"פשטות היא התחכום האולטימטיבי". ציטוט זה, של גדול הממציאים בהיסטוריה האנושית, לאונרדו דה וינצ'י, כתוב על אחד הקירות המרכזיים במרכז הפיתוח הקטן של חברת INNengine מגרנדה, ספרד, אשר אולי פיתחה את מנוע הבעירה הפנימית הפשוט והמתוחכם ביותר בעולם.
תדמיינו מנוע בעירה פנימית שאין בו ראש מנוע ואין בו גל זיזים, מערכת תזמון, שסתומים או אפילו גל ארכובה. כל גודלו כמו מנוע חד-צילינדרי של קטנוע, וזה למרות שפועמות בו 8 בוכנות, הוא שוקל בסך הכל 35 קילוגרם כך שאפשר לשאת אותו בידיים, ומנפח צילינדרים של 500 סמ"ק בלבד הוא מספק 120 כוחות סוס, מספיק כדי להניע מאזדה מיאטה.
אפשר להפסיק לדמיין: אנשי 'אין אנג'ין' (INNengine) טוענים שבתום 10 שנות פיתוח הם הצליחו לפתח ולייצר שני טיפוסים שונים של "מנוע בוכנה נגדית" פשוט מאד, קל מאד, ויעיל מאד. מטעמים שיווקיים הם מתעקשים לכנות את המנוע שלהם בשם מעט מטעה: "מנוע פעימה אחת".
אנשי INNengine כבר מפעילים את שני המנועים המהפכניים שלהם במספר דרכים ובשני יישומים קונבנציונליים: מכונית (מאזדה מיאטה) וטיסן גדול, אבל סביר שאם ההמצאה שלהם תוכיח את עצמה היא תנותב ליישומים אחרים, ובעיקר להארכת טווח של כלי רכב חשמליים, תעופה קלה וכלי שייט. אבל לפני שנדבר על מה עושים עם זה כדאי להבין מה זה ואיך בכלל זה עובד.
מארבע פעימות לפעימה אחת ב-150 שנים
מנוע הבעירה הנפוץ ביותר בעולם כיום הוא מנוע 4 פעימות והוא נקרא כך מפני שהוא מבצע 4 פעולות נפרדות – יניקת תערובת דלק-אוויר, דחיסה שלה, פיצוץ ושריפה שלה ופינוי של תוצרי הבעירה.
מתוך ארבע הפעולות רק פעולה אחת מייצרת את הכוח ואת העבודה שלשמם התכנסנו, וזה הולך ונהיה עוד יותר מסובך. כדי לבצע את פעולת העבודה ולסבב באמצעותה גלגלים נדרשות מערכות מכאניות מורכבות אשר מצד אחד מתזמנות את הכנסת תערובת הדלק והאוויר ואת פינוי תוצרי הבעירה, ומצד שני ממירות את תנועתן הישרה של הבוכנות לתנועה סיבובית. התוצאה היא מנוע מאד מורכב, מאד גדול ומאד כבד.
מנוע שתי פעימות עושה את העבודה באופן הרבה יותר פשוט מבחינה מכאנית, אלא שאף אחד עדיין לא הצליח להשתלט על כמות זיהום האוויר שהוא מייצר – בין השאר בגלל בעיות שימון. בנוסף, גם במנוע כזה נדרש גל ארכובה.
המנוע של INNengine הוא שיפור משמעותי של רעיון אחר אשר עד היום לא ממש המריא: מנוע בוכנה נגדית. כדי לתאר מנוע כזה באופן פשוט צריך לדמיין שני מנועים דו-פעימתיים שמחוברים זה לראשו של האחר כלומר ששתי בוכנות נעות בכיוונים מנוגדים באותו צילינדר, ושתיהן מחוברות אל גלי ארכובה משני הצדדים.
הגאונות שבפשטות הרעיון של INNengine, היא האופן שבו חלקן התחתון של הבוכנות נע על גבי סוג של צלחת שעליה חרוטים קימורים ייעודיים, ואלה ממירים את תנועת הבוכנות הישרה לתנועה סיבובית.
כעת דמיינו ארבע בוכנות שמסודרות במעגל בארבעה צילינדרים, ומול כל אחת מהן מסודרות ארבע בוכנות נוספות שנמצאות בהמשך אותו צילינדר. במילים אחרות יש לנו ארבעה צילינדרים שבכל אחד מהם נעות שתי בוכנות זו מול זו, ובכל צמד הן מתקרבות זו לזו ומתרחקות זו מזו כאשר בחלל שמצטמצם או מתרחב ביניהן קורה כל הקסם.
במנוע הזה אין שסתומים אלא מעברי אוויר ודלק מן הסוג שמקובל במנועי שתי פעימות, ואל החלל שבין שתי בוכנות מכל צמד – חלל שתמיד נותר בו רווח, מוחדר מצת ("פלאג") ומזרק דלק.
באמת של החיים יש לנו מנוע דו פעימתי (ולא מנוע "פעימה אחת") נגדי, שבו בעת פעולת היניקה מבוצע גם פינוי תוצרי הבעירה. בעת ששתי בוכנות מצמד אחד מצמצמות מרחק ביניהן – צמד אחר מתרחק בפעולת עבודה ומסובב שתי "צלחות" שנמצאות משני צידי המנוע. אלה, כאמור, מחליפות את גלי הארכובה הקונבנציונליים ואת כוח המנוע אפשר לאסוף משני צדדיו.
אפשר, מן הסתם, לעצב את הפטנט הזה בכל מיני דרכים, למשל עם שלושה או חמישה או שישה צילינדרים. אבל באב הטיפוס הראשון, שנקרא e-REX, יש כאמור ארבעה צילינדרים ושמונה בוכנות.
מה שאין במנוע כזה – וזה יתרון גדול – הם מוטות חיבור שצריכים לעמוד בעומסי גזירה עצומים, ולדברי אנשי INNengine קל לשלוט ביחס הדחיסה של המנוע באמצעות שינויים פשוטים במיקום הבוכנה ביחס ל"צלחת" וכך להתאים את המנוע למגוון רחב של סוגי דלק – מבנזין דרך אתנול ועד למימן נוזלי.
פשוטת מתוחכמת
אנשי החברה טוענים שמנוע "הפעימה הבודדת" שלהם (שראוי לשם יותר מוצלח) בנוי כולו מחומרים קונבנציונליים ובשיטות ייצור מקובלות בתעשייה, יש בו 53% פחות רכיבים וכאמור – אין בו גל ארכובה, מערכת תזמון, שסתומים, ראש צילינדר וכיוצ"ב – ולכן – לטענתם – עלות הייצור שלו נמוכה בכ-40% מזאת של מנוע ארבע פעימות מקובל.
נתון שאפשר להתווכח עליו הוא שלמנוע הזה יש פי ארבעה יותר "כוח ספציפי" מאשר מנוע בעירה מקביל (הוויכוח הוא על האופן שבו מחשבים את נפח המנוע), אבל אי אפשר להתווכח על כך שהמנוע הזה קל ב-70% ביחס למנוע קונבנציונלי מקביל והוא משמעותית יותר קטן ממנוע כזה. אנשי החברה טוענים גם לנצילות גבוהה יותר ב-22%, וזה כמובן תורם לצמצום בתצרוכת דלק וזיהום אוויר.
עכשיו בואו נניח לרגע שיש גיבוי לכל ההצהרות והדבר הזה עובד בדיוק כפי שהממציאים והמפתחים שלו טוענים שהוא עובד. על חלק מן היתרונות שלו דיברנו: פשטות, מספר קטן מאד של חלקים נעים, משקל נמוך, וצמצום הצורך בהמרת מומנט תנועה. בנוסף, וזה לא פחות חשוב, מכיוון שכל צמד בוכנות פועל סימולטנית לכיוונים מנוגדים כמעט שלא נוצרות רעידות שצריך לאזן ואין צורך במשקולות איזון. המנוע הזה כמעט לא רועד.
כאשר הבוכנות נמצאות במרחק הרב ביותר זו מזו נחשפים פתחי היניקה והפליטה אולם בוכנה אחת מתוזמנת להגיע לנקודה הזאת מעט לפני השנייה כדי לאפשר לגזי הפליטה להיפלט וליצור ואקום בתוך הצילינדר. שיטה זאת נקראת scavenging ולאחר שהתערובת השרופה נפלטת נמשך פנימה אוויר אטמוספירי דרך פתח היניקה, ובתוך כדי כך מוזרק דלק שמעורבל לתוך זרם האוויר.
אז למה אנשי INNengine מכנים את המנוע הדו-פעימתי שלהם "מנוע פעימה אחת" – הטיעון (הלא נכון) שלהם הוא שבכל סיבוב של המנוע מבוצעות, למעשה, כל ארבע הפעולות (לעומת אחת במנוע ארבע פעימות) אבל זה מתעלם מן העובדה שבכל צילינדר יש שתי בוכנות ושבכל תנועה מבוצעות שתי פעולות. הסיבה המעשית למהלך השיווקי הזה היא ככל הנראה בגלל מוניטין לא מוצלח (ולא מוצדק) של מנוע דו-פעימתי וההנחה שרבים עלולים להניח כאילו שהמנוע הזה צריך שימון באמצעות הדלק וערבוב של שמן בדלק, וזה לא המקרה כאן.
מאריך טווח ומטוסים ללא טייס
לו היה המנוע של INNengine מוצג לפני 10 או 15 שנים, ועובר את מבחני העולם האמיתי, סביר להניח שהיינו פוגשים בו מתחת למכסה המנוע שלנו. כיום נראה שהוא אחר את הרכבת בכל הקשור להנעה קונבנציונלית אבל יכולים להיות לו שימושים רבים אחרים.
חשוב רק לצנן קצת את ההתלהבות ולזכור שישנם לא מעט נושאים שחייבים להיבדק ולהיפתר לפני שמנועים כאלה ייכנסו לייצור סדרתי, ובעיקר כל מה שקשור לשימון, אטימה של הבוכנות ופינוי חום.
בהנחה שהדבר המופלא הזה כן יעבוד סביר שנראה אותו משמש כגנרטור לייצור חשמל – גם בגנרטורים של ממש וגם בכלי רכב וכלי שייט לצורך אספקת חשמל למנועים חשמליים ולטעינת סוללות.
כאמור, במקביל ל-e-REX, שמיועד לשימושים שנזכרו כאן, החברה פיתחה גם גרסה מוקטנת ופשוטה יותר שאותה הם מכנים REX-B וזאת מיועדת לכלי טייס קלים כמו מזל"טים ולרחפנים. שימוש חשוב נוסף יכול להיות בגנרטורים ניידים יעילים וקלים במיוחד שיכולים לשמש לתעשייה, חקלאות, בניה, ולשימושי פנאי וקמפינג.
לדברי אנשי החברה יש להם כבר הזמנות לגנרטורים כאלה מבוני יאכטות וכלי שייט שזקוקים לגנרטורים קלים ויעילים, וגם מבוני קארטינגים.
תזמון, אין ספק, הוא לא הצד החזק של הופעת ההמצאה הזאת אבל אם היא תעבוד יותר טוב מן ההמצאה של מר ואנקל הזקן – דיינו.
