Dzisiaj przeznaczony jest do gokartów; jutro może być przedłużaczem zasięgu samochodów elektrycznych
Nowy rodzaj silnika pokazał swoje możliwości po raz pierwszy poza laboratorium, i choć tylko sprawił, że gokart ruszył, może to być początek czegoś wielkiego.
Silnik jest konstrukcją obrotową, beztłokową, która maksymalizuje stosunek mocy do masy. Jest owocem kilkunastu lat pracy LiquidPiston, startupu założonego przez Aleca Shkolnika, który jest doktorem informatyki, specjalizującym się w sztucznej inteligencji i modelowaniu. Sam silnik oparty jest na technologii spalania opracowanej przez jego ojca, Nikolaya, inżyniera mechanika wyszkolonego w Związku Radzieckim, który przekwalifikował się w Stanach Zjednoczonych na fizyka.
Nie ma cieczy, chociaż, i nie ma tłoka: Firma wyrosła z nazwy odnoszącej się do konstrukcji, która wykorzystywała oba te elementy do przekształcania rozprężającego się gazu w siłę napędową. Teraz, pół tuzina iteracji później, rezultatem jest całkowicie metalowy silnik rotacyjny, który zdecydowanie nie jest Wanklem Twojego ojca, słynnym, szumiącym sercem Mazdy serii RX.
„To coś w rodzaju Wankla odwróconego na drugą stronę, projekt, który rozwiązuje stare problemy z uszczelnieniem i zużyciem paliwa”, mówi założyciel firmy Alec Shkolnik. „Wankel ma trójkątny wirnik w obudowie w kształcie orzeszka; my mamy wirnik w kształcie orzeszka w trójkątnej obudowie. Nasze uszczelki znajdują się na wierzchołkach trójkąta, a nasze uszczelki są nieruchome, ponieważ znajdują się w obudowie.”
Uszczelki powstrzymują gaz przed przemieszczaniem się z jednej komory do drugiej. W silniku Wankla, uszczelki poruszają się szybko, co utrudnia ich smarowanie. Musisz rozpylać olej do komory spalania wiedząc, że tylko część dotrze do uszczelek, a reszta pójdzie z dymem – jest to problem zarówno dla zużycia paliwa, jak i emisji spalin. Silnik LiquidPiston pozbawiony jest tego bagażu, ale zachowuje wewnętrzną prostotę mechaniczną silnika obrotowego – wystarczy wirnik i wał mimośrodowy, wraz z wtryskiwaczami paliwa, pompami paliwa i pompami oleju.
Shkolnik przyznaje, że jego maszyna nie jest jeszcze gotowa na standard wytrzymałości 100 000 mil. Ale twierdzi, że nawet na etapie dojrzewania powinna znaleźć zastosowanie w każdej dziedzinie, która ceni sobie mały, paliwooszczędny, prosty silnik, który pakuje dużo mocy w małą objętość i masę.
„Zastąpiliśmy 40 funtowy silnik gokarta naszym 4 funtowym silnikiem o mocy od 3 do 5 koni mechanicznych”, mówi Shkolnik. Na dzień dzisiejszy, można kupić zestaw deweloperski.
Silnik jest bardziej wydajny niż Wankel, ponieważ ma wyższy stopień sprężania i ponieważ geometria przesunięcia jego wewnętrznych wnęk pozwala mu wydobyć większość energii gazów spalinowych przed ich unieszkodliwieniem, cecha zwana nadmiernym rozprężaniem.
„Toyota używa cyklu Atkinsona w swoim Priusie, a to powoduje nadmierne rozprężanie – więc nie jest to nowość,” mówi. „Ale silnik Priusa jest przewymiarowany. My uzyskujemy nadmierne rozprężanie prawie za darmo, po prostu zmieniając położenie naszego portu. Nie musimy mieć skomplikowanych układów rozrządu, aby to osiągnąć.”
Rozrząd zaworowy to układ obsługiwany przez wałek rozrządu, który otwiera i zamyka zawory w komorze spalania silnika tłokowego, aby wpuścić paliwo i powietrze oraz wypuścić gazy spalinowe. Obrót tego wałka zużywa energię – w języku motoryzacyjnym jest to „strata pasożytnicza”.
Moc silnika LiquidPiston o wielkości grejpfruta i wadze 1,5 kilograma jest w sam raz dla średnio wytrzymałego drona napędzanego śmigłem. Dlatego właśnie zainteresowało się nią wojsko amerykańskie: firma otrzymała dofinansowanie z Agencji Zaawansowanych Wojskowych Projektów Badawczych Obrony, czyli DARPA.
„Wiele osób od razu próbuje sprzedać ulepszone silniki na rynek samochodów osobowych i ciężarowych, i nie mogę ich za to winić, to rynek wart 300 miliardów dolarów” – mówi Shkolnik. „Ale wprowadzenie nowego silnika do życia w świecie motoryzacyjnym zajmuje co najmniej siedem lat i kosztuje, dosłownie, 500 milionów dolarów – i to w przypadku silnika tłokowego, gdzie ryzyko jest niskie.”
Więc najpierw patrzy na rynki, które mają pilną potrzebę bardzo kompaktowych silników-ręczne elektronarzędzia, drony przewożące ładunki dla takich firm jak Amazon i FedEx, a co najciekawsze, przedłużacze zasięgu dla samochodów.
„Mamy koncepcję 30-kilowatowego silnika pracującego na oleju napędowym, 30 funtów, w pudełku o wymiarach 10 na 8 cali”, mówi Shkolnik. „Mógłby on być częścią pojazdu elektrycznego dla mas, dając zasięg, do którego jesteś przyzwyczajony – 300 mil zamiast 30 – i szybkie tankowanie.”
Dla pewności, Wankel został również zasugerowany jako przedłużacz zasięgu. I chociaż silnik LiquidPiston może twierdzić, że jest – lub jest w stanie stać się – bardziej wydajny i bardziej kompaktowy niż Wankel, te rzeczy mogą nie mieć znaczenia, gdy maszyna pracuje tylko w trybie pomocnika.
Radykalne, nowe projekty silników pojawiają się cały czas, ale rzadko kiedy udaje im się przebić. Pamiętacie turbiny gazowe z lat 60-tych? Super gorący, super wydajny silnik ceramiczny z lat 80-tych? Radykalnie ulepszony silnik dwusuwowy, którego spaliny miały być czystsze od otaczającego powietrza? Nawet silnik Wankla wielokrotnie zawodził, dopóki inżynierowie Mazdy nie zakasali rękawów i nie uznali jego sukcesu za priorytet.
Ratunkiem dla LiquidPiston jest jednak stale poszerzający się zakres zastosowań silników wszelkiego rodzaju. Nawet jeśli żaden samochód nie będzie działał wyłącznie na jednym z produktów LiquidPiston, istnieje wiele nisz rynkowych, które LiquidPiston może wypełnić: hybrydy, drony, a może nawet piły łańcuchowe.
Uwaga redaktora: fragment odnoszący się do uszczelek gazowych został przeredagowany dla jasności.