Κείμενο : Δημήτρης Καραγεωργίου

Duke engine. Απίστευτα συμπαγής και ελαφρύς αξονικός κινητήρας.

Ο αξονικός κινητήρας Duke, είναι ελαφρύτερος, πιο συμπαγής και ήδη ελαφρώς πιο ισχυρός, από ό, τι ένα τυπικό ισοδύναμο κινητήρα, ακόμη και αν είναι μόνο ένα πρωτότυπο.

Το εργαστήριο Duke Engines της Νέας Ζηλανδίας, ήταν απασχολημένο με την ανάπτυξη και την επίδειξη εξελιγμένων τεχνολογιών, με εξαιρετικά αποτελέσματα και εν προκειμένω, με ένα παράξενο πρωτότυπο αξονικό κινητήρα, που περιλαμβάνει μεγάλου μεγέθους βαλβίδες, ενώ παρέχει εξαιρετική ισχύ και ροπή από ένα κινητήρα πολύ μικρότερο, ελαφρύτερο και απλούστερο από την υπάρχουσα τεχνολογία.

Όπως εξηγεί ο συν-ιδρυτής της εταιρείας John Garvey, ο νέος αυτός αξονικός κινητήρας είναι 3-λίτρων, πέντε κύλινδρων και παρέχει ισχύ 215 ίππων και ροπή 250 lb-ft στις 4,500 σ.α.λ., ελαφρώς ξεπερνώντας δύο συμβατικούς κινητήρες αναφοράς 3 λίτρων, αλλά ζυγίζουν σχεδόν 20% περισσότερο και είναι σχεδόν τρεις φορές μεγαλύτεροι σε όγκο. Με την πρωτοποριακή του σχεδίαση, φαίνεται να είναι σε καλό δρόμο για να αποδώσει ακόμα καλύτερη ισχύ, μεγαλύτερη συμπίεση και αυξημένη αποδοτικότητα σε ένα εξαιρετικά συμπαγές και ελαφρύ πακέτο με πολύ λιγότερα κινούμενα μέρη από τους συμβατικούς κινητήρες.

Ο κινητήρας Duke, βασίζεται σε αξονικό σχεδιασμό, πράγμα που σημαίνει ότι οι πέντε κυλίνδροι του, περικυκλώνουν τον κινητήριο άξονα, που τρέχει παράλληλα με αυτούς. Τα έμβολα οδηγούνται από ένα κεντρικό έμβολο σε σχήμα αστεριού παλινδρομητού, που συντονίζεται γύρω από τον άξονα μετάδοσης κίνησης, σαν ένα είδος δακτυλίου περιδίνησης. Αυτό, χρησιμοποιείται για την οδήγηση του κεντρικού άξονα, ο οποίος περιστρέφεται κατά την αντίθετη κατεύθυνση προς αυτήν του παλινδρομητή. "Αυτή αντίθετη περιστροφή κρατά τον κινητήρα εξαιρετικά ζυγοσταθμισμένο», λέει ο John Garvey. Αυτό, επιβεβαιώνεται από το παρακάτω βίντεο, όπου η ευστροφία του κινητήρα δεν είναι αρκετή για να προκαλέσει αρκετές δονήσεις, ώστε να ανατρέψει ένα νόμισμα από την πλευρά του. Τα μπουζί είναι επίσης τοποθετημένα σε αυτό τον στατικό δακτύλιο και με τον τρόπο αυτό, ο κινητήρας εξαλείφει όλη την πολυπλοκότητα της λειτουργίας της βαλβίδας και καταφέρνει να τρέξει ένα 5κύλινδρο κινητήρα με μόλις τρία μπουζί και τρία μπεκ ψεκασμού καυσίμου. Η διάταξη αυτή, μπορεί να εφαρμοστεί σε ένα ως 6κύλινδρο κινητήρα, αλλά με τεράστια εξοικονόμηση βάρους και μια τεράστια μείωση του αριθμού των τμημάτων του κινητήρα.

Ο κινητήρας έχει δείξει εξαιρετική αντοχή στην προ-ανάφλεξη, ενδεχομένως επειδή οι κύλινδροι του τείνουν να λειτουργούν σε χαμηλότερες θερμοκρασίες από ό, τι συγκρίσιμοι κινητήρες. Επίσης, έχει τρέξει αναλογίες συμπίεσης τόσο υψηλές, όπως 14: 1 με βενζίνη 91 οκτανίων. Αυτό υποδηλώνει ότι η περαιτέρω εξέλιξη θα τραβήξει ακόμα περισσότερη δύναμη από μία δεδομένη ποσότητα καυσίμου, αυξάνοντας την συνολική αποδοτικότητα της μονάδας.

Τα εναλλακτικά καύσιμα φαίνεται να είναι μια πολλά υποσχόμενη δυνατότητα. Αυτός ο αξονικός κινητήρας εσωτερικής καύσεως με μηδενική δόνηση του πρώτου βαθμού, που μείωσε σημαντικά το μέγεθος και βάρος, έχει την ικανότητα να τρέχει με πολλαπλές μορφές καυσίμων και βιοκαύσιμα. Ο κινητήρας Duke, είναι κατάλληλος για πολλές χρήσεις, συμπεριλαμβανομένων θαλάσσιων, στρατιωτικών, αυτοκινήτου, ελαφρών αεροσκαφών κ.α.

Ο Garvey λέει επίσης πως "έχουμε αναπτύξει τον κινητήρα στο σημείο όπου αισθανόμαστε ότι είναι έτοιμος για να κυκλοφορήσει στο εμπόριο. Αλλά είμαστε ακόμα χωρίς χρηματοδότηση και ψάχνουμε για τη σωστή εφαρμογή μιας τέτοιας συνεργασίας. Ο κινητήρας φαίνεται κατάλληλος για ένα ευρύ φάσμα λειτουργιών, αλλά θα πρέπει να βρούμε τον κατάλληλο συνεργάτη της χρηματοδότησης και να αναπτυχθεί προς μια κατεύθυνση που μπορεί να μεγιστοποιήσει τα πλεονεκτήματά της. Αυτό είναι απίθανο να είναι τα αυτοκίνητα στο άμεσο μέλλον. Οι κατασκευαστές αυτοκινήτων έχουν ήδη επενδύσει πολλά χρήματα στη δική τους τεχνολογία κινητήρων. Αλλά η αεροναυπηγική, φορητές γεννήτριες και εξωλέμβιοι κινητήρες, είναι πολύ καλοί τομείς και σε θέση να λάβουν τα πλεονεκτήματα της υψηλής απόδοσης του κινητήρα, τις συμπαγείς διαστάσεις και το χαμηλό βάρος του.”

Ο κινητήρας Duke, βρίσκεται ήδη σε προχωρημένα στάδια της ανάπτυξης. Πολυκύλινδροι κινητήρες, έχουν δοκιμαστεί σε Αυστραλασία, Ευρώπη και στις ΗΠΑ. Ο κινητήρας Duke, 5 κυλίνδρων, 3 λίτρων, εσωτερικής καύσης 4-χρονης τεχνολογίας, με την μοναδική αξονική διάταξη, είναι ήδη στην 3η γενιά. Κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης, έχει δοκιμαστεί στο Mahle Powertrain στο Ηνωμένο Βασίλειο και στις ΗΠΑ, και τα αποτελέσματα της δοκιμής είναι διαθέσιμα.

Η διάταξη του συγκεκριμένου κινητήρα, προσφέρει στους σχεδιαστές μεγαλύτερη ελευθερία. Η αξονική γεωμετρία του, δημιουργεί ένα πολύ συμπαγές κυλινδρικό πακέτο, που επιτρέπει σε ένα ευρύ φάσμα των εφαρμογών σχεδιασμού περιορισμένου χώρου με αεροδυναμική βελτιστοποίηση και την ευκολία εγκατάστασης.

Υπάρχει προφανής εξοικονόμηση όγκου και βάρους. Σε συγκρίσεις που έγιναν σε συμβατικούς κινητήρες IC με παρόμοια μετατόπιση, ο κινητήρας Duke βρέθηκε να είναι έως και 19% ελαφρύτερο και έως 36% μικρότερος. Επίσης, η έλλειψη μεγάλης θερμοκρασίας στις βαλβίδες, χάρη στην ευνοϊκά προς τούτο διαμορφωμένο θάλαμο καύσης επιτρέπει την υψηλή αναλογία συμπίεσης, για αποτελεσματική λειτουργία, ακόμη και με χαμηλά σε οκτάνια καύσιμα. Με μόνο τρεις εξαγωγές για 5 κυλίνδρους, υπάρχει μια χαμηλή περιοχή επιφάνειας για απώλεια θερμότητας πριν από οποιαδήποτε καταλυτικό μετατροπέα, προσφέροντας ένα δυνητικό όφελος. Είναι πολύ λιγότερο πολύπλοκος από τις παραδοσιακές μηχανές IC και χρησιμοποιεί υπάρχοντα υλικά και διαδικασίες παραγωγής για την κατασκευή του.

«Η εκτίμηση είναι ότι είναι μάλλον μια διαδικασία, όπου θα χρειαστούν ένα-δύο χρόνια για να φτάσουμε στην παραγωγή," λέει ο Garvey. "Αυτό ήταν ένα τεράστιο εγχείρημα, και μερικές φορές αναρωτιέμαι αν θα έπρεπε να είχε ξεκινήσει . Αλλά έχουμε φτιάξει μια μηχανή με κάποια εντυπωσιακά πλεονεκτήματα σε σχέση με την τρέχουσα τεχνολογία Είναι ο μικρότερος και ελαφρύτερος κινητήρας γύρω από την ισχύ του.»

Και συνεχίζει. "Ακόμα και τα πρωτότυπά μας έχουν πολύ καλύτερες επιδόσεις από ήδη εγκατεστημένους κινητήρες του ίδιου κυβισμού και υπάρχει μια μεγάλη προσπάθεια για περαιτέρω μείωση του βάρους. Έχουμε δεσμευτεί για την περαιτέρω έρευνα & ανάπτυξη, με προόδους ήδη σε εξέλιξη. Ο Duke είναι επί του παρόντος στην 3η γενιά εξέλιξης. Ο κινητήρας έχει δοκιμαστεί επιτυχώς στο Πανεπιστήμιο του Ώκλαντ και της Mahle UK & USA με δυναμοτρήσεις στις εγκαταστάσεις δοκιμών με διαθέσιμα στοιχεία, με συν-ανάπτυξη συστημάτων από εμπειρογνώμονες εταίρους. Τα μηχανικά συστήματα, σε επίπεδο καινοτομίας, μπορούν να αναπτυχθούν πέρα από την πλατφόρμα του κινητήρα, για αντλίες, κιβώτια ταχυτήτων κλπ. Έτσι, είμαστε πολύ αισιόδοξοι."