חיים ארוכים למנוע הבעירה הפנימית. אירוני ש"סיומו המוכר" של מנוע הבעירה הפנימית עקב חשמול המשתולל, לא היווה מכשול לראות התקדמות גדולה בשנים האחרונות: יחס דחיסה משתנה (ניסאן), הצתה דחיסה במנועי בנזין (מאזדה) ועכשיו, Koenigsegg תכניס לייצור (אם כי מוגבל מאוד) את מנוע מחזור אוטו הראשון (4 פעימות) ללא גל זיזים.
בדרך זו של חדשנות עולה גם ה- 1S ICE של INNengine, שמבטיח להגיע רחוק עוד יותר.
מנוע קטן אך מהפכני, ובתוכו פתרונות הנדסיים מאוד מעניינים. בוא נפגוש אותם?
מה זה 1S ICE?
ה-1S ICE מבית INNengine הוא מנוע קומפקטי מאוד בגודל ובקיבולת, ששוקל רק 500 סמ"ק ומשקלו 43 ק"ג בלבד - היוצר שלו, חואן גארידו, אומר שהוא כבר עובד על אבולוציה של היחידה הזו ששוקלת 35 ק"ג בלבד (!).המשקל והנפח הנמוכים שלו הם שניים מהיתרונות העיקריים שהאחראים על INNengine מכריזים על פני מנועי בעירה פנימית קונבנציונליים (4 פעימות):
- הפחתת נפח כולל של עד 70%;
- הפחתת משקל של עד 75%;
- עד 70% פחות רכיבים;
- ועד 75% פחות נפח, אבל עם אותה צפיפות כוח כמו מנוע רגיל גדול פי 4. לדוגמה, ה-500 סמ"ק 1S ICE משיג את אותו הספק כמו מנוע 4 פעימות בנפח 2000 סמ"ק.
אנו יכולים גם לראות שלמרות הגודל המעוקב הקטן, ל-1S ICE יש ארבעה צילינדרים ו... שמונה בוכנות - זו לא טעות, זה למעשה שמונה בוכנות... במילים אחרות, מדובר בשתי בוכנות לכל צילינדר, מה שבמקרה הזה אומר שאנחנו בנוכחות מנוע של בוכנות מנוגדות. כתבתי בוכנות מנוגדות ולא את הצילינדרים המנוגדים הידועים יותר. מה ההבדל?
בוכנות ממול ישנות יותר ממה שאתה חושב
מנועי בוכנה מנוגדים אינם זהים למנועי צילינדר מנוגדים כמו אלו שאנו מכירים בפורשה ובסובארו. מה ההבדל? במנועי בוכנה מנוגדים יש לנו שתי בוכנות לכל צילינדר, הפועלות אחת מול השנייה, כאשר תא הבעירה משותף לשניהם.
עם זאת, זה לא חדש בכל הנוגע למנועי בעירה פנימית, למרות היותו פתרון טכני יוצא דופן.
למעשה, מנוע הבוכנה המנוגד הראשון מתוארך לשנת 1882, שתוכנן על ידי ג'יימס אטקינסון (אותו אטקינסון שנתן את שמו למחזור הבעירה בעל השם שנמצא, מעל לכל, בכלי רכב היברידיים, בשל יעילותו הרבה יותר).
היתרון העיקרי של הסדר זה טמון ביעילות רבה יותר, שכן אין עוד ראש צילינדר וגילי זיזים - מנועי הבוכנה המנוגדים הם דו-פעימות - מה שמפחית משקל, מורכבות, אובדן חום וחיכוך ועלות.
הירשם לניוזלטר שלנו
עם זאת, בפועל, מכיוון ששתי הבוכנות באותו צילינדר צריכות לעבוד בצורה מתואמת, הן צריכות להיות מקושרות פיזית, מה שמאלץ להחליף חלק מהמורכבות והמשקל שאבדו.
מנועי בוכנה מנוגדים שימשו, בעיקר, בהובלות גדולות, כמו ספינות, כלי רכב צבאיים, או אפילו כגנרטורים יעילים. בעולם הרכב הם הרבה יותר נדירים. כיום, אולי מנוע הבוכנה ההפוכה הקרוב ביותר לצייד מכונית (או במקרה הטוב רכב מסחרי) הוא זה של Achates Power. יש לך סרטון קצר שמאפשר לך להבין איך זה עובד:
מול בוכנות 2.0: שלום גל ארכובה
מה ההבדל בין ה-1S ICE של INNEngine לבין מנוע הצילינדר המנוגד הזה של Achates? כפי שאנו יכולים לראות בסרט למעלה, כדי לשלוט בתנועת כל הבוכנות בצילינדרים יש לנו שני גלי ארכובה המחוברים יחדיו על ידי מערכת הילוכים. ה-1S ICE פשוט מוותר על גלי הארכובה, ואיתם מוטות החיבור וכל גלגלי השיניים הנלווים נעלמים מהמקום.
על ידי צמצום כה משמעותי של מספר הרכיבים הדרושים להפעלת המנוע שלה, INNengine השיגה אפוא את הפחתות האמורות בנפח ובמסה, והגדלה פוטנציאלית ביעילות.
במקום גלי הארכובה אנו מוצאים שני חלקים (מעין דיסק שמתאים על גל המנוע), אחד בכל קצה של המנוע, עם אחד מהמשטחים הגליים המחושבים בקפידה. הם המאפשרים לתאם בצורה מושלמת את תנועת שמונה הבוכנות (שנעות כעת בציר מקביל לציר המנוע).
ראה אותם בפעולה:
נשמע פשוט בצורה אבסורדית, לא? הודות לסידור המרוחק והקונצנטרי של כל החלקים הנעים (מעטים), ותנועת הבוכנות בקנה אחד עם הציר הראשי, האיזון של המנוע הזה הוא למעשה מושלם.
היעדר רעידות הוא כזה שכאשר הראו סרט של מנוע אב טיפוס על ספסל מבחן, הוא הואשם בכוזב, מכיוון שלא היה נראה לעין בלתי מזוינת שהמנוע פועל...
בסרטון הקצר הזה נוכל לראות גם תכונות אחרות של ה-1S ICE, כמו האפשרות לקדם מעט את המיקום של אחד מ"גלי הארכובה". אפשרות שמאפשרת חלוקה משתנה, לא השסתומים (אין להם), אלא היציאות (כניסה ופליטה) שתופסים את מקומם. והוא גם מאפשר יחס דחיסה משתנה דינמית, משנה אותו לפי הצורך, כמו במנוע של ניסאן.
המטרה של אפשרויות אלו, כפי שניתן למצוא בחלק ממנועי 4 פעימות המציידים את המכוניות שלנו, היא להשיג יעילות וביצועים גבוהים יותר. במקרה של ה-1S ICE, הוא מאפשר את הגמישות שמנועי 2 פעימות - כמו אלה עם בוכנות מנוגדות - אינם מאפשרים, כאשר אלה הם בעלי פרמטרים קבועים.
וזה מביא אותנו לחידוש נוסף של ה-1S ICE, העובדה שהוא מנוע 1 פעימה, תכונה כל כך חשובה שהיא חלק משמו: 1 Stroke או 1-Stroke.
רק פעם אחת?! גם כן?
אנו מכירים את המונח מנוע 4 פעימות (זה שמצייד את המכוניות שלנו במנוע בעירה פנימית), וכן את מנוע 2 פעימות (אלה משויכים לרוב לאופנועים). עם זאת, INNengine אומר שהמנוע שלו הוא 1 פעימה, כלומר:
- 4 פעימות: פיצוץ אחד לשני סיבובים של גל ארכובה;
- 2 פעימות: פיצוץ אחד עבור כל סיבוב גל ארכובה;
- פעם אחת: שני פיצוצים עבור כל סיבוב גל ארכובה.
במילים אחרות, למרות שעקרון הפעולה של ה-1S ICE דומה לזה של מנועי 2 פעימות, הוא מצליח, עם זאת, פי שניים מהפיצוצים בכל סיבוב של גל הארכובה, ומכפיל פי ארבעה את מה שאנחנו יכולים להשיג במנוע 4 פעימות. יחד עם זאת, הארכיטקטורה החדשה הזו משיגה את כל זה עם פחות רכיבים.
זהו אחד ה"סודות" ליעילות המובטחת שלו וגם לביצועים הספציפיים שלו: לפי INNengine, 500 סמ"ק הקטן שלו מסוגל להציג מספרים השווים למנוע 4 פעימות בנפח 2000 סמ"ק.
המספרים... אפשרי
אנחנו עדיין בשלב הפיתוח, אז אין מספרים סופיים. אבל בסרטונים שבהם מופיע חואן גארידו כדי להסביר הכל על המנוע שלו (נשאיר סרטון בסוף המאמר), יש מספר שבולט: 155 ננומטר ב-800 סל"ד! נתון מרשים ורק לשם השוואה, יש לנו ערכי מומנט דומים שהושגו על ידי אלף הטורבו הקטנים בשוק שלנו, אבל הגיעו ל-1000 סל"ד מאוחר יותר ו... הם מוגדשים.מספרים הקשורים לצריכה/פליטות, נצטרך לחכות יותר, מה שמביא אותנו לשאלה הבסיסית:
האם זה יבוא לצייד רכב?
אולי, אבל לא כמו שאתה חושב. למרות שהם ממירים מאזדה MX-5 (NB) כדי לשמש אב טיפוס מבחן למנוע זה, המטרה והכיוון של הפיתוח שלו הם בעיקר לשמש כמאריך טווח לרכבים חשמליים.
העובדה שהוא כל כך קומפקטי, קל, יעיל ומייצר מספרים כה גבוהים בסל"ד נמוך כל כך - המטרה של מרחיב טווח זה היא לייצר 30 קילוואט (41 כ"ס) ב-2500 סל"ד - יכולה להפוך אותו למרחיב הטווח המושלם. פחות עלות (אין צורך בסוללה כל כך גדולה), פחות זיהום (מנוע בעירה יעיל יותר), ועידון גבוה על הסיפון (היעדר רעידות).
עם זאת, יישומים אחרים לפניו עבור מנוע זה, כאשר INNengine מפתחת מנוע לתחרות, ותעופה (קל) כבר גילתה עניין רב במנוע זה.
עולם אמיתי
כמו מנוע ה-Achates Power, אין להכחיש את הפוטנציאל של ה-INNengine 1S ICE. כדי לראות זאת באמת, דרושה תמיכה כספית עצומה, ולמרות ששתי החברות זוכות לתמיכה של Saudi Aramco (ענקית הנפט הסעודית), האידיאל יהיה לקבל תמיכה של יצרנית רכב אחת או כמה.
אם Achates Power כבר השיגה זאת בין היתר הודות לתמיכה של Cummins (יצרנית המנועים) ו-ARPA-E (סוכנות ממשלתית אמריקאית לפרויקטים מתקדמים הקשורים לאנרגיה), INNengine עדיין לא מצאה אותה.
יש 10 שנים של פיתוח, יש כבר אבות טיפוס של מנוע על ספסלי בדיקה. הריבית שנוצרת יכולה רק לעלות - אפילו בגלל ההבטחות של המאיץ הזה - אבל למרות זאת, לא מובטח שהיא תגיע לסיכום מוצלח. זאת בשל ההקשר הנוכחי, שבו תעשיית הרכב מתמקדת בכוח, רק ורק, בחשמול. לבנאי יהיה קשה לגוון את השקעתו למנוע בעירה פנימית חדש לגמרי, ומעבר למקום שבו כל כך הרבה חדש בו.
אין זה פלא שההתמקדות של INNengine בפיתוח ה-1S ICE כמרחיב טווח - נראה שזה הסיכוי היחיד שהוא יכול לתפוס חזקה בעתיד הקרוב וללכוד את העניין של תעשיית הרכב.
חשיבותו של מנוע הבעירה הפנימית בעתיד רלוונטית לא רק לרכב, אלא לכל סוגי הרכבים שבהם הוא משתמש, בין אם יבשתי, ימי או אווירי. המספרים ברורים ומדהימים.
מדי שנה מיוצרים כ-200 מיליון מנועי בעירה פנימית (כ-90 מיליון שייכים למכוניות), כך שלא צפוי שבטווח הקצר/בינוני הם פשוט ייעלמו עכשיו כש"גילינו" את החשמל.
חיוני להמשיך ולהשקיע באבולוציה שלהם, שכן הם גם חלק מהפתרון.
למי שרוצה לדעת יותר על מנוע הבעירה הפנימית הזה, אני משאיר לכם סרטון (ספרדית, אבל כתוביות באנגלית) מאת חואן פרנסיסקו קלרו, עיתונאי, שהזדמן לו לבקר במתקנים של INNengine ולדבר עם חואן גארידו, מ-INNengine: