Современные авто движки характеризуются высочайшей мощностью, низким коэффициентом шума и экономичностью – дизельные установки рабочим объемом 2 л на наивысшем вращающем моменте потребляют на 100 км 6 л горючего. Но очень достижимый КПД дизельных движков, использующих технологию TwinTurbo, составляет только 33%, а бензиновых – 25%.
Основной неувязкой, встающей при попытке роста КПД, являются высочайшие температуры рабочих процессов в четырехтактных ДВС Отто (в камере сгорания температура газа добивается 2000°C), в итоге чего происходит нагрев внутренней стены цилиндра и рабочей поверхности поршня до 1500°C. Также часть термический энергии отводится из камеры сгорания с выхлопными газами на 4-ом такте. Нужным условием в таком режиме работы является наличие сильной и надежной системы остывания, позволяющей поддерживать температуру камеры сгорания на рациональном уровне.
Перегрев мотора – основная неувязка высокооборотных спортивных движков. Во время заезда снутри кокпита температура может подниматься до 70°C, при всем этом отдельные элементы мотора могут накалиться докрасна. Таким макаром выходит, что значимая часть энергии горючего расходуется на нагрев частей конструкции автомобиля, который никчемно рассеивается в окружающую среду. Над решением данной трудности разламывали голову многие изобретатели, но отыскать обычный и действенный выход удалось 75-летнему Брюсу Кроуэру – изобретателю, на практике продемонстрировавшему работоспособность собственного устройства.
К созданию действующего макета мотора, использующего тепло мотора для вращения коленчатого вала, Брюс шел в течение 30 лет. В конце концов, он пришел к умозаключению, что концепция Отто несовершенна – для большей эффективности требуется добавить еще 2 такта. Эти такты (рабочий и холостой) производятся не очередной порцией топливовоздушной консистенции, а за счет энергии лишней температуры. Рабочим телом в установке Кроуэра являлась вода, которая обладает таковой чертой как 1600-кратное повышение объема при превращении из водянистого состояния в парообразное. Таким макаром удается при атмосферном давлении сделать припас колоссальной энергии.
Принцип функционирования доработанного мотора последующий. Впрыскивание воды в камеру сгорания под давлением 150 атм. осуществляется в конце 4-ого цикла, при возвращении поршня в начальное положение. Мелкие капельки воды попадают на подогретую поверхность гильзы и поршня цилиндра и испаряются, создавая давление, толкающее поршень вниз (5-ый такт). После чего делается удаление через выпускной клапан отработанного пара из камеры сгорания. Таким макаром осуществляется дополнительная нужная работа термический энергии спаленного горючего, а данная разработка получила заглавие Steam-o-Lene.
Различие в циклах Кроуэра и Отто заключается не только лишь в количестве тактов, да и в отношении количества рабочих к полному количеству тактов. В цикле Отто данный параметр составляет 1:4, а в цикле Кроуэра – 1:3. Проведя легкие расчеты можно убедиться, что 40% полезной работы в цикле Кроуэра совершаются без роли горючего. В конце 4-го такта отсутствует полное удаление из камеры сгорания раскаленных выхлопных газов, которые потом сжимаются поршнем. В сделанном завышенном давлении в камере сгорания вода испаряется существенно равномернее и резвее. Отработанный пар отводится в конденсатор, в каком, охлаждаясь, вновь перебегает в жидкое состояние. Остаточное тепло воды употребляется в отопительной системе салона автомобиля.
Для проверки собственных рассуждений и расчетов Брюс использовал дизельный движок одноцилиндрового типа, переделанный для работы на бензине. В качестве усовершенствований этот движок получил освеженную конструкцию распределительного вала системы впрыска. Для впрыска воды использовалась дизельная форсунка. Не считая того, был отсоединен вентилятор охлаждающей системы, способный воздействовать на результаты опыта. После подсоединения топливного тракта к двум бакам (с незапятанной водой и бензином) был произведен запуск мотора. Больше часа его работы не привели к существенному увеличению температуры установки.
В течение года Брюс Кроуэр был занят проведением тестов с разными опциями впрыска воды и газораспределения. За этот период времени он совсем убедился в работоспособности концепции Steam-o-Lene, потому немедленно приступил к патентованию изобретения. И здесь выяснилось, что схожая мысль была патентована еще в 1920 году Леонардом Дайером, но беря во внимание, что к данному патенту не было проявлено особенного внимания со стороны автопроизводителей, патентным ведомством США ценность изобретательства был признан за Кроуэром.
Главным преимуществом технологии Steam-o-Lene над обычным ДВС является радикальное решение трудности остывания корпуса камеры сгорания, за счет чего из конструкции исключаются, весящая выше 100 кг, охлаждающая система и решетка радиатора, что содействует улучшению коэффициента аэродинамического сопротивления автомобиля на больших скоростях. Не считая того достигается существенное (до 30 – 50%) форсирование движков по степени сжатия без допущения детонации – для бензиновых до (14 – 16):1, для дизельных до (25 – 35):1. Таким макаром, за счет увеличения эффективности при сгорании топливовоздушной консистенции удается сделать лучше экологические характеристики движков.
Расширение числа тактов до 6 обеспечило возможность значимого понижения скорости вращения коленвала для получения более ровненькой и насыщенной «полки» вращающего момента даже на низких оборотах. В качестве предстоящей модификации Steam-o-Lene подразумевается внедрение в композиции с движком турбокомпаунда – силовой турбины, последующей в выпускном тракте за турбиной нагнетателя. Она создана для сообщения коленвалу дополнительного вращающего момента через гидромуфту. Увеличение эффективности мотора за счет внедрения турбокомпаунда составляет 10 – 15%. Не считая того, разработаны предложения по использованию не 2-ух, а 4 и поболее паровых тактов.
Необходимо отметить, что в технологии Steam-o-Lene имеется и ряд недочетов, основной – это замерзание воды. Эта неувязка не решается добавлением в воду антифриза, так как в данном случае приметно ухудшаются экологические и испарительные характеристики системы. Также появляется необходимость в установке на автомобиль дополнительных резервуаров для воды и оборудования для ее конденсации. Ну и, в конце концов, будет нужно создание разветвленной инфраструктуры по производству и сбыту дистиллированной воды.