Αν και οι κινητήρες εσωτερικής καύσης φαίνεται να έχουν τις μέρες τους μετρημένες, όσον αφορά τους διευρυντές αυτονομίας, οι κινητήρες τρέχουσας καύσης εξακολουθούν να έχουν τον λόγο τους. Η Toyota μας παρουσιάζει την τελευταία της καινοτομία που βρίσκεται ακόμα σε εξέλιξη.
Ενώ όλες οι άλλες μάρκες χρησιμοποιούν προέκταση αυτονομίας που βασίζονται σε συμβατικούς κινητήρες εσωτερικής καύσης, η Toyota αποφασίζει να προχωρήσει ένα βήμα παραπέρα, μπροστά από τον ανταγωνισμό όσον αφορά τα βελτιωτικά αυτονομίας για τα υβριδικά και ηλεκτρικά οχήματά της.Σε αυτό το άρθρο από τη Ρουμπρίκα της Autopédia, ανακαλύψτε όλες τις λεπτομέρειες αυτού του κινητήρα της Toyota που δεν χρησιμοποιείται για την κίνηση του αυτοκινήτου, αλλά μόνο για τη μετατροπή του καυσίμου σε ηλεκτρικό ρεύμα.
Η γένεση αυτής της αρχιτεκτονικής
Ακολουθώντας τις μηχανικές αρχές πριν από σχεδόν δύο αιώνες, η Toyota άντλησε έμπνευση απευθείας από τον κινητήρα με ελεύθερο έμβολο: τον κινητήρα Stirling. Μια μηχανή που κάποτε ήταν ο κύριος ανταγωνιστής της ατμομηχανής, θα μπορούσε να επιστρέψει στο προσκήνιο σχεδόν 200 χρόνια μετά την εμφάνισή της.
Η ιδέα της Toyota, ωστόσο, δεν είναι εντελώς νέα στην αυτοκινητοβιομηχανία και θα εξηγήσουμε γιατί. Κατά τη δεκαετία του '70 και λίγο μετά την πετρελαϊκή κρίση – που συγκλόνισε έντονα τον κλάδο της αυτοκινητοβιομηχανίας – πολλοί κατασκευαστές βρέθηκαν εξαιρετικά πιεσμένοι να υιοθετήσουν λύσεις που κατανάλωναν λιγότερα καύσιμα.
ΝΑ ΘΥΜΑΣΤΕ: Λόγω της πετρελαϊκής κρίσης της δεκαετίας του '70, ήταν η Πορτογαλία που εγκαινίασε το Παγκόσμιο Πρωτάθλημα Ράλι το 1974
Ήταν εκείνη τη στιγμή, το 1978, που εμφανίστηκε μια από τις καλύτερες προσαρμογές του κινητήρα Stirling στην αυτοκινητοβιομηχανία. Ένα Opel Rekord 2100 Diesel Sedan του 1977 ήταν το τέλειο πειραματόζωο που έλαβε τον κινητήρα Stirling P-40 του 1978, που αναπτύχθηκε σε μια άνευ προηγουμένου στρατηγική συνεργασία μεταξύ της αμερικανικής διαστημικής υπηρεσίας NASA και της GM (εικόνα παραπάνω).
Ο κινητήρας Stirling P-40 είχε το πλεονέκτημα ότι λειτουργούσε τόσο με βενζίνη όσο και με ντίζελ ή ακόμα και με αλκοόλ. Θα ήταν το 2ο αυτοκίνητο «ευέλικτου καυσίμου» στην ιστορία μετά το Ford Model T του 1908, το οποίο θα μπορούσε να λειτουργήσει με βενζίνη, κηροζίνη ή ατμοποιημένη αιθανόλη.
Το 1979 θα ήταν η σειρά της AMC (American Motors Corporation) να χρησιμοποιήσει τον ίδιο κινητήρα P-40 για το Spirit, αλλά η απόδοση δεν έπεισε ποτέ τους καταναλωτές. Ένα έργο που, αν και όχι επιτυχημένο, δημιούργησε προηγούμενο στην παγκόσμια αυτοκινητοβιομηχανία. Εικόνα παρακάτω:
Από το Πίσω στο Σήμερα: Η Καινοτομία της Toyota
Μετά από τόσα χρόνια, η εφεύρεση της Toyota πάει ένα βήμα παραπέρα. Λαμβάνοντας άμεσα μια ιδέα που αναπτύχθηκε από τη NASA το 2012 ως γεννήτρια ραδιοϊσοτόπων, ειδικά σχεδιασμένη για να τροφοδοτεί δορυφόρους και με συνολικό βάρος μόλις 20 κιλά, η Toyota προσπάθησε να επανεφεύρει τον κινητήρα με ελεύθερο έμβολο ως γραμμική γεννήτρια ισχύος για μπαταρίες αυτοκινήτων.
Όπως η ιδέα που δημιουργήθηκε από τη NASA, αυτός ο κινητήρας με ελεύθερα έμβολα δεν διαθέτει μπιέλα ή στροφαλοφόρο άξονα για τη μετάδοση της παραγόμενης κίνησης. Όπως μπορείτε να δείτε στις εικόνες (παρακάτω), αντί για τα παραδοσιακά κινούμενα μέρη μιας μηχανής εσωτερικής καύσης, έχουμε έναν θάλαμο πεπιεσμένου αερίου, ο οποίος λειτουργεί ως ελατήριο, επιστρέφοντας το έμβολο σε νέο κύκλο καύσης.
Ο κινητήρας ελεύθερου εμβόλου της Toyota ως γραμμική γεννήτρια έχει σχήμα W, όπου το έμβολο είναι τοποθετημένο στο κέντρο της διαμόρφωσης W. Αυτός ο κινητήρας ελεύθερου εμβόλου λειτουργεί σχεδόν σαν να ήταν δίχρονος κινητήρας. Τα καυσαέρια αποβάλλονται μέσω βαλβίδων στο πάνω μέρος της κυλινδροκεφαλής, ενώ ο αέρας για τον νέο κύκλο εισέρχεται μέσω πλευρικών πολλαπλών εισαγωγής, έτοιμοι να συμπιεστούν και να ενωθούν με την άμεση έγχυση βενζίνης, για να αναφλεγεί το μείγμα.
Μετά τη διαστολή που δημιουργείται από την ανάφλεξη του μείγματος, ο θάλαμος αερίου στο κάτω μέρος λειτουργεί ως ελατήριο που επιστρέφει το έμβολο στο PMS (ανώτατο νεκρό σημείο).
Πώς καταφέρνει όμως ο κινητήρας ελεύθερου εμβόλου της Toyota ως γραμμική γεννήτρια να παράγει ηλεκτρικό ρεύμα;
Στο εξωτερικό του κινητήρα με διάταξη W, υπάρχει ένας μαγνήτης, που αποτελείται από νεοδύμιο, σίδηρο και βόριο, και γύρω από τον θάλαμο καύσης υπάρχει ένα πηνίο, που αποτελείται από χάλκινο σύρμα. Μέσω της συνεχούς κίνησης μεταξύ των μαγνητών και του πηνίου, παράγεται ηλεκτρικό ρεύμα, το οποίο αποστέλλεται στην μπαταρία.
Απομυθοποιώντας λίγο την έννοια, το νεοδύμιο δεν είναι μια απόλυτη καινοτομία. Έχει χρησιμοποιηθεί για μεγάλο χρονικό διάστημα και παράγεται ακόμη και συνθετικά, αν και το νεοδύμιο –ανάλογα με τη μοριακή του ονοματολογία– συγκαταλέγεται στα σπανιότερα μαγνητικά μέταλλα στη γη. Αυτή η ένωση, που ανακαλύφθηκε το 1982, έχει πολλαπλασιαστεί σε όλο τον κόσμο και σε ολόκληρη σχεδόν τη βιομηχανία ηλεκτρονικών.
Αυτός ο τύπος κινητήρα που δημιούργησε η Toyota δεν είναι ιδιαίτερα ισχυρός, στην πραγματικότητα η συμπαγής σχεδίασή του σχεδιάστηκε πλήρως με γνώμονα την απόδοση και το χαμηλό βάρος του συνόλου, και η παραγόμενη ισχύς βρίσκεται σε μόλις 10 kW, περίπου 13 ίππους. Ωστόσο, παράγει περισσότερο από αρκετή ενέργεια, έτσι ώστε μόνο 2 μονάδες που λειτουργούν ταυτόχρονα μπορούν να παράγουν αρκετό ηλεκτρικό ρεύμα για ένα Toyota Yaris ή ισοδύναμο για να φτάσει σε ταχύτητες πλεύσης σε αυτοκινητόδρομο 120 χλμ./ώρα.
Καθώς είναι ακόμα ένα έργο υπό ανάπτυξη, η Toyota έχει ακόμη πολύ δρόμο να διανύσει μέχρι να μπορέσει να διαθέσει αυτή την τεχνολογία στην αγορά. Διότι, αν αφενός το κόστος παραγωγής δεν αποτελεί σημείο αναφοράς, εξακολουθούν να υπάρχουν άλυτα τεχνικά ζητήματα όπως το κόστος συντήρησης και οι κραδασμοί, γεγονός που έχει ήδη οδηγήσει την Toyota να εξετάσει τη χρήση του νέου κινητήρα της με τον αντίθετο τρόπο, προκειμένου να μετριάσει το ο θόρυβος και οι κραδασμοί που μεταδίδονται.
Τα χαρακτηριστικά αυτού του κινητήρα Toyota με ελεύθερο έμβολο μπορούν επίσης να τροποποιηθούν, ανάλογα με τις ανάγκες, καθώς η βαλβίδα ρύθμισης πίεσης στον θάλαμο αερίου μπορεί να προσαρμοστεί στην ακαμψία του φαινομένου «ελατηρίου».
Μείνετε με αυτό το βίντεο, όπου μπορείτε να δείτε αυτή τη δημιουργία της Toyota: