Глоток топлива: какие существуют двигатели и чем они питаются
Сжатый воздух
В 2013 году концерн PSA представил систему Hybrid Air, работающую на сжатом воздухе. Французы были далеко не первые. За два года до них японцы испытывали свой прототип Toyota Ku Rin, которая смогла проехать на одном «заряде» сжатого воздуха три с лишним километра — рекорд по тем временам. Годом позже отличились инженеры индийской Tata Motors, представив предсерийное чудо Tata Airpod — трехместный и трехколесный автомобиль для беднейших слоев населения, работающий также на сжатом воздухе.
В отличие от предшественников, разработка PSA оказалась элегантнее и проще. Два баллона со сжатым воздухом, компрессор, нагнетающий воздух, и гидравлический мотор, передающий энергию сжатого воздуха в КПП. Система сама пополняла воздушные запасы, чем качественно отличалась от того-же индийского чуда (Tata Airpod требовалось «накачивать» каждые 200 км). Естественно, помимо «воздушной» установки, под капотом Hybrid Air предполагалось устанавливать классический 3-цилиндровый ДВС, который будет играть роль насоса и вспомогательного мотора.
В компании обещали, что если скорость движения не превысит 70 км/ч, то энергия от сжатого воздуха будет использоваться в течение 60-80% времени. Топливная экономичность варьировалась от нулевых значений расхода и выбросов до 2,9 л/100 км и 69 г/км при использовании ДВС соответственно. Французы планировали начать оснащать Hybrid Air текущие модели концерна с 2016 года, но не сложилось.
Водородные топливные элементы
Есть три типа двигателей, использующих водород: одни работают как обычный ДВС, другой тип — газотурбинные, третьи — агрегаты, использующие химическую реакцию водорода. Первый ДВС, работающий на водороде, появился аж в 1806 году, водород в нем сгорал, как обычный бензин. Сегодня количество таких оригинальных движков стремится к нулю — использовать их чертовски накладно. В газотурбинных агрегатах газ сжимается и нагревается, затем выделяемая энергия преобразуется в механическую. В качестве топлива может использоваться практически любое горючее, которое можно диспергировать: от собственно газов (в том числе водород), до твердых носителей.
Но самые интересные из водородных силовых установок — «химические». В марте 2022 года BMW и Toyota представили кроссовер i Hydrogen NEXT на базе нынешнего X5. Его силовая установка состоит из электродвигателя и литий-ионной батареи, стеков с водородными топливными элементами, химического преобразователя и двух баллонов, в которые под давлением 700 бар закачены шесть килограммов водорода. Стек специальных ячеек, наполненных водородом, конвертирует химическую энергию газа в электричество, которое аккумулируется в батарее, а она в свою очередь питает электромотор. Электрохимический генератор выдает 125 кВт, а общая отдача установки — 275 кВт. Единственным продуктом переработки является водяной пар.
Дизельный двигатель
Более ста лет назад, 23 февраля 1892 года Рудольф Дизель запатентовал свой чудо-двигатель. Принципиальное отличие его агрегата было в том, что топливо в нем нагревалось быстрым сжатием, а не поджогом как в Отто-моторе. Но самое смешное, что первые двигатели Дизеля работали не на дизеле, а на растительных маслах. Более того, первоначально в качестве идеального топлива изобретатель предлагал каменноугольную пыль, так как в Германии не было запасов нефти.
Спектр видов топлива для дизельных двигателей вообще весьма широк. Сюда включаются все фракции нефтеперегонки от керосина до мазута и ряд продуктов природного происхождения: рапсовое масло, фритюрный жир, пальмовое масло и многие другие. Дизельный двигатель может с определенным успехом работать даже на сырой нефти.
Кстати, в Санкт Петербурге в 1898 году на Путилковском заводе был построен агрегат, аналогичный мотору Дизеля. Более того, наша конструкция оказалась проще, надежнее и даже перспективнее немецкой. Но владельцы лицензий Дизеля возбудились, что появилась конкурентная конструкция. Благодаря их давлению все работы над отечественным аналогом дизельного двигателя были остановлены.
Роторный двигатель
Самый престарелый из всех тепловых двигателей именно роторный, чей прародитель появился аж в первом веке нашей эры. Уже в 19 веке активно использовались куда более похожие на современные роторные паровые двигатели, правда те не отличались эффективностью.
В 1957 года Феликс Ванкель и Вальтер Фройде показали общественности полностью работоспособный роторно-поршневой двигатель (РПД) внутреннего сгорания. Всего каких-то семь лет доработки, и этот движок уже стоял на спорткаре NSU Spider, который стал первым серийником с РПД. Такой агрегат лишен большого количества движущихся частей, он проще, а особая конструкция мотора позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. Но из-за конструктивных особенностей у роторных моторов крайне низкий ресурс, высокий расход масла и топлива, хотя и большая отдача с меньшего объема.
Из-за этих особенностей единственной компанией, которая массово, помимо NSU, упрямо выпускала автомобили с роторно-поршневым движком была Mazda. И легендарная Mazda RX-8 была скорее имиджевой моделью, нежели коммерческой. Как итог, даже упрямые японцы сдались, и в начале 2000-х работу с роторно-поршневыми двигателями свернули.
