Enjin-Enjin Ganjil yang Terpinggir daripada Arus Kemajuan

Enjin Wankel, enjin Stirling, dan pelbagai jenis unit turbo-kuasa tidak pernah memasuki arus perdana automotif. Beberapa syarikat terkemuka — daripada Mazda hingga GM, daripada Mercedes hingga Volvo — telah mengusahakannya selama beberapa dekad. Firma-firma kecil dan pencipta individu turut bertahan. Namun ternyata setiap reka bentuk alternatif menyimpan lebih banyak perangkap daripada yang dijangkakan pada mulanya. Ini bukan bermakna pembangunan unit kuasa yang tidak konvensional adalah mustahil. Para peminat terus mendorong pelbagai idea ke hadapan, dan di sini kami meneroka beberapa konsep enjin paling eksotik yang pernah dibina.

Enjin Kitaran Terpisah: Dua Silinder, Satu Lejang Kuasa

Sesetengah pereka enjin menyimpulkan bahawa gabungan klasik silinder, omboh, rod penyambung, dan aci engkol telah membuktikan nilainya selama lebih daripada satu abad — dan bahawa penambahbaikan enjin pembakaran dalam hanya memerlukan pelarasan aspek-aspek tertentu dan bukannya mencipta semula dari awal. Contoh pertama dalam senarai kami ialah enjin yang dibangunkan oleh syarikat Amerika Scuderi Group, yang mengekalkan lejang masukan, mampatan, kuasa, dan ekzos yang klasik — tetapi membahagikannya kepada dua silinder yang berasingan:

• Silinder sejuk (pemampat) — mengendalikan masukan dan mampatan
• Silinder panas (bekerja) — mengendalikan lejang kuasa dan ekzos

Semasa gas mengembang dalam silinder bekerja, lejang masukan berlaku dalam silinder pemampat yang sejuk. Apabila silinder bekerja membuang ekzos, silinder pemampat memampatkan gas. Pada akhir lejang mampatan, kedua-dua omboh menghampiri titik mati atas mereka, campuran bergerak melalui saluran pintasan dari silinder sejuk ke silinder panas dan dinyalakan. Kitaran terpisah ini — pada dasarnya merupakan kitaran Otto yang diubah suai — dipatenkan pada tahun 2006, dan pada tahun 2009 Scuderi Group membina prototaip Enjin Kitaran Terpisah Scuderi.

Silinder pemampat dan silinder bekerja boleh mempunyai diameter dan lejang omboh yang berbeza, membolehkan penalaan parameter enjin secara fleksibel — berfungsi sebagai analog kitaran Miller dengan pengembangan gas tambahan. Tambahkan cawangan dengan injap dan botol bertekanan tinggi pada saluran antara silinder, dan enjin boleh memulihkan tenaga semasa brek dan menggunakannya semasa pecutan. Walau bagaimanapun, selama beberapa tahun, aktiviti Scuderi Group telah terhad kepada prototaip dan penampilan pameran perdagangan. Keuntungan kecekapan dunia nyata masih belum membenarkan kerumitan reka bentuk yang ketara ini.

Syarikat Croatia Paut Motor juga berpaling kepada kitaran kerja terpisah. Reka bentuk mereka yang tersebar menarik perhatian atas beberapa sebab:

• Bahagian bergerak yang jauh lebih sedikit berbanding enjin konvensional
• Kerugian geseran yang lebih rendah
• Bunyi operasi yang dikurangkan
• Dimensi yang padat: 500×440×440 mm pada kapasiti 7 liter
• Berat lebih kurang 135 kg — kira-kira separuh daripada enjin tradisional dengan sesaran yang sama

Ketiadaan minyak dalam peti engkol memerlukan tangki pelinciran luaran, tetapi para pencipta menganggap ini sebagai pertukaran yang boleh diterima. Beberapa prototaip telah dibina, walaupun output kuasa akhir tidak pernah ditentukan secara rasmi. Prototaip terakhir dirakit pada tahun 2011, dan projek ini telah terhenti sejak itu.

Enjin Dua Lejang Bonner: Kerumitan Maksimum, Matlamat Bercita-cita Tinggi

Enjin dua lejang Bonner (dinamakan sempena penajanya, Bonner Motor) dicipta pada tahun 2006 di Amerika Syarikat oleh Walter Schmid dan mendorong kerumitan mekanikal lebih jauh lagi. Seperti Paut Motor, silinder-silinder tersusun dalam konfigurasi-X, dan aci engkol melakukan gerakan planet melalui sistem gear. Ciri-ciri utama termasuk:

• Injap di bahagian bawah silinder dan injap kumparan berputar dalam badan motor untuk pengagihan gas
• Omboh luaran yang boleh bergeser sedikit di bawah tekanan minyak untuk memberikan nisbah mampatan yang boleh diubah
• Nisbah kuasa-kepada-berat yang tinggi sebagai sasaran reka bentuk utama

Secara teori, enjin Bonner kelihatan menarik. Namun dalam praktiknya, tiada berita penting yang muncul daripada projek ini sejak bertahun-tahun — nampaknya ia tidak memenuhi jangkaan.

Enjin Paksi: Silinder Tersusun Seperti Revolver

Para pencipta lain mengekalkan kitaran kerja enjin pembakaran dalam tetapi memikirkan semula susun atur fizikal komponen-komponennya. Enjin paksi, yang telah wujud selama lebih daripada satu abad, adalah contoh yang menonjol. Ia berbeza dalam perincian tetapi berkongsi prinsip yang sama: silinder disusun seperti peluru dalam dram revolver, sepaksi dengan aci output. Pelbagai mekanisme — seperti pin condong dan pencuci tirus — menukar gerakan salingan omboh kepada putaran aci.

Projek Duke Engines dari New Zealand adalah salah satu varieti yang ketara: enjin paksi empat lejang lima silinder dengan sesaran 3 liter. Berbanding enjin konvensional berkapasiti sama, unit Duke menawarkan:

• Berat 19% lebih rendah
• Pembungkusan 36% lebih padat
• Potensi penggunaan serba guna merentas sektor automotif, marin, dan penerbangan

Janji-janji besar tentang penggunaannya yang meluas telah dibuat — tetapi impian untuk menakluki dunia kekal sebagai impian semata-mata.

Enjin RadMax oleh syarikat Kanada Reg Technologies membawa konsep paksi lebih jauh lagi. Berbanding silinder diskrit, selusin petak dibentuk di dalam dram biasa menggunakan bilah nipis. Plat yang dipasang dalam slot rotor bergerak mengikutinya semasa rotor berputar, dan permukaan melengkung di hujung dram menentukan trajektori bilah dan mengawal pertukaran gas. Ciri-ciri yang ketara:

• Serasi dengan pelbagai jenis bahan api, walaupun diesel adalah fokus awal
• Prototaip tahun 2003 berukuran hanya 152 mm dalam diameter dan panjang namun menghasilkan 42 kuasa kuda — jauh lebih banyak daripada enjin konvensional bersaiz setara
• Prototaip kemudian dilaporkan mencapai 127 kk dan 380 kk

Walaupun angka-angka yang menjanjikan ini, semua aktiviti RadMax nampaknya masih berada pada peringkat eksperimental.

Enjin Toroidal: Apabila Silinder Menjadi Donat

Enjin VGT (Enjin Toroidal Geometri Boleh Ubah) daripada syarikat Kanada VGT Technologies yang kini telah tutup adalah satu lagi kajian kes tentang teori yang mengatasi amalan. Pertama kali diuji pada tahun 2005, enjin ini menggantikan silinder konvensional dengan toroid — ruang berbentuk donat — di dalamnya rotor dengan sepasang omboh berpasangan berputar.

Cakera pengagihan nipis dengan potongan untuk omboh berputar melintasi toroid melalui pemacu tali sawat, menyekat campuran bahan api-udara semasa mampatan dan lejang kuasa. Pada tahun 2009, usahawan Amerika Gary Kelley dan Rick Ivas secara bebas membangunkan enjin toroidal yang hampir meniru reka bentuk Kanada itu. Anggaran mereka mencadangkan bahawa toroid berdiameter setengah meter akan menghasilkan:

• 230 kuasa kuda
• Lebih kurang 1,000 N·m tork
• Semua pada hanya 1,050 ppm

Syarikat mereka, Garric Engines, kini hanya memaparkan mesej ringkas di laman webnya: “Terima kasih atas minat anda. Halaman ini mungkin akan dikemas kini pada masa hadapan.”

Enjin Nutating: Cakera Berputar Menggantikan Omboh

Nasib yang sedikit lebih menjanjikan mungkin menanti enjin nutating yang dicipta oleh orang Amerika Leonard Meyer pada tahun 2006 — sekurang-kurangnya beberapa salinan yang berfungsi telah dibina. Nama ini berasal daripada bahasa Latin nutatio (anggukan atau goyangan). Reka bentuk Meyer membentuk empat ruang kerja bervolum boleh ubah antara badan motor dan cakera yang bergerak berayun (nutates) ke kiri dan kanan, berfungsi sebagai omboh. Cakera dipotong separuh mengikut diameternya dan dimasukkan ke dalam aci output berbentuk Z, dengan saluran dan injap dalam badan yang menguruskan pertukaran gas.

Prototaip dibina oleh Baker Engineering dan syarikat saudaranya Kinetic BEI, dengan keputusan yang mengesankan:

• Cakera tunggal 102 mm: 7 kk
• Cakera ganda 203 mm: 120 kk
• Dimensi enjin dua cakera: panjang 500 mm, diameter 300 mm, sesaran 3.8 liter
• Nisbah kuasa-kepada-berat: 2.5–3 kk/kg berbanding 1–2 kk/kg untuk enjin tanpa pengecas penyedot yang dihasilkan secara besar-besaran

Output spesifik per liter kurang mengesankan, tetapi ketumpatan kuasa adalah ketara. Baker dan Kinetic nampaknya sedang memperhalusi reka bentuk tersebut, walaupun aktiviti di laman web mereka masih terhad.

LiquidPiston: Enjin Wankel yang Dibalikkan

Konsep enjin berputar terus memikat para inovator, seolah-olah meninggalkan susunan omboh-dan-silinder yang biasa secara semula jadinya menjanjikan prestasi yang lebih baik. Nikolay Shkolnik, bekas jurutera Soviet yang berpindah ke Amerika Syarikat, dan anaknya Alexander membangunkan enjin yang menyerupai enjin Wankel yang dibalikkan. Rotor berbentuk kacang berputar di dalam ruang segi tiga — geometri asas yang sama seperti Wankel — tetapi yang penting, pengedap dipasang pada dinding ruang dan bukan pada rotor.

Keluarga Shkolnik menubuhkan LiquidPiston untuk membangunkan konsep tersebut, menarik pembiayaan bersama daripada DARPA untuk kegunaan berpotensi dalam:

• Pesawat ringan dan dron
• Penjana kuasa mudah alih
• Sistem penggerak kenderaan hibrid

Prototaip 23 cm³ sudah mencapai kecekapan termal 20% — mengesankan untuk kelas sesaran tersebut. Pasukan kini menyasarkan prototaip diesel seberat lebih kurang 13 kg dan menghasilkan 40 kk, dengan kecekapan termal yang diunjurkan meningkat kepada 45%.

Enjin Omboh Berayun: Menjadi Segi Empat

Enjin terakhir dalam ulasan kami membuktikan bahawa daya tarikan unit yang rata dan padat adalah nyata — dan bahawa rotor bukan satu-satunya jalan untuk mencapainya. Enjin omboh berayun Pivotal Engineering hanya menjadikan omboh tradisional berbentuk segi empat, menjadikan silinder berbentuk segi empat tepat apabila dilihat dari atas. Reka bentuk dua lejang ini telah wujud selama beberapa tahun, di mana beberapa prototaip telah mengerakkan basikal berkuasa enjin dan pesawat.

Syarikat ini terutamanya menyasarkan aplikasi penerbangan, dan reka bentuk ini menawarkan beberapa kelebihan yang tulen:

• Nisbah output-kepada-berat dan output-kepada-saiz yang tinggi
• Potensi penyuapan paksa yang cemerlang, dimungkinkan oleh saluran penyejukan cecair yang melalui paksi tetap omboh — sesuatu yang sukar dilakukan dalam seni bina enjin konvensional
• Faktor bentuk rata, kerana rotor segi empat boleh dibuat sangat nipis

Konsep Enjin Eksotik Lain yang Wajar Diketahui

Terdapat banyak reka bentuk enjin eksotik yang luar biasa di luar yang telah dibincangkan di sini. Beberapa sebutan kehormatan:

• Enjin Wankel 12 rotor — membawa konsep berputar Mazda ke tahap yang melampau
• Enjin injap lengan Knight — reka bentuk berusia satu abad yang pernah bersaing sebentar dengan injap poppet
• Enjin omboh bertentangan — dua omboh berkongsi satu silinder tunggal, tanpa kepala silinder
• Enjin nisbah mampatan boleh ubah — membenarkan pelarasan masa nyata bagi mampatan untuk mengoptimumkan kecekapan merentas keadaan beban
• Enjin lima lejang — menambah silinder pengembangan khusus untuk mengekstrak lebih banyak kerja daripada gas pembakaran
• Enjin bilah berputar — di mana komponen rotor bergerak seperti bilah gunting yang menghampiri dan menjauh

Mengapa Enjin Alternatif Tidak Berjaya Mencapai Pengeluaran Besar-besaran?

Walaupun tinjauan ringkas terhadap reka bentuk enjin pembakaran dalam yang tidak konvensional mendedahkan corak yang mencolok: berpuluh-puluh idea bijak, sangat sedikit kenderaan pengeluaran. Halangan yang berulang adalah konsisten:

• Haus pengedap — reka bentuk berputar kerap gagal akibat kemerosotan pengedap apeks dari masa ke masa
• Beban mekanikal berselang-seli — konsep bilah berputar mengalami keletihan di sambungan bilah-kepada-aci
• Kerumitan pembuatan — geometri eksotik adalah mahal dan sukar untuk dihasilkan dalam skala besar
• Kebolehpercayaan dan jangka hayat — enjin tidak konvensional jarang menandingi rekod ketahanan enjin omboh tradisional yang telah diperhalusi selama 100+ tahun

Sebab kedua enjin alternatif menghadapi kesukaran ialah teknologi enjin pembakaran dalam konvensional tidak pernah berhenti berkembang. Enjin petrol terkini yang menggunakan kitaran Miller mencapai kecekapan termal sehingga 40% walaupun tanpa turbopengarah — angka yang luar biasa, memandangkan kebanyakan enjin petrol hanya mampu 20–30%, dan enjin diesel 30–40% (dengan diesel marin besar mencapai sehingga 50%).

Yang paling penting, alternatif global kepada enjin pembakaran dalam telah pun tiba: motor elektrik dan unit kuasa sel bahan api. Jika para pencipta di sebalik keistimewaan eksotik ini tidak menyelesaikan cabaran teknikal mereka dalam masa yang sangat singkat, mereka mungkin mendapati tiada lagi pasaran yang menunggu mereka — kenderaan elektrik akan telah mengambil alih jalan raya.

Ini adalah terjemahan. Anda boleh membaca versi asal di sini: https://www.drive.ru/technic/57769ed4ec05c4745f00009b.html