Как известно, мощность двигателя в основном определяется кубатурой цилиндров ДВС. В связи этим в автостроении основным критерием классификации ДВС является объем цилиндров.

Поэтому, руководствуясь заданным объемом цилиндра, конструкторы стараются получить максимальную мощность на валу путем оптимизации всех функциональных узлов автомобиля. При проведении спортивных соревнований зачастую доли процента дополнительной мощности двигателя решают исход дела.

Однако совершенство современных автомобилей настолько высоко, что малейшее увеличение мощности достается с большим трудом и достигается зачастую в ущерб комфорту и безопасности.

Другой способ увеличить мощность двигателя – практически в четыре раза – можно реализовать, используя энергию торможения даже при нормальных оборотах двигателя.

Такая возможность может появиться, если кардинально пересмотреть работу ДВС и изменить схему работы клапанов. На спортивных соревнованиях, как и при поездках по городу, водителю особенно часто приходится тормозить и вновь набирать скорость. При этом энергия автомобиля при торможении выделяется в основном на тормозных колодках. Если эту энергию сохранить и использовать при последующем разгоне, то можно значительно повысить ходовые характеристики автомобиля, многократно увеличивая мощность на наиболее сложных участках дороги. Как правило, это режим набора скорости после торможения, при обгоне, подъеме на участке дороги и др. Использование повышенной мощности на этапе разгона также благоприятно может сказаться на безопасности движения и может оказаться полезным на спортивных состязаниях.

Из физики известно, что энергия, запасенная автомобилем, пропорциональна массе и квадрату скорости. При торможении вся эта энергия выделяется в основном на тормозных колодках, нагревает колесо и далее «улетает» с ветром.

С другой стороны, после торможения зачастую приходится вновь набирать скорость, что требует увеличения мощности и дополнительного расхода топлива. В данном случае разумней накопить энергию торможения и использовать ее при последующем разгоне.

Такая схема реализуется в электроприводном транспорте, где силовой электродвигатель переводится в режим электрогенератора и энергия движения трамвая или троллейбуса передается в сеть. При этом обеспечивается экономия энергии и эффективное торможение.

К сожалению, такого емкого аккумулятора, как городская сеть, у автомобиля нет, поэтому единственным потребителем энергии для эффективного торможения может служить лишь компрессор, который в ДВС в отдельный конструктивный узел не выделен.

Достигнуть такого режима работы можно, если изменить схему связи клапанов с коленчатым валом.

А именно – необходимо разорвать жесткую связь клапанов с коленчатым валом, убрав распределительный вал, а управление обеспечить через бортовой компьютер, электромагнитные клапаны и пневмоусилители.

Электромагнитные клапаны давно прорабатываются конструкторами автомобилей, однако усилие на клапан в ДВС достаточно большое, и они получаются слишком громоздкими. Чтобы схема была компактной и могла разместиться в габариты двигателя, предлагается установить дополнительно пневматические усилители. В этом случае схема, несмотря на технологические сложности, получается легкой, компактной и может быть установлена на традиционном месте вместо распределительного вала или на головке блока.

Если рассмотреть работу ДВС, то можно заметить, что в четырехтактном двигателе два такта используются для подготовки сжатого воздуха, один такт является рабочим, и один такт освобождает цилиндр от отработанных газов. То есть в первый оборот коленчатого вала ДВС работает как компрессор, а на втором обороте происходит преобразование энергии сжатого газа.

Новая схема электронного управления с электромеханическими пневмоприводными клапанами открытия и закрытия клапанов способна переключать цилиндры двигателя в режим компрессора или преобразователя. Если при ходе вниз открыть клапан на всасывание, а при ходе поршня вверх открыть выходной клапан, то цилиндр будет работать в режиме компрессора и накачает воздух в дополнительный ресивер. В режиме преобразователя энергии сжатого газа в верхней точке поршня под давлением в камеру сжатия впрыскивается топливная смесь и поджигается, при этом оба клапана закрыты, поршень идет вниз, совершая рабочий ход. Далее поршень идет вверх; открывается выпускной клапан, и отработанный газ уходит из цилиндра. В этом режиме цилиндр работает как преобразователь.

При наличии сжатого воздуха в резервном ресивере можно перевести все цилиндры двигателя в режим преобразователя, для работы которого требуется лишь два такта.

В результате мощность двигателя увеличивается вдвое, поскольку вдвое увеличится количество рабочих ходов.

Как правило, мощность, которую тратит двигатель на два такта работы компрессора, также составляет около 50 процентов штатной мощности ДВС.

При использовании готового сжатого газа расхода энергии на компрессор не происходит, и полезный выход увеличивается еще в два раза относительно двух рабочих тактов на оборот. В итоге увеличение расхода топлива в два раза и экономия энергии на компрессоре при штатных оборотах двигателя увеличивает мощность ДВС в режиме разгона автомобиля в четыре раза относительно штатной мощности.

Если потребность при выделении большой мощности отсутствует, то энергия торможения идет на экономию топлива при поездке c частым торможением в условиях города или при частых подъемах и спусках по пересеченной местности.

Такая схема, безусловно, технологически более сложна и требует изменить схему связи клапанов с валом, а также внести несколько дополнительных клапанов с ресивером, но увеличение мощности в четыре раза на ответственных участках, безопасные дороги и экономия топлива способны с лихвой окупить такую доработку автотранспорта.