Dnes je to pro motokáry, zítra to může být prodloužení dojezdu elektromobilu
Nový druh motoru se poprvé ukázal mimo laboratoř, a přestože pouze rozjel motokáru, může to být začátek něčeho velkého.
Motor je rotační konstrukce, bezpístové uspořádání, které maximalizuje poměr výkonu a hmotnosti. Je to výsledek několikaleté práce startupu LiquidPiston, který spoluzaložil Alec Shkolnik, doktor počítačových věd se specializací na umělou inteligenci a modelování. Samotný motor je založen na technologii spalování, kterou vyvinul jeho otec Nikolaj, vystudovaný sovětský strojní inženýr, který se ve Spojených státech přeškolil na fyzika.
Není tu však žádná kapalina ani píst: Společnost se přenesla přes název, který odkazoval na konstrukci, jež využívala obojí k přeměně expandujícího plynu na hnací sílu. Nyní, o půl tuctu iterací později, je výsledkem celokovový rotační motor, který rozhodně není Wankel vašeho otce, slavné, hučící srdce řady Mazda RX.
„Je to něco jako Wankel obrácený naruby, konstrukce, která řeší staré problémy s těsněním a spotřebou paliva,“ říká zakladatel společnosti Alec Shkolnik. „Wankel má trojúhelníkový rotor uvnitř pouzdra ve tvaru burského oříšku; my máme rotor ve tvaru burského oříšku uvnitř trojúhelníkového pouzdra. Naše těsnění jsou ve vrcholech trojúhelníku a naše těsnění jsou stacionární, protože jsou ve skříni.“
Těsnění zabraňují pohybu plynu z jedné komory do druhé. Ve Wankelově motoru se těsnění pohybují rychle, a proto je obtížné je mazat. Musíte stříkat olej do spalovací komory s vědomím, že se k těsněním dostane jen zlomek a zbytek se rozplyne v kouři – problém pro spotřebu paliva i emise motoru. Motor LiquidPiston tuto zátěž postrádá, ale zachovává si mechanickou jednoduchost rotačního motoru – pouze rotor a excentrický hřídel spolu se vstřikovači paliva, palivovými čerpadly a olejovými čerpadly.
Shkolnik přiznává, že jeho stroj je zatím stěží připraven na normu automobilového průmyslu pro životnost 100 000 km. Tvrdí však, že i v počátečním stádiu by měl najít uplatnění v jakémkoli oboru, který oceňuje malý, úsporný jednoduchý motor, který v malém objemu a hmotnosti skrývá velký výkon.
„Nahradili jsme čtyřicetikilový motor motokáry naším čtyřkilovým motorem o výkonu 3 až 5 koní,“ říká Shkolnik. Od dnešního dne si můžete koupit vývojářskou sadu.
Motor je účinnější než Wankelův, protože má vyšší kompresní poměr a protože posunutá geometrie jeho vnitřních dutin mu umožňuje získat většinu energie výfukových plynů před jejich vyprázdněním, což je vlastnost zvaná over-expansion.
„Toyota používá Atkinsonův cyklus ve svém Priusu, a ten dělá over-expansion – takže to není nic nového,“ říká. „Ale motor Priusu je předimenzovaný. My získáváme přeexpanzi téměř zadarmo, jen změnou umístění našeho portu. Nemusíme mít těžkopádné ventilové rozvody, abychom toho dosáhli.“
Ventilový rozvod je systém ovládaný vačkovým hřídelem, který otevírá a zavírá ventily ve spalovacím prostoru pístového motoru a propouští palivo a vzduch dovnitř a výfukové plyny ven. Otáčení tohoto hřídele spotřebovává energii – v automobilové hantýrce jde o „parazitní ztráty“.
Pohonná jednotka LiquidPiston o velikosti grapefruitu a hmotnosti 1,5 kg je jako stvořená pro středně těžký dron poháněný vrtulí. Proto se o něj zajímá americká armáda: společnost získala finanční prostředky od Agentury pro pokročilé vojenské výzkumné projekty (Defense Advanced Military Research Projects Agency, DARPA).
„Mnoho lidí se okamžitě snaží prodat vylepšené motory pro automobilový a nákladní trh, a já se jim nedivím, je to trh za 300 miliard dolarů,“ říká Shkolnik. „Ale uvést nový motor do života v automobilovém světě trvá nejméně sedm let a stojí doslova 500 milionů dolarů – a to je u pístového motoru, kde je riziko nízké.“
Proto se nejprve dívá na trhy, které naléhavě potřebují velmi kompaktní motory – ruční elektrické nářadí, drony pro přepravu nákladu pro společnosti jako Amazon a FedEx, a co je nejzajímavější, prodlužovače dojezdu pro automobily.
„Máme koncept 30kilowattového motoru pracujícího na naftu, 30 liber, v krabici 10 krát 8 palců,“ říká Shkolnik. „Mohl by být součástí hromadného elektronického vozidla, které by vám poskytlo dojezd, na který jste zvyklí – 300 mil místo 30 – a rychlé doplňování paliva.“
Pro jistotu byl jako prodlužovač dojezdu navržen i Wankelův motor. A přestože motor LiquidPiston může tvrdit, že je – nebo že je schopen stát se – účinnější a kompaktnější než Wankel, na těchto věcech nemusí tolik záležet, pokud stroj pracuje pouze v pomocném režimu.
Radikální nové konstrukce motorů se objevují neustále, ale málokdy se prosadí. Vzpomínáte si na plynové turbíny z 60. let? Supervýkonný keramický motor z 80. let? Radikálně vylepšený dvoutaktní motor, jehož výfukové plyny měly být čistší než okolní vzduch? Dokonce i Wankel opakovaně selhával, dokud si inženýři Mazdy nevyhrnuli rukávy a neudělali z jeho úspěchu prioritu.
Záchranou LiquidPiston je však stále se rozšiřující škála využití motorů všeho druhu. I kdyby žádný automobil nikdy nejezdil výhradně na některý z jeho výrobků, existuje spousta tržních mezer, které by mohl zaplnit: hybridy, drony, možná i motorové pily.
Poznámka redakce: pasáž odkazující na plynová těsnění byla kvůli přehlednosti přeformulována.