Обычный двигатель внутреннего сгорания основан на четырехтактной схеме: впуск, сжатие, рабочий ход (расширение) и выпуск. Упрощенно процесс можно описать так: в фазе впуска (1) поршень движется вниз, засасывая в цилиндр воздух, а система питания впрыскивает топливо. Далее поршень движется вверх, сжимая образовавшуюся топливную смесь, а в конце этого сжатия (2) происходит воспламенение. Оно приводит к расширению топливной смеси, которое и толкает поршень вниз — это и есть такт рабочего хода (3). Наконец, образовавшиеся после сгорания смеси газы вытесняются движущимся вверх в такте выпуска (4) поршнем.
Mazda придумала безвредный бензиновый двигатель — действительно ли он не будет загрязнять атмосферу?
Свежее изобретение из Хиросимы позволяет сжигать привычное горючее таким способом, чтобы практически не выбрасывать в атмосферу вредные вещества — вместо этого накапливая их на борту. В основе идеи лежит уникальная шеститактная схема сгорания топлива, благодаря которой становится возможна промежуточная очистка отработавших газов. Объясняем, как это должно работать.
Mazda
Mazda придумала как добавить в эту старую, как сам ДВС, схему еще пару «этапов», значительно меняющих химический состав выхлопных газов. Для этого в конструкции двигателя появляется особый модуль очистки газов — вроде каталитического нейтрализатора, только без применения ценных металлов и с иным принципом протекания химических реакций. Газы попадают туда прямиком из цилиндра после фазы рабочего хода (третьего такта из стандартной схемы). Форсунка, расположенная на входе в расщепитель, впрыскивает в поток горячих газов немного топлива, что приводит к выделению из газового облака водорода и твердого углерода.
Принципиальная схема расщепителя из патентной заявки Mazda
Первое вещество отправляется в систему питания двигателя в качестве вторичного топлива. Ведь водород можно использовать в силовых установках не только как источник энергии для топливных элементов (принцип работы которых основан на протекании химической реакции), но и в виде горючей альтернативы бензину в обычных ДВС. А главное — что из выхлопных газов удаляется углеродная составляющая, поэтому в выхлопе практически не содержится вредного углекислого газа. Твердый углерод накапливается в специальном резервуаре, который опорожняется во время сервиса. А его отходы могут быть вторично использованы в сталелитейной или химической промышленности.
Есть и минусы. На первый взгляд, это очень сложна система. Как минимум, потребуется перевод части клапанов в головке блока цилиндров на сверхточные скоростные актуаторы (вместо механического привода ГРМ) и разработка программы управления. А также из патентной заявки не совсем ясно, как пара дополнительных тактов (отвод газов в расщепитель и их обратный «выдох» оттуда в цилиндр) повлияет на мощность мотора. Ведь эти фазы будут на треть увеличивать рабочий цикл двигателя — что должно оборачиваться сниженной на эту же треть мощностью.
Шеститактная схема работы двигателя из патентной заявки Mazda
Но компания Mazda всегда была инноватором в области двигателей внутреннего сгорания и уже не раз доводила до серийного производства самые необычные решения. В числе которых: роторно-поршневой мотор, двигатель на основе цикла Миллера, рекордно малообъемный V6 1.8, бензиновый мотор SkyActiv-G с рекордно высокой степенью сжатия, а также роторный мотор-генератор в рамках гибридной схемы последовательного типа.
И даже сейчас, когда большинство производителей сосредоточилось на технологиях электрификации, Mazda продолжает вкладываться в разработку новых решений — которые, вероятно, позволят спасти ДВС. Это определенно заслуживает уважения — как уникальность инженерного подхода, так и смелость делать ставку на то, что многие представители индустрии и регуляторы называют отжившей свое технологией.
Читайте также