В нашей предыдущей статье мы уже рассказывали о самом большом двигателе внутреннего сгорания. При этом ни для кого не секрет, что постоянный рост цен на нефтепродукты и сложная экологическая ситуация являются основными факторами, которые сильно влияют на ДВС. Указанное влияние фактически сводится к одному – максимальное снижение расхода топлива и эффективная очистка отработавших газов.

При этом важно понимать, что наиболее качественно снизить потребление горючего удается за счет уменьшения рабочего объема двигателя. Однако такое уменьшение закономерно приводит к тому, что двигатель становится менее мощным и надежным, теряется приемлемая динамика разгона ТС и т.д.

По этой причине конструкторы и инженеры постоянно ищут решения, чтобы повысить КПД силового агрегата без увеличения его объема. Для этих целей на автомобилях сегодня активно используется установка турбонаддува, в конструкции моторов применяется система изменения фаз газораспределения, увеличивается степень сжатия и т.д.

Если говорить о бензиновых двигателя, изготовление слишком маленьких агрегатов по рабочему объему для авто и широкого списка другой техники в наши дни попросту нецелесообразно по целому ряду причин. При этом маленькие дизельные двигатели вполне имеют право на жизнь и активно разрабатываются. Давайте остановимся на этом более подробно.

Самые маленькие дизельные моторы, бензиновые и роторно-поршневые ДВС

Как уже было сказано выше, решение задачи по снижению токсичности выхлопа и общего количества вредных выбросов в атмосферу потребовало всесторонних изменений. Определенные доработки затронули как сами ДВС, так и топливо для них.

Бензиновые моторы стали использовать горючее, в котором допускается наличие большого количества спирта (в отдельных случаях до 75-80%), в дизельные ДВС заливается биодизель.

• Что же касается миниатюрных версий, самые маленькие бензиновые двигатели сегодня используются в авиамоделировании (ставятся на авиамодели), а также на маленьких моделях радиоуправляемых машин, судов и т.п.

Аналоги покрупнее можно обычно встретить на бензопилах, газонокосилках, моторных лодках и другой различной технике. При этом тенденции к созданию микромоторов на бензине не наблюдается. Дело в том, что общий принцип работы в основе имеет возвратно-поступательное движение поршня, а сам агрегат сильно теряет в плане производительности при значительном уменьшении рабочего объема.

Если просто, необходимый КПД в процессе преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное значительно понижается в агрегатах на бензине, чего становится недостаточно для прокручивания колес автомобиля или выполнения другой полезной работы.

Вернемся к микромоторам. Еще отметим, что некоторые ошибочно считают известные микродвигатели инженера Йесуса Уайлдера V12 и V16 наглядным образцом самого маленького бензинового двигателя. Однако на практике такой мотор скорее игрушка, чем практичный ДВС. Дело в том, что агрегат работает не на жидком топливе. В действие двигатель приводит сжатый воздух, а КПД находится на весьма низкой отметке.

• Если же говорить о дизелях, этот тип двигателя имеет сегодня все шансы стать не просто маленьким, а фактически микроскопическим. Начнем с того, что сегодня часто встречаются маленькие дизельные двигатели, которые имеют рабочий объем чуть больше 0.2 л. и выдают, в среднем, 3.2 л.с.

Такие субкомпактнтые дизели прижились на небольшой мототехнике, а также приводят в действие различные механизмы. Вместительность топливного бака для такого мотора обычно составляет около 2.5 л. солярки.

Если затрагивать самый маленький дизельный двигатель, такой мотор создали в Англии (Кембридж). Единственное, для его работы используется не привычное для обывателя дизтопливо, а специальная смесь метанола и водорода. Эта смесь способна эффективно самовоспламеняться под давлением. Общий же принцип похож на обычный дизель, то есть при сжатии поршнем горючее воспламеняется, передавая полезную энергию через поршень и шатун на коленвал.

Примечательно то, что рабочий объем цилиндра составляет всего лишь 1 миллиметр кубический. Таких малых размеров удалось добиться посредством изготовления ультратонких плоских элементов. Поршни больше напоминают прочные тонкие пластинки, а общие габариты ДВС составляют 5*15*3 мм. Для сравнения, такой двигатель можно разместить на ногте большого пальца человеческой руки. При этом коленвал раскручивается до 50 тыс. об/мин, а мощность установки составляет чуть более 11 Ватт.

• Еще добавим, что отдельного внимания заслуживает и роторно-поршневой двигатель Ванкеля (роторный двигатель). Особенностью такого мотора является то, что в нем нет привычных поршней, цилиндров, элементов КШМ и т.д.

Детали внутри него совершают только вращательное движение, а сам агрегат больше похож на электродвигатель. В роторном агрегате почти в половину меньше деталей по сравнению с дизельным или бензиновым поршневым ДВС, то есть данная силовая установка компактнее по размеру и легче по весу.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое дизельный оппозитный двигатель. Из этой статьи вы узнаете об особенностях такого типа ДВС, а также о его преимуществах и недостатках.

Однако и это не главное. Такой тип двигателя имеет очень высокий КПД. Например, роторно-поршневой мотор, объем которого составляет всего 1.3 литра, при этом выдает целых 220 л.с. Если же оснастить этот агрегат турбонаддувом, тогда мощность можно поднять до 350 л.с. Главный недостаток — высокий расход горючего.

Что касается субкомпактных версий, самый маленький роторный двигатель весит всего 335 г. и является мотором с индексом OSMG 1400. Его рабочий объем составляет 0.005 литра, при этом мощность почти 1.3 л.с.

Что в итоге

Как видно, если учесть значительную потерю КПД при уменьшении объема бензинового двигателя, а также специфические особенности в виде повышенного расхода топлива и сниженной надежности роторно-поршневого мотора, компактный дизельный двигатель является наиболее перспективным вариантом во всех отношениях.

Другими словами, самый маленький дизельный двигатель вполне может выступать источником энергии и использоваться в различных целях. Если в ближайшем будущем инженеры и конструкторы решат ряд имеющихся сегодня проблем (потери тепла по причине малой толщины стенок камер сгорания микродвигателя, сниженный ресурс небольших деталей в условиях высокого нагрева и т.д.), тогда дизельные сверхмалого размера вполне могут стать серийными.

Рекомендуем также прочитать статью о том, какие бывают двигатели внутреннего сгорания. Из этой статьи вы узнаете о типах ДВС, а также об их особенностях и отличиях.

При этом такие агрегаты будут потреблять уже не литры, а граммы топлива, показатель КПД вполне может оказаться на отметке около 7-10%. Это значит, что такой двигатель в качестве источника энергии окажется более эффективным и намного более долговечным решением по сравнению с различными аккумуляторными батареями, которые могут быть схожи по габаритам.

Suzuki DF 2.5 S — компактный подвесной двигатель, предназначенный для установки на пвх лодки и малые суда. Это самый портативный и легкий среди всех лодочных четырехтактных силовых агрегатов с водяным охлаждением.

Мощность — 2.5 л.с,
Рабочий объем — 68 куб.см.,
Вес — 13.5 кг.

Встроенный бак на 1 л обеспечивает 60 минут работы при максимальной нагрузке. Предусмотрены четыре положения степени наклона дейдвуда, что дает возможность оптимально подстроить двигатель как под конкретное судно, так и текущую ситуацию. Угол поворота DF 2.5 S составляет 180о. Система зажигания мотора — электронная бесконтактная CDI.

Поворотная рукоятка, регулирующая скорость движения, расположена на румпеле. Рычаг сконструирован так, чтобы максимально облегчить рулевое управление из положения сидя, в том числе при развороте лодки на 360 градусов и движении задним ходом. Для отслеживания уровня масла в левой части корпуса находится соответствующий индикатор.

Преимущества DF 2.5 S

• Малый вес, удобная ручка на задней стенке облегчает транспортировку и переноску
• Высокая маневренность
• Небольшой расход бензина
• Эргономичен, прост в управлении и контроле
• Водяное охлаждение увеличивает надежность и срок эксплуатации мотора
• Небольшой уровень шума при работе (70-76 Дб на 3500 оборотах), плавный ход
• Низкий уровень вредных выбросов. Suzuki DF 2.5 S отмечен сертификатом CARB три звезды за соответствие нормам ЕРА по охране окружающей среды.

Эксплуатация DF 2.5 S не требует специальных навыков, четырехтактный двигатель максимально прост в обращении. Удобный крепеж позволяет при необходимости легко снять верхний кожух и получить доступ к элементам двигателя.

Комплектация
Лодочный мотор поставляется в комплекте с тросом аварийного запуска, винтом, инструментами, инструкцией по эксплуатации и чекой аварийной остановки мотора.

Генеральный директор компании «Мастер Моторс» Анатолий Булгаков вспоминает, с чего все началось. В детстве он увлекался авиамоделизмом и через «Посылторг» (советская версия AliExpress) купил себе авиамодельный двигатель МК-16, мечту мальчишек, зачитывающихся «Юным техником» и «Моделистом-конструктором». Анатолий собрал к тому времени кордовую модель самолета «По-2» и рассчитывал ее запустить. Но, сколько ни пытался, двигатель не завелся, и Анатолий сильно расстроился. И дал себе слово, что, когда вырастет, будет делать такие двигатели, которые всегда будут заводиться.

Мастер и Маргарита

Прошло много лет, Анатолий Булгаков закончил МАДИ по специальности «двигатели внутреннего сгорания», попал по распределению в Ярославль, и в 1988 году, когда разрешили создавать кооперативы, вспомнил детскую мечту и задумал создать кооператив по производству модельных микродвигателей. Тем более что тема ему была хорошо знакома с детства. Пошел по кружкам технического творчества, нашел группу энтузиастов, скинулись деньгами, и в 1988 году основали кооператив «Мастер». Почему «Мастер»? «Мне хотелось, чтобы у нас работали только мастера своего дела, а с другой стороны, фамилия у меня Булгаков, — смеется Анатолий. — Так что если когда-нибудь появится дочерняя фирма, то будет «Маргарита»». Это была большая авантюра, так как в том же году в стране начались экономические проблемы. Людям стало не до модельных двигателей: денег не хватало на еду. Отечественные заказы прекратились, но тут Булгаков встретился с представителями французской компании, торгующей товарами для хобби. Увидев образцы продукции «Мастера», они в 1992 году приехали в Ярославль, побывали на производстве и заключили контракт. И следующие 13 лет «Мастер» занимался в основном экспортом: на внутренний рынок шло всего 2−3%. С 1988 по 2005 год под разными брендами во Францию, Германию, США было продано около 80 тыс. микродвигателей. В Ярославле микродвигатели не только производили, но и разрабатывали. Наши двигатели становились чемпионами Франции, занимали призовые места на чемпионатах Европы. Тем временем на мировом рынке появились китайцы, которые стали продавать свою продукцию значительно дешевле российской, и в 2005 году в «Мастере» тему закрыли и переключились на работу с крупными ярославскими предприятиями. Но мечта у Анатолия осталась.

Микродвигатель М-21 для автомоделей багги

В 2015 году доллар вырос, и в России опять стало выгодно производить такую продукцию. Ежегодно в страну завозилось около 50 тыс. двигателей для моделизма. Было решено возобновить производство и возродить компанию под именем «Мастер Моторс». Для снижения издержек пошли по пути западных компаний и вынесли цех из города в поселок Семибратово в полусотне километров от Ярославля. В это время государство начало поддерживать детское техническое творчество: наконец пришло понимание, что без внимания к этой сфере через несколько лет в стране просто не останется инженеров.

К концу 2015 года в отремонтированном здании «Мастер Моторс» выдал первую законченную деталь, а к маю 2016 года семь моделей, оснащенных двигателями компании, приняли участие в чемпионате мира в Австралии. О продукции «Мастер Моторс» узнали за пределами России, и пошли заказы из других стран. Нашим двигателям стали отдавать предпочтение спортсмены из десятков стран. Но сначала требовалось обеспечить микродвигателями организации технического творчества в России — только этот рынок потреблял до 2000 двигателей ежемесячно. Ну и постепенно компания собиралась вернуться на западные рынки.

Технологии

Микродвигатель для авиамоделей М-46

С земли в небо

Если в 1990-е годы главной продукцией «Мастера» были автомодельные двигатели, то сейчас «Мастер Моторс» выпускает авиадвигатели. На взгляд дилетанта, разницы никакой. Но различия принципиальные, обусловленные условиями эксплуатации. С одной стороны, авиамодельный двигатель требует меньшего размера радиатора, поскольку предназначен для полетов. С другой стороны, надо учитывать, что набегающим потоком сильнее охлаждается передняя часть. А ведь деформация на несколько микронов приводит к резкому увеличению или уменьшению трения поршня. А так как колец нет, а компрессия происходит за счет очень точного сопряжения деталей, начинают «гулять» мощность и количество оборотов. Автомодельный двигатель работает, как правило, в капотированном режиме с резко изменяемыми нагрузками. И требования к крутящему моменту на валу тоже разные. На автомобильных моторах он должен быть больше, потому что привод идет на колеса. Не столько важны обороты, сколько момент на валу. А он зависит от диаметра поршня и его хода.

Сейчас «Мастер Моторс» выпускает два типа одноцилиндровых двигателей — дизельные и с калильным зажиганием. Услышав слово «дизель», я встрепенулся: такой сложный двигатель можно уменьшить? Оказалось, так во всем мире называют компрессионный двигатель типа советских МК-12 и МК-16, в котором топливовоздушная смесь воспламенялась от сжатия. Топливом в нем служила смесь этилового эфира, минерального масла и керосина примерно в равных пропорциях. Кстати, самым лучшим авиамоделисты считают осветительный керосин. Двигатели с калильным зажиганием, где воспламенение топливовоздушной смеси происходит в конце такта сжатия от предварительно разогретой калильной головки, выигрывают за счет простоты и непревзойденной компактности, но они несколько дороже. Зимой калильный двигатель завести быстрее. С другой стороны, для запуска дизеля достаточно просто несколько раз провернуть винт, не надо раскалять калильную головку. В общем, есть сторонники и тех и других моторов. Но из-за применения эфира во многих странах, например в США, дизельные двигатели запрещены. В России тоже достать эфир довольно проблематично, хотя запретов на компрессионные двигатели нет. Хотя тот же метиловый спирт, который входит в состав топлива для калильных двигателей, тоже просто так в магазине не купишь.

Микродвигатель М-21XP для автомоделей багги

Работают в «Мастер Моторс» очень быстро — от чертежа до металла проходит около месяца. Еще месяц на доводку. Летчиками-испытателями служат члены московского авиамодельного клуба «Школа высшего спортивного мастерства «Высота»», спортсмены мирового уровня. Все их замечания мгновенно учитывают на производстве. Опытные образцы микродвигателей проходят самые тщательные и взыскательные испытания. Несмотря на то что принципиально авиамодельные двигатели не изменились со времен МК-12, это совершенно иные моторы. Появились совсем другие материалы: например, если раньше для поршней использовался чугун, то сейчас — современные алюминиевые сплавы. Очень сильно увеличилась точность изготовления. Например, уплотнительные кольца в двигателе отсутствуют за счет очень точного сопряжения поверхностей гильзы и поршня. Причем на поршне и гильзе есть конус, и в верхней точке они замыкаются почти намертво. Поэтому они должны быть произведены с ювелирной точностью: 5 микрон для них очень грубо. На «Мастер Моторс» есть даже отдельные специалисты, которые занимаются только притиркой пары «поршень — гильза» для микродвигателей, предназначенных для спорта высоких достижений.

Микродвигатель для авиамоделей воздушного боя «Мастер-2,5»

Гибридные мечты

Еще в далеком 1999 году в компании была разработана первая в мире гибридная автомодельная трансмиссия. Что она собой представляла? Двигатель, приводящий во вращение генератор, с которого электричество раздается на мотор-колеса, как в гигантском БелАЗе. Высокооборотистый модельный микродвигатель (25−35 тыс. оборотов в минуту) позволяет сделать очень маленький генератор. К сожалению, тогда на эту разработку не нашли инвесторов. Но идея не умерла. Сейчас разрабатываются портативные ранцевые электростанции мощностью 1−3 кВт, где будут стоять его высокооборотистые двигатели. «Такая мощность в одних руках!» — мечтает Анатолий Булгаков.

В ближайшее время «Мастер Моторс» планирует выйти на выпуск 2000 двигателей в месяц. На сегодняшний день микродвигатели компании становились чемпионами страны, Европы и мира. Их покупают почти во всех странах земного шара, где есть авиамодельный спорт. А сам Анатолий мечтает о новых современных станках, которые позволят ему делать и вовсе невероятные вещи. Прощаясь, спрашиваю напоследок: «А почему в детстве двигатель не завелся?» «Так там между поршнем и гильзой можно было палец засунуть», — смеется Булгаков.

Статья «Корпорация «Микромоторы»» опубликована в журнале «Популярная механика» (№4, Апрель 2018).