Znak Politechniki Warszawskiej

Innowacyjny silnik do samochodów hybrydowych

Nad projektem nowoczesnego silnika samochodowego pracuje zespół naukowo-badawczy z Wydziału Mechanicznego Energetyki i Lotnictwa PW, kierowany przez dr. inż. Pawła Mazuro. Celem projektu PAMAR-4 jest opracowanie konstrukcji, wykonanie i przebadanie kompaktowego, wysokosprawnego i ekologicznego spalinowego silnika rewolwerowego, wykorzystującego system spalania HCCI. Przeznaczeniem silnika będzie zastosowanie go jako bardzo lekkiego i wydajnego generatora pokładowego energii elektrycznej (range extender) w hybrydowych samochodach przyszłości.

Rozwiązania stosowane w silnikach rewolwerowych były przedmiotem dokładnych analiz wykonanych przez zespół Pawła Mazuro. Dotychczas grupa badaczy zbudowała i przetestowała trzy silniki z różnymi mechanizmami rewolwerowymi. Dwa pierwsze prototypy o pojemności 50 cm3 (PAMAR-1) i 600 cm3 (PAMAR-2) pozwoliły na wypracowanie know-how, niezbędnego do budowy większej wersji silnika o pojemności 3 dm3 (PAMAR-3).

Silniki rewolwerowe PAMAR-1, PAMAR-2, PAMAR-3 

Ostatni z nich – PAMAR-3 jest lotniczym badawczy silnikiem rewolwerowym, którego testy na hamowni wykazały, że silnik doskonale radzi sobie podczas pracy z zapłonem HCCI. Jest to najnowszy, bardzo intensywnie badany system zapłonowy  w silnikach tłokowych, nigdzie nie stosowany jeszcze w świecie w skali komercyjnej.

 

W ramach projektu przewiduje się:

  1. Wykonanie kompleksowych badań silnika PAMAR-3 do aplikacji technologii HCCI.
  2. Zaprojektowanie i zbudowanie wielopaliwowego silnika rewolwerowego PAMAR-4 o mocy do 75 kW.
  3. Specjalistyczne badania procesu niskotemperaturowego i ultraczystego spalania z wykorzystaniem unikalnych cech konstrukcji, takich jak: zmienny stopień sprężania, zmienne fazy rozrządu i możliwość regulacji kąta przesunięcia fazowego ruchu przeciwsobnych tłoków.
  4. Przeprowadzenie optymalizacji algorytmów sterowania, spalania i emisji silnika.

Wizualizacja silnika rewolwerowego

Trwałym efektem projektu będzie powstanie silnika badawczego PAMAR-4 posiadającego następujące cechy:

  • układ rewolwerowy (osie cylindrów równoległe do osi wału),
  • wzdłużny system wymiany ładunku,
  • zmienny stopień sprężania,
  • zmienne fazy rozrządu,
  • regulowany kąt przesunięcia fazowego, dzięki czemu regulowana jest ilość recyrkulowanych spalin,
  • możliwość pracy przy ciśnieniach spalania dochodzących do 300 bar,
  • możliwość prowadzenia wielowariantowych badań procesu spalania w cylindrze,
  • wielopaliwowość.

Przesłanką do realizacji projektu są również obiecujące wyniki badań i testów wykonanych dotychczas przez zespół z Politechniki Warszawskiej. Badania wykazały szereg zalet testowanego silnika rewolwerowego PAMAR-3. Jak dotąd udało się uzyskać sprawność mechaniczną równą 89% oraz sprawność ogólną 44%. Są to wartości niespotykane dla tak małych silników testowych  pracujących w trybie HCCI.

Ten doskonały wynik spowodowany jest wieloma konstrukcyjnymi aspektami, do których zalicza się:

  1. Przeciwbieżny układ tłoków i zastosowanie wzdłużnego płukania cylindrów.

(łatwe w silnikach rewolwerowych, skomplikowane w silnikach z wałem korbowym).

  1. Pełna osiowa symetria silnika (niemożliwe do osiągnięcia w klasycznych silnikach).
  2. Zmniejszenie pracy tarcia w układzie tłok cylinder.
  3. Bardzo wysokie doładowanie silnika rewolwerowego. 

Zakończenie badań sukcesem i komercyjne zastosowanie systemu spalania HCCI w rewolwerowym silniku tłokowym byłoby komercyjnym przełomem w dziedzinie silników tłokowych prowadzącym do zmniejszenia zużycia paliwa i znacznego obniżenia emisji spalin, co odpowiada coraz bardziej restrykcyjnym międzynarodowym regulacjom dotyczącym ekologii.

Projekt realizowany jest wspólnie z Norwegian University of Science and Technology w ramach projektu RangEx, a środki finansowe pochodzą z funduszy norweskich i NCBR.