Mesin pembakaran internal berantakan. Hal-hal tersebut memenuhi udara dengan polutan, menghilangkan sumber daya tak terbarukan di bumi, dan membuat Amerika Serikat secara ekonomi terikat pada negara-negara yang sebaiknya kita hindari. Ini adalah ketergantungan yang buruk.
Namun.
Mereka tidak ke mana-mana. Lagipula tidak segera.
Anda telah mendengar janji-janjinya. Motor listrik, powertrain hybrid, sel bahan bakar hidrogen, bahkan mobil yang menggunakan udara bertekanan. Sektor teknologi menyukai narasi penyelamat. Namun belum ada alternatif yang siap menggantikan ICE. Kendaraan listrik adalah hal yang paling dekat dengan masa depan yang layak, tentu saja. Namun baterai tersebut membutuhkan waktu berjam-jam untuk diisi ulang, memiliki jangkauan yang terbatas, dan Anda tidak bisa begitu saja keluar dari jalan antar negara bagian dan mengisinya dalam lima menit. Apakah Anda benar-benar ingin terdampar di antah berantah dengan baterai lithium-ion yang mati dan tidak ada seorang pun dalam jarak lima puluh mil yang tahu cara menghidupkannya?
Hibrida, seperti Toyota Prius, layak dilakukan. Mereka populer. Tapi mereka masih mengandung mesin pembakaran internal. Hal-hal tersebut tidak memecahkan masalah; mereka hanya menunda perhitungan yang tidak bisa dihindari.
Sel bahan bakar hidrogen? Konsepnya luar biasa. Mereka akan menjadi arus utama dalam dua puluh atau tiga puluh tahun. Saat itulah Anda akan berbelanja gigi palsu. Mobil udara terkompresi? Mari kita lihat Anda mengisi bahan bakar dengan pompa sepeda sebelum kami menyebutnya siap produksi.
Teknologi-teknologi ini penting. Lembaga think tank dan produsen sedang melakukan penelitian dan pengembangan. Perjalanan cucu Anda akan bergantung pada mereka. Suatu hari nanti, salah satunya akan menghentikan kecanduan kita terhadap bahan bakar fosil.
Tapi kita tidak bisa menunggu tiga puluh tahun. Kami membutuhkan sesuatu yang berfungsi sekarang. Sesuatu yang praktis untuk beberapa tahun ke depan.
Kita membutuhkan mesin pembakaran internal yang lebih baik.
Kabar baiknya? Mereka datang. Lebih ringan. Lebih hemat bahan bakar. Lebih sedikit polusi. Jika kita belum bisa mengeluarkan ICE ke padang rumput, setidaknya kita bisa membuatnya berperilaku baik saat ia berlari kencang di jalan-jalan umum.
Masuk ke mesin OPOC.
Jika akronim itu tidak menarik, bacalah dengan lantang. Silinder Berlawanan-Piston Berlawanan. Ini seteguk. Sebut saja itu OPOC. Ecomotor, sebuah perusahaan yang sebenarnya memproduksi kendaraan ini untuk konsumen, menganggap serius konsep ini. Mereka bertujuan untuk mencapai kesiapan pasar jauh sebelum hidrogen menjadi teknologi baru.
Siapa yang mendukung ini? Bill Gates. Ya, itu Bill Gates. Jika ada yang memahami teknologi praktis mutakhir, itu adalah salah satu pendiri Microsoft. Investasinya menandakan bahwa ini bukan sekadar hobi garasi. Ini adalah pesaing serius untuk merevolusi cara kita menggunakan bensin.
Jadi apa itu OPOC? Apa bedanya dengan mesin V6 atau inline-four yang bergemerincing di bawah kap Anda? Untuk memahami inovasi, Anda harus memahami standarnya.
Cara kerja mesin mobil standar vs perbedaan OPOC
Kebanyakan mobil menggunakan empat atau enam silinder. Jika Anda punya lebih dari enam, Anda sedang mengendarai mobil otot, dan Anda mungkin tidak di sini untuk membahas efisiensi bahan bakar.
Silinder persis seperti namanya: lubang silinder di blok mesin. Di dalamnya ada piston, tabung yang bisa digerakkan. Gabungkan piston itu dengan bensin, udara, dan percikan api, dan Anda mendapatkan tenaga penggerak yang eksplosif. Itu versi cepat dan kotor.
Pada mesin tradisional, setiap silinder ditutup. Gas yang terperangkap di antara bagian atas piston dan kepala silinder harus tetap tertahan selama pembakaran. Untuk mengatur aliran udara dan pembuangan, pabrikan menggunakan dua katup di dekat bagian atas setiap silinder. Salah satunya adalah katup masuk, yang mengalirkan udara dan bahan bakar masuk. Yang lainnya adalah katup buang, yang melepaskan gas yang terbakar setelah pembakaran.
Katup-katup ini membuka dan menutup secara sinkron secara mekanis dengan gerakan piston. Keluarkan. Udara segar masuk. Waktu adalah segalanya.
OPOC mengubah dinamika ini. Ini tidak hanya mengubah katup; itu menata ulang silinder itu sendiri.
Mengapa Dua Piston Lebih Baik Dari Satu
Siklus empat langkah adalah berita lama. Para insinyur abad ke-19 menemukan jawabannya, dengan banyak meminjam logika mesin uap. Ini berhasil. Itu dapat diandalkan. Tapi itu juga berat. Dan besar. Dan jika Anda mengejar rasio tenaga terhadap berat, membawa sekitar delapan atau dua belas silinder hanya untuk membuat gerakan linier melingkar terasa seperti pajak bagi fisika.
Jadi bagaimana jika kita mengurangi jumlah silinder menjadi dua?
Bukan dengan memperbesar silindernya. Dengan membuat mereka berbicara satu sama lain.
Masuk ke mesin piston lawan.
Lupakan pengaturan tradisional di mana piston menekan kepala silinder. Dalam pengaturan ini, tidak ada kepala. Tidak ada katup. Tidak ada busi yang terletak di atap ruang bakar. Hanya sebuah tabung panjang dengan dua piston menghadap dari ujung yang berlawanan. Mereka bergerak secara sinkron. Ketika bertemu di tengah, mereka memampatkan campuran udara-bahan bakar. Ketika mereka memisahkan diri, mereka menciptakan ruang hampa untuk asupan.
Kedengarannya sederhana. Bukan itu.
Bagaimana Sebenarnya Siklus Piston Berlawanan Bekerja
Mari kita uraikan gerakannya. Anda mempunyai Silinder A dan Silinder B, namun sebenarnya keduanya merupakan satu lubang yang berkesinambungan. Piston 1 masuk dari kiri. Piston 2 masuk dari kanan.
Saat mereka saling mendekat, mereka menutup saluran masuk. Campuran udara-bahan bakar terjebak. diperas. Tekanannya melonjak. Ini adalah fase kompresi, sama seperti Honda Civic inline-4 Anda. Namun, alih-alih menyalakan busi, bahan bakar diinjeksikan langsung ke udara panas bertekanan.
Pengapian otomatis.
Tidak diperlukan percikan. Panas kompresi saja sudah menyalakan api. Secara teknis ini adalah varian siklus Diesel, meskipun Anda menggunakan bensin. Ledakan tersebut mendorong kedua piston keluar secara bersamaan. Mereka menabrak lubang pembuangan. Gas yang terbakar keluar. Siklusnya diatur ulang.
Tidak ada kepala silinder berarti tidak ada paking kepala yang rusak. Tidak ada katup yang rusak. Lebih sedikit bagian bergerak yang aus.
Geometrinya brutal. Piston harus tetap tersinkronisasi dengan sempurna. Jika seseorang tertinggal satu milimeter, mereka tidak hanya melewatkan puncak kompresi. Mereka mungkin bertabrakan. Logam di atas logam. Pada ribuan RPM. Itu bukan perbaikan. Itu adalah tempat pembuangan sampah.
Sambungan Poros Engkol: Bukan Seperti yang Anda Pikirkan
Inilah perubahan yang merusak sebagian besar desain mesin. Pada mesin V6 standar atau flat-four, piston terhubung ke poros engkol tunggal. Pada mesin piston berlawanan, terdapat dua poros engkol.
Yang satu menggerakkan piston kiri. Yang lain mengemudi ke kanan.
Mereka dihubungkan dengan roda gigi atau rantai pengatur waktu, memastikan bahwa ketika Piston 1 turun, Piston 2 naik. Rotasi menghilangkan getaran secara alami. Tidak diperlukan beban penyeimbang. Mesinnya pada dasarnya seimbang.
Pengaturan ini populer pada mesin pesawat Perang Dunia II. Junkers Jumo 205 menggerakkan segalanya mulai dari pembom hingga kapal selam. Mengapa? Karena itu kompak. Pesawat itu memiliki profil yang rendah, mudah dipasang di badan pesawat yang sempit. Dan itu kasar. Saat Anda melepas kepala silinder, Anda menghilangkan sumber rendaman panas dan kegagalan terbesar pada mesin pembakaran internal.
Namun hal ini juga kurang fleksibel.
Mengapa Kami Meninggalkannya (Dan Mengapa Kami Kembali)
Mesin piston lawan memiliki kelemahan fatal di pasar konsumen: emisi dan fleksibilitas bahan bakar.
Karena lubang masuk dan keluar dibuka dan ditutup oleh piston itu sendiri, pembersihan menjadi rumit. Anda tidak dapat mengontrol valve timing secara mandiri. Anda tidak dapat memvariasikan tumpang tindih dengan mudah. Artinya, upaya untuk mencapai emisi yang bersih adalah sebuah mimpi buruk. Peraturan modern menuntut kontrol yang tepat terhadap kapan gas masuk dan keluar dari ruangan. Waktu port tidak memberi Anda rincian itu.
Jadi kami beralih ke camshaft. Kami menerima kerumitan katup, head, dan timing belt demi kepatuhan.
Namun industri ini sedang mengalami pergeseran.
Toleransi manufaktur modern telah meningkat secara drastis. Sistem injeksi yang dikendalikan komputer dapat mengatur proses penyalaan otomatis dengan presisi tingkat mikron. Dan permintaan akan pembangkit listrik kompak dengan output tinggi dalam sistem hibrida dan perluasan jangkauan listrik-hibrida menghidupkan kembali desain piston lawan.
Perusahaan seperti Velozity Motors sedang membangun mesin ini saat ini. Mereka menyasar kendaraan hybrid yang mesinnya tidak perlu putaran tinggi, namun mampu menghasilkan torsi maksimal dengan ukuran minimal.
Apakah sudah siap untuk pengemudi harian Anda? Mungkin belum. Konsumsi minyak bisa tinggi. Jalur pelumasan
Mekanisme Desain OPOC Ecomotors
Mesin standar mengandalkan piston yang bergerak secara paralel. Satu silinder, satu piston, lurus ke bawah. Mesin piston lawan membalik skrip itu. Mereka menempatkan dua piston dalam satu silinder. Mereka saling berhadapan. Mereka tidak jatuh. Itulah intinya.
Ecomotors membuat pengaturan khusus ini untuk DARPA. Aplikasi militer terlebih dahulu. Itu masuk akal mengingat persyaratannya yang berat. Geometrinya liar. Poros engkol melewati bagian tengah silinder. Tegak lurus dengan lubangnya. Kedua piston menggerakkan poros engkol yang sama saat bergerak berlawanan arah.
Pikirkan tentang panjang pukulan. Setiap piston hanya menempuh setengah jarak piston pada mesin empat langkah standar. Semakin sedikit jarak berarti semakin sedikit gesekan. Lebih sedikit gesekan berarti penghematan bahan bakar yang lebih baik. Dan knalpotnya? Itu menggenang di tengah. Tidak perlu menutup ujung silinder hanya untuk menjaga agar asap tidak bocor sebelum siap keluar.
Kedengarannya seperti mimpi. Ini adalah mesin dua langkah. Tapi bukan dua pukulan masa lalu yang kotor dan membakar minyak. Ini adalah binatang yang pembakarannya bersih.
Mengapa Mesin OPOC Ecomotors Memiliki Kepadatan Daya Tinggi
Keajaiban ada pada jalinan. Setiap piston sebenarnya terbagi menjadi dua bagian. Mereka bergerak ke dalam satu sama lain. Arah berlawanan.
Begini cara kerja siklusnya. Salah satu ujung piston saling menutup. Itu menciptakan kompresi. Campuran bahan bakar dan udara menjadi terjepit. Pada saat yang sama, ujung piston yang lain bergerak menjauh. Hal ini menciptakan kekosongan. Udara mengalir masuk. Pemasukan dan kompresi terjadi secara bersamaan.
Dua pukulan. Asupan. Kompresi. Pengapian. Knalpot. Selesai.
Mesin konvensional memerlukan empat langkah untuk melakukan pekerjaan yang sama. OPOC melakukannya dalam dua cara. Karena dua piston dalam satu silinder melakukan kerja dua silinder terpisah pada mesin normal, maka keduanya menerapkan gerakan ganda pada poros engkol untuk jumlah ruang yang sama.
Itu sama dengan kepadatan daya yang tinggi. Lebih banyak tenaga per pon massa mesin. Untuk kendaraan militer atau drone, bobot adalah segalanya. Desain ini berhasil.
Bagaimana Desain Modular Mengurangi Bagian Bergerak
Kesederhanaan adalah fitur pembunuh sesungguhnya di sini. Mesin pembakaran internal standar adalah mimpi buruk mekanis. Anda memiliki camshaft. Lengan goyang. Pengangkat. katup. Sebuah tarian yang rumit dan diatur waktunya dengan tepat untuk menjaga katup masuk dan katup buang hanya terbuka pada saat yang seharusnya. Tidak pernah dalam waktu yang bersamaan. Selalu pada milidetik yang tepat.
Ecomotors menghilangkan semua itu.
Tidak ada katup.
“Katup” hanyalah port di sisi silinder. Piston meluncur di atasnya. Menutupi mereka. Mengungkapnya. Hanya itu saja. Tidak ada camshaft. Tidak ada timing belt. Tidak ada sistem hubungan yang rumit.
Jumlah bagian turun dari 385 menjadi 62.
Itu adalah pengurangan yang sangat besar. Lebih sedikit bagian berarti lebih sedikit barang yang rusak. Lebih sedikit hal untuk diservis. Mesinnya secara mekanis lebih sederhana. Ini lebih kuat.
Dan itu modular. Anda bisa menumpuknya. Satu silinder OPOC secara teknis adalah mesin dua silinder dalam hal tenaga. Tambahkan yang lain. Sekarang Anda memiliki mesin yang setara dengan empat silinder. Tambahkan yang ketiga. Tenaga enam silinder. Teruslah menghubungkan silinder bersama-sama.
Apakah ini mesin masa depan? Mungkin. Sampai sel bahan bakar nuklir menjadi layak untuk digunakan konsumen. Peningkatan efisiensi terlalu bagus untuk diabaikan. Kesederhanaannya tidak dapat disangkal.
