения одного рабочего хода требуется два полных оборота коленчатого вала, а воспламенение происходит лишь раз за два оборота. В двигателе Скудери ситуация иная: рабочий ход совершается при каждом обороте.
Почему раздельный цикл оказался эффективнее
Именно эта особенность — воспламенение при каждом обороте — обеспечивает превосходство над стандартными четырехтактными собратьями по части выбросов. Мотор с раздельным циклом можно органично встроить в воздушную гибридную систему, где энергия торможения запасается в виде сжатого воздуха. Такая схема открывает путь к заметной экономии горючего. Процессы впуска и сжатия протекают в относительно холодном цилиндре, что гарантирует их максимальную эффективность. Затем уже сжатая смесь попадает в горячий цилиндр, где происходит сгорание и выхлоп. Подобное разделение сред позволяет добиться снижения расхода топлива до 20%, хотя исследователи рассчитывают в перспективе выжать из этой технологии все 50%. Это могло бы стать настоящим прорывом, особенно в контексте современных экологических требований.
Однако, как это часто бывает с передовыми разработками, у конструкции есть и обратная сторона. Платой за высокий КПД становится усложнение системы: на каждую пару цилиндров требуется дополнительный клапан. И хотя топливная экономичность и другие плюсы делают раздельный цикл крайне привлекательным в теории, на практике исторически сложилось так, что мир остался верен проверенному циклу Отто. Причина банальна: прецизионная обработка деталей для такого мотора обходится настолько дорого, что перекрывает всю потенциальную экономию топлива за полный срок службы автомобиля. Впрочем, справедливости ради стоит заметить, что мой школьный преподаватель при всем желании не смог бы поведать об этой альтернативе. Американский конструктор Кармело Дж. Скудери явил свой первый опытный образец публике лишь в 2009 году, когда советская система образования уже канула в лету.
Громкие скандалы вместо рыночного триумфа
Появление изделия на рынке очень скоро ознаменовалось не триумфальным шествием по автосалонам, а грандиозным скандалом. В 2013 году на компанию Scuderi Group, которую возглавлял сам изобретатель, власти США наложили штраф в размере 100 000 долларов с требованием вернуть деньги обманутым акционерам. Якобы он потратил средства без согласования с инвесторами. Спустя два года история получила продолжение: дочернее предприятие Тойоты, компания Hino Motors Ltd, подала в Окружной суд США по округу Массачусетс иск за нарушение условий договора. В заявлении фигурировали обвинения в создании финансовой пирамиды, поскольку Scuderi Group отказалась вернуть инвестиции в размере 150 000 долларов, пообещав рассчитаться деньгами, которые планировалось привлечь от других вкладчиков.
Дальнейшее расследование вскрыло еще более любопытные детали. Выяснилось, что компания производила многомиллионные выплаты членам семьи Скудери, что никак не соответствовало ее реальным доходам. Количество исков к предприятию росло, рисуя образ не столько инновационного стартапа, сколько сомнительной финансовой схемы. Впрочем, все эти юридические баталии уже не имели прямого отношения к технической стороне вопроса и не ставили крест на самой инженерной идее.
Попытки практического применения и судьба изобретателя
Честно говоря, мне так и не удалось найти примеров того, чтобы какой-нибудь крупный автопроизводитель начал серийно устанавливать двигатель Скудери на свои машины. Единственным исключением, пожалуй, стала небольшая хорватская фирма Paut Motor. Ее инженеры взяли за основу принцип разделенного рабочего цикла, соблазнившись обещаниями меньшего числа деталей, низкого трения и пониженного шума. Они построили несколько опытных образцов, и результаты впечатляли: при рабочем объеме в семь литров габариты агрегата составляли всего 500×440×440 мм, а вес — 135 кг. Это почти вдвое меньше, чем у традиционных ДВС схожего объема. Правда, точные показатели отдачи так и остались неизвестны. Последний прототип был собран в 2011 году, после чего проект тихо заглох, оставшись еще одной любопытной страницей в истории моторостроения.
Двухтактный агрегат Paut Motor использует принцип, подобный применённому в моторах Scuderi Group, — сжатие и рабочий ход тут происходят в разных цилиндрах, между которыми устроены перепускные каналы.
Сам же Кармело Дж. Скудери, к сожалению, не застал момента, когда его детище стало объектом столь пристального внимания и споров. Всю жизнь он прожил в Спрингфилде, штат Массачусетс. В 1942 году окончил Спрингфилдскую техническую среднюю школу, а во время Второй мировой служил в морской пехоте и участвовал в высадке в Нормандии в день «Д». После войны с отличием окончил Массачусетский университет по специальности «инженер-механик» и более сорока лет посвятил практическому применению, разработке и коммерциализации новых технологий. Он консультировал представителей ВМС и ВВС США, сотрудничал с такими гигантами, как Hamilton Standard, Raytheon, Avco Lycoming и Hughes Aircraft Corporation. В его послужном списке — проектирование систем тестирования компонентов летательных аппаратов, разработка военных пожарных машин и имитационного оборудования для перспективных торпедных систем. Этот незаурядный человек обладал несколькими патентами в области безмасляных компрессоров с хладагентом. Созданная им технология по сей день является основным методом регенерации хладагентов в системах кондиционирования и холодильном оборудовании. Его последним и самым значительным достижением стала разработка технологии двухфазного внутреннего сгорания, которая, несмотря на все рыночные неудачи, навсегда останется ярким примером смелого инженерного поиска за пределами привычных схем.
