Wankel motoru, Stirling motoru ve çeşitli turbo güç üniteleri hiçbir zaman otomotiv ana akımına girmedi. Birçok tanınmış şirket (Mazda’dan GM’ye, Mercedes’ten Volvo’ya) onlarca yıl boyunca bunlar üzerinde çalıştı, küçük firmalar ve bireysel mucitler de ısrar etti. Ne yazık ki, belirli bir tasarımda ilk bakışta göründüğünden çok daha fazla tuzak olduğu ortaya çıktı. Ancak bu, alternatif güç ünitelerinin geliştirilmesinin imkansız olduğu anlamına gelmiyor. Meraklılar farklı fikirler üzerinde çalışıyor ve sizinle bir dizi egzotik şema paylaşmak istiyoruz.
Umut vadeden motorların bazı yaratıcıları, silindir, piston, biyel kolu ve krank mili kombinasyonunun bir asırdan fazla süredir kendini kanıtladığına ve içten yanmalı motorun parametrelerini iyileştirmek için onu yeniden icat etmenin gerekli olmadığına karar verdiler – sadece bazı yönleri düzeltmek yeterli. Bu nedenle, listemizdeki ilk, klasik emme, sıkıştırma, güç ve egzoz stroklarına sahip olan ancak aynı silindirde değil, farklı silindirlerde meydana gelen Amerikan şirketi Scuderi Group’un motorudur. Sözde soğuk silindir emme ve sıkıştırmadan, ikincisi ise sıcak silindir ise güç stroğu ve egzozdan sorumludur.
Çalışan silindirde gaz genleşmesi varken, soğukta emme stroğu, kompresörde emme stroğu gerçekleşir. Çalışan silindirde egzoz, soğukta sıkıştırma. Sıkıştırma strokunun sonunda pistonlar üst ölü merkezlerine yaklaşır, bir karışım bypass kanalından soğuk silindirden sıcak silindire hareket eder ve tutuşur. Böyle bir bölünmüş çevrim (ilke olarak, değiştirilmiş olsa da Otto çevrimi) 2006 yılında Amerikalılar tarafından icat edildi ve 2009 yılında pilot Scuderi Bölünmüş Çevrim Motorunu inşa ettiler. Kompresör ve çalışan silindirler, pistonların farklı çaplarına ve stroklarına sahip olabilir, bu da parametreleri esnek bir şekilde ayarlamayı mümkün kılar – ek gaz genleşmesine sahip Miller çevriminin bir benzeridir.
Silindirler arasındaki kanala valfli bir dal ve yüksek basınçlı bir şişe eklerseniz, böyle bir motorun frenleme sırasında enerji toplamasını ve hızlanma sırasında kullanmasını sağlayabilirsiniz. Ancak, birkaç yıldır Scuderi Group’un faaliyetleri yalnızca prototipler ve sergilere katılımla sınırlıydı. Görünüşe göre gerçek verimlilik, buradaki tasarımın yüksek karmaşıklığını hala yenemiyor.
Hırvat şirketi Paut Motor’un geliştiricileri de bölünmüş çalışma döngüsüne yöneldi. “Aralıklı” tasarımları, daha az parça, düşük sürtünme ve azaltılmış gürültü ile dikkat çekti. Ve karterde yağ olmaması nedeniyle yağlama sistemi için harici bir tanka duyulan ihtiyaç korkutmadı. Mucitler birkaç prototip inşa etti. Yedi litre kapasiteli, boyutları (500×440×440 mm) ve ağırlığı (135 kg), geleneksel içten yanmalı motorların neredeyse yarısı kadardır. Ancak çıktı hiçbir zaman belirlenemedi. Son prototip 2011’de birleştirildi ve ardından proje durdu.
2006 yılında Amerika Birleşik Devletleri’nde Walter Schmid tarafından icat edilen Bonner iki zamanlı motor (sponsor Bonner Motor’un adını almıştır) daha da karmaşıktır. Paut Motor projesinde olduğu gibi, silindirler burada X harfi şeklinde düzenlenmiştir ve krank mili de dişli sistemi nedeniyle planet hareketi gerçekleştirir.
Silindir tabanlarındaki valfler ve motor gövdesindeki dönen makaralı valfler Bonner’da gaz dağıtımından sorumludur. Aynı zamanda, harici pistonlar yağ basıncı altında hafifçe kayabilir ve değişken bir sıkıştırma oranı sağlayabilir. Ne kadar karmaşık bir şema! Ve tüm bunlar ağırlık birimi başına yüksek güç uğruna. Teoride, Bonner ilginç görünüyor, ancak pratikte uzun süredir bununla ilgili hiçbir haber yok – görünüşe göre beklentileri karşılamamış.
Diğer mucitler içten yanmalı motorun çalışma döngülerini değiştirmediler, ancak parçalarının konumuna odaklandılar. Bunlar, örneğin, yüz yıldan daha eski eksenel motorlardır. Hepsi ayrıntılarda farklılık gösterir, ancak ortak bir prensipte birleşirler – silindirler, eksenel bir çıkış şaftıyla bir revolver silindirindeki kartuşlar gibi düzenlenmiştir. Motorun uzunlamasına eksenine eğimli pimler, konik rondelalar ve benzerleri gibi farklı sistemler, pistonların ileri geri hareketlerini şaftın dönüşüne dönüştürmekten sorumludur.
Duke Engines şirketinin Yeni Zelanda projesi, üç litre kapasiteli beş silindirli dört zamanlı bir motor, çeşitli eksenel ünitelerdir. Aynı kapasitedeki klasik içten yanmalı motorla karşılaştırıldığında, yazarların hesaplamalarına göre bu, %19 daha hafif ve %36 daha kompakttı. Çeşitli alanlarda kullanılması vaat edildi, ancak tüm dünyayı fethetme hayalleri hayal olarak kaldı.
Kanadalı Reg Technologies şirketinin RadMax motoru daha da karmaşık bir eksenel örnektir. Burada silindirler yerine, ince kanatların yardımıyla ortak bir tamburda bir düzine bölme düzenlenmiştir. Rotorun yuvalarına, dönerken bunlar boyunca hareket eden plakalar yerleştirilmiştir. Ortaya çıkan değişken hacimler, uçlardaki kavisli yüzeyleri sınırlar: kanatların yörüngesini belirler ve gaz değişimini kontrol eder.
RadMax şeması, başlangıçta mucitler dizel seçmiş olsalar da, farklı yakıt türleri için motorlar yaratmayı mümkün kılar. 2003 yılında, çapı ve uzunluğu yalnızca 152 mm olan bir prototip inşa edildi. 42 beygir gücü geliştirdi – benzer büyüklükteki bir içten yanmalı motordan çok daha fazla. Daha sonra şirket, 127 ve 380 beygir gücüne sahip daha büyük prototipler yarattığını bildirdi. Ancak, yayınlara bakılırsa, tüm faaliyetleri hala deneylerden öteye gitmiyor.
Zaten ortadan kaybolmuş olan Kanadalı VGT Technologies şirketinin Toroidal Yuvarlak Motoru (veya VGT Motoru), teorinin pratikten üstün olduğuna dair bir başka örnektir. Değişken geometrili bir toroide sahip motorun ilk prototipleri (bu nedenle VGT — Değişken Geometrili Toroidal Motor harfleri) mühendisler tarafından 2005 yılında test edildi.
Buradaki toroid, içinde bir çift pistonun bağlı olduğu bir rotorun döndüğü bir silindir rolünü oynar. Güç vuruşlarını sağlamak için gereken değişken hacimler, toroid boyunca kayış tahriki veya başka bir şeyle dönen pistonlar için bir kesik bulunan ince bir dağıtım diski vasıtasıyla pistonlar arasında oluşturulur. Bu disk, sıkıştırma ve güç vuruşu sırasında yakıt-hava karışımını kısıtlar.
2009’da Amerikalı girişimciler Gary Kelley ve Rick Ivas, toroidal motorlarını geliştirdiler ve esasen Kanadalı olanı yeniden yarattılar. Tahminlerine göre, yarım metre çapındaki bir toroid, yalnızca 1050 rpm’de 230 beygir gücü ve yaklaşık 1000 N⋅m sağlardı. Ancak… şu anda şirketlerinin Garric Engines web sitesinde bir taslak var: “İlginiz için teşekkür ederiz. Sayfa gelecekte güncellenebilir.” Belki de 2006’da Amerikalı Leonard Meyer tarafından icat edilen sözde nutating motorunu biraz daha iyi bir kader bekliyor – en azından birkaç kopyası üretildi.
Motorun adı Latince nutatio kelimesinden gelmektedir. Meyer, motor gövdesi ile piston görevi gören yanlara doğru uzanan disk arasında değişken hacimli dört çalışma odası oluşturmuştur. Disk, çapı boyunca ikiye kesilmiş ve güç üreten Z şeklinde bir şafta bağlanmıştır. Gövdedeki kanallar ve valfler gaz değişiminden sorumludur.
Meyer’in motorunun prototipleri Baker Engineering ve kardeş şirketi Kinetic BEI tarafından yapılmıştır. Ünite, 102 mm çapındaki tek bir disk ile yedi beygir gücü ve 203 mm’lik bir çift disk ile 120 beygir gücü üretmektedir! İki diskli motorun uzunluğu 500 mm, çapı 300 mm ve kapasitesi 3,8 litredir. Seri üretilen atmosferik içten yanmalı motorlarda bir veya iki beygir gücüne karşı kilogram başına 2,5-3 beygir gücü (kütlesel olmayan motorlar arasında, bazı Ferrari motorları kilogram başına üç beygir gücünden fazlasını üretir, ancak yüksek 9000 rpm’de). Ancak litre kapasitesi etkileyici değildir. Şimdi Baker ve Kinetic, web sitelerinde pek fazla etkinlik olmamasına rağmen projeleri şekillendiriyor gibi görünüyor.
Çeşitli tiplerde döner üniteler fikri, sanki bilindik şemadan sadece bir sapma bile performansta önemli bir artış sağlıyormuş gibi, sıklıkla yenilikçileri cezbediyor. Bu nedenle, uzun zaman önce Amerika Birleşik Devletleri’ne taşınan SSCB doğumlu Nikolay Shkolnik, oğlu Alexander ile birlikte Wankel motoruna benzeyen, ters çevrilmiş bir motor geliştirdi. Fıstık şeklindeki rotor, üçgen bir haznede aynı şekilde döner, ancak Wankel ünitesinin aksine, contalar pistona değil, hazne duvarlarına sabitlenir.
Tasarımı geliştirmek için Shkolnik’ler, DARPA’yı çeken LiquidPiston şirketini kurdular – şimdi dronlar ve taşınabilir jeneratörler de dahil olmak üzere hafif uçaklarda “fıstık” ünitelerinin çalıştırılması amacıyla deneylere ortak finansman sağlıyor. 23 cm3 kapasiteli bir prototip motor, bu boyutlar için %20’lik iyi bir verimliliğe sahiptir. Şimdi yazarlar, hibrit bir arabaya monte edilmek üzere yaklaşık 13 kg ağırlığında ve 40 beygir gücünde bir dizel prototipi hedefliyorlar. Verimliliğinin %45’e çıkacağı iddia ediliyor.
İnceleyeceğimiz son motor, düz bir ünitenin fikrinin (rotor çok dar yapılabildiği için) cazip olduğunu gösteriyor. Aynı zamanda, rotorların kendileri uygulanması için o kadar da gerekli değil – geleneksel pistonu karelemek ve buna göre silindiri üstten görünümde dikdörtgen yapmak yeterlidir.
Pivotal Engineering şirketinin bu garip gelişimi, motosikletleri ve uçakları dişlileyen bir dizi prototipin yaratıldığı birkaç yıldır varlığını sürdürüyor. Yazarlar, sözde sallanan pistonu öncelikle havacılık için ele alıyor. Ağırlık ve boyutlara göre yüksek çıkış özelliklerine ek olarak, böyle bir iki zamanlı ünite, pistonun sabit ekseninden bir sıvı soğutma kanalının geçişi nedeniyle zorlama yeteneğine de sahiptir. Böyle bir numara, farklı bir şema ile zordur.
İncelememizin dışında, 12 rotorlu Wankel motoru, Knight motoru veya zıt pistonlu üniteler, değişken sıkıştırma oranına sahip veya beş zamanlı içten yanmalı motorlar (bunlar da var!) ve ayrıca rotorun bileşenlerinin birleşen ve uzaklaşan makas bıçakları gibi hareketler yaptığı döner kanatlı üniteler gibi birçok egzotik gelişme var.
Klasik içten yanmalı motorların sınırlarının ötesine kısa bir gezinti bile, seri üretimde ne kadar çok fikrin uygulanmadığını gösterdi. Rotorlar genellikle conta aşınması sorunu yüzünden mahvolur. Döner kanatlı seçenekler ayrıca, bıçaklar ile şaft arasındaki bağlantı mekanizmasını bozan yüksek alternatif yüklerden muzdariptir. Bu, üretim arabalarında bu tür “mucizeleri” görmememizin nedenlerinden sadece biridir.
İkinci neden ise geleneksel içten yanmalı motorların üretiminin durmamasıdır. Miller çevrimine sahip son benzin örneklerinde, turboşarj olmadan bile termal verimlilik %40’a ulaşıyor. Bu çok fazla. Çoğu benzin ünitesinde %20-30 var. Dizel motorlarda – %30-40 (büyük gemilerde – %50’ye kadar). Ve en önemlisi – içten yanmalı motora küresel bir alternatif zaten bulundu. Bunlar elektrik motorları ve yakıt hücreli güç üniteleridir. Bu nedenle, merak uyandıran şeylerin mucitleri çok yakın bir gelecekte tüm teknik sorunları çözmezlerse, elektrikli otomobillerin önündeki ilerleme marjlarından uzaklaşamayacaklar.
Bu bir çeviridir. Orijinalini buradan okuyabilirsiniz: https://www.drive.ru/technic/57769ed4ec05c4745f00009b.html
Yayımlandı October 07, 2021 • 11m to read
