Injini za Ajabu Zilizokwama Pembezoni mwa Maendeleo

Injini ya Wankel, injini ya Stirling, na aina mbalimbali za vitengo vya turbo-nguvu havikuwahi kuingia katika mkondo mkuu wa magari. Idadi ya makampuni maarufu — kutoka Mazda hadi GM, kutoka Mercedes hadi Volvo — yalifanya kazi nazo kwa miongo kadhaa. Makampuni madogo na wavumbuzi binafsi pia yaliendelea kushikilia. Hata hivyo, ilidhihirika kwamba kila muundo mbadala ulikuwa na vikwazo vingi zaidi kuliko ilivyotarajiwa awali. Hiyo haimaanishi kwamba maendeleo ya vitengo vya nguvu visivyo vya kawaida ni jambo lisilowezekana. Mashabiki wanaendelea kusukuma mawazo tofauti mbele, na hapa tunachunguza baadhi ya dhana za injini za kipekee zaidi zilizowahi kujengwa.

Injini za Mzunguko Uliogawanywa: Silinda Mbili, Pigo Moja la Nguvu

Baadhi ya wabunifu wa injini walifikia hitimisho kwamba mchanganyiko wa kawaida wa silinda, pistoni, kona ya kuunganisha, na shimikreta umejithibitisha kwa zaidi ya karne moja — na kwamba kuboresha injini za mwako wa ndani kunahitaji tu kubadilisha mambo fulani badala ya kuvumbua upya kutoka mwanzo. Mfano wa kwanza katika orodha yetu ni injini iliyotengenezwa na kampuni ya Kimarekani Scuderi Group, ambayo inashikilia hatua za kawaida za uingiaji, ukandamizaji, nguvu, na utoaji — lakini inazigawanya katika silinda mbili tofauti:

• Silinda baridi (ya kukandamiza) — inashughulikia uingiaji na ukandamizaji
• Silinda moto (ya kufanya kazi) — inashughulikia pigo la nguvu na utoaji

Wakati gesi inaposambaa katika silinda ya kufanya kazi, pigo la uingiaji linafanyika katika silinda baridi ya kukandamiza. Wakati silinda ya kufanya kazi inatoa, silinda ya kukandamiza inakandamiza. Mwishoni mwa pigo la ukandamizaji, pistoni zote mbili zinakaribia vituo vyao vya juu vya mwisho, mchanganyiko unasafiri kupitia njia ya kupita kutoka silinda baridi hadi silinda moto na kuwashwa. Mzunguko huu uliogawanywa — kwa msingi ni mzunguko wa Otto uliorekebishwa — ulipewa hati miliki mwaka 2006, na mnamo 2009 Scuderi Group ilijenga mfano wa majaribio wa Scuderi Split Cycle Engine.

Silinda ya kukandamiza na silinda ya kufanya kazi zinaweza kuwa na kipenyo tofauti na mapigo ya pistoni, na hivyo kufanya iwezekane kubadilisha vigezo vya injini kwa unyumbufu — ikifanya kazi kama mfano wa mzunguko wa Miller wenye upanuzi wa ziada wa gesi. Ongeza tawi lenye mipira na chupa ya shinikizo la juu kwenye njia kati ya silinda hizo, na injini inaweza kurejesha nishati wakati wa kupunguza kasi na kuitumia wakati wa kuharakisha. Hata hivyo, kwa miaka kadhaa, shughuli za Scuderi Group zimekuwa zimepunguzwa kwa mifano ya majaribio na maonyesho ya maonesho ya biashara. Mafanikio ya ufanisi katika hali halisi bado hayajathibitisha ugumu mkubwa wa muundo huu.

Kampuni ya Kikroeshia Paut Motor pia iligeukia mzunguko wa kufanya kazi uliogawanywa. Muundo wao ulioweka umbali ulivutia umakini kwa sababu kadhaa:

• Sehemu chache zaidi zinazosogea kuliko injini za kawaida
• Upotevu mdogo wa msuguano
• Kelele ndogo za uendeshaji
• Vipimo vidogo: 500×440×440 mm kwa ujazo wa lita 7
• Uzito wa takriban kilo 135 — karibu nusu ya injini ya kawaida ya ujazo sawa

Kutokuwepo kwa mafuta ya kusugua katika sanduku la shimikreta kunahitaji tangi la mafuta ya kusugua nje, lakini wavumbuzi walidhani hii ilikuwa maelewano yanayokubalika. Mifano kadhaa ya majaribio ilijengwa, ingawa nguvu ya mwisho ya matokeo haikutangazwa rasmi. Mfano wa mwisho wa majaribio uliundwa mwaka 2011, na mradi umesimama tangu wakati huo.

Injini ya Mbili-Pigo ya Bonner: Ugumu wa Hali ya Juu, Malengo ya Kusisimua

Injini ya mbili-pigo ya Bonner (iliyopewa jina la msponsor wake, Bonner Motor) ilivumbuliwa mwaka 2006 nchini Marekani na Walter Schmid na inasukuma ugumu wa kimwili hata zaidi. Kama Paut Motor, silinda zake zimepangwa katika muundo wa X, na shimikreta inafanya mwendo wa sayari kupitia mfumo wa gia. Vipengele muhimu ni pamoja na:

• Mipira chini ya silinda na mipira ya spool inayozunguka katika mwili wa motor kwa usambazaji wa gesi
• Pistoni za nje zinazoweza kusogea kidogo chini ya shinikizo la mafuta ili kutoa uwiano wa ukandamizaji unaobadilika
• Uwiano wa juu wa nguvu kwa uzito kama lengo kuu la muundo

Kwa nadharia, injini ya Bonner inaonekana kuvutia. Kwa vitendo, hata hivyo, hakuna habari muhimu zilizotoka kwenye mradi huo kwa miaka — inaonekana haifikii matarajio.

Injini za Mhimili: Silinda Zilizopangwa Kama Bastola

Wavumbuzi wengine walishikilia mizunguko ya kufanya kazi ya injini za mwako wa ndani lakini walibuni upya mpangilio wa kimwili wa vipande vyake. Injini za mhimili, ambazo zimekuwepo kwa zaidi ya karne moja, ni mfano mzuri. Zinatofautiana katika maelezo lakini zinashiriki kanuni moja: silinda zimepangwa kama makartasi katika ngoma ya bastola, sambamba na shimikreta ya matokeo. Mifumo mbalimbali — kama vile pini zilizoelekezwa na vitufe vya koni — hubadilisha mwendo wa kurudi-mbele wa pistoni kuwa mzunguko wa shimikreta.

Mradi wa Duke Engines kutoka Nyuzilandi ni mfano mmoja mashuhuri: injini ya mhimili ya silinda tano, ya mzunguko minne yenye ujazo wa lita 3. Ikilinganishwa na injini ya kawaida ya ujazo sawa, kitengo cha Duke kilitoa:

• Uzito mdogo kwa 19%
• Ufungashaji mdogo zaidi kwa 36%
• Uwezo wa matumizi mbalimbali katika sekta za magari, baharini, na anga

Ahadi za kusisimua zilifanywa kuhusu kupitishwa kwake kwa wingi — lakini ndoto za kutawala dunia ziliendelea kuwa ndoto tu.

Injini ya RadMax ya kampuni ya Kikanada Reg Technologies inachukua dhana ya mhimili hata zaidi. Badala ya silinda tofauti, sehemu kumi na mbili zinaundwa ndani ya ngoma moja kwa kutumia vipande nyembamba. Sahani zilizowekwa katika nafasi za rota husogea pamoja nazo rota inapozunguka, na nyuso zilizopinda kwenye mwisho wa ngoma zinaainisha njia za vipande na kudhibiti ubadilishaji wa gesi. Sifa zinazojitokeza:

• Inaoana na aina nyingi za mafuta, ingawa dizeli ilikuwa lengo la kwanza
• Mfano wa majaribio wa mwaka 2003 ulipima milimita 152 tu kwa kipenyo na urefu lakini ulizalisha nguvu za farasi 42 — zaidi sana kuliko injini ya kawaida ya ukubwa sawa
• Mifano ya majaribio iliyofuata iliripotiwa kufikia nguvu za farasi 127 na 380

Licha ya takwimu hizi za kuahidi, shughuli zote za RadMax zinaonekana kubaki katika hatua ya majaribio.

Injini za Toroidi: Wakati Silinda Inakuwa Kama Donati

Injini ya VGT (Variable Geometry Toroidal Engine) kutoka kampuni ya Kikanada VGT Technologies iliyofungwa ni mfano mwingine wa nadharia inayozidi vitendo. Iliyojaribiwa kwa mara ya kwanza mwaka 2005, injini inabadilisha silinda ya kawaida na toroidi — chumba chenye umbo la donati — ambapo ndani yake rota yenye jozi ya pistoni iliyounganishwa huzunguka.

Diski nyembamba ya usambazaji yenye mkato kwa pistoni huzunguka kwenye toroidi kupitia mfumo wa ukanda, ikizuia mchanganyiko wa mafuta-hewa wakati wa ukandamizaji na pigo la nguvu. Mwaka 2009, wajasiriamali wa Kimarekani Gary Kelley na Rick Ivas walitengeneza kwa kujitegemea injini ya toroidi iliyofanana sana na muundo wa Kikanada. Makadirio yao yalipendekeza kwamba toroidi yenye kipenyo cha nusu mita ingetoa:

• Nguvu za farasi 230
• Takriban N·m 1,000 za nguvu ya mzunguko
• Yote kwa mapinduzi 1,050 tu kwa dakika

Kampuni yao, Garric Engines, sasa inaonyesha ujumbe tu wa kiolezo kwenye tovuti yake: “Asante kwa nia yako. Ukurasa unaweza kusasishwa siku zijazo.”

Injini ya Nutating: Diski Zinazoyumbika Badala ya Pistoni

Hatima nzuri zaidi kidogo inaweza kusubiri injini ya nutating iliyovumbuliwa na Mmarekani Leonard Meyer mwaka 2006 — angalau nakala kadhaa za kufanya kazi zimejengwa. Jina linatokana na Kilatini nutatio (kuinamia au kuyumbika). Muundo wa Meyer unaunda vyumba vinne vya kufanya kazi vya kiasi kinachobadilika kati ya mwili wa motor na diski inayoyumbika upande kwa upande, ikifanya kazi kama pistoni. Diski imekatwa nusu kando ya kipenyo chake na kupachikwa kwenye shimikreta ya matokeo yenye umbo la Z, na njia na mipira katika mwili inayosimamia ubadilishaji wa gesi.

Mifano ya majaribio ilijengwa na Baker Engineering na kampuni yake dada Kinetic BEI, na matokeo ya kusisimua:

• Diski moja ya mm 102: nguvu za farasi 7
• Diski mbili za mm 203: nguvu za farasi 120
• Vipimo vya injini ya diski mbili: urefu wa mm 500, kipenyo cha mm 300, ujazo wa lita 3.8
• Uwiano wa nguvu kwa uzito: nguvu za farasi 2.5–3 kwa kilo dhidi ya 1–2 kwa kilo kwa injini za kawaida za uzalishaji wa wingi bila msukumo wa nje

Matokeo maalum kwa lita hayavutii sana, lakini msongamano wa nguvu ni wa kuvutia. Baker na Kinetic wanaonekana kuboresha muundo, ingawa shughuli kwenye tovuti zao ni ndogo.

LiquidPiston: Injini ya Wankel Iliyogeuzwa

Dhana za injini za mzunguko zinaendelea kuvutia wavumbuzi, kana kwamba kuondoka na mpangilio wa kawaida wa pistoni-na-silinda kunaahidi utendaji bora zaidi. Nikolay Shkolnik, mhandisi wa zamani wa Kisovieti aliyehamia Marekani, na mwanawe Alexander walitengeneza injini inayofanana na injini ya Wankel iliyogeuzwa. Rota yenye umbo la karanga huzunguka ndani ya chumba cha pembetatu — jiometri sawa ya msingi kama ya Wankel — lakini muhimu zaidi, mifumo ya kuziba imewekwa kwenye kuta za chumba badala ya rota.

Shkolniki walianzisha LiquidPiston kuendeleza dhana hiyo, wakivutia ufadhili wa pamoja kutoka DARPA kwa matumizi yanayowezekana katika:

• Ndege ndogo na ndege zisizo na rubani
• Jenereta za nguvu zinazobebeka
• Mifumo ya nguvu ya magari mseto

Mfano wa majaribio wa cm³ 23 tayari unafikia ufanisi wa joto wa 20% — wa kusisimua kwa darasa hilo la ujazo. Timu sasa inalenga mfano wa majaribio wa dizeli wenye uzito wa takriban kilo 13 na kuzalisha nguvu za farasi 40, na ufanisi wa joto unaotarajiwa kufikia 45%.

Injini ya Pistoni Inayogeuka: Kuwa ya Mstatili

Injini ya mwisho katika mapitio yetu inathibitisha kwamba mvuto wa kitengo chenye gorofa na kompakti ni wa kweli — na kwamba rota si njia pekee ya kuifanikisha. Injini ya pistoni inayogeuka ya Pivotal Engineering inabadilisha pistoni ya kawaida kuwa ya mstatili, ikifanya silinda kuwa ya mstatili kwa mwonekano wa juu. Muundo huu wa mbili-pigo umekuwepo kwa miaka kadhaa, wakati ambapo mifano mingi ya majaribio iliendesha pikipiki na ndege.

Kampuni inalenga hasa matumizi ya anga, na muundo unatoa faida fulani za kweli:

• Uwiano wa juu wa matokeo kwa uzito na matokeo kwa ukubwa
• Uwezo bora wa msukumo wa lazima, unaowezekana na njia ya upoezaji wa kioevu inayopita kwenye mhimili uliowekwa wa pistoni — jambo gumu kufanikisha katika usanifu wa injini za kawaida
• Sura ya gorofa, kwani rota ya mstatili inaweza kufanywa nyembamba sana

Dhana Nyingine za Injini za Kipekee Zinazostahili Kujulikana

Kuna miundo mingi ya injini za kipekee ya kuvutia zaidi ya zile zilizoshughulikiwa hapa. Baadhi ya heshima zinazostahiliwa:

• Injini ya Wankel ya rota 12 — inachukua dhana ya mzunguko ya Mazda hadi kikomo
• Injini ya Knight sleeve-valve — muundo wa karne moja uliopigana kwa muda mfupi na vali ya kawaida
• Injini za pistoni zinazopingana — pistoni mbili zinazoshiriki silinda moja, bila kichwa cha silinda
• Injini za uwiano wa ukandamizaji unaobadilika — zinazokuruhusu kubadilisha ukandamizaji wakati wa kweli ili kuboresha ufanisi katika hali mbalimbali za mzigo
• Injini za mzunguko mitano — zinazoongeza silinda ya upanuzi iliyotengwa ili kutoa kazi zaidi kutoka kwa gesi za mwako
• Injini za mapanga ya mzunguko — ambapo vipande vya rota husogea kama mapanga ya mkasi yanayokaribia na kuachana

Kwa Nini Injini Mbadala Hazifiki Uzalishaji wa Wingi?

Hata mapitio mafupi ya miundo isiyo ya kawaida ya injini za mwako wa ndani yanafunua mwelekeo wa kushangaza: mawazo mengi ya akili, magari machache sana ya uzalishaji. Vizuizi vinavyorudiwa rudiwa ni vya kawaida:

• Uchakavu wa mifumo ya kuziba — miundo ya mzunguko mara nyingi hushindwa kutokana na kuzorota kwa mifumo ya kuziba ya apex baada ya muda
• Mzigo wa kimwili unaobadilika — dhana za mapanga ya mzunguko hupata uchovu kwenye muunganisho wa mapanga na shimikreta
• Ugumu wa utengenezaji — jiometri za kipekee ni ghali na ngumu kuzalisha kwa wingi
• Uaminifu na uhai wa muda mrefu — injini zisizo za kawaida mara chache hulingana na rekodi ya uimara ya injini za kawaida za pistoni zilizosafishwa kwa zaidi ya miaka 100

Sababu ya pili ya injini mbadala kushindwa ni kwamba teknolojia ya injini ya kawaida ya mwako wa ndani haikusimama. Injini za hivi karibuni za petroli zinazotumia mzunguko wa Miller zinafikia ufanisi wa joto wa hadi 40% hata bila msukumo — takwimu ya ajabu, ikizingatiwa kwamba injini nyingi za petroli zinafikia 20–30% tu, na injini za dizeli 30–40% (na dizeli kubwa za baharini zikifikia hadi 50%).

Muhimu zaidi, mbadala wa kimataifa wa injini ya mwako wa ndani tayari umefika: motor za umeme na vitengo vya nguvu vya seli za mafuta. Ikiwa wavumbuzi nyuma ya udadisi huu wa kipekee hawatatua changamoto zao za kiufundi hivi karibuni sana, wanaweza kugundua kwamba hakuna tena soko linalowasubiri — magari ya umeme yatakuwa tayari yamechukua barabara.

Hii ni tafsiri. Unaweza kusoma asili hapa: https://www.drive.ru/technic/57769ed4ec05c4745f00009b.html