騒音、過度の振動、比較的非効率は、リーフブロワーや芝刈り機など、今日の芝生や園芸機器の動力であるピストン式内燃機関（ICE）の欠点である。
しかし、MITの新興企業LiquidPistonは、このような小型エンジン装置の多くで使用されているICEよりも大幅に小さく、軽く、静かで、燃料効率も20パーセント優れているというロータリーICEを開発しました。
「例えば、チェーンソーやヘッジトリマーなどの手持ち工具について考えてみると、約30分後には、手が落ちそうでもう使いたくなくなります」と、LiquidPistonの社長でエンジンの共同発明者であるAlexander Shkolnik博士（10）は述べています。 「私たちのエンジンは振動が全くなく、とても静かです。 私たちのエンジンは振動がまったくなく、ずっと静かです。」
LiquidPiston の 70 立方センチメートル エンジン、X Mini は 10,000 RPM で約 3.5 馬力を発生します。 Shkolnik氏によると、X Miniは完全に完成すると、毎分15,000回転で約5馬力を発揮し、重量は3ポンドになります。
このエンジンは、Shkolnik氏と彼の物理学者の父Nikolay氏が開発した新しい高効率ハイブリッドサイクル (HEHC) で、一定容積で燃焼させ過膨張させて大きなエネルギーを抽出することが可能です。 ローターとシャフトの 2 つの可動部のみで、他の 4 ストローク ICE で燃料吸入を制御するためによく使用されるポペットバルブもないため、このエンジンは騒音、振動、ハーシュネス特性も低減できると Shkolnik 氏は述べています。 しかし、このエンジンは、原付、ドローン、船舶用動力装置、ロボット工学、レンジ・エクステンダー、ボート、飛行機、その他の車両の補助動力装置など、他の用途に拡大・変更することが可能です。 また、70馬力の「X1」や40馬力の「X2」など、発電機などの用途に向けた高効率なディーゼルエンジンの概念実証も行っています。 同社は最終的に、軍事用途向けにX Miniエンジンの小型ディーゼル版を開発したいと考えています。
「3キロワットの軍事用発電機を見ると、それは5人が移動する270ポンドのゴリラです」と、Shkolnikは言います。 「
Shkolnikは、11月19日にイタリアで開催されたSociety of Automotive Engineersの2014 Small Engine Technology Conference and Exhibitionで、X2とX Miniの両方について論文を発表しました。
逆ワンケル
Xミニは、1950年代に発明され、現在スポーツカーやボート、一部の航空機に使用されているコンパクトなワンケルロータリーエンジンの設計と効率を本質的にアップグレードしたものです。
ワンケルでは、丸い三角形のローターは楕円形の室内で偏心軌道で回転し、1回転ごとにエンジンが力を生む3段階のパワーストロークは、ここでも発生しています。
「従来のロータリー エンジンのすべてを逆転させ、この新しい熱力学的サイクルを実行して、小型エンジン アプリケーションで従来のワンケル エンジンを苦しめていたすべての問題を解決できるようになりました」と Shkolnik は述べています。
Xミニの空気と燃料の吸入と排気は、ローターにある2つのポートで行われ、ローターの回転に合わせて開閉するため、バルブが不要になりました。 このポートを左右非対称に配置することで、膨張時の排気をわずかに遅らせることができました。 これにより、一部のハイブリッドカーで採用されているアトキンソン熱力学サイクルに由来するHEHCの過膨張プロセスを可能にし、チャンバー内でガスが無圧になるまで膨張し、エンジンが燃料からエネルギーを取り出す時間をより長くすることができます。 この設計は、HEHCの「定容量燃焼」（火花点火式ピストン・エンジンで使用されるオットー熱力学サイクルに由来）にも対応しており、圧縮ガスを長時間チャンバー内に保持し、空気と燃料を混合して完全に点火させてから膨張するので、膨張圧力が高まり効率が向上します。 「ほとんどのエンジンでは、燃料を燃やしている間にガスが膨張し、燃焼プロセスから効率が失われています。 ローターが燃焼室の上部にある間は燃焼を継続し、その状態で強制的に燃焼させるのです。 そのほうがはるかに効率がよいのです」
さらに、Xミニでは、アペックスシールを移設し、オイル消費量の低減につなげました。 ワンケルの場合、アペックスシールは三角形のローターの端に接合され、そこでスライドして動きます。 そのため、潤滑のために大量のオイルを空燃比に供給する必要があり、オイルが燃焼して漏れ、排気ガスやオイル消費量が増加する。 しかし、Xミニでは、これらのシールは三角形のハウジングの中にあり、そのままの状態で使用されます。 「Shkolnik 氏は、「今、私たちは、シールが必要とする量のオイルを、固定されたハウジングを通して微量に供給することができ、オイルは一切燃えず、環境に対してオイルを失うこともありません」と述べています。 その年、ニコライ・シュコルニクは最初の HEHC 特許を申請し、息子は技術系起業に焦点を当てた授業で MIT $50K Entrepreneurship Competition (現在は $100K) のことを知りました。 彼らは MIT Sloan School of Management の学生とチームを組み、ビジネス プランを作成し、2004 年のコンペティションで HEHC エンジンを売り込み、1 万ドルの準優勝賞を獲得して LiquidPiston を立ち上げました。
コンテスト自体は、その時点で起業経験のなかった父と息子の起業家に役立つことがわかりました。 詳細なビジネス プランを作成し、投資家に自分たちの技術を説明する方法を学ぶ中で、「本当に何をすべきかのロードマップが示され、私たちが直面する問題について多くを考えさせられました」と、Shkolnik 氏は語ります。 「最適化、制御、シミュレーション、モデリングなど、多くのことを学びました」と彼は言います。 「これらすべての同じテクニックは、エンジンの設計に適用できます」
Shkolnik は、LiquidPiston の開発の多くを、MIT コミュニティの拡大によるものだと考えています。 50Kドルの間、ベンチャーキャピタリストのBill Frezza ’76, SM ’78がチームを指導し、彼の会社は初期の投資家となりました。 MIT Sloan のチーム メンバーである Brian Roughan MBA ’05, Jennifer Andrews Burke MBA ’05, および Vikram Sahney MBA ’05 は、市場調査、ビジネスプランの作成、ビジネス開発、および投資家への売り込みを行っています。
Venture Mentoring Service (VMS) 設立者の故 Dave Staelin を含む MIT のアドバイザーたちも、製品開発、雇用、ベンチャー キャピタルへの勧誘などについて助言し、 LiquidPiston を指導しています。 (
2006年、LiquidPiston は、何十ものエンジンの反復を分析した後、最初のディーゼル エンジンのプロトタイプを製作するために、7万ドルの軍用助成金を獲得しました。 (現在、LiquidPistonはHEHCを具現化するために約60種類のエンジン設計を分析し、特許を取得しています。)
軽量で静かで振動のないエンジンを求める動力装置メーカーからの圧倒的なフィードバックにより、LiquidPistonは最近、X Miniに軸足を移して、この半年間に開発・発表しました。 同社は現在、潜在的な顧客から関心を寄せられ、X Mini技術のライセンス供与に関心を持つエンジンメーカーと話をしています。
Shkolnik氏は、「X Miniは既存のエンジン用途を改善するだけではなく、現在のエンジンやバッテリー技術では不可能なまったく新しい用途を可能にするかもしれません」と説明しています。 「私たちは、創造力を働かせて、面白いものがないかどうか、より広いコミュニティに開放したいのです」とShkolnikは言います。