Дълъг живот на двигателя с вътрешно горене. Ирония е, че „обявения край“ на двигателя с вътрешно горене поради буйна електрификация не е пречка да се наблюдава голям напредък през последните години: променлива степен на компресия (Nissan), запалване от компресия в бензиновите двигатели (Mazda) и сега, Koenigsegg ще пусне в производство (макар и много ограничено) първия двигател с цикъл на Ото (4-тактов) без разпределителен вал.
Именно по този път на иновациите се появява и 1S ICE на INNengine, който обещава да отиде още по-далеч.
Малък, но революционен двигател, с много интересни инженерни решения вътре. да ги срещнем?
Какво е 1S ICE?
1S ICE от INNengine е много компактен двигател по размер и капацитет, тежащ само 500 см3 и тежащ само 43 кг - неговият създател, Хуан Гаридо, казва, че вече работи върху еволюцията на това устройство с тегло само 35 кг (!).Неговото ниско тегло и обем са две от основните предимства, които отговорните за INNengine обявяват пред конвенционалните двигатели с вътрешно горене (4-тактови):
- До 70% намаление на общия обем;
- До 75% намаляване на теглото;
- До 70% по-малко компоненти;
- И до 75% по-малък работен обем, но със същата плътност на мощността като 4 пъти по-голям конвенционален двигател. Например, 500 cm3 1S ICE постига същата мощност като 2000 cm3 4-тактов двигател.
Можем също да видим, че въпреки малкия кубичен размер, 1S ICE има четири цилиндъра и… осем бутала — не е грешка, всъщност са осем бутала… С други думи, това са две бутала на цилиндър, което в този случай означава, че сме при наличие на двигател с противоположни бутала. Написах противоположни бутала, а не по-известните противоположни цилиндри. Каква е разликата?
Отсрещните бутала са по-стари, отколкото си мислите
Двигателите с противоположно бутало не са същите като тези с противоположни цилиндъри като тези, които познаваме в Porsche и Subaru. Каква е разликата? При противоположни бутални двигатели имаме по две бутала на цилиндър, работещи едно срещу друго, като горивната камера е споделена от двете.
Това обаче не е ново, когато става въпрос за двигатели с вътрешно горене, въпреки че е необичайно техническо решение.
Всъщност първият противоположен бутален двигател датира от 1882 г., проектиран от Джеймс Аткинсън (същият Аткинсън, който даде името си на едноименния цикъл на горене, открит преди всичко в хибридните превозни средства, поради по-голямата му ефективност).
Основното предимство на тази подредба се крие в по-голямата ефективност, тъй като вече няма глава на цилиндъра и разпределителни валове — противоположните бутални двигатели са 2-тактови — намалява теглото, сложността, загубите на топлина и триене и разходите.
Абонирайте се за нашия бюлетин
На практика обаче, тъй като двете бутала в един и същи цилиндър трябва да работят координирано, те трябва да бъдат физически свързани заедно, принуждавайки да заменят част от загубената сложност и тегло.
Противоположните бутални двигатели са използвани преди всичко в големи транспортни средства, като кораби, военни превозни средства или дори като ефективни генератори. В света на автомобилите те са много по-редки. Днес може би най-близкият двигател с противоположно бутало до оборудването на автомобил (или в най-добрия случай на търговско превозно средство) е този на Achates Power. Имате кратък видеоклип, който ви позволява да разберете как работи:
Противоположни бутала 2.0: сбогом колянов вал
Каква е разликата между 1S ICE от INNEngine и този противоцилиндров двигател от Achates? Както можем да видим във филма по-горе, за да контролираме движението на всички бутала в цилиндрите, имаме два колянови вала, свързани заедно чрез зъбна система. 1S ICE просто се разделя с коляновия вал, а с тях свързващите пръти и всички свързани зъбни колела изчезват от сцената.
Чрез толкова значително намаляване на броя на компонентите, необходими за работата на неговия двигател, INNengine постига гореспоменатите намаления на обема и масата и потенциално повишаване на ефективността.
На мястото на коляновия вал намираме две части (вид диск, който се побира на вала на двигателя), по един във всеки край на двигателя, с една от неговите щателно изчислени вълнообразни повърхности. Те правят възможно перфектното координиране на движението на осемте бутала (които сега се движат по ос, успоредна на оста на двигателя).
Вижте ги в действие:
Звучи абсурдно просто, нали? Благодарение на равноотдалеченото и концентрично разположение на всички (малко) движещи се части и движението на буталата в съответствие с главния вал, балансът на този двигател е практически перфектен.
Липсата на вибрации е такава, че когато показаха филм на прототип на двигател на тестов стенд, той беше обвинен, че е фалшив, тъй като не се виждаше с просто око, че двигателят работи...
В това кратко видео можем да видим и други характеристики на 1S ICE, като възможността за леко напредване на позиционирането на един от „коляновите валове“. Възможност, която позволява променливо разпределение, не клапаните (те ги нямат), а портовете (входящи и изпускателни), които заемат тяхното място. Освен това позволява динамично променливо съотношение на компресия, променяйки го според нуждите, както при двигателя на Nissan.
Целта на тези опции, както можете да намерите в някои от 4-тактовите двигатели, които оборудват нашите автомобили, е да се постигне по-голяма ефективност и производителност. В случая на 1S ICE, той позволява гъвкавостта, която 2-тактовите двигатели - като тези с противоположни бутала - не позволяват, като те са с фиксирани параметри.
И това ни води до друга иновация на 1S ICE, факта, че това е 1-тактов двигател, характеристика, толкова важна, че е част от името му: 1-тактов или 1-тактов.
Само 1 път?! както и?
Познати сме с термина 4-тактов двигател (този, който оборудва нашите автомобили с двигател с вътрешно горене), както и 2-тактов двигател (те по-често се свързват с мотоциклети). Въпреки това, INNengine казва, че неговият двигател е 1-тактов, което означава:
- 4-тактов: една експлозия за два оборота на коляновия вал;
- 2 хода: една експлозия за всеки оборот на коляновия вал;
- 1 път: две експлозии за всеки оборот на коляновия вал.
С други думи, въпреки че принципът на работа на 1S ICE е подобен на този на 2-тактовите двигатели, той обаче управлява удвоените експлозии за всяко завъртане на коляновия вал и четворно увеличава това, което можем да постигнем в 4-тактов двигател. В същото време тази нова архитектура постига всичко това с по-малко компоненти.
Това е една от „тайните“ за обещаната му ефективност, а също и за специфичната му производителност: според INNengine, неговите малки 500 cm3 са в състояние да представят числа, еквивалентни на 2000 cm3 4-тактов двигател.
Числата... възможни
Все още сме в етап на разработка, така че няма окончателни числа. Но във видеоклиповете, където Хуан Гаридо се появява, за да обясни всичко за неговия двигател (ще оставим видео в края на статията), има номер, който се откроява: 155 Нм при 800 об/мин! Впечатляваща цифра и само за сравнение, имаме подобни стойности на въртящия момент, постигнати от малките хиляди турбо на нашия пазар, но достигнаха 1000 оборота в минута по-късно и... те са със свръхзареждане.Числа, свързани с потребление/емисии, ще трябва да чакаме по-дълго, което ни води до основния въпрос:
Ще дойде ли за оборудване на кола?
Може, но не по начина, по който си мислите. Въпреки че преобразуват Mazda MX-5 (NB), за да служи като тестов прототип за този двигател, целта и ориентацията на неговото развитие е главно да служи като удължител на обхвата за електрически превозни средства.
Фактът, че е толкова компактен, лек, ефективен и произвежда толкова високи числа при толкова ниски обороти — целта на този удължител на обхвата е да произведе 30 kW (41 к.с.) при 2500 оборота в минута — може да го направи перфектният удължител на обхвата. По-малко разходи (няма нужда от толкова голяма батерия), по-малко замърсяване (по-ефективен двигател с вътрешно горене) и високо усъвършенстване на борда (липса на вибрации).
Предстоят обаче други приложения за този двигател, като INNengine разработва двигател за конкуренция, а авиацията (лека) вече прояви голям интерес към този двигател.
Реалния свят
Подобно на двигателя Achates Power, потенциалът на INNengine 1S ICE е неоспорим. За да го видите наистина, е необходима огромна финансова подкрепа и въпреки че и двете компании имат подкрепата на Saudi Aramco (саудитският петролен гигант), идеалното би било да имат подкрепата на един или няколко производители на автомобили.
Ако Achates Power вече го е постигнал благодарение отчасти на подкрепата от Cummins (производител на двигатели) и ARPA-E (правителствена агенция на САЩ за напреднали проекти, свързани с енергията), INNengine тепърва ще го намери.
Има 10 години разработка, вече има прототипи на двигатели на тестови стендове. Генерираният интерес може само да се повиши - дори поради обещанията на този бустер -, но дори и така, не е гарантирано, че ще стигне до успешен край. Това се дължи на сегашния контекст, в който автомобилната индустрия е насилствено фокусирана, само и единствено, върху електрификацията. Ще бъде трудно за строителя да диверсифицира инвестицията си в изцяло нов двигател с вътрешно горене и отвъд това, където има толкова много ново в него.
Не е чудно, че фокусът на INNengine върху разработването на 1S ICE като разширител на обхвата – изглежда е единственият шанс, който може да се утвърди в близко бъдеще и да привлече интереса на автомобилната индустрия.
Значението на двигателя с вътрешно горене в бъдеще е от значение не само за автомобила, но и за всички видове превозни средства, които той използва, независимо дали по суша, море или въздух. Цифрите са ясни и поразителни.
Около 200 милиона двигателя с вътрешно горене се произвеждат всяка година (около 90 милиона принадлежат на автомобили), така че не се очаква в краткосрочен/средносрочен план те просто да изчезнат сега, след като „открихме“ електричеството.
Важно е да продължите да инвестирате в тяхното развитие, тъй като те също са част от решението.
За тези, които искат да научат повече за този двигател с вътрешно горене, ви оставям видео (испански, но със субтитри на английски) от Хуан Франциско Калеро, журналист, който имаше възможността да посети съоръженията на INNengine и да говори с Хуан Гаридо от INNengine: