Mga Kakaibang Engine na Natigil sa Gilid ng Pag-unlad

Ang Wankel engine, ang Stirling engine, at iba’t ibang uri ng turbo-power unit ay hindi kailanman naging mainstream sa industriya ng sasakyan. Ilang kilalang kumpanya — mula sa Mazda hanggang GM, mula sa Mercedes hanggang Volvo — ang nagtrabaho sa mga ito sa loob ng maraming dekada. Ang maliliit na kumpanya at indibidwal na mga imbentor ay nagpatuloy din. Ngunit lumabas na ang bawat alternatibong disenyo ay nagtatago ng mas maraming kakulangan kaysa sa inaasahan. Hindi ibig sabihin nito na imposible ang pagpapaunlad ng mga di-karaniwang power unit. Patuloy na itinutulak ng mga mahilig ang iba’t ibang ideya, at dito ay tuklasin natin ang ilan sa mga pinaka-eksotkong konsepto ng engine na naitalà sa kasaysayan.

Mga Split-Cycle Engine: Dalawang Silindro, Isang Power Stroke

Ilang mga taga-disenyo ng engine ang nagkusipain na ang klasikong kumbinasyon ng silindro, piston, connecting rod, at crankshaft ay napatunayang epektibo sa loob ng mahigit isang siglo — at ang pagpapabuti ng mga internal combustion engine ay nangangailangan lamang ng pagbabago ng ilang aspeto kaysa sa muling pag-imbento mula sa simula. Ang unang halimbawa sa aming listahan ay ang engine na binuo ng Amerikanong kumpanyang Scuderi Group, na pinapanatili ang klasikong intake, compression, power, at exhaust stroke — ngunit hinahati ang mga ito sa dalawang magkahiwalay na silindro:

• Malamig (compressor) na silindro — humahawak sa intake at compression
• Mainit (working) na silindro — humahawak sa power stroke at exhaust

Habang nagpapalawak ang gas sa working cylinder, nagaganap ang intake stroke sa malamig na compressor cylinder. Kapag nag-exhaust ang working cylinder, nagko-compress ang compressor cylinder. Sa katapusan ng compression stroke, papalapit ang parehong piston sa kanilang upper dead centers, ang pinaghalong gas ay dumadaan sa isang bypass channel mula sa malamig na silindro patungo sa mainit at sinisindihan. Ang split cycle na ito — na karaniwang isang binagong Otto cycle — ay napatented noong 2006, at noong 2009 ay itinayo ng Scuderi Group ang pilot na Scuderi Split Cycle Engine.

Ang compressor at working cylinder ay maaaring magkaroon ng iba’t ibang diyametro at piston stroke, na nagbibigay-daan sa flexible na pag-aayos ng mga parameter ng engine — gumaganap bilang isang katulad ng Miller cycle na may karagdagang pagpapalawak ng gas. Magdagdag ng sangay na may mga balbula at isang high-pressure na bote sa channel sa pagitan ng mga silindro, at maaaring mabawi ng engine ang enerhiya habang nagbe-brake at ma-deploy ito habang nagaasikaso ng acceleration. Gayunpaman, sa loob ng ilang taon, ang mga aktibidad ng Scuderi Group ay limitado sa mga prototype at mga pagpapakita sa trade show. Ang mga praktikal na pagtaas ng kahusayan ay hindi pa nakakapagbigay-katwiran sa malaking kumplikasyon ng disenyo.

Ang Kroasyano kumpanyang Paut Motor ay lumipat din sa split working cycle. Ang kanilang espasyong disenyo ay nakaakit ng pansin sa ilang dahilan:

• Makabuluhang mas kaunting mga gumagalaw na bahagi kaysa sa mga karaniwang engine
• Mas mababang pagkawala ng friction
• Nabawasang ingay sa operasyon
• Kompaktong sukat: 500×440×440 mm sa 7-litro na kapasidad
• Timbang na humigit-kumulang 135 kg — halos kalahati ng isang tradisyonal na engine na may parehong displacement

Ang kawalan ng langis sa crankcase ay nangangailangan ng isang panlabas na tangke ng lubrication, ngunit itinuturing ito ng mga imbentor bilang isang katanggap-tanggap na kompromiso. Ilang mga prototype ang itinayo, bagaman ang panghuling output ng kapangyarihan ay hindi kailanman opisyal na natukoy. Ang huling prototype ay inasemble noong 2011, at ang proyekto ay natigil mula noon.

Ang Bonner Two-Stroke Engine: Maximum na Kumplikasyon, Ambisyosong mga Layunin

Ang Bonner two-stroke engine (pinangalanan ayon sa sponsor nito, Bonner Motor) ay naimbento noong 2006 sa Estados Unidos ni Walter Schmid at lalong nagpalala ng mekanikal na kumplikasyon. Tulad ng Paut Motor, ang mga silindro nito ay nakaayos sa isang X-configuration, at ang crankshaft ay gumaganap ng planetary motion sa pamamagitan ng isang gear system. Kasama sa mga pangunahing tampok:

• Mga balbula sa ilalim ng silindro at mga umiikot na spool valve sa katawan ng motor para sa pamamahagi ng gas
• Mga panlabas na piston na maaaring bahagyang gumalaw sa ilalim ng presyon ng langis upang magbigay ng variable compression ratio
• Mataas na power-to-weight ratio bilang pangunahing target ng disenyo

Sa teorya, ang Bonner engine ay mukhang kaakit-akit. Sa praktika, gayunpaman, walang makabuluhang balita ang lumabas mula sa proyekto sa loob ng mga taon — tila hindi ito nakatupad sa mga inaasahan.

Mga Axial Engine: Mga Silindro na Nakaayos Tulad ng Revolver

Ang ibang mga imbentor ay pinanatili ang mga working cycle ng internal combustion engine ngunit muling naisip ang pisikal na layout ng mga bahagi nito. Ang mga axial engine, na umiral na sa loob ng mahigit isang siglo, ay isang pangunahing halimbawa. Nagkakaiba-iba sila sa detalye ngunit nagbabahagi ng isang karaniwang prinsipyo: ang mga silindro ay nakaayos tulad ng mga kartutso sa isang revolver drum, coaxial sa output shaft. Iba’t ibang mekanismo — tulad ng mga nakahilig na pin at taper washer — ang nagko-convert ng pabalik-balik na galaw ng mga piston sa pag-ikot ng shaft.

Ang proyekto ng Duke Engines mula sa Bagong Selanda ay isang kapansin-pansing uri: isang limang-silindro, four-stroke axial engine na may 3-litro na displacement. Kumpara sa isang karaniwang engine ng parehong kapasidad, ang Duke unit ay nag-aalok ng:

• 19% na mas mababang timbang
• 36% na mas kompaktong packaging
• Versatile na potensyal sa aplikasyon sa mga sektor ng sasakyan, dagat, at avyasyon

Ginawa ang mga ambisyosong pangako tungkol sa malawak na paggamit nito — ngunit ang mga pangarap na sakupin ang mundo ay nananatiling mga pangarap.

Ang RadMax engine ng Kanadyanong kumpanyang Reg Technologies ay lalong nagpapalawak ng axial na konsepto. Sa halip na mga hiwalay na silindro, isang dosenang compartment ang nabubuo sa loob ng isang karaniwang drum gamit ang mga manipis na talim. Ang mga plato na nakalagay sa mga slot ng rotor ay gumagalaw sa kahabaan nito habang umiikot ang rotor, at ang mga hubad na ibabaw sa mga dulo ng drum ay nagtatakda ng mga trajectory ng talim at nagkokontrol ng palitan ng gas. Mga kapansin-pansing katangian:

• Katugma sa maraming uri ng gasolina, bagaman ang diesel ang unang pokus
• Ang isang prototype noong 2003 ay may sukat na 152 mm lamang sa parehong diyametro at haba ngunit gumawa ng 42 horsepower — mas malayo kaysa sa isang karaniwang engine ng katumbas na sukat
• Ang mga susunod na prototype ay ulat na umabot sa 127 hp at 380 hp

Sa kabila ng mga promising na numero na ito, ang lahat ng aktibidad ng RadMax ay tila nananatili sa experimental na yugto.

Mga Toroidal Engine: Kapag ang Silindro ay Naging Donut

Ang VGT Engine (Variable Geometry Toroidal Engine) mula sa kasalukuyang na-defunct na Kanadyanong kumpanyang VGT Technologies ay isa pang halimbawa ng teorya na mas makapangyarihan kaysa sa praktika. Unang nasubukan noong 2005, ang engine ay pinapalitan ang karaniwang silindro ng isang toroid — isang donut-shaped na silid — sa loob ng kung saan ay umiikot ang isang rotor na may pares ng nakakabit na piston.

Ang isang manipis na distribution disk na may cutout para sa mga piston ay umiikot sa buong toroid sa pamamagitan ng isang belt drive, na naghihigpit sa halo ng gasolina at hangin habang nagko-compress at sa power stroke. Noong 2009, ang mga Amerikanong entrepreneur na si Gary Kelley at Rick Ivas ay nakapag-develop ng isang toroidal engine na malapit na ginaya ang Kanadyanong disenyo. Ang kanilang mga tantiya ay nagpapahiwatig na ang isang toroid na may kalahating metrong diyametro ay magbibigay ng:

• 230 horsepower
• Humigit-kumulang 1,000 N·m ng torque
• Lahat sa 1,050 rpm lamang

Ang kanilang kumpanya, Garric Engines, ay nagpapakita na lamang ng isang stub na mensahe sa kanilang website: “Salamat sa inyong interes. Ang pahina ay maaaring ma-update sa hinaharap.”

Ang Nutating Engine: Mga Umiikot na Disco Sa Halip na mga Piston

Isang bahagyang mas promising na kapalaran ang maaaring naghihintay sa nutating engine na naimbento ng Amerikanong si Leonard Meyer noong 2006 — kahit papaano ay ilang gumaganang kopya ang itinayo. Ang pangalan ay nagmula sa Latin na nutatio (pag-ulo o pag-alog). Ang disenyo ni Meyer ay bumubuo ng apat na working chamber na may variable na volume sa pagitan ng katawan ng motor at isang disk na nag-nutate (nag-alog) sa magkabilang panig, na gumaganap bilang piston. Ang disk ay hiniwa sa kalahati sa kahabaan ng diyametro nito at itinali sa isang Z-shaped na output shaft, na may mga channel at balbula sa katawan na namamahala ng palitan ng gas.

Ang mga prototype ay itinayo ng Baker Engineering at ang kapatid nitong kumpanya na Kinetic BEI, na may kahanga-hangang mga resulta:

• Isang 102 mm disk: 7 hp
• Dalawang 203 mm disk: 120 hp
• Sukat ng two-disk engine: 500 mm ang haba, 300 mm ang diyametro, 3.8-litro ang displacement
• Power-to-weight ratio: 2.5–3 hp/kg kumpara sa 1–2 hp/kg para sa mga mass-produced na naturally aspirated engine

Ang liter-specific na output ay hindi gaanong kahanga-hanga, ngunit ang power density ay kapansin-pansin. Tila pinapino ng Baker at Kinetic ang disenyo, bagaman ang aktibidad sa kanilang mga website ay nananatiling limitado.

LiquidPiston: Ang Wankel Engine na Nabaliktad

Ang mga konsepto ng rotary engine ay patuloy na kumukuha ng atensyon ng mga innovator, na parang ang paglayo mula sa pamilyar na piston-at-silindro na ayos ay likas na nangangako ng mas mahusay na pagganap. Si Nikolay Shkolnik, isang dating Sobyet na inhinyero na lumipat sa Estados Unidos, at ang kanyang anak na si Alexander ay bumuo ng isang engine na kahawig ng Wankel engine na nabaliktad. Ang isang mani-hugis na rotor ay umiikot sa loob ng isang triangular na silid — ang parehong pangunahing geometry ng Wankel — ngunit mahalaga, ang mga seal ay nakakabit sa mga dingding ng silid kaysa sa rotor.

Itinatag ng mga Shkolnik ang LiquidPiston upang mapaunlad ang konsepto, na nakaakit ng co-funding mula sa DARPA para sa potensyal na paggamit sa:

• Magagaang sasakyang panghimpapawid at drone
• Mga portable na generator ng kuryente
• Mga powertrain ng hybrid na sasakyan

Ang isang 23 cm³ na prototype ay nakakamit na ng 20% thermal efficiency — kahanga-hanga para sa displacement class na iyon. Ang koponan ay nagta-target na ngayon ng isang diesel prototype na may timbang na humigit-kumulang 13 kg at gumagawa ng 40 hp, na may inaasahang thermal efficiency na umabot sa 45%.

Ang Swinging Piston Engine: Pagpunta sa Parisukat

Ang huling engine sa aming pagsusuri ay nagpapatunay na ang apela ng isang patag at kompaktong yunit ay tunay — at ang mga rotor ay hindi lamang ang landas upang makamit ito. Ang swinging piston engine ng Pivotal Engineering ay simpleng ginagawang parisukat ang tradisyonal na piston, na ginagawang parihaba ang silindro sa top view. Ang two-stroke na disenyo na ito ay umiral sa loob ng ilang taon, kung saan ang ilang mga prototype ay nagbigay ng kapangyarihan sa parehong mga motorsiklo at sasakyang panghimpapawid.

Pangunahing tina-target ng kumpanya ang mga aplikasyon sa avyasyon, at ang disenyo ay nag-aalok ng ilang tunay na kalamangan:

• Mataas na output-to-weight at output-to-size ratio
• Napakagandang potensyal sa forced-induction, na pinapagana ng isang liquid cooling channel na dumadaan sa nakatigil na axis ng piston — isang mahirap na gawa sa mga karaniwang arkitektura ng engine
• Patag na form factor, dahil ang parisukat na rotor ay maaaring gawing napakanipis

Iba Pang Eksotkong Konsepto ng Engine na Dapat Malaman

Maraming kahanga-hangang eksotkong disenyo ng engine bukod sa mga nasaklaw dito. Ilang mga kapuri-puring pagbanggit:

• 12-rotor na Wankel engine — pinagmalabis ang rotary na konsepto ng Mazda
• Knight sleeve-valve engine — isang siglo na lumang disenyo na sandaling nakipagtunggali sa poppet valve
• Mga opposed-piston engine — dalawang piston na nagbabahagi ng isang silindro, na walang cylinder head
• Mga engine na may variable compression ratio — nagbibigay-daan sa real-time na pag-aayos ng compression upang ma-optimize ang kahusayan sa iba’t ibang kondisyon ng load
• Mga five-stroke engine — nagdadagdag ng dedicated expansion cylinder upang makuha ang mas maraming gawa mula sa mga combustion gas
• Mga rotary-bladed engine — kung saan ang mga bahagi ng rotor ay gumagalaw tulad ng mga nagtatagpo at nagkakalayo na gunting

Bakit Hindi Nakakarating ang mga Alternatibong Engine sa Mass Production?

Kahit isang maikling pagtingin sa mga di-karaniwang disenyo ng internal combustion engine ay nagpapakita ng isang kapansin-pansing pattern: dosenang matalinong ideya, napakakaunting sasakyang pangprodukon. Ang paulit-ulit na mga hadlang ay pare-pareho:

• Pagod ng seal — ang mga rotary na disenyo ay madalas na nabibigo dahil sa pagkasira ng apex seal sa paglipas ng panahon
• Mga naghaliling mekanikal na load — ang mga rotary-bladed na konsepto ay dumaranas ng pagod sa koneksyon ng talim sa shaft
• Kumplikasyon sa pagmamanupaktura — ang mga eksotkong geometry ay mahal at mahirap gawin sa sukat
• Pagiging maaasahan at tibay — ang mga di-karaniwang engine ay bihirang makatugma sa rekord ng tibay ng mga tradisyonal na piston engine na pinino sa loob ng mahigit 100 taon

Ang ikalawang dahilan kung bakit nahihirapan ang mga alternatibong engine ay ang teknolohiya ng karaniwang internal combustion engine ay hindi tumigil. Ang pinakabagong mga gasolina engine gamit ang Miller cycle ay nakakamit ng thermal efficiency na hanggang 40% kahit walang turbocharging — isang kahanga-hangang numero, dahil karamihan sa mga gasolina engine ay kayang gawin lamang ng 20–30%, at ang mga diesel engine ay 30–40% (na ang malalaking marine diesel ay umabot ng hanggang 50%).

Pinakamahalaga, ang pandaigdigang alternatibo sa internal combustion engine ay dumating na: mga electric motor at mga fuel cell power unit. Kung ang mga imbentor sa likod ng mga eksotkong curiosity na ito ay hindi malulutas ng kanilang mga teknikal na hamon sa lalong madaling panahon, maaaring matuklasan nila na wala nang merkadong naghihintay para sa kanila — ang mga electric vehicle ay kukuha na ng kalsada.

Ito ay isang salin. Maaari mong basahin ang orihinal dito: https://www.drive.ru/technic/57769ed4ec05c4745f00009b.html