MIT Startup LiquidPiston Mengembangkan Mesin Rotary yang Lebih Efisien

http://www.zjhfrt.com/ – Mesin rotary baru dari MIT startup LiquidPiston lebih ringan, lebih tenang, dan lebih efisien daripada rekan-rekannya.

Kebisingan, getaran yang berlebihan, dan inefisiensi relatif adalah kekurangan mesin pembakaran internal berbasis piston (ICE) yang memiliki peralatan taman dan kebun saat ini, seperti blower daun dan pemangkas rumput.

Tapi sekarang MIT startup LiquidPiston telah mengembangkan ICE putar yang dikatakan secara signifikan lebih kecil, lebih ringan, dan lebih tenang, serta 20 persen lebih hemat bahan bakar daripada ICE yang digunakan di banyak perangkat kecil seperti mesin.

“Jika Anda memikirkan alat genggam – misalnya, gergaji rantai atau pemangkas lindung nilai – setelah sekitar setengah jam Anda tidak ingin menggunakannya lagi karena tangan Anda terasa seperti rontok,” kata Alexander Shkolnik PhD ’10 , presiden LiquidPiston dan co-penemu mesin. “Mesin kami tidak memiliki getaran sama sekali dan jauh lebih sepi. Ini harus menjadi pengalaman pengguna yang jauh lebih baik di sekitar. ”

Mesin 70 sentimeter LiquidPiston, X Mini, menghasilkan sekitar 3,5 tenaga kuda pada 10.000 RPM; dengan berat 4 kilogram, ini juga sekitar 30 persen lebih kecil dari ICE piston seberat 50 sentimeter, yang bertujuan untuk menggantikannya. Ketika sepenuhnya lengkap, kata Shkolnik, X Mini bisa mengeluarkan sekitar 5 tenaga kuda dengan kecepatan 15.000 putaran per menit, dan beratnya 3 kilogram.

Mesin ini menjalankan siklus hibrida efisiensi tinggi (HEHC) yang dikembangkan oleh Shkolnik dan ayah ahli fisika, Nikolay – yang menghasilkan pembakaran pada volume konstan dan ekspresifitas yang berlebihan untuk ekstraksi energi yang lebih besar. Dengan hanya dua bagian yang bergerak, rotor dan poros, dan tidak ada katup poppet – yang biasa digunakan di ICE empat langkah lainnya untuk mengendalikan asupan bahan bakar – mesin juga telah mengurangi karakteristik kebisingan, getaran, dan kekerasan, kata Shkolnik.

Aplikasi awal akan menjadi taman rumput dan peralatan kebun, kata Shkolnik. Tapi mesinnya bisa diskalakan dan dimodifikasi untuk aplikasi lain, termasuk mopeds, drone, marine power equipment, robotika, range extenders, dan unit daya tambahan untuk kapal, pesawat terbang, dan kendaraan lainnya. Perusahaan juga telah menunjukkan bukti-konsep untuk versi diesel efisiensi tinggi dari mesin, termasuk X1 tenaga kuda-70 dan X2 tenaga kuda-40, untuk generator dan aplikasi lainnya. Perusahaan berharap untuk akhirnya mengembangkan versi diesel kecil dari mesin Mini X untuk aplikasi militer.

“Jika Anda melihat generator militer 3 kilowatt, ini adalah gorila seberat 270 pon yang membawa lima orang untuk bergerak,” kata Shkolnik. “Bisa dibayangkan jika kita bisa membuatnya menjadi perangkat seberat 15 pon, itu cukup revolusioner untuk mereka.”

Shkolnik mempresentasikan sebuah makalah tentang X2 dan X Mini pada tanggal 19 November di Konferensi Teknologi dan Pameran Mesin Kecil 2014 dari Society of Automotive Engineers di Italia.

Sebuah Wankel terbalik

X Mini pada dasarnya adalah upgrade dalam desain dan efisiensi mesin rotari Wankel kompak, ditemukan pada tahun 1950an dan digunakan saat ini di mobil sport, kapal, dan beberapa pesawat terbang.

Artikel Terkait :   Pengertian, Fungsi dan Tujuan Teknologi Informasi

Di Wankel, rotor segitiga bulat berputar dalam orbit eksentrik di dalam ruang oval, dengan setiap putaran menghasilkan tiga pukulan daya – di mana mesin menghasilkan gaya. Di X Mini, rotor oval berputar di dalam perumahan segitiga yang dimodifikasi dan bulat.

“Kami telah membalikkan semua hal tentang mesin rotary tradisional, dan sekarang kita bisa melakukan siklus termodinamika baru ini [HEHC] dan menyelesaikan semua masalah yang mengganggu mesin Wankel tradisional” untuk aplikasi mesin kecil, kata Shkolnik.

Sebuah mesin Wankel, misalnya, menggunakan ruang bakar yang panjang (seperti bulan sabit yang tipis), yang berkontribusi pada ekonomi bahan bakar yang buruk – karena nyala api tidak dapat mencapai ujung-ujung bilik dan dipadamkan oleh luas permukaan ruangan yang luas. Ruang bakar X Mini lebih bundar dan gemuk, sehingga nyala api membakar lebih sedikit area permukaan.

Asupan udara dan bahan bakar dan gas buang di X Mini terjadi melalui dua port di rotor, dibuka atau ditutup saat rotor berputar, menghilangkan kebutuhan akan katup. Lokasi asimetris pelabuhan ini sedikit menunda proses pembuangan selama ekspansi. Hal ini memungkinkan proses ekspansi ovarium yang HEHC – dari siklus termodinamika Atkinson, yang digunakan di beberapa mobil hibrida – di mana gas diperluas di ruangan sampai tidak ada tekanan, yang memungkinkan mesin lebih banyak waktu untuk mengambil energi dari bahan bakar. Desain ini juga mengakomodasi “pembakaran volume konstan” HEHC – dari siklus termodinamika Otto, yang digunakan pada mesin piston spark-ignition – di mana gas terkompresi dipegang di ruangan untuk waktu yang lama, membiarkan udara dan campuran bahan bakar dan menyala sepenuhnya sebelum berkembang, sehingga meningkatkan tekanan ekspansi dan efisiensi yang lebih tinggi.

“Butuh waktu lama untuk membakar bahan bakar di mesin,” kata Shkolnik. “Pada kebanyakan mesin, pada saat Anda membakar bahan bakar, Anda sedang mengembangkan gas, dan Anda kehilangan efisiensi dari proses pembakaran. Kami tetap melakukan pembakaran sementara rotor berada di atas bilik dan memaksa pembakaran di bawah kondisi tersebut. Jauh lebih efisien seperti itu. ”

Selain itu, X Mini telah memindahkan segel apex, yang menyebabkan konsumsi minyak berkurang. Di Wankels, segel apeks bergabung dengan tepi rotor segitiga, di mana mereka meluncur dan bergerak. Pelumas mereka memerlukan penyediaan campuran bahan bakar udara dengan sejumlah besar minyak yang membakar dan bocor, meningkatkan emisi dan konsumsi minyak. Di X Mini, segel ini terletak di perumahan berbentuk segitiga yang tetap diletakkan. “Sekarang kita bisa menyediakan sejumlah kecil minyak melalui perumahan stasioner, berapa banyak minyak yang dibutuhkan segel, dan Anda tidak membakar minyak apapun dan Anda tidak kehilangan minyak apapun ke lingkungan,” kata Shkolnik.

“Peta jalan” LiquidPiston

Minat robotika dan kecerdasan buatan mengarahkan Shkolnik ke MIT sebagai mahasiswa PhD di bidang teknik elektro dan sains komputer pada tahun 2003. Tahun itu, Nikolay Shkolnik mengajukan paten HEHC pertamanya, dan anaknya mengetahui tentang Kompetisi Kewirausahaan MIT $ 50K (sekarang $ 100K ) di kelas yang fokus pada kewirausahaan teknologi. Mereka bekerja sama dengan para siswa di MIT Sloan School of Management untuk membuat rencana bisnis dan meluncurkan mesin HEHC pada kompetisi tahun 2004, di mana mereka membawa pulang hadiah juara kedua senilai $ 10.000 untuk meluncurkan LiquidPiston.

Artikel Terkait :   Pengertian, Fungsi dan Tujuan Teknologi Informasi

Persaingan itu sendiri terbukti membantu pengusaha ayah dan anak – yang pada saat itu tidak memiliki pengalaman memulai. Dalam membangun rencana bisnis yang terperinci dan belajar menjelaskan teknologi mereka kepada investor, “Ini benar-benar menunjukkan kepada kita peta jalan untuk apa yang harus dilakukan dan kami terpaksa memikirkan banyak hal mengenai masalah yang akan kami hadapi,” kata Shkolnik.

Selama enam tahun berikutnya, Shkolnik membantu ayahnya mengembangkan mesin LiquidPiston dari garasi keluarga, dengan menggunakan keterampilan yang dia hadapi di MIT’s Locomotion Group, yang dipimpin oleh Russell Tedrake, seorang profesor teknik elektro dan sains komputer. “Itu banyak optimasi, dan kontrol, dan simulasi, dan pemodelan,” katanya. “Semua teknik yang sama berlaku untuk merancang sebuah mesin.”

Shkolnik mengaitkan banyak pengembangan LiquidPiston dengan komunitas MIT yang diperluas. Selama $ 50K, kapitalis ventura Bill Frezza ’76, SM ’78 membimbing tim; perusahaannya kemudian menjadi investor awal. Anggota tim MIT Sloan Brian Roughan MBA ’05, Jennifer Andrews Burke MBA ’05, dan Vikram Sahney MBA ’05 melakukan riset pasar, menulis rencana bisnis, mengerjakan pengembangan bisnis, dan memberikan perusahaan kepada investor.

Mentor dari MIT Venture Mentoring Service (VMS) – termasuk almarhum Dave Staelin, yang mendirikan VMS – juga membimbing pertumbuhan LiquidPiston, menawarkan saran untuk pengembangan produk, perekrutan, dan mencari modal ventura. (Sejauh ini, perusahaan telah memperoleh dana lebih dari $ 15 juta.)

Pada tahun 2006, setelah menganalisis lusinan iterasi mesin, LiquidPiston memperoleh hibah militer $ 70.000 untuk menghasilkan prototipe mesin diesel awal. (Hari ini, LiquidPiston telah menganalisis dan mematenkan sekitar 60 desain mesin yang berbeda untuk mewujudkan HEHC.)

Karena umpan balik yang luar biasa dari produsen peralatan listrik – menyerukan mesin bebas getaran yang lebih ringan, lebih tenang, dan LiquidPiston baru-baru ini diputar ke X Mini, yang dikembangkan dan dirilis dalam enam bulan terakhir. Perusahaan kini telah mendapat bunga dari calon pelanggan, dan berbicara dengan produsen mesin yang tertarik untuk melisensikan teknologi X Mini.

“Selain memperbaiki aplikasi mesin yang ada,” jelas Shkolnik, “X Mini memungkinkan aplikasi baru sepenuhnya tidak mungkin dengan teknologi mesin atau baterai saat ini.”

Awal tahun depan, perusahaan berencana untuk menjadi tuan rumah kompetisi untuk mengumpulkan gagasan dari masyarakat seputar penggunaan baru ini untuk X Mini. “Kami ingin mendapatkan jus kreatif mengalir dan membuka diri terhadap masyarakat luas untuk melihat apakah ada sesuatu yang menarik,” kata Shkolnik.