Tänään se on tarkoitettu karting-autoihin, huomenna se voi olla sähköauton kantaman pidentäjä
Uudenlainen moottori on näyttänyt kykynsä ensimmäistä kertaa laboratorion ulkopuolella, ja vaikka sillä saatiinkin pelkkä go-kart liikkeelle, se voi olla alku jollekin suurelle.
Moottori on rotaatiomoottori, mäntätön rakenne, joka maksimoi teho-painosuhteen. Se on LiquidPistonin kymmenkunta vuotta kestäneen työn tulos. LiquidPiston on startup-yritys, jonka perustajana on Alec Shkolnik, joka on suorittanut tohtorin tutkinnon tietojenkäsittelytieteessä ja erikoistunut tekoälyyn ja mallintamiseen. Itse moottori perustuu hänen isänsä Nikolayn, neuvostoliittolaisen koneenrakennusinsinöörin, joka kouluttautui Yhdysvalloissa fyysikoksi, kehittämään polttotekniikkaan.
Siinä ei kuitenkaan ole nestettä eikä mäntää: Yritys on kasvanut ulos nimestä, joka viittasi rakenteeseen, jossa molempia käytettiin paisuvan kaasun muuntamiseen käyttövoimaksi. Nyt, puoli tusinaa iteraatiota myöhemmin, tuloksena on täysin metallinen pyörivä moottori, joka ei todellakaan ole isäsi Wankel, Mazda RX-sarjan kuuluisa, humiseva sydän.
”Se on eräänlainen Wankel käännetään ylösalaisin, muotoilu, joka ratkaisee vanhat ongelmat tiivisteiden ja polttoaineen kulutuksen kanssa”, sanoo yrityksen perustaja Alec Shkolnik. ”Wankelissa on kolmion muotoinen roottori maapähkinän muotoisen kotelon sisällä; meillä on maapähkinän muotoinen roottori kolmion muotoisen kotelon sisällä. Tiivisteemme tulevat kolmion kärkipisteisiin, ja tiivisteemme ovat paikallaan, koska ne ovat kotelossa.”
Tiivisteet estävät kaasun siirtymisen kammiosta toiseen. Wankelissa tiivisteet liikkuvat nopeasti, minkä vuoksi niitä on vaikea voidella. Polttokammioon on ruiskutettava öljyä tietäen, että vain murto-osa pääsee tiivisteisiin ja loput savuavat – ongelma sekä polttoainetalouden että moottorin päästöjen kannalta. LiquidPistonin moottorista puuttuu tämä taakka, mutta se säilyttää pyörivän moottorin mekaanisen yksinkertaisuuden – vain roottori ja eksentrinen akseli sekä polttoainesuuttimet, polttoainepumput ja öljypumput.
Shkolnik myöntää, että hänen koneensa tuskin on vielä valmis autoteollisuuden 100 000 kilometrin kestävyysstandardiin. Hän kuitenkin väittää, että jo lapsenkengissään se soveltuu kaikille aloille, joilla arvostetaan pientä, polttoainetehokasta ja yksinkertaista moottoria, joka pakkaa paljon tehoa pieneen tilavuuteen ja massaan.
”Olemme korvanneet go-kartin 40-kiloisen moottorin 4-kiloisella, 3-5 hevosvoiman moottorillamme”, Shkolnik sanoo. Tästä päivästä lähtien voit ostaa kehittäjäsarjan.
Moottori on Wankelia tehokkaampi, koska sen puristussuhde on korkeampi ja koska sen sisäisten onteloiden siirtyvä geometria mahdollistaa sen, että moottori ottaa suurimman osan pakokaasujen energiasta talteen ennen kuin se tyhjentää ne, mikä on ominaisuus, jota kutsutaan ylipaisunnaksi.
”Toyota käyttää Atkinson-sykliä Priuksessaan, ja siinä käytetään ylipaisuntaa – se ei siis ole uutta”, hän sanoo. ”Mutta Priuksen moottori on ylimitoitettu. Me saamme ylipaisunnan lähes ilmaiseksi, kun vain muutamme portin sijaintia. Meidän ei tarvitse käyttää kömpelöitä venttiilikoneistoja saavuttaaksemme sen.”
Venttiilikoneisto on nokka-akselilla toimiva järjestelmä, joka avaa ja sulkee mäntämoottorin polttokammion venttiilit päästääkseen polttoaineen ja ilman sisään ja pakokaasut ulos. Tuon akselin kääntäminen kuluttaa energiaa – ”loishäviö”, kuten autojargonissa sanotaan.
LiquidPistonin greippikokoinen, 1,5-kiloinen voimalaitos on juuri sopiva keskiraskaaseen, potkurikäyttöiseen lennokkiin. Siksi Yhdysvaltain armeija on kiinnostunut siitä: yritys on saanut rahoitusta Defense Advanced Military Research Projects Agencylta eli DARPA:lta.
”Monet ihmiset yrittävät heti myydä parannettuja moottoreita auto- ja kuorma-automarkkinoille, enkä voi syyttää heitä, ne ovat 300 miljardin dollarin markkinat”, Shkolnik sanoo. ”Mutta uuden moottorin kehittäminen autoteollisuudessa vie vähintään seitsemän vuotta ja maksaa kirjaimellisesti 500 miljoonaa dollaria – ja tämä koskee mäntämoottoria, jossa riski on pieni.”
Siten hän tarkastelee ensin markkinoita, joilla on kiireellinen tarve hyvin pienikokoisille moottoreille – käsikäyttöisiä sähkötyökaluja, Amazonin ja FedExin kaltaisille yrityksille suunnattuja rahtia kuljettavia lennokkeja ja, mikä mielenkiintoisinta, autojen toimintasäteen pidentäjiä.”
”Meillä on konsepti 30 kilowatin moottorista, joka toimii dieselöljyllä ja painaa 30 kiloa 10 kertaa 8 tuuman kokoisessa laatikossa”, Shkolnik sanoo. ”Se voisi olla osa massojen sähköautoa, joka antaisi totutun 300 kilometrin toimintasäteen 30 kilometrin sijaan ja nopean tankkauksen.”
Wankelia on toki ehdotettu myös toimintasäteen pidentäjäksi. Ja vaikka LiquidPistonin moottori voi väittää olevansa – tai kykenevänsä tulemaan – tehokkaampi ja kompaktimpi kuin Wankel, näillä seikoilla ei välttämättä ole niin paljon väliä, kun kone toimii vain apumoottorina.
Radikaaleja uusia moottorimalleja ilmaantuu koko ajan, mutta ne pääsevät harvoin kunnolla läpi. Muistatko 1960-luvun kaasuturbiinit? 1980-luvun superkuuma, supertehokas keraaminen moottori? Radikaalisti parannettu kaksitahtimoottori, jonka pakokaasujen piti olla puhtaampia kuin ympäröivä ilma? Jopa Wankel epäonnistui toistuvasti, kunnes Mazdan insinöörit käärivät hihat ja ottivat sen onnistumisen etusijalle.
LiquidPistonin pelastava voima on kuitenkin kaikenlaisten moottoreiden jatkuvasti laajeneva käyttömahdollisuus. Vaikka yksikään auto ei koskaan kulkisi pelkästään yhdelläkään sen tuotteista, on paljon markkinarakoja, joita se voisi täyttää: hybridit, lennokit, ehkä jopa moottorisahat.
Toimittajan huomautus: kaasutiivisteisiin viittaava kohta on muotoiltu uudelleen selkeyden vuoksi.