Довгий термін служби двигуна внутрішнього згоряння. Іронічно, що «оголошений кінець» двигуна внутрішнього згоряння через повну електрифікацію не був перешкодою для досягнення великих успіхів за останні роки: змінна ступінь стиснення (Nissan), запалювання від стиснення в бензинових двигунах (Mazda) і тепер, Koenigsegg запустить у виробництво (хоча й дуже обмежене) перший двигун циклу Отто (4-тактний) без розподільного валу.
Саме на цьому шляху інновацій також з’являється 1S ICE компанії INNengine, який обіцяє піти ще далі.
Невеликий, але революційний двигун з дуже цікавими інженерними рішеннями всередині. давайте зустрінемося з ними?
Що таке 1S ICE?
1S ICE від INNengine — це дуже компактний двигун за розміром і потужністю, вагою всього 500 см3 і вагою всього 43 кг — його творець Хуан Гаррідо каже, що він уже працює над еволюцією цього агрегату вагою всього 35 кг (!).Його мала вага та об’єм є двома основними перевагами, які оголошують відповідальні за INNengine перед звичайними двигунами внутрішнього згоряння (4 такти):
- Зменшення загального обсягу до 70%;
- Зниження ваги до 75%;
- До 70% менше компонентів;
- І на 75% менше робочого об’єму, але з такою ж щільністю потужності, що і звичайний двигун, у 4 рази більший. Наприклад, 500 см3 1S ICE досягає такої ж потужності, як 4-тактний двигун об’ємом 2000 см3.
Ми також бачимо, що, незважаючи на малий кубічний розмір, 1S ICE має чотири циліндри і… вісім поршнів — це не помилка, насправді це вісім поршнів… Іншими словами, це два поршні на циліндр, що в даному випадку означає, що ми при наявності двигуна протилежних поршнів. Я написав протилежні поршні, а не більш відомі протилежні циліндри. Яка різниця?
Протилежні поршні старші, ніж ви думаєте
Двигуни протилежно-поршневого типу – це не те саме, що двигуни з протилежним циліндром, як ті, які ми знаємо в Porsche та Subaru. Яка різниця? У протилежних поршневих двигунах ми маємо два поршня на циліндр, які працюють один навпроти іншого, при цьому камера згоряння спільна для обох.
Однак це не є новим, коли мова заходить про двигуни внутрішнього згоряння, незважаючи на незвичайне технічне рішення.
Фактично, перший протилежний поршневий двигун датується 1882 роком, розроблений Джеймсом Аткінсоном (той самий Аткінсон, який дав свою назву однойменному циклу згоряння, що зустрічається, перш за все, в гібридних транспортних засобах, завдяки його більшій ефективності).
Основна перевага такого розташування полягає в більшій ефективності, оскільки більше немає головки циліндрів і розподільних валів — протилежні поршневі двигуни є 2-тактними — зменшується вага, складність, втрати тепла і тертя, а також вартість.
Підпишіться на нашу розсилку
Однак на практиці, оскільки два поршні в одному циліндрі повинні працювати скоординовано, вони повинні бути фізично пов’язані між собою, змушуючи замінити частину втраченої складності та ваги.
Протилежно-поршневі двигуни використовувалися, перш за все, у великих транспортних засобах, таких як кораблі, військові машини, або навіть як ефективні генератори. У автомобільному світі вони зустрічаються набагато рідше. Сьогодні, мабуть, найближчим до оснащення автомобіля (або в кращому випадку комерційного транспортного засобу) протипоршневого двигуна є двигун Achates Power. У вас є коротке відео, яке дає змогу зрозуміти, як це працює:
Протилежні поршні 2.0: прощай колінчастий вал
Яка різниця між 1S ICE від INNEngine і цим протициліндровим двигуном від Achates? Як ми бачимо у фільмі вище, для управління рухом усіх поршнів у циліндрах у нас є два колінчасті вали, з’єднані за допомогою системи передач. 1S ICE просто обходиться без колінчастих валів, а разом з ними зникають шатуни та всі пов’язані з ними шестерні.
Таким чином, завдяки значному зменшенню кількості компонентів, необхідних для роботи двигуна, INNengine досягла вищезгаданого зменшення об’єму та маси, а також потенційного підвищення ефективності.
Замість колінчастих валів ми знаходимо дві частини (своєрідний диск, який прилягає до валу двигуна), по одному на кожному кінці двигуна, з однією з його ретельно прорахованих хвилеподібних поверхонь. Саме вони дозволяють ідеально координувати рух восьми поршнів (які тепер рухаються по осі, паралельній осі двигуна).
Подивіться, як вони працюють:
Звучить абсурдно просто, чи не так? Завдяки рівновіддаленому і концентричному розташуванню всіх (кілька) рухомих частин, а також переміщенню поршнів у відповідності з основним валом, баланс цього двигуна практично ідеальний.
Відсутність вібрацій така, що, коли на випробувальному стенді показали плівку прототипу двигуна, його звинуватили в неправді, оскільки неозброєним оком не було видно, що двигун працює…
У цьому короткому відео ми також можемо побачити інші особливості 1S ICE, наприклад, можливість дещо просунути позиціонування одного з «колінчастих валів». Можливість, яка дозволяє змінювати розподіл, не клапани (їх немає), а порти (впускні та випускні), які займають їх місце. А також дозволяє динамічно змінювати ступінь стиснення, змінюючи його за потреби, як у двигуна Nissan.
Ціль цих опцій, як ви можете знайти в деяких із 4-тактних двигунів, які оснащують наші автомобілі, полягає в досягненні більшої ефективності та продуктивності. У випадку 1S ICE це забезпечує гнучкість, яку не дозволяють 2-тактні двигуни — наприклад, з протилежними поршнями — з фіксованими параметрами.
І це підводить нас до ще однієї інновації 1S ICE, того факту, що це 1-тактний двигун, функція, настільки важлива, що вона є частиною його назви: 1-тактний або 1-тактний.
Тільки 1 раз?! Так само?
Ми знайомі з терміном 4-тактний двигун (той, що оснащує наші автомобілі двигуном внутрішнього згоряння), а також 2-тактний двигун (частіше їх асоціюють з мотоциклами). Однак INNengine каже, що його двигун однотактний, що означає:
- 4-тактний: один вибух за два обороти колінчастого вала;
- 2 такти: один вибух на кожен оборот колінчастого вала;
- 1 раз: два вибухи на кожен оборот колінчастого вала.
Іншими словами, хоча принцип роботи 1S ICE подібний до принципу роботи 2-тактних двигунів, він, однак, вміє вдвічі більше вибухів за кожний оберт колінчастого вала і вчетверо більше, ніж ми можемо досягти в 4-тактному двигуні. У той же час ця нова архітектура досягає всього цього за допомогою меншої кількості компонентів.
Це один із «секретів» його обіцяної ефективності, а також його специфічної продуктивності: за даними INNengine, його невеликі 500 см3 здатні показати цифри, еквівалентні 2000 см3 4-тактного двигуна.
Цифри... можливі
Ми ще на стадії розробки, тому остаточних цифр немає. Але у відео, де Хуан Гаррідо з’являється, щоб пояснити все про свій двигун (ми залишимо відео в кінці статті), є ряд, які виділяються: 155 Нм при 800 об/хв! Вражаюча цифра і просто для порівняння, ми маємо подібні значення крутного моменту, досягнутого невеликою тисячою турбін на нашому ринку, але досягли 1000 об/хв пізніше і… вони з наддувом.Цифри, пов'язані зі споживанням/викидами, нам доведеться чекати довше, що підводить нас до фундаментального питання:
Чи прийде обладнати автомобіль?
Можливо, але не так, як ви думаєте. Хоча вони переробляють Mazda MX-5 (NB), щоб служити тестовим прототипом для цього двигуна, метою та орієнтацією його розробки є в основному служити розширювачем запасу ходу для електромобілів.
Той факт, що він такий компактний, легкий, ефективний і виробляє такі високі показники на таких низьких оборотах — мета цього розширювача діапазону — виробляти 30 кВт (41 к.с.) при 2500 об/хв — може зробити його ідеальним розширювачем діапазону. Менша вартість (немає потреби в такій великій батареї), менше забруднення (більш ефективний двигун внутрішнього згоряння) і висока витонченість борту (відсутність вібрацій).
Однак попереду для цього двигуна є інші застосування, INNengine розробляє двигун для конкуренції, і авіація (легка) вже виявила великий інтерес до цього двигуна.
Реальний світ
Як і двигун Achates Power, потенціал INNengine 1S ICE незаперечний. Щоб побачити це по-справжньому, потрібна величезна фінансова підтримка, і хоча обидві компанії мають підтримку Saudi Aramco (саудівського нафтового гіганта), ідеально було б мати підтримку одного або кількох виробників автомобілів.
Якщо Achates Power вже досягнув цього завдяки підтримці від Cummins (виробник двигунів) і ARPA-E (урядове агентство США з передових проектів, пов’язаних з енергетикою), INNengine ще не знайшов його.
Є 10 років розробки, вже є прототипи двигунів на випробувальних стендах. Сформований інтерес може тільки зростати — навіть завдяки обіцянкам цього підсилювача — але навіть у цьому випадку він не гарантує успішного завершення. Це пов’язано з нинішнім контекстом, коли автомобільна промисловість примусово зосереджена, лише і тільки, на електрифікації. Будівельнику буде важко диверсифікувати свої інвестиції в абсолютно новий двигун внутрішнього згоряння, і за його межами, де в ньому так багато нового.
Не дивно, що INNengine зосереджена на розробці 1S ICE як розширювача діапазону — це, здається, єдиний шанс, що він може закріпитися в найближчому майбутньому та зацікавити автомобільну промисловість.
Важливість двигуна внутрішнього згоряння в майбутньому актуальна не тільки для автомобіля, але і для всіх типів транспортних засобів, які він використовує, будь то наземний, морський чи повітряний. Цифри чіткі та приголомшливі.
Щороку виробляється близько 200 мільйонів двигунів внутрішнього згоряння (близько 90 мільйонів належать автомобілям), тому не очікується, що в короткостроковій/середньостроковій перспективі вони просто зникнуть зараз, коли ми «відкрили» електроенергію.
Важливо продовжувати інвестувати в їх розвиток, оскільки вони також є частиною рішення.
Для тих, хто хоче дізнатися більше про цей двигун внутрішнього згоряння, я залишаю вам відео (іспанською, але з субтитрами англійською) журналіста Хуана Франциско Калеро, який мав можливість відвідати підприємства INNengine та поспілкуватися з Хуаном Гаррідо з INNengine: