Odkrywamy tajemnice silnika bez korbowodów. Twórcy odpowiadają na wasze wątpliwości

Silnik z wolnym tłokiem firmy Libertine spotkał się z waszym dużym zainteresowaniem. Wśród komentarzy pojawiły się zasadne pytania, dlatego postanowiłem je skierować do twórców tej ciekawej konstrukcji. Poniższe odpowiedzi pozwalają jeszcze lepiej zgłębić temat silnika, który może być napędzany między innymi mieszanką alkoholu i wody.

Przypomnę, że silnik brytyjskiego start-upu Libertine to nowatorski i nietypowy projekt, w którym tłoki nie są połączone fizycznie z wałem korbowym. Takiego wału tutaj po prostu nie ma. Zamiast tego, posuwisty ruch tłoków zamieniany jest na energię elektryczną. Spalanie mieszanki "ładuje" akumulator poprzez pole magnetyczne wytworzone pomiędzy cewkami zamontowanymi w korpusie cylindra i magnesami trwałymi wbudowanymi w tłoki.

Te ostatnie pracują parami w długim cylindrze w cyklu dwusuwowym. Pierwszy suw zapewnia detonacja mieszanki pomiędzy cylindrami, który posyła je w przeciwległe krańce cylindra. Tam odbijają się od sprężonego powietrza, które działa jak sprężyna gazowa, i wracają ku sobie, czekając na kolejną detonację.

Producent argumentuje, że takie rozwiązanie, daleko inne od tych stosowanych w motoryzacji czy też przemyśle do tej pory, daje przewagę większej wydajności, a przede wszystkim możliwość łatwej adaptacji do różnych paliw, włącznie z mieszanką bioetanolu i wody. Więcej o samym silniku i zasadzie jego działania pisałem w tekście, który możecie znaleźć poniżej:

W komentarzach do tego artykułu, a także na naszych kanałach społecznościowych pojawiło się kilka zasadnych pytań dotyczących działania tej konstrukcji. W związku z tym powróciłem do kontaktu z jej twórcami, by rozwiać te wątpliwości.

Mateusz Żuchowski, Autokult: Tekst o Waszym silniku spotkał się z dużym zainteresowaniem polskich czytelników. Pojawiły się też pytania i wątpliwości co do projektu. Jedna z nich dotyczy zapłonu. Czy tak silne pole magnetyczne indukowane w cylindrach nie generuje problemów z zapłonem?

Sam Cockerill, dyrektor zarządzający Libertine FPE: Pola magnetyczne są ograniczone do stojanów poprzez zastosowanie kompozytowego materiału magnetycznego miękkiego i przez to pole to nie wpływa na samo spalanie.

M.Ż.: Taka organizacja pracy cylindrów budzi dalsze wątpliwości. Teoretycznie nawet niewielkie problemy z zapłonem mogłyby doprowadzić do zderzenia się pędzących ku sobie cylindrów i zniszczenia całego silnika.

S.C.: Komory odbijające i komory główne działają jak sprężyny gazowe o zdolności magazynowania energii, która przekracza energię kinetyczną tłoka po detonacji mieszanki. To nasz bierny system bezpieczeństwa przed zderzeniami w cylindrze. Wprowadziliśmy również aktywne systemy, które kontrolują takie niebezpieczeństwa i w razie potrzeby wpływają na profil prędkości tłoków.

M.Ż.: Kolejne potencjalne zagrożenie stanowi przedmuch na cylindrze. Nawet niewielki przedmuch po jednej stronie mógłby zaburzyć synchronizację pary tłoków i doprowadzić do uszkodzeń silnika.

S.C.: Wymienione wyżej aktywne systemy bezpieczeństwa utrzymują synchronizację pomiędzy tłokami poprzez nieustanną kontrolę i utrzymywanie wyznaczonego profilu prędkości tłoków. W miarę potrzeby systemy te mogą regulować tę prędkość.

M.Ż.: Tyle z zagadnień technicznych, porozmawiajmy jeszcze o samym pomyśle na wykorzystanie tego silnika w samochodzie osobowym. Ile takich dwutłokowych cylindrów znalazłoby się w przeciętnym aucie i jakie by były ich parametry?

S.C.: Do zastosowania przemysłowego przewidujemy wykorzystanie silników, w których znajdzie się od 2 do 4 takich cylindrów, z których każdy generuje 40 – 60 kWe. W przypadku samochodów osobowych na ten moment wyobrażamy sobie silniki z 1 do 3 cylindrów o mocy 20 – 30 kWe każdy.

M.Ż.: Część spalinowa służy tylko jako generator zasilający elektryczną część napędu. Jakie parametry będzie miała ta część elektryczna? Jakie byłyby finalne parametry takiego samochodu? Jak wyglądałaby jazda takim samochodem, który z dostępnych obecnie modeli by ona przypominała?

S.C.: Nie zajmujemy się kompletnymi układami napędowymi, więc te kwestie pozostawimy już w gestii producentów samochodów. Samochód wyposażony w nasze rozwiązanie będzie działał tak samo jak inne hybrydy szeregowe z pokładowym generatorem prądu, bo zmienia się tylko sam generator. Skala zastosowania jest więc bardzo szeroka, bo za ostateczne osiągi samochodu odpowiada silnik elektryczny, który można dowolnie dobrać.

Przykładem takiego modelu z pokładowym generatorem prądu (choć wspartym na zupełnie innym silniku spalinowym) jest Nissan e-Power. Tam układ wykorzystuje półtoralitrowy silnik spalinowy generujący około 60 kWe, który ładuje niewielki akumulator o pojemności 1,5 kWh, co razem składa się na ponad 100 kW mocy napędu.

S.C.: Potencjalnie możemy osiągnąć 50 proc. sprawności przy zamianie energii chemicznej (paliwa) na elektryczną. Sprawność porównywalnego generatora z zapłonem iskrowym w obecnych na rynku hybrydach szeregowych wynosi 30 proc.

S.C.: Wykazuje dużo lepsze parametry. Jest to szczególnie widoczne przy działaniu systemu start/stop, jako że konwencjonalny silnik przy każdym uruchomieniu oraz zatrzymaniu posyła duże drgania skrętne przez cały samochód.