node/43947

Η Mazda πατεντάρει ένα δίχρονο κινητήρα υψηλής απόδοσης!

Στη διαφαινόμενη δύση των κινητήρων εσωτερικής καύσης το να εξελίσσει κανείς ένα νέο, δίχρονο κινητήρα, φαντάζει τουλάχιστον άκαιρο. Η Mazda, βέβαια, μας έχει συνηθίσει σε τέτοιες out of the box προσεγγίσεις.

Όταν όλοι ακολουθούσαν το μονόδρομο των τετράχρονων κινητήρων, ο Ιάπωνας κατασκευαστής ήταν ο μόνος που συνέχιζε να δίνει ψήφο εμπιστοσύνης στους Wankel. Την περίοδο που οι πάντες στρέφονταν στα τούρμπο, η Mazda επέλεξε να τραβήξει μόνη της ένα διαφορετικό δρόμο, εξελίσσοντας την τεχνολογία SPCCI (Spark Controlled Compression Ignition). Σήμερα πάλι, όπου οι κατασκευαστές επενδύουν τα ρέστα τους στην εξέλιξη της ηλεκτροκίνησης, κάποιοι καταθέτουν πατέντες για ένα νέο, δίχρονο κινητήρα…

Δεν γνωρίζουμε εάν έχει να κάνει με το ανήσυχο πνεύμα των μηχανικών της ή με κάποια έμφυτη ανάγκη για διαφοροποίηση, η Mazda όμως έχει μία ιδιαίτερη αντίληψη για το πως λειτουργεί ο κόσμος γύρω της. Εξ ου και το γεγονός πως αποφάσισε να επενδύσει -έστω και σε μικρή κλίμακα- στην εξέλιξη ενός τέτοιου, δίχρονου συνόλου. 

Επιγραμματικά, το σύνολο των κινητήρων εσωτερικής καύσης που χρησιμοποιούν τα σημερινά αυτοκίνητα είναι τεσσάρων φάσεων λειτουργίας. Οι τέσσερις αυτοί χρόνοι αφορούν στην εισαγωγή του καύσιμου μείγματος, τη συμπίεση αυτού, την ανάφλεξη και την εξαγωγή των καυσαερίων. 

Ένας δίχρονος κινητήρας, παρότι χρησιμοποιεί και αυτός έμβολα για τη μετατροπή της χημικής ενέργειας σε κινητική, έχει αισθητά διαφοροποιημένη αρχή λειτουργίας. Αρχικά, όπως λέει και η λέξη, ένας κύκλος καύσης ολοκληρώνεται σε δύο χρόνους αντί για τέσσερις. Έτσι, στον ίδιο αριθμό κύκλων παράγει ισχύ δύο φορές πιο συχνά από ένα τετράχρονο μοτέρ. Οι πιο παραδοσιακοί δίχρονοι κινητήρες δεν έχουν εκκεντροφόρους άξονες, βαλβίδες ή οποιοδήποτε άλλο είδος κινούμενων μερών στο επάνω άκρο τους, γεγονός που τους καθιστά ελαφρύτερους, φθηνότερους, απλούστερους και ικανούς να παράγουν περισσότερη ισχύ ανά κιλό.

Γι’ αυτόν ακριβώς το λόγο και χρησιμοποιούνται ακόμα και σήμερα σε μηχανές εντούρο, μότοκρος και τράιαλ, καθώς προσφέρουν περισσότερες καύσεις, σε ελαφρύτερη συσκευασία. Αντί για βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής, τα πιο βασικά δίχρονα σχέδια διαθέτουν θυρίδες για να τραβάνε αέρα και καύσιμο μέσω του στροφαλοθάλαμου, χρησιμοποιώντας πίεση κάτω από το έμβολο.

Αυτό, σχεδιαστικά, αποκλείει την ύπαρξη ξεχωριστού συστήματος λίπανσης και την αποθήκευση λιπαντικού στο κάτω μέρος του κινητήρα. Έτσι, το λάδι πρέπει να αναμιγνύεται με τη βενζίνη και να εκχέεται απευθείας στο θάλαμο καύσης, όπως καλά γνωρίζει όποιος διαθέτει μία μικρή εξωλέμβιο ή ένα αλυσοπρίονο για να κόβει τα κλαριά του κήπου του. Η εν λόγω μίξη, που οδηγεί στην ταυτόχρονη καύση του ελαίου μαζί με το καύσιμο, αποτελεί και τον κύριο λόγο όπου ένας δίχρονος κινητήρας ούτε θα τολμούσε να σκεφτεί πως μπορεί να καλύψει τις όποιες προδιαγραφές ρύπων για αυτοκίνητα. 

Η αλήθεια είναι πως κατά καιρούς έχουν γίνει προσπάθειες να ξεπεραστεί το πρόβλημα, με την υιοθέτηση μηχανικών μερών από τετράχρονους κινητήρες. Η αυστραλιανή εταιρεία Orbital το τόλμησε τη δεκαετία του 1990, δίνοντας στη Ford τη δυνατότητα να τεστάρει μερικά πρωτότυπα, εξοπλισμένα με ένα τέτοιο μοτέρ. Ένα πειραματικό τμήμα κινητήρων της Chrysler, πάλι, ανέπτυξε ένα δίχρονο σύνολο με βαλβίδες στην κυλινδροκεφαλή και λάδι στο κάρτερ, όπως θα περιμέναμε από ένα τετράχρονο.

Mazda

Καταλήγοντας στην εφεύρεση της Mazda, ακολουθεί αντίστοιχα από κοντά το σχεδιασμό των τετράχρονων ΜΕΚ και εκμεταλλεύεται την πολυπλοκότητα και την ταχύτητα των σύγχρονων ηλεκτρονικών για να ξεπεράσει τους περιορισμούς των προηγούμενων σχεδίων. Όπως ο επαναστατικός, τετράχρονος Skyactiv-X, μπορεί να λειτουργήσει με ανάφλεξη συμπίεσης (SCCI) σε χαμηλά και μέσα φορτία και ταυτόχρονα ως συμβατικός κινητήρας ανάφλεξης, με σπινθήρα σε υψηλά φορτία. 

Παράλληλα, είναι εξοπλισμένος με άμεσο ψεκασμό βενζίνης και υπερτροφοδότη τύπου roots που παίρνει κίνηση μέσω ιμάντα, ώστε να εξασφαλίζει καύση με φτωχό μείγμα και οικονομία καυσίμου, τουλάχιστον στο χαμηλότερο έως μέσο φάσμα λειτουργίας. Το σύστημα μεταβλητού χρονισμού βαλβίδων (VVT) επιτρέπει τη διαφυγή ενός μέρους του εισερχόμενου αέρα προτού ξεκινήσει η φάση συμπίεσης, μειώνοντας αποτελεσματικά τον λόγο συμπίεσης. Επιπρόσθετα, με το άνοιγμα και των δύο βαλβίδων επιτρέπει την καλύτερη απομάκρυνση των καυσαερίων από τον κινητήρα. Η πίεση από τον υπερτροφοδότη ωθεί τα αέρια προς τη θύρα εξαγωγής, εμποδίζοντάς τα να εισέλθουν ταυτόχρονα στη θύρα εισαγωγής.

Τα συστήματα καύσης σχεδιάζονται και δοκιμάζονται πάντα σε μονοκύλινδρους κινητήρες. Αυτός όμως ο σχεδιασμός θα μπορούσε να λειτουργήσει με όσους κυλίνδρους η Mazda επιθυμεί. Η ίδια η εταιρία υποστηρίζει πως δεν έχει συγκεκριμένα πλάνα για τη χρήση του και πως δύσκολα αυτό θα ταίριαζε με την τρέχουσα στη γκάμα των μοντέλων της. Θεωρητικά πάντα, ένα τέτοιο σύνολο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως range extender σε κάποιο εξηλεκτρισμένο σύστημα κίνησης ή ακόμα και να αποτελέσει τη βάση για ένα αυτόνομο, ελαφρύ σύστημα μετάδοσης κίνησης.