Strona główna

Archiwum z roku 2001

Spis treści numeru 6/2001

Rewolucyjna konstrukcja?
Poprzedni Następny

Badania naukowe

Możemy stworzyć silnik uniwersalny, 
jeżdżący na dowolnym paliwie płynnym. 
Na razie to futurologia, ale teoretycznie jest to możliwe.

Piotr Kieraciński

Fot. Piotr Kieracińsk

Piotr Mężyk jest osobą nietuzinkową. Z wykształcenia nauczyciel żywienia zbiorowego, od lat prowadzi własną firmę, której działalność oparł na wynalezionej przez siebie i opatentowanej technologii produkcji folii izolacyjnej. Ma na swoim koncie jeszcze kilka innych patentów. Podczas uruchamiania linii produkcyjnych miał do czynienia z budową maszyn. Niedawno wpadł na pomysł zbudowania silnika, który łączyłby zalety silników dwusuwowych i czterosuwowych, unikając równocześnie wad obu konstrukcji.

Dr Adam Ciesiołkiewicz z Wydziału Inżynierii Środowiska i Energetyki Politechniki Śląskiej zajmuje się konstrukcją, a zwłaszcza rozrządami silników spalinowych. Jednak obaj panowie nie znali się.
Mężyk przyjaźni się z ks. Andrzejem Mikułą. Powiedział mu o pomyśle na unikatowy silnik. Ks. Mikuła jest także znajomym prof. Bolesława Pochopienia, rektora Politechniki Śląskiej. – Zadzwonił do mnie późnym wieczorem – wspomina prof. Pochopień – i mówi, że zna wynalazcę, który ma pomysł na zbudowanie zupełnie nowatorskiego silnika spalinowego. Chciał, żebym poznał ten pomysł i powiedział, co o tym sądzę. Rektor stwierdził, że osobiście nie zna się na silnikach i postanowił zainteresować sprawą prof. Stefana Postrzednika, kierownika Zakładu Techniki Spalania i Silników Spalinowych PŚ. Ten, po rozmowie z Mężykiem, zlecił zbadanie możliwości budowy urządzenia dr. Adamowi Ciesiołkiewiczowi. W ten sposób spotkali się entuzjasta Mężyk i sceptyk Ciesiołkiewicz, by wspólnie zbudować niespotykaną maszynę.

SUKCES, ŻE PRACUJE

Silniki dwusuwowe charakteryzują się bardzo prostą konstrukcją, łatwym systemem wymiany ładunku i osiąganiem wysokich mocy z objętości. Jednak część mocy idzie, jak się popularnie mówi, „w rurę”. Silniki czterosuwowe są ekologiczne. – Niestety, bardzo duża część mocy idzie na obsługę systemu zaworów – mówi Mężyk. Na dodatek w nowoczesnych silnikach właśnie system wielozaworowy nie pozwala osiągać zbyt wysokich obrotów. Wymyślony przez Piotra Mężyka silnik miałby pracować tak, jak dwusuw, ale spełniałby wymogi czystości stawiane czterosuwom.
Gdy dr Ciesiołkiewicz usłyszał o pomyśle Piotra Mężyka nie odniósł się do niego z entuzjazmem. Nie jest to dziwne. Do uczonych zgłaszają się od czasu do czasu „wynalazcy”, którzy sądzą, że wymyślili rzecz niezwykłą. Na uczelnii mieli już z takimi do czynienia. Pół roku trwały dyskusje, zanim wreszcie postanowiono zbudować maszynę. Niezbędne części zakupił wynalazca, a zespół z PŚ i mechanicy z firmy samochodowej, wynajmującej od uczelni pomieszczenia warsztatowe, stworzyli z nich silnik realizujący ideę Mężyka. W listopadzie zeszłego roku po raz pierwszy odpalono maszynę.

Wchodzimy do pomieszczenia, w którym stoi to przedziwne urządzenie. Naprzeciw siebie silnik dwusuwowy od starej WFM-ki oraz niewielki silnik czterosuwowy. Do tego jeszcze silnik elektryczny do rozruchu urządzenia. – Konstrukcja, którą pan widzi, jedynie potwierdza słuszność koncepcji, tzn. to, że bezzaworowy silnik dwutłokowy da się uruchomić – mówi Ciesiołkiewicz. Twórcy prezentują uruchomienie wynalazku. Z hukiem, w dymie spalin silnik zaczyna pracować. Na twarzach moich gospodarzy widać zadowolenie, choć przecież nie pierwszy raz odpalają maszynę. – Sukcesem jest to, że maszyna pracuje – komentuje Ciesiołkiewicz. – Badań jednak na tym modelu nie da się prowadzić – konstatuje ze smutkiem.

Konstrukcja, którą stworzyli Mężyk z Ciesiołkiewiczem nie ma zaworów ani systemu rozrządu. W jednej tulei cylindrowej – przestrzeni roboczej – pracują naprzeciwbieżnie dwa tłoki, jeden od czterosuwu, drugi od dwusuwu. Cylindry obu silników zostały połączone wspólną głowicą. Tłoki poruszają się z różnymi prędkościami przy odpowiednim przesunięciu fazowym. Tłok czterosuwu wykonuje dwa razy więcej obrotów niż tłok dwusuwu. Przewiduje się że wał korbowy modułu dwusuwowego może pracować z prędkością 6-7 tys. obrotów na minutę, co daję prędkość części czterosuwowej rzędu 14-15 tys. obrotów. Działanie obu tłoków synchronizuje przekładnia, łącząca ich wały korbowe. Pojemność silnika wyznaczają dna dwóch tłoków i wewnętrzne powierzchnie cylindrów, co ma zasadniczy wpływ na dokonanie cennych spostrzeżeń dotyczących możliwości tego rodzaju silnika. Moc odbierana jest z obydwu modułów silnika, a tłok czterosuwu wspomaga wymianę ładunku, czyli napełnianie mieszanką paliwowo-powietrzną i wylot spalin. Tłok czterosuwu w pewnym sensie przejął w tej konstrukcji rolę systemu rozrządu, stanowiąc bezzaworowy układ wymiany ładunku.

PALIWO Z MARGARYNY

Skoro na zbudowanym i uruchomionym modelu nie można przeprowadzić sensownych badań, skąd wiadomo, że warto zajmować się tą konstrukcją? Wskazują na to obliczenia. Wynika z nich, że z jednego litra pojemności można uzyskać nawet 200-300 koni mechanicznych mocy przy kilkunastu tysiącach obrotów. Te dane bardzo podniecają Piotra Mężyka, który traktuje je niemal jak pewnik. Dr Ciesiołkiewicz nieco tonuje jego entuzjazm, twierdząc, że to tylko obliczenia, na razie nie sprawdzone eksperymentalnie. Sam jednak widzi w perspektywie sporo innych ciekawych rozwiązań wynikających z tej unikalnej konstrukcji. Oprócz dużej mocy z jednostki pojemności oraz uniknięcia systemu zaworów i rozrządu, silnik taki mógłby spalać wiele rodzajów paliwa. Choć działający obecnie model to prosta jednostka ze staroświeckim gaźnikiem, konstruktorzy mają już opracowany model z systemem wtrysku paliwa. Wyobrażają też sobie taki sam silnik z zapłonem samoczynnym, spalający nie tylko ropę naftową, ale nawet olej rzepakowy. Piotr Mężyk w rozmowie zapala się, twierdząc, że będzie on mógł pracować na rozpuszczonej margarynie. Dr Ciesiołkiewicz nie wyciąga aż tak radykalnych wniosków.

Najciekawszym zjawiskiem, które odkryto, okazała się możliwość uzyskania zmiennej pojemności przestrzeni roboczej w tym samym silniku. Aby uzyskać ten rezultat nie potrzeba zbyt skomplikowanej konstrukcji mechanicznej. Wystarcza zmiana faz tłoków. Tłok dwusuwu będzie cały czas pracował tak samo, natomiast tłok czterosuwu może zmieniać swe położenie względem tego pierwszego, zależnie od ustawienia momentu wyprzedzenia zapłonu. Nazwano to efektem Ciesiołkiewicza. Pozwoli on na zmianę wielkości komory spalania stosownie do aktualnych obciążeń silnika. Zmianie wielkości przestrzeni roboczej może także towarzyszyć zmiana ciśnienia. To istotne novum dodane do pomysłu Piotra Mężyka. Jego zdaniem, jest to rewolucyjne odkrycie w dziedzinie silników spalinowych. Sam Ciesiołkiewicz nie przypisywałby mu cechy rewolucyjności. Jednak znacznie prostsze rozwiązanie mechanicznej zmiany stopnia kompresji stosownie do obciążenia samochodu, zastosowane w nowych silnikach Saaba, zyskało w opinii czasopism motoryzacyjnych miano rewolucyjnego. Czy zatem silnik Mężyka – tak nową polską konstrukcję nazywa Ciesiołkiewicz – jest rewolucyjny? Jeżeli wyjdzie poza fazę obecnego, prymitywnego prototypu, z pewnością można będzie tak o nim powiedzieć.

Zmiana wielkości przestrzeni roboczej i stopnia kompresji ma bardzo poważne konsekwencje. Przede wszystkim – ten sam silnik będzie mógł pracować na dowolnym paliwie. Konstruktorzy zamierzają także wykorzystać system dołądowania powietrza podczas napełniania cylindra. – Możemy stworzyć silnik uniwersalny, jeżdżący na dowolnym paliwie płynnym – mówi Piotr Mężyk. – Na razie to futurologia, ale teoretycznie jest to możliwe – ripostuje Ciesiołkiewicz, w którym ostrożność naukowca bierze górę nad entuzjazmem odkrywcy-konstruktora.

Z WYOBRAŹNIĄ

Są jeszcze inne konsekwencje takiej konstrukcji silnika spalinowego. Pozwala on na znaczne uproszczenie systemu odbioru mocy. Przy takich silnikach nie ma potrzeby stosowania skrzynki biegów. Wystarczy prosta przekładnia planetarna do redukcji prędkości obrotowej oraz dwa generatory, zapewniające płynny odbiór mocy. W tej chwili w motoryzacji pojawiły się układy hybrydowe – spalinowo-elektryczne. Silnik skonstruowany przez Mężyka i Ciesiołkiewicza znakomicie realizuje się w takiej roli. – Mały silnik i nieduża skrzynka biegów daje znacznie więcej miejsca pod maską samochodu – Piotr Mężyk porusza się wciąż na gruncie motoryzacji – co daje więcej miejsca na zastosowanie systemów bezpieczeństwa kierowcy i pasażerów. Dr Adam Ciesiołkiewicz uważa, że silniki tego rodzaju prędzej znajdą zastosowanie w różnych maszynach niż w motoryzacji. – Nie możemy być wróżkami – mówi do Piotra Mężyka. Ten odpowiada: – Trzeba do tego podchodzić z wyobraźnią.

Ryszard Hadrian, rzecznik patentowy, zajmujący się wynalazkami Mężyka, nie znalazł dotychczas w Polsce patentu o podobnym charakterze. Na razie nie znalazł go także za granicą. Dr Ciesiołkiewicz wskazuje, że w AGH prowadzono prace nad przeciwbieżnym dwutłokowym silnikiem czterosuwowym. Wydaje się natomiast, że nikt dotychczas nie skojarzył silnika dwusuwowego z czterosuwowym w jednym urządzeniu. Piotr Mężyk chciałby, aby jego konstrukcja szybko znalazła zastosowanie. Dr Adam Ciesiołkiewicz marzy o zbudowaniu doskonalszego prototypu do dalszych badań – choćby z dwu silników motocyklowych najnowszej generacji. Myśli także, że interesujące byłoby sprawdzenie zachowania się podobnej konstrukcji stworzonej z dwóch silników czterosuwowych. Na zbudowanie prawdziwego stanowiska badawczego z w miarę nowoczesną hamownią do badania parametrów silnika (mocy, momentu obrotowego itp.) trzeba sporo pieniędzy. Konstruktorzy poszukują inwestorów lub sponsorów. Ciesiołkiewicz konstatuje ową niemożność przeprowadzenia solidnych badań eksperymentalnych sarkastycznie: – Na razie mamy trochę osiągnięć medialnych.

 

Komentarze