Grant na udoskonalenie 80-letniego silnika

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Niewielka firma Achates Power otrzymała od US Army grant wysokości 4,9 miliona dolarów. Pieniądze mają zostać wykorzystane na dalsze udoskonalenie silnika.. Jumo, stworzonego przez niemieckiego Junkersa w latach 30. ubiegłego wieku. Jumo, pomimo że wydzielał gęste, ciemne spaliny, był w swoim czasie najbardziej wydajnym silnikiem.

Achates Power zmodyfikowała projekt Jumo tak, by silnik spełniał współczesne standardy emisji spalin i był jeszcze bardziej wydajny niż przed laty. Zbudowała jednocylindrowy model i zaprezentowała go inżynierom z US Army. Wyniki testów były tak obiecujące, że wojsko przyznało firmie grant na rozwój wielocylindrowej wersji silnika.

Propozycja Achates Power zwróciła uwagę wojskowych przede wszystkim tym, że nowy silnik może być mniejszy i zużywać znacznie mniej paliwa niż obecnie wykorzystywane silniki. Ponadto może działać na różnych rodzajach paliwa, w tym na paliwie lotniczym i oleju napędowym. Armia będzie chciała go wykorzystać w wielu pojazdach, również w czołgach.

Specjaliści z Achates zapewniają, że ich silnik może trafić też do pojazdów pasażerskich, gdzie będzie zużywał nawet o 20% mniej oleju napędowego niż współczesne silniki diesla. To by oznaczało, że silnik diesla projektu Achates Power były nawet o 50% bardziej wydajny od silników benzynowych. Jakby jeszcze tego było mało, taki silnik mógłby kosztować o 10% mniej od współczesnych silników diesla, zatem zmniejszyłaby się różnica w cenie pojazdów napędzanych silnikiem benzynowym a dieslowskim Achates.

Niemieccy konstruktorzy silnika Jumo stworzyli unikatowy projekt, w ramach którego w jednym cylindrze umieszczono dwa tłoki i wyeliminowano głowicę cylindra. Powietrze i paliwo były kompresowane pomiędzy tłokami. Inżynierowie Achates wprowadzili dziesiątki drobnych poprawek do tego projektu. W ich ramach m.in. zmieniono kształt komory spalania i udoskonalono system wtrysku paliwa. Uzyskali w ten sposób doskonałe wyniki, jednak podkreślają, że testowano tylko jednocylindrowy prototyp, a dane z niego ekstrapolowano na teoretyczny silnik wielocylindrowy. Silnika nie sprawdzono też we wszystkich możliwych warunkach, jakie mają miejsce podczas jazdy. Inżynierowie Achates zauważają przy tym, że różnice pomiędzy jedno- a wielocylindrowym silnikiem są dobrze znane i mogą być precyzyjnie modelowane.

[Przemek Kobel 65]

Tu zdaje się chodzi o "odwrotnego boksera" Jumo 205 i okolice (ogólnie silniki Junkersa nazywały się Jumo, także te standardowe i odrzutowe).

 

Drobny problem, że trzeba dwóch korbowodów, chociaż to zdaje się dwusuw.

[mgr0700 2]

Jeżeli to dwusuw to oszczednosci z paliwa póją na olej do smarowania, tak mi sie wydaje

[Krzychu G. 0]

Wydaje Ci się - są już od lat dwusuwowe silniki diesla (np. Detroit Diesel). Olej był potrzebny tylko po to, by smarować skrzynię korbową w której mieszanka była wstępnie sprężana. W tego typu silnikach zamiast pod tłokiem wstępne sprężanie uzyskuje się przy pomocy sprężarki.

Swoją drogą, radziecka myśl techniczna popełniła (i zdążyła zarzucić razem z czołgiem T-64) już w okolicach 1958-1960 roku projekt silnika z tłokami przeciwsobnymi, pt. 5DTF.

[GODsaveTHEcat 3]

Jumo 205 z tego co wiem to dwa dwu-suwy pracujące w jednym cylindrze. Trochę szkoda, że nie promuje się naszego silniki M4+2 który działa bardzo podobnie tyle że w jednym cylindrze pracują dwu-suw i cztero-suw przez co silnik łączy zalety obu tych konstrukcji. M4+2 pozwala też na zmianę kompresji w trakcie działania silnika w zależności od obciążenia i prace na różnych paliwach. Z tego co pamiętam to już prototyp który nie pracował w diesel'u zużywał o 30% mniej paliwa, a w planach było spalanie bezpłomieniowe HCCI które miało zwiększyć oszczędność paliwa o kolejne 15%. Już ze wspomnianego 1 cylindrowego 1000ccm prototypu wyciągnięto 150KM a z obliczeń wynika że można wyciągnąć nawet do 200. Tak jak napisał Krzychu G. silnik ma normalne zamknięte smarowanie jak w czterosuwie dlatego powietrze podaje sprężarka.

Dla zainteresowanych jest co nieco na ANGIELSKIEJ wikipedii http://en.wikipedia.org/wiki/Two-_and_four-stroke_engines wstyd, że strona firmy do której należy patent już zdycha i mało co z niej można wyczytać jak również, że na polskiej wiki o tym nic nie ma. Polacy na prawdę nie umieją promować swoich wynalazków :-(

[Przemek Kobel 65]

Na oko ten angielskojęzyczny wpis jest zrobiony przez naszych, właśnie po to żeby wynalazek promować. Część czterosuwowa ma 2x większe obroty niż dwusuwowa - trochę to ogranicza zakres prędkości obrotowych. I ta sprężarka też nie upraszcza konstrukcji. Kolejna ciekawostka, tak jak ten brytyjski silnik, w którym punkt mocowania tłoka do korbowodu lata po elipsie.

[dalkar 0]

Pewnie chodzi o silnik Wankla (jeśli dobrze to napisałem)? Jeśli dobrze pamiętam to był stosowany w 2-3 modelach Mazdy, na pewno w RX-8.

[mikroos 70]

Silnik Wankla to całkowicie inne rozwiązanie.

[GODsaveTHEcat 3]

Przemek Kobel pewnie masz racje, tylko szkoda, że nie zamieszczono artykułu także na polskiej wiki. Rozumiem, że angielski jest obowiązującym "językiem technicznym" jednak przykro mi, że o polskim wynalazku muszę czytać w obcym języku.

Skoro Jumo składa się z dwusuwów to podejrzewam, że także nie ma ssania i potrzebuje jakiejś sprężarki (pewnie mechanicznej napędzanej z wału), a jakoś amerykanom to nie przeszkadza. Z tymi obrotami to faktycznie jest pewne ograniczenie, ale jeśli będziemy pobierali moc na wale dwusuwu i czterosuw potraktujemy tylko jako pomocniczy to nie powinno być większych problemów konstrukcyjnych. W końcu działało i to całkiem przyzwoicie, dostali nawet jakieś nagrody w Brukseli i Paryżu.

[waldi888231200 9]

Udoskonalają 80letni silnik bo wygasły prawa patentowe.

[Przemek Kobel 65]

Aha. Dla pewności czekali aż wygasną czterokrotnie. http://en.wikipedia.org/wiki/Term_of_patent

[Procik 1]

Ha widziałem silnik oparty na tym działaniu w muzeum kolejnictwa w York (UK), bardzo mnie zaciekawił, mimo, ze nie miałem pojęcia o historii tego rozwiązania. Byl dosyć mocno skomplikowany, był zrobiony w układzie gwiazdy, kilka warstw, prawdopodobnie był to silnik kolejowy. Jak znajdę fotkę w domu to dam linka.

 

edit: mam

Napier Deltic Engine

http://www.flickr.co...in/photostream/

 

[waldi888231200 9]

Aha. Dla pewności czekali aż wygasną czterokrotnie.

 

Widocznie czekali aż wygaśnie właściciel patentu.

[GODsaveTHEcat 3]

Procik silnik Napier Deltic z tego co wiem to konstrukcja brytyjska oparta właśnie o junkersa. Niemcy zaczeli budować silniki z tłokami ułożonymi w 4 bok (chyba jumo 223) ponieważ mieli problem z wyważeniem silnika ułożonego w trójkąt. Brytyjczycy rozwiazali ten problem i tak właśnie powstały Napier Deltic. Silniki te były bardzo wydajne ale wymagały dużo troski i skomplikowanej konserwacji. Były wykorzystywane w marynarce i pociągach, zarówno przez wojkowych jak i cywlili.

Jeśli kogoś interesują silnik z przeciwstawnymi tłokami to polecam rówież stronę greckiego konstruktora www.pattakon.com/ jestem tam sporo doskonałych animacji, filmów z dizałającymi prototypami i pomysłowych patentów. Szczególnie ciekawy dla mnie jest silnik OPRE i jego potencjalne zastosowanie w lotnictwie. W porównaniu z konstrukcjami z pattakon nasz rodzimy M4+2 może nie mieć tak dobrego wyważenia co pewnie przekłada się na mniejszą kulture pracy, ale to tylko moje domysły.

 

Czy ktoś wie dlaczego silniki z przeciwstawnymi tłokami nie są szerzej wykorzystywane? Wszędzie opisują je jako bardzo wydajne, uzyskują więcej mocy z jednostki pojemności, nie wymagają układu zaworowego. Tego typu konstrukcje potrafią też być bardzo trwałe jak np. Comers TS3 (prototypowa wersja 4 cylindorwa TS4 przejachała 1.2 miliona mil!). Gdzie jest ten haczyk, bo przecież nie chodzi chyba o ten brak ssania który można łatwo obejść przez tanią sprężarke rootsa lub odpowiednią konstrukcje silnika jak w OPRE.

[Przemek Kobel 65]

Czy ktoś wie dlaczego silniki z przeciwstawnymi tłokami nie są szerzej wykorzystywane?

 

Ja bym stawiał na konieczność budowania dwóch korbowodów, ich synchronizacji i całego tego tałatajstwa. Co prawda widziałem jeden silnik "przeciwsobny" z pojedynczym wałem korbowym, ale tak naprawdę on miał jeden wał główny, ale w każdym cylindrze po dwa "żurawie" poruszające tłokami. Efekt taki, że w silniku było 10 panewek na cylinder (w normalnym są dwie, a w przeciwsobnym z dwoma wałami - cztery).

 

 

Jeszcze jedna rzecz mnie naszła - z tego co widzę, przemysł motoryzacyjny próbuje trzymać się konstrukcji o tradycyjnej mechanice, ale usprawniać je nowoczesnym sterowaniem. O, na przykład tutaj http://en.wikipedia.org/wiki/SkyActiv zrobili diesla, który ma taki sam stopień sprężania co benzynowiec. Przy okazji przestały powstawać związki azotu i sadza. Tradycyjne problemy (zapłon, stuki) rozwiązali przez odpowiednie sterowanie zaworami i wtryskiem.

 

W ten sposób mniej ryzykują, a i tak jest postęp.

[GODsaveTHEcat 3]

Nie do końca masz racje z tymi dwoma wałami. Wspominane silniki Comers TS3 mają tylko jeden wał, to samo silniki patOP i patPOC z pattkon czy głośniejszy OPOC firmy ecomotors który chyba doczeka się zastosowania w armii. Dodatkowo konstrukcje z dwoma tłokami upraszcza brak rozrządu więc ten dodatkowy wał chyba nie jest aż tak zły skoro w zamian pozbywamy się zaworów, wałków rozrządu i reszty.

Przypomina mi się to co mówi nasz wykładowca z podstaw elektroniki "krzem nic nie kosztuje", taniej jest wprowadzić nowy układ sterowania do starego silnika niż postawić linie produkcyjną nowego typu silnika (nie mówiąc że wcześniej trzeba go dopracować, zbudować kilka prototypów itd.). Serwisowanie nowego silnika wymaga też szkoleń itd. itp. W dodatku wiele tych konstrukcji jest stosunkowo nowych i objętych patentami, być może za 20 lat gdy patenty wygasną w magiczny sposób zawitają do naszych samochodów takie cudeńka (jak to miało miejsce z technologią hybrydową).

 

[Edit] Czytając o polskim silniku JJ2S zrozumiałem, że problemem jest monitorowanie mieszanki w 2 suwie. W 4-suwie do wydechu trafiają tylko spaliny, dlatego możemy łatwo monitorować ile mieszanki zostało spalonej poprzez sprawdzenie poziomu tlenu w wydechu. W dwusuwach wydmuchujemy zużyty ładunek świeżym powietrzem, co oznacza że do wydechu trafiają spaliny wymieszane ze świeżym powietrzem więc odczyt tlenu w spalinach jest zafałszowany. Kłopotliwe jest też regulowanie obrotów silnika jeśli 2-suw pracuje na benzynie. Normalnie w 4 suwie dławimy dopływ powietrza przepustnicą, jednak jeśli zrobimy tak w 2 suwie to nie wydmuchamy wszystkich spalin, wymiana ładunku nie będzie pełna i wracamy do starego 2 suwa z trabanta :-( w dieslu jest trochę łatwiej z tym. Polecam projekt JJ2S, moim zdaniem ten szalony projekt głowicy i tłoka to lekka przesada, skoro można zastąpić to ustrojstwo zwykłą sprężarką rootsa. Sam fakt, że ktoś na to wpadł i pracuje nad wypuszczeniem POLSKIEGO motocykla z silnikiem POLSKIEGO patentu jest godzien podziwu

 

PS: Dodam ciekawostkę co do silnika TS3, były bardzo popularne w Nowej Zelandii i Australii gdzie po pewnym czasie zaczęto wyciągać je z ciężarówek i używać do pomp wody i generatorów. Podobno wystarczyło raz na tydzień przyjechać z beczką diesla i silnik sobie bez obsługowo non stop pracował przez lata! Ciężarówki Comersa które niby miały ładowność 7ton były notorycznie przeładowywane ponieważ w NZ nie było dużych ciężarówek aż do lat 70. W pagórkowatym terenie te ciężarówki z 3 litrowym silnikiem paliły 12-14mpg (po przeliczeniu coś koło 30 litrów na sto km). Informacje z komentarza [redbeard45]

[Przemek Kobel 65]

silniki Comers TS3 mają tylko jeden wał

Właśnie ten ma 10 panewek w cylindrze.

 

to samo silniki patOP

"tylko" 8 panewek, ale jeszcze więcej masy musi latać niż w TS3.

 

i patPOC z pattkon czy głośniejszy OPOC

Tutaj jest 6 (zdaje się, że konstruktorzy również walczyli z tym problemem), ale znowu kosztem masy. Ciekawe czy masy związane z ruchem obu tłoków są równe (a w zasadzie ich pędy)? BTW, w filmie o OPOC-u mówili, że planują pokazać samochód pasażerski z tym silnikiem w 2010 roku. Chyba nie wyszło...

 

Polecam projekt JJ2S

Sprytna reinkarnacja starego wynalazku samochodowego:

 

 

Mam wrażenie, że przyszłość tych silników jest taka jak TS3 - w jakichś agregatach i pompach. W sprzęcie "cywilnym" (osobówki) dąży się do jak najmniejszej bezwładności, więc te wszystkie sztaby i popychacze raczej odpadają.

[GODsaveTHEcat 3]

Jeśli dobrze kojarzę OPOC i OPRE są tak zrobione żeby przeciwstawne tłoki równoważyły swoje pędy (i momenty na wałach w OPRE). Stąd się wzięło "lotnicze" zastosowanie dla OPRE i pomysł na dołączanie kolejnych segmentów w OPOC.

Silnik który wysłałeś to bardzo interesujący patent, nie spotkałem się z nim wcześniej. Z tego co wyczytałem to silniki "Sleeve valve" występowały zarówno w 2 jak i 4 suwie, nie umiem znaleźć nigdzie w jaki sposób działało sprężanie w 2 suwie przy tym typie zaworów. Ciekawy jestem czy nasz konstruktor bazował na sleeve valve przy obmyślaniu JJ2S. Jednak jak pewnie zauważyłeś polski patent jest o wiele prostszy. W sumie moim niefachowym okiem widzę jedyną szanse dla JJ2S w tym że pozostanie prosty i bardzo tani. Sprężanie w głowicy to szalony pomysł, przecież głowica jest gorąca od pracujacego silnika, w dodatku cilnider też będzie gorący. Czyli już w czasie zasysania do komory wstępnej powietrze będzie rozgrzewane, kiedy trafi już do cylindra pewnie będzie gorące jak diabli co pewnie skutecznie obniży osiągi tego silnika, ale to tylko takie moje luźne przemyślenia.

Wracając do tematu wagi silników z przeciwstawnymi tłokami znalazłem katalog Rootes Disel Engines (od TS3) z tego co udało mi odczytać to największa 3.5 litrowa wersja 3D215 ważyła pół tony i osiągała 135kM i moment ok 460Nm. Waga i osiągi podobne do silnika mercedesa OM352 5.7l z podobnego okresu (trafiłem na niego szczęśliwym trafem). Stąd wnioskuję, że ta dodatkowa waga jest "równoważona" przez wyższe osiągi silników dwusuwowych osiąganych z tej samej pojemności. Zresztą samo zastosowanie Jumo 205 w lotnictwie potwierdza, że stosunek waga/moc nie jest w tych konstrukcjach aż tak tragiczny.

 

Pozdrawiam

PS. Miło że wywiązała się tutaj taka rozbudowana dyskusja :-)

[tommy2804 1]

Stary, dobry Junkers Jumo...