O διχασμένος κινητήρας της Scuderi

«Σε ένα τετράχρονο κινητήρα ένας κύκλος λειτουργίας πραγματοποιείται σε δύο στροφές του στροφαλοφόρου, σε 720 μοίρες. Πως σας φαίνεται ένας κινητήρας που και οι τέσσερις χρόνοι γίνονται σε μία μόλις περιστροφή; Σε ένα χρονοπαράλληλο κινητήρα, σε κάθε παλινδρόμηση του εμβόλου έχουμε φάση εκτόνωσης, άρα και έργο. Σε αντίθεση με τον Otto που έχουμε καύση σε κάθε δεύτερη περιστροφή του άξονα»…

Πείτε τον σχάσιμο, διαιρούμενο, διαχωρισμένο, διασπασμένο, ο κινητήρας split-cycle της Scuderi είναι ένα από τα πιο ενδιαφέροντα θέματα για το caroto.gr. Η ακριβής απόδοση στα ελληνικά ίσως να είναι κινητήρας διαιρούμενων χρόνων αλλά εμείς για να ακούγεται ακόμη πιο εύηχα θα τον αποκαλούμε ως “χρονοπαράλληλο κινητήρα”. Γιατί έτσι; Επειδή ουσιαστικά μιλάμε για ένα τετράχρονο κινητήρα που οι δύο χρόνοι του εκτελούνται σχεδόν ταυτόχρονα (παράλληλα) σε δύο διαφορετικούς κυλίνδρους. Συγκεκριμένα, οι φάσεις της εισαγωγής και της συμπίεσης πραγματοποιούνται στον ένα κύλινδρο και οι φάσεις της εκτόνωσης και της εξαγωγής στον άλλο. Καθώς στον πρώτο κύλινδρο γίνεται η εισαγωγή και η συμπίεση, ο συμπιεσμένος αέρας μεταφέρεται μέσω ενός αυλού στον δεύτερο κύλινδρο, όπου γίνεται η καύση και η εξαγωγή των καυσαερίων. Με άλλα λόγια, ο πρώτος κύλινδρος λειτουργεί σαν συμπιεστής και ο δεύτερος σαν θάλαμος καύσης.

H εταιρία Scuderi κατοικοεδρεύει στο San Antonio, του Τέξας, και αντικείμενο μελέτης της είναι η εξέλιξη κινητήρων εσωτερικής καύσης έχοντας κατοχυρώσει δεκάδες πατέντες που αφορούν στον κινητήρα spit cycle που μπορεί να λειτουργήσει με βενζίνη ή ντίζελ προσφέροντας διπλάσια θερμοδυναμική απόδοση από τους συμβατικούς κινητήρες Otto (με 33% απόδοση) και μειώνοντας έως 80% τις εκπομπές NOx.

Ο χρονοπάραλληλος κινητήρας δεν είναι κάτι καινούργιο καθώς έχει επινοηθεί από το 1914. Πολλές πατέντες και παραλλαγές του εμφανίστηκαν κατά καιρούς αλλά καμία από αυτές δεν μπόρεσε τόσο σε απόδοση, αλλά κυρίως σε αξιοπιστία, να συγκριθεί με τους συμβατικούς κινητήρες. Και αυτό, διότι οι χρονοπαράλληλοι κινητήρες έχουν δύο βασικά ζητήματα που πρέπει να επιλυθούν: α) την φτωχή αναπνοή τους και β) την χαμηλή θερμική τους απόδοση.

SMS==> Δείτε εδώ τρία βίντεο για τον επαναστατικό κινητήρα της Scuderi!

Το πρώτο ζητούμενο προκαλείται από τον περισσευούμενο αέρα που παγιδεύεται στον κύλινδρο της συμπίεσης και το πρόβλημα που δημιουργείται από τη νέα ποσότητα που εισέρχεται με αποτέλεσμα… το κόλπο να μπουκώνει. Η λύση δίνεται από την μείωση της απόστασης του ΑΝΣ του εμβόλου από την κυλινδροκεφαλή (στον κύλινδρο συμπίεσης). Η απόσταση αυτή δεν είναι μεγαλύτερη από 1 χιλιοστό και έτσι σχεδόν τα 100% του αέρα οδηγείται στον αυλό εξαλείφοντας το πρόβλημα της αναπνοής. Κάτι ανάλογο, δηλαδή, σα να έχουμε σχέση συμπίεσης 100:1 με την πίεση να φτάνει τα 50 bar -στην περίπτωση των ατμοσφαιρικών Scuderi να ξεπερνά τα 130 bar στους υπερτροφοδοτούμενους.

Το δεύτερο ζητούμενο αφορά στη χαμηλότερη απόδοση του διττού κινητήρα, σε σχέση με έναν συμβατικό κινητήρα Otto. H Scuderi ισχυρίζεται πως το πρόβλημα αυτό υπήρχε επειδή σε ότι έχουμε δει μέχρι σήμερα ο ψεκασμός γίνεται λίγο πριν το ΑΝΣ (όπως στους Otto). Όταν το καύσιμο ψεκάζεται με αυτό τον τρόπο, όταν η ανάφλεξη επέρχεται πριν το ΑΝΣ στον κύλινδρο, είναι επόμενο να παγιδεύεται στον άλλο -πρώτο κύλινδρο- αέρας. Στον χρονοπαράλληλο της Scuderi το μίγμα ψεκάζεται εφόσον το έμβολο έχει αρχίσει να κατεβαίνει, περίπου 11-15 μοίρες μετά το ΑΝΣ.

Scuderi… tips!

• Η γεωμετρία των εμβόλων (κατασκευάζονται από την Mahle GmbH) καθώς και το σύστημα που χρονίζει τις φάσεις ανάμεσα στους δύο κυλίνδρους (της επίσης γερμανικής Schaeffler) αποτελεί μυστική για την ώρα πατέντα της Scuderi.
• Στην περίπτωση που αυξηθεί η διάμετρος του κυλίνδρου συμπίεσης τότε έχουμε περισσότερο αέρα που φτάνει στον κύλινδρο καύσης. Κάτι περίπου σαν υπερτροφοδότηση.
• Αυξάνοντας το μήκος του κυλίνδρου καύσης μπορεί να προκύψει κύκλος λειτουργίας Miller.
• Ο κινητήρας της Scuderi μπορεί να συνδυαστεί με σύστημα υπερτροφοδότησης που παίρνει κίνηση από τα καυσαέρια, όπως συμβαίνει σε ένα συμβατικό turbo.
• Οι βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής είναι πνευματικές και είναι πλήρως ρυθμιζόμενες ως προς τον χρονισμό και την βύθισή τους. Κατασκευάζονται από την σουηδική Cargine Engineering.
• Οι βαλβίδες που ρυθμίζουν το πέρασμα του αέρα από τον κύλινδρο συμπίεσης στον κύλινδρο καύσης είναι on/off και ανοιγοκλείνουν με ελατήρια.
• Ο αυλός εισαγωγής είναι ζωτικής σημασίας για τον διττό κινητήρα της Scuderi καθώς ανάλογα με το μήκος του μπορεί να διαφοροποιηθεί η θερμοκρασία του αέρα που ταξιδεύει προς τον θάλαμο καύσης. Όσο πιο μακρύς τόσο πέφτει η θερμοκρασία.
• Τα μπεκ που ψεκάζουν το καύσιμο υπό πίεση 200 bar στον θάλαμο καύσης είναι της Bosch και έχουν σχεδιαστεί αποκλειστικά για τον κινητήρα της Scuderi.

Air Hybrid Scuderi

• Ο διττός κινητήρας μπορεί να συνδυαστεί με μία δεξαμενή που επικοινωνεί με τον αυλό που γεφυρώνει τους δύο κυλίνδρους. Εδώ έχουμε να κάνουμε με μία φάση αντίστοιχη με ανάκτηση ενέργειας.
• Για παράδειγμα, όταν το αυτοκίνητο κατηφορίζει και ο κινητήρας λειτουργεί χωρίς φορτίο τότε το έμβολο στον πρώτο κύλινδρο συμπιέζει συνεχώς αέρα στη δεξαμενή. Η βαλβίδα εισαγωγής στον δεύτερο είναι κλειστή.
• Όταν ο οδηγός πατήσει γκάζι τότε η βαλβίδα στον πρώτο κύλινδρο φράζει και ανοίγει στον δεύτερο διοχετεύοντας τον πεπιεσμένο αέρα στον θάλαμο. Ο εισερχόμενος αέρας ρυθμίζεται ανάλογα με το άνοιγμα της βαλβίδας.