6-тактний двигун – це силовий агрегат, у якому цикл роботи поршня складається не з чотирьох, а з шести рухів, тобто до класичної схеми впуску, стиснення, робочого ходу та випуску додається ще одна пара тактів. Про подібну розробку у 2024 році заявила компанія Porsche, і ця новина знову підняла тему 6-тактних двигунів, над якою інженери в різних країнах працюють вже понад століття. У цьому матеріалі розберемо, як влаштований 6-тактний двигун Porsche, чим він відрізняється від звичайного чотиритактного, які концепти 6-тактних двигунів існували раніше і чи є шанс побачити таку технологію в серійних автомобілях.
Як працює звичайний 4-тактний двигун
Щоб зрозуміти, чим 6-тактний двигун відрізняється від класичного, варто нагадати принцип роботи чотиритактного мотора, який стоїть під капотом переважної більшості сучасних машин. Поршень у циліндрі виконує чотири рухи за два повних оберти колінчастого валу:
- впуск – поршень опускається, у циліндр надходить паливно-повітряна суміш або повітря (у дизелів і моторів з прямим впорскуванням);
- стиснення – поршень піднімається, суміш стискається перед займанням;
- робочий хід – суміш займається, гази розширюються і штовхають поршень вниз, саме на цьому такті виробляється механічна робота;
- випуск – поршень знову піднімається і виштовхує відпрацьовані гази з циліндра.
Машина рухається завдяки енергії, яка виділяється тільки на одному з чотирьох тактів – робочому ході. Інші три такти енергію споживають, а не виробляють. Саме ця особливість і стала відправною точкою для інженерів, які десятиліттями шукають спосіб отримати від одного циліндра більше корисної роботи без збільшення об’єму чи обертів двигуна.
Патент Porsche на 6-тактний двигун: як з’явився другий такт потужності
У новому двигуні, який розробив німецький бренд, до стандартного циклу додається ще один цикл стиснення і згоряння за рахунок зміни довжини ходу поршня. Інженери Porsche змогли досягти цього за рахунок ексцентрикових шестерень у кривошипно-шатунному механізмі. З їхньою допомогою поршень у певний момент циклу опускається в циліндр глибше, ніж зазвичай, створюючи додатковий об’єм і додатковий такт стиснення з наступним згорянням.
Головна перевага такої конструкції – наявність двох тактів потужності замість одного. Виходить, що кожен третій оберт колінчастого валу силовий агрегат генерує такт потужності. У стандартних чотиритактних двигунів робочий хід відбувається лише раз за два оберти, тобто раз на чотири такти. Завдяки додатковому такту зростає коефіцієнт корисної дії (ККД) двигуна і його підсумкова потужність без збільшення робочого об’єму циліндрів.
Технічно рішення Porsche відрізняється від більшості попередніх 6-тактних концептів тим, що додатковий такт створюється не зовнішнім джерелом енергії (як водяна пара чи додаткова камера згоряння), а зміною геометрії руху самого поршня. Це ускладнює кривошипно-шатунний механізм, зате не вимагає додаткових зовнішніх систем, таких як бак для води чи окрема камера згоряння.
Автовиробники вже понад десятиліття перебувають під тиском дедалі жорсткіших норм щодо викидів CO2 та витрати пального. Класичний шлях підвищення ефективності двигуна внутрішнього згоряння – турбонаддув, безпосереднє впорскування пального, системи відключення частини циліндрів, гібридизація. Кожне з цих рішень дає приріст ефективності, але резерви класичної чотиритактної схеми поступово вичерпуються: більшу частину енергії згоряння все одно забирають відпрацьовані гази та тепло, яке йде на охолодження двигуна. Саме тому інженерні команди періодично повертаються до ідеї додаткового такту потужності: якщо частину тепла, яке раніше просто виходило через вихлопну систему чи систему охолодження, вдається перетворити на корисну механічну роботу, двигун стає ефективнішим без збільшення робочого об’єму циліндрів. Для бренду з такою репутацією у двигунобудуванні, як Porsche, це особливо актуально: будь-яка технологія, що дозволяє зберегти характер потужного двигуна внутрішнього згоряння і водночас наблизити його до вимог майбутніх екологічних стандартів, становить комерційний інтерес.
Переваги 6-тактного двигуна перед звичайним 4-тактним
Ідея 6-тактного двигуна приваблює інженерів насамперед тим, що вона дозволяє отримати більше корисної роботи з того самого об’єму пального і того самого робочого об’єму циліндрів. Серед головних переваг, які називають розробники подібних двигунів:
- Вищий ККД. Два такти потужності замість одного дозволяють ефективніше використовувати енергію згоряння палива.
- Зростання питомої потужності. Двигун генерує робочий хід частіше відносно кількості обертів колінчастого валу, а отже, здатний видавати більше потужності при тому самому об’ємі.
- Потенційне зниження витрати пального. Якщо частина енергії, яка раніше йшла у відпрацьовані гази чи на охолодження, перетворюється на механічну роботу, витрата палива на одиницю потужності може знижуватися.
- Гнучкість конструкції. Схему теоретично можна адаптувати як для бензинових, так і для дизельних двигунів.
Водночас 6-тактна схема ускладнює конструкцію двигуна: кривошипно-шатунний механізм із ексцентриковими шестернями важчий і дорожчий у виробництві, ніж класичний, а сам двигун потребує ретельнішого налаштування системи запалення та подачі пального під новий цикл роботи. Додаткові рухомі деталі також означають додаткові точки можливого зносу і потенційно вищу вартість обслуговування такого двигуна порівняно зі звичайним 4-тактним мотором, тому остаточну оцінку надійності конструкції можна буде дати лише після тривалих стендових і дорожніх випробувань.
Для водія на практиці перехід на 6-тактну схему теоретично міг би означати той самий рівень потужності від двигуна меншого об’єму, або вищу потужність від двигуна того самого об’єму, що й зараз. Обидва сценарії цікаві виробникам спортивних автомобілів, до яких належить і Porsche, адже дозволяють зберегти динамічні характеристики моделей в умовах, коли робочий об’єм двигунів у галузі в цілому має тенденцію до зменшення.
Історія 6-тактних концептів: Crower та Bajulaz
Ідея додати до чотиритактного циклу ще два такти не нова – інженери пропонували різні варіанти 6-тактного двигуна протягом усього XX і на початку XXI століття. Двома найвідомішими прикладами до розробки Porsche стали двигуни Crower і Bajulaz.
Crower six-stroke engine. Американський інженер Брюс Кровер (Bruce Crower) розробив 6-тактний двигун, у якому два додаткові такти створювалися не за рахунок палива, а за допомогою води. Після завершення звичайного чотиритактного циклу в гарячий циліндр впорскувалася невелика порція води. Вона миттєво перетворювалася на пару, розширення якої штовхало поршень вниз і створювало додатковий робочий хід. Такий підхід одночасно охолоджував циліндр і головку блока, що теоретично дозволяло зменшити навантаження на систему охолодження двигуна.
Bajulaz engine. Швейцарська розробка Bajulaz пішла іншим шляхом – додаткові такти в ній забезпечувала окрема зовнішня камера згоряння, з’єднана з основними циліндрами. Гарячі гази з цієї камери подавалися в циліндр і створювали додатковий робочий хід уже після завершення звичайного чотиритактного циклу. Ідея Bajulaz розроблялася і патентувалася ще в минулому столітті, проте, як і концепт Crower, до масового виробництва так і не дійшла.
Обидва ці концепти поєднує одне: додатковий такт потужності в них створювався за рахунок зовнішнього джерела енергії (води чи додаткової камери згоряння), а не за рахунок зміни геометрії руху самого поршня, як у сучасному рішенні Porsche. Це принципова відмінність: рішення Crower і Bajulaz технічно простіше змінити для двигуна, вже встановленого в автомобілі, зате вони додають вагу і об’єм через додаткові бак для води чи камеру згоряння. Схема ж Porsche зачіпає сам кривошипно-шатунний механізм, тобто вимагає розробки двигуна практично з нуля, зате не потребує зовнішніх систем і додаткових витратних матеріалів на кшталт технічної води.
За понад століття історії двигунобудування пропонувалися й інші експериментальні варіанти зі збільшеною кількістю тактів чи нестандартним циклом роботи поршня, однак жоден із них так і не витіснив класичну чотиритактну схему з масового виробництва. Головна причина – економіка серійного випуску: будь-яка зміна базової конструкції двигуна означає нову лінію виробництва, нові вимоги до якості деталей і роки випробувань, тоді як переваги в ефективності, які дає додатковий такт, поки не переважують ці витрати настільки, щоб автовиробники масово переходили на нову схему.
Нижче – зведена таблиця, яка порівнює класичну чотиритактну схему з трьома відомими підходами до 6-тактного двигуна:
| Концепт | Джерело додаткового такту | Особливість | Статус |
|---|---|---|---|
| Класичний 4-тактний | Один такт потужності на 2 оберти | Базова схема більшості сучасних двигунів | Серійне виробництво |
| Crower six-stroke | Впорскування води в гарячий циліндр | Пара створює додатковий робочий хід і охолоджує циліндр | Дослідний зразок |
| Bajulaz engine | Зовнішня додаткова камера згоряння | Гарячі гази подаються в циліндр для другого робочого ходу | Патент, серійно не випускався |
| Porsche 6-тактний | Ексцентрикові шестерні змінюють хід поршня | Два такти потужності на 3 оберти без зовнішніх систем | Патент, серійне виробництво не підтверджене |
Часті запитання про 6-тактний двигун
Чим 6-тактний двигун відрізняється від 4-тактного?
У 4-тактному двигуні поршень виконує чотири рухи за два оберти колінчастого валу, і лише один із них – робочий хід, що виробляє енергію. У 6-тактному двигуні за рахунок додаткового циклу стиснення і згоряння з’являється другий такт потужності, що підвищує ефективність використання палива.
Чи випускає Porsche 6-тактний двигун серійно?
Ні, наразі йдеться про запатентовану розробку. Перед серійним виробництвом компанії потрібно підтвердити відповідність двигуна сучасним нормам викидів і провести випробування на надійність.
Чи були 6-тактні двигуни раніше, до Porsche?
Так, ідея не нова. Відомі концепти Crower six-stroke (додатковий такт за рахунок впорскування води) та Bajulaz engine (додатковий такт за рахунок зовнішньої камери згоряння), обидва розроблялися ще в минулому столітті, але до масового виробництва не дійшли.
Які переваги дає 6-тактна схема двигуна?
Головні переваги – вищий ККД, зростання питомої потужності за той самий робочий об’єм і потенційне зниження витрати пального за рахунок ефективнішого використання енергії згоряння.
Чи можна встановити 6-тактний двигун на звичайний автомобіль?
Ні, 6-тактна схема вимагає принципово іншої конструкції кривошипно-шатунного механізму, тому переробити серійний 4-тактний двигун на 6-тактний в умовах звичайного сервісу неможливо.
Чим 6-тактна схема Porsche відрізняється від концептів Crower і Bajulaz?
У Crower і Bajulaz додатковий такт створювався зовнішнім джерелом енергії – водяною парою або гарячими газами з окремої камери згоряння. У розробці Porsche додатковий такт виникає за рахунок зміни геометрії ходу самого поршня через ексцентрикові шестерні, без додаткових зовнішніх систем.
Чи піде 6-тактний двигун Porsche в серію: висновок
Наразі Porsche ще не розпочала серійне виробництво 6-тактного двигуна. Перш ніж технологія потрапить у продукцію, компанії потрібно підтвердити, що новий двигун відповідає сучасним екологічним стандартам і нормам щодо викидів, які з кожним роком стають жорсткішими. Ускладнена конструкція кривошипно-шатунного механізму з ексцентриковими шестернями також потребує ретельних випробувань на надійність і довговічність, адже додаткове навантаження на деталі механізму зростає разом із кількістю робочих тактів.
Якщо Porsche все ж доведе 6-тактний двигун до серійного випуску, це стане важливим кроком у розвитку двигунобудування – подібно до того, як свого часу турбонаддув чи безпосереднє впорскування пального змінили підхід до конструювання силових агрегатів. Але, як показує історія концептів Crower і Bajulaz, шлях від патенту до конвеєра для 6-тактних двигунів історично виявлявся дуже довгим, і далеко не кожна перспективна розробка врешті потрапляє під капот серійного автомобіля.
Підсумовуючи: 6-тактний двигун Porsche – це поки що патентна розробка, яка демонструє, куди можуть рухатися інженерні рішення в пошуках вищого ККД без збільшення робочого об’єму циліндрів. На відміну від концептів Crower і Bajulaz, де додатковий такт створювався зовнішнім джерелом енергії, Porsche пропонує змінювати сам хід поршня за допомогою ексцентрикових шестерень. Чи стане ця технологія серійною, покаже час і результати випробувань на відповідність нормам викидів. Поки ж власникам як нових, так і вживаних автомобілів варто дбати про справність вже наявних двигунів: перед покупкою авто з пробігом варто пройти 30-хвилинну перевірку б/в авто, а якщо на панелі приладів загорілася відповідна лампа, не зайвою буде діагностика Check Engine.
