Kan de Moment-Cancelling-motor van Dan Gurney de interne verbranding nieuw leven inblazen?

Anonim

Kan de Moment-Cancelling-motor van Dan Gurney de interne verbranding nieuw leven inblazen?

motorfietsen

Spiros Tsantilas

10 september 2015

18 afbeeldingen

Dan Gurney's Moment-Canceling Four-Stroke Engine probeert de interne verbrandingsmotor opnieuw uit te vinden (Credit: USPTO)

De gepatenteerde Moment-Canceling Four-Stroke (MC4S) -motor van de Amerikaanse autolegende Dan Gurney beschikt over twee tegengesteld draaiende krukassen en een innovatief inlaatsysteem. Daarmee wil Gurney de heilige graal van interne verbrandingsmotoren veroveren: betrouwbaarheid, efficiëntie en lage emissies, allemaal in één ontwerp gericht op motorfietsen, maar dat ook kan worden gebruikt in auto's, vliegtuigen en boten.

De uitvinders van de nieuwe motor, Dan Gurney en zijn medewerker en voormalige concurrent Chuck Palmgren, geloven dat de viertaktmotor, ondanks 120 jaar ontwikkeling, geen belangrijke vooruitgang heeft kunnen boeken bij het aanpakken van twee fundamentele problemen: optimale verbranding en gebruiksvriendelijke bediening.

"Ik ben geen anti-elektrische auto's, " zegt de 84-jarige Gurney. "Het feit is dat er wereldwijde en Amerikaanse olie- en gasvelden beschikbaar zijn die vele, vele tientallen jaren zouden moeten meegaan. Ik wil een poging doen om de interne verbrandingsmotor nog een aantal van die decennia nog concurrerender te maken met elektriciteit. "

Zijn gepatenteerde ontwerp valt op door een dubbele krukasconfiguratie te integreren die we al jaren niet meer in de motorindustrie hebben gezien. De wortels reiken al in de jaren 1910 tot aan Bugatti's U-motor. Maar in de motorwereld zou zijn meest opvallende vroege verschijning zijn in de Ariel Square Four uit de jaren 1930, terwijl jongere generaties waarschijnlijk Suzuki's RG500 en Kawasaki's KR250 en 350 tweetakt racers uit de late jaren 1970 en vroege jaren 1980 onthouden. .

Voor Dan Gunrey is deze lay-out de beste manier om een ​​motor te bouwen die zelf-annuleert trillingen, wat een structureel probleem is in elke interne verbrandingsmotor.

"Zonder speciale balanceersystemen gaan vibratie- en zuigermotoren samen, " legt hij uit. "Mijn ervaring is dat dingen een tijdje trillen, dan vermoeid raken en eraf vallen of uit elkaar vallen."

De MC4S-motor is een dubbele tandem - de twee cilinders zijn langs de as van het frame geplaatst - met een andere krukas voor elke cilinder. Omdat de twee assen in tegenovergestelde richting draaien, balanceren hun momenten elkaar, waardoor balansassen overbodig worden en een eenvoudiger structuur met minder bewegende delen wordt verkregen.

Elke krukas is korter en steviger en maakt de motor compacter. Wat het gewicht betreft, egaliseert de tweede crank min of meer de uitgebalanceerde balanceerinrichting. Dit ontwerp zou de bediening van de fiets ten goede moeten komen, omdat de moment-annulering van de motor een volledig neutraal gevoel belooft wanneer de motor in een bocht stapt.

Maar dat is niet alles. Naarmate we dieper ingaan op de octrooibeschrijving, wordt het nog interessanter. Gurney waagt zich in de wereld van optimale verbranding door het inlaatsysteem te ontwerpen met een extra vierkante cilinder (zuigerboring groter dan de slag) en een zorgvuldig berekende relatie tussen het gebied van de inlaatklep en het boorgebied.

De inlaatpoort heeft een "dubbel taps toelopende" dwarsdoorsnede, omdat de diameter ervan dunner wordt in het middengedeelte, waardoor de stroom wordt versneld, voordat deze geleidelijk uitzet om te voldoen aan de exacte grootte van de klepzitting. Het spelen met kleine variaties in diameter en helling van de inlaatpoort, evenals klepzithoeken, resulteert in wat Gurney de "geoptimaliseerde conusconfiguratie " noemt en enkele verbluffende outputresultaten.

De eerste prototype-motor die zal worden gebouwd, is de vloeistofgekoelde tandem-twin (hierboven afgebeeld), met een cilinderinhoud van 110 kubieke inches (1.800 cc), twee bovenliggende nokkenassen en vier klepkoppen. Volgens de simulaties die Gurney heeft uitgevoerd, produceert de MC4S-motor met een standaard rechte inlaatpoort 141 pk (105 kW), terwijl de output van dezelfde motor met het speciale poortsysteem omhoogschiet naar 262 pk (195, 4 kW); dat zou een toename van 85 procent zijn, van een motor met natuurlijke aanzuiging die normale pompbrandstof verbrandt. Volgens de patenttekst is dit eenvoudigweg het resultaat van het diep en efficiënt in de boring brengen van de lucht om een ​​efficiënter verbrandingsproces mogelijk te maken.

Maar de simulaties leverden nog meer verrassende resultaten op. Metingen van de effectieve remdruk in de cilinder (BMEP) in de cilinder - een effectieve indicator van de motorprestaties - toonden aan dat de piekoutput kan worden bereikt bij slechts 8000 tpm met een relatief lage compressieverhouding van 9, 5: 1.

Dit betekent in de praktijk dat de MC4S-motor enorme hoeveelheden vermogen moet produceren op een niveau dat geen significante belasting oplevert voor zuigers, zuigerstangen, lagers en klepveren. De effectiviteit van het verbrandingsproces kan een slank mengsel mogelijk maken, wat resulteert in een goed brandstofverbruik en een even lage uitstoot.

Dan Gurney is van plan verschillende motoren te bouwen met behulp van dit ontwerpprincipe. Zijn patent verwijst naar de dubbele cilindermotor die wordt geïllustreerd in de patenttekeningen, evenals vier, zes en acht cilindervariaties. Hij is van plan om tegen eind 2015 een werkend prototype met twee cilinders op zijn testbank te hebben, dus hopelijk zullen we snel weten of de revolutie van de verbrandingsmotor aanstaande is of niet; want hoe graag we ook willen geloven, het klinkt nog steeds te mooi om waar te zijn. Maar zo wordt vooruitgang geboekt door mensen die deze uitdagingen aangaan waarvan iedereen denkt dat ze onmogelijk zijn.

Bron: All American Racers via USPTO

Dan Gurney's Moment-Canceling Four-Stroke Engine probeert de interne verbrandingsmotor opnieuw uit te vinden (Credit: USPTO)

Dan Gurney's Moment-Canceling Four-Stroke Engine vanuit verschillende hoeken bekeken (Credit: USPTO)

Gedetailleerd overzicht van de interne onderdelen van de MC4S-motor (Credit: USPTO)

Motor dwarsdoorsnede vanaf de rechterkant toont distributieketting, oliepomp, nokkenas, uitlaat en transmissie (Credit: USPTO)

Motor dwarsdoorsnede vanaf de linkerkant met het einde van de krukassen (Credit: USPTO)

Weergave van het oliecarter van de MC4S-motor (Credit: USPTO)

Dwarsdoorsnede van de klep van de MC4S-motor (tegoed: USPTO)

De illustratie van de Otto-cyclus van de MC4S-motor geeft de aanzienlijke winst in vermogen (gearceerd gebied) weer met de geoptimaliseerde porteringsconfiguratie (credit: USPTO)

Een van de krukassen van de MC4S-motor met twee cilinders (Credit: USPTO)

Deze grafiek van de MC4S-motorsimulaties laat zien hoe de geoptimaliseerde poortconfiguratie de beste stroomresultaten oplevert naarmate de kleplichthoogte hoger wordt (Credit: USPTO)

Dwarsdoorsnede van de klep van de MC4S-motor met een rechte inlaatpoort (Credit: USPTO)

Dwarsdoorsnede van de klep van de MC4S-motor met een verbeterde conusinvoerpoort, een van de lay-outs getest door Gurney (Credit: USPTO)

Dwarsdoorsnede van de kleppen van de MC4S-motor met de geoptimaliseerde conusinlaatpoort (Credit: USPTO)

Dwarsdoorsnede van de klep van de MC4S-motor, met weergave van de hoeken van de klepzitting in detail (Credit: USPTO)

Simulatiegrafiek van de rem-gemiddelde effectieve druk (BMEP) ten opzichte van het motortoerental voor verschillende waarden van de compressieratio, die het piekvermogen bij de 8000 tpm aangeeft (Credit: USPTO)

Deze simulatiegrafiek laat zien dat compressieverhoudingen boven 9, 5 niet resulteren in de lineair verwachte toename in vermogen (Credit: USPTO)

Variatie van de inlaat- / uitlaatstromen over de kleplichthoogte. Geval 1 is de geoptimaliseerde conusconfiguratie, Case 2 is de verbeterde conus en Case 3 de configuratie van de rechte inlaat (Credit: USPTO)

Hoog pk overstroomsnelheid voor de drie inlaatconfiguraties. Geval 1 is de geoptimaliseerde, Case 2 de verbeterde en Case 3 de rechte inname. Merk op hoe de cases 1 en 2 vergelijkbare outputs produceren, aanzienlijk hoger dan die van Case 3 (Credit: USPTO)