Трудно представить жизнь на земле без двигателя. В первую очередь это автомобиль - важнейший элемент современной цивилизации. Количество автомобилей во всем мире перевалило за 500 миллионов и продолжает нарастать с ускорением.

Какая характеристика двигателя важнейшая? Многие, не будучи инженерами-механиками, скажут: экологическая. И будут... неправы. При всем уважении к экологии важнейшей характеристикой двигателя был, есть и всегда будет к.п.д. (коэффициент полезного действия).

Для многих разработчиков моторов одно время "настольной библией" была статья инженера А. Леха из журнала "МОТО", № 10, 1994 - "Господа, купляйте перпетумобилю!". Вот суть статьи: "Каждый, кто обещает сэкономить в двигателе хотя бы 1 % топлива - либо дурак, либо мошенник. Нам, специалистам, все абсолютно ясно. Все, что можно, мы уже сделали. Остальные могут отдыхать".

Удивительно, что примерно так же думают и мировые гранды. Современный двигатель принципиально ничем не отличается от своего прототипа, созданного немцем Отто. Экономичность его росла… в среднем (за последние 30 лет) примерно на 0,2 % в год!

Советским ученым В.М. Кушулем был предложен двигатель с двухстадийным сжиганием топлива. Но большие габариты, вес, сложность стали непреодолимым барьером для освоения новинки.

Аналогичная судьба еще раньше постигла и весьма популярный в свое время "бесшатунник" С.С. Баландина. Габаритные размеры и вес его были существенно меньше, чем у эксплуатируемых конструкций, и к.п.д. должен был быть гораздо выше. Как известно, основной изюминкой двигателя Баландина было отсутствие шатунов. Но наличие значительных температурных и механических напряжений в материале двигателя привели к низкому ресурсу. Двигатели Баландина так и не смогли преодолеть этап экспериментальных образцов.

Впрочем, есть примеры "успешного" освоения. Таков, например, двигатель GDI японской фирмы "Мицубиси". Он экономит на малых нагрузках до 25 % бензина. По сути GDI - "бензиновый дизель" со степенью сжатия 16 и соотношением топлива и воздуха 1:40, а ему и положена такая экономия. На полной же нагрузке никакой экономии (увы!) нет.

В результате сгорания топлива в двигателе образуется некое количество тепловой энергии (река). Далее "река" - теплота растекается по ручьям (потери тепла): с отработавшими газами, на нагрев двигателя, на трение, превращенное в полезную работу. В двухтактных двигателях бывает еще потеря тепла вследствие неполного сгорания топлива. Значение тепла, превращенного в полезную работу в процентах от получаемой энергии и есть к.п.д. двигателя.

Что можно сказать о данной (классической!) модели и количественных оценках? Красиво. Просто. Все значения (кроме тепла, потерянного с отработавшими газами) на самом деле потолочные. Чисто тепловая модель не объясняет типичную зависимость момента от частоты вращения вала. Эта модель не дает ответа на многие вопросы, например: почему двигатель с ростом нагрузки теряет крутящий момент вплоть до своей полной остановки и почему он "не тянет", если холодный, почему быстро теряется крутящий момент на больших оборотах, почему с ростом скорости автомобиля расход топлива увеличивается в геометрической прогрессии? Как же так, господа специалисты, тепло есть, а тяги нет?!

Ничто в природе не происходит без причины. Если модель не объясняет свойства двигателя, значит, она неверна. Если успех по одному параметру всегда приводит к существенному ухудшению других характеристик двигателя, то здесь кроется какая-то системная причина.

Мы упомянули случаи заметного повышения к.п.д. двигателя. Известны и другие. Все они достигали одну и ту же цель разными путями. Это неизбежно приводило к трудностям. Но никто не понял, почему так происходит и "что делать" на самом деле.

Как видим, главная загадка двигателя не только в нем, но и в нас - людях.

Двигатель как сложная комплексная система, а не просто тепловая машина, оказался не по зубам узким специалистам во главе с "тепловиками".

Подобные задачки по частям не решаются, а только целиком.

Придется все брать в одну голову и начинать с настоящей теоретической модели двигателя. Недаром Ландау сказал: "Нет ничего практичнее, чем хорошая теория".

(Продолжение следует)