Toyota FPEG - (nie)oczekiwana zmiana ról

fot. ToyotaNie wygląda jak silnik spalinowy, ale i jego rola jest nie do końca taka, jak konwencjonalnej jednostki tłokowej

W myśl zasady, że od co najmniej kilkudziesięciu lat w technice samochodowej nie wymyślono niczego zupełnie nowego, a tylko „odkopuje się” i ulepsza rozwiązania opracowane już wcześniej, Japończycy sięgnęli po starą jak świat (przynajmniej jak świat silników spalinowych) ideę motoru z wolnym tłokiem, o którym zresztą pisaliśmy jakiś czas temu. Sądziliśmy wówczas, że to kompletna egzotyka bez przyszłości komercyjnej, a tu proszę – niespodzianka! Prostota takiego urządzenia polega na wyeliminowaniu ruchomych części (korbowodów i wału korbowego) i zintegrowaniu generatora z konstrukcją silnika, co minimalizuje straty energii (którą układ tradycyjny traci dwa razy – najpierw w silniku spalinowym, potem w miejscu połączenia z generatorem). W dużym skrócie chodzi o to, że pracujący tłok porusza się jak rdzeń z magnesów stałych w uzwojeniu cewki.

Ponieważ wszystko musi mieć fachową nazwę, Toyota wymyśliła FPEG, czyli Free Piston Engine Linear Generator. Inżynierowie postarali się, by jednostka miała jak najmniejsze wymiary, żeby w większych modelach samochodów można było bez problemu montować po kilka egzemplarzy dla zapewnienia stałego dopływu odpowiedniej ilości siły napędowej. Jeżeli rozwiązanie to wejdzie do produkcji, pytanie o liczbę cylindrów zupełnie zmieni sens... A wejście do produkcji jest jak najbardziej możliwe – właśnie trwają testy, w ramach których dwucylindrowy zestaw FPEG-ów, o mocy 13 KM każdy, bez problemu wytwarzał dość energii, by utrzymać auto wielkości Yarisa w ruchu ze stałą prędkością 120 km/h. Fakt, że podróżowanie w takich warunkach wymaga niewiele mocy i momentu obrotowego, ale zwiększenie wydajności to pewnie tylko kwestia czasu.

Powiedzmy więcej o konstrukcji samego komponentu spalinowego. Zawiera ona elementy typowe dla dwusuwów, np. zawory dolotowe (tylko dla powietrza, nie paliwa) w formie okien w ścianach cylindra. Zawory grzybkowe w górnej części komory spalania też są, ale pełnią rolę wyłącznie zaworów wydechowych, ponieważ wtrysk paliwa jest bezpośredni. Ciekawe w całym urządzeniu jest i to, że tłok ma komorę spalania tylko z jednej strony. Niby nic niezwykłego, bo tak jest przecież w każdym konwencjonalnym silniku, tyle że z reguły tłok jest przymocowany do korbowodu i wału korbowego, a więc powraca do góry siłą własnej bezwładności, a tutaj żadnego mechanicznego połączenia nie ma i tłok musi się od czegoś „odbijać”. Silniki z wolnymi tłokami mają więc często komory spalania po obu stronach (tłok ma kształt walca „przepychanego” w cylindrze między jedną a drugą komorą, stanowiąc specyficzny przypadek jednostki typu bokser), FPEG natomiast ma za tłokiem poduszkę gazową (z zaworem regulującym ciśnienie), która go łagodnie wyhamowuje i „odsyła” z powrotem.

Wśród zalet takiego „patentu” Toyota wymienia wysoką sprawność termiczną, niski poziom tarcia i niewielkie wibracje. Wygląda więc na to, że pomimo spalinowej natury FPEG skutecznie walczy ze wszystkimi największymi słabościami typowego silnika tłokowego, który niestety większość efektów swojej pracy posyła „w gwizdek” za sprawą rozpraszanej w nadmiarze energii cieplnej. Poza tym, FPEG ma pełnić rolę wyłącznie range extendera, a więc będzie wkraczał do akcji dopiero po wyczerpaniu się zasobów energii zmagazynowanej w akumulatorach samochodu, co oznacza, że ewentualne straty wynikające z jego pracy będą tak czy inaczej ograniczone. Skoro zaś za rozwijanie technologii wolnego tłoka wzięła się nie mała, samodzielna firma, a gigant pokroju Toyoty, można mieć nadzieję, że wkrótce (choć i tak najprędzej w ciągu kilku lat) FPEG zawita do samochodów produkowanych seryjnie. Czyżby zanosiło się na powrót do prostoty w konstruowaniu aut? Trzymamy kciuki!