Компанията Avadi Engines от САЩ е разработила нов тип бутален двигател. Четиритактовият бензинов мотор работи без клапани и е икономичен като дизел.
В Якима, щата Вашингтон, Avadi Engines работи върху интересно решение – всъщност две решения в един двигател. Защото Avadi иска да съчетае предимствата на буталния бензинов мотор с тези на ванкеловия двигател, като избегне техните недостатъци. Предимство на двигателя с бутала е високата компресия, дължаща се на използването на пружинни бутални пръстени. А главният му недостатък е превръщане на възвратно-постъпателното движение във въртеливо – с големи загуби. Двигателят с въртящо се бутало (наричан още роторен или ванкелов) разменя тези качества: Сгъстява с високи загуби, но върти директно задвижващ вал. А пък моторът Avadi MA-250 има осцилиращо бутало в цилиндър, но няма колянов вал (в класическия смисъл на думата).
Само един цилиндър, но с две мотовилки
Въпреки че Avadi MA-250 е само с един цилиндър, буталото е монтирано на две мотовилки. И тези два пръта са свързани с изместване от 180 градуса към един вид колянов вал с мотовилкови шийки и балансиращи тежести. Но не в познатата форма – защото коляновият вал не е монтиран в картер, а е свързан чрез зъбни колела с неподвижен зъбен венец. „Коляно-мотовилковият механизъм“ се поддържа от този венец и предава генерирания въртящ момент на задвижващия вал. По този начин двигателят произвежда директно въртеливо движение въпреки буталата, мотовилките и коляновия вал.
Това е възможно благодарение на разработка на Avadi, която с по един пиньон и неподвижния венец свързва осцилиращите мотовилки с вала. Чрез трансмисията постъпателното движение се преобразува директно във въртене. Изместването от 180 градуса гарантира равномерно запалване на всеки 360 градуса в четиритактов двигател. И тъй като коляновият вал се върти едновременно радиално и аксиално, това би трябвало да балансира добре повечето инерционни сили и моменти.
Четиритактов двигател без клапани
От техническа гледна точка двигателите се класифицират по броя на пълните завъртания на коляновия вал, необходими за един работен ход. За двутактовия двигател това е един оборот, а за четиритактовия – два. Обикновено режимите на работа се разграничават по наличието или липсата на клапани, което просто не е вярно. Двутактовият двигател може да има клапани, а в случая на Avadi MA-250 четиритактов двигател може да работи без клапани. За тази цел Avadi използва стария принцип на ротационния клапан, но по модерен начин. Главата на цилиндъра наподобява тази на двутактов двигател поради плоския си дизайн. Вътре в нея обаче се извършват някои удивителни работни стъпки за газоразпределението. Това се основава на факта, че самият цилиндър също се върти, тъй като е свързан с „коляно-мотовилковия механизъм“. Това позволява един перфориран диск върху цилиндъра да служи като диск за газоразпределение.
Дискът има централен отвор за запалителната свещ и ексцентричен отвор, който контролира всмукването или изпускането в зависимост от позицията си. В самата цилиндрова глава всмукателните и изпускателните отвори са снабдени с пружиниращи подвижни керамични уплътнения, които уплътняват каналите към разпределителния диск. Това не звучи като много благоприятно за високи оборотите и по принцип е така. Avadi MA-250 обаче се нуждае от тази пружинна сила само при стартиране. Веднага щом буталото създаде компресия, цилиндровата глава използва налягането чрез малки преливни канали, за да притисне при необходимост керамичните уплътнения към разпределителния диск, като по този начин уплътни цилиндъра към главата.
Какви са ползите?
В момента MA-250 е двигател с обем само 250 куб. см, който генерира 30 Нм при 3500 об./мин и 15 к.с. при 3700 об./мин. Това звучи като доста оскъдно, но задачата на MA-250 е да работи ефективно. И той го постиг с КПД от 42%. За сравнение: предлаганите на пазара бензинови двигатели са с КПД от 30 до 35 процента. Като следствие Avadi консумира значително по-малко бензин за същата мощност и тежи само 11 кг.
Какви са причините да е така?
Въпреки че гори бензин, КПД на Avadi MA-250 е 42%, което е равностойно на най-добрите дизелови двигатели, налични в момента. Това е възможно благодарение на три фактора. Единият е ниското триене на буталото в цилиндъра. Тъй като буталото и цилиндърът се въртят леко отместени един спрямо друг, буталото се накланя значително по-малко въпреки вертикалното си положение. Това намалява триенето в цилиндъра. Освен това няма конвенционален разпределителен механизъм с разпределителни валове, пружини и клапани. В конвенционалните двигатели той консумира много мощност – особено при ниски обороти. И трето, поради ниските си обороти този двигател не се нуждае от водно охлаждане или маслена помпа. Което допълнително намалява броя на движещите се части. Смазването се осигурява основно от центробежната сила.
За какво може да служи Avadi MA-250?
С тези данни за мощността е малко вероятно Avadi MA-250 да се използва като основен задвижващ агрегат. Той ще намери място в превозни средства или в приложения, които позволяват или изискват непрекъсната мощност при ниски и постоянни обороти. С други думи, като удължител на пробега в електромобили, при малки мотоциклети и скутери и малки превозни средства за доставка. Avadi може да се използва и като мотор за генератори и хладилни агрегати или за леки самолети/дронове.
