พลังงานที่จำเป็นในการขับเคลื่อนยานพาหนะภาคพื้นดินและเพื่อใช้งานระบบและส่วนประกอบนั้นมาจากเครื่องยนต์ดีเซล การลดการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงไม่เพียงแต่เพิ่มช่วง แต่ยังช่วยลดปริมาณของการขนส่ง ซึ่งกำหนดโดยการบำรุงรักษาเชื้อเพลิงสำรอง และเพิ่มความปลอดภัยของเจ้าหน้าที่บริการด้านหลังในกระบวนการบำรุงรักษาอุปกรณ์
ในเรื่องนี้ กองกำลังติดอาวุธพยายามค้นหาวิธีแก้ปัญหาที่ประสิทธิภาพสูงและความร้อนจำเพาะสูงของการเผาไหม้เชื้อเพลิงดีเซลที่มีอยู่ในระบบที่มีไดรฟ์ไฟฟ้าจะทำงานใน "ทีม" เดียว โซลูชันไฮบริดใหม่และเครื่องยนต์สันดาปขั้นสูงมีศักยภาพที่จะให้ประโยชน์ในทางปฏิบัติที่ดีพร้อมกับไดรฟ์ไฟฟ้าเดี่ยวที่เงียบ การตรวจสอบที่เงียบ (เซ็นเซอร์ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ในขณะที่อยู่กับที่) และการผลิตพลังงานสำหรับผู้บริโภคภายนอก
ศักยภาพของรถไฟฟ้า
ตัวอย่างเช่น Research Canada (DRDC) กำลังตรวจสอบความเป็นไปได้ของระบบส่งกำลังดีเซล-ไฟฟ้าแบบไฮบริด FDA เผยแพร่งานวิจัยในปี 2018 โดยเน้นที่แพลตฟอร์มยุทธวิธีเบา เช่น HMMWV, ยานพาหนะต่อสู้เบาพิเศษระดับ DAGOR และรถเอทีวีขนาดเล็กแบบเดี่ยวและแบบหลายที่นั่ง
รายงาน Feasibility of Hybrid Diesel-Electric Powertrains for Light Tactical Vehicles ระบุว่าในโหมดการขับขี่ส่วนใหญ่ที่ความเร็วและน้ำหนักบรรทุกแตกต่างกันอย่างมาก (โดยทั่วไปจะเป็นแบบออฟโรด) ระบบไฮบริดจะมีประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงดีขึ้น 15% -20% ในแง่ของการประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิง เมื่อเทียบกับ เครื่องจักรที่ขับเคลื่อนด้วยกลไกแบบดั้งเดิม โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้ระบบเบรกแบบสร้างใหม่ นอกจากนี้ เครื่องยนต์สันดาป รวมทั้งเครื่องยนต์ดีเซล จะทำงานได้ดีที่สุดเมื่อทำงานที่รอบต่อนาทีคงที่ซึ่งได้รับการคัดเลือกมาอย่างดี ซึ่งเป็นเรื่องปกติของระบบไฮบริดตามลำดับ ซึ่งเครื่องยนต์ทำงานเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเท่านั้น
ตามที่รายงานระบุว่า เนื่องจากพลังงานของเครื่องยนต์สามารถเสริมด้วยแบตเตอรี่ในช่วงระยะเวลาสั้นๆ ของการใช้พลังงานสูงสุด เครื่องยนต์จึงสามารถปรับให้ให้พลังงานเฉลี่ยที่ต้องการเท่านั้น โดยโรงไฟฟ้าขนาดเล็กมักใช้เชื้อเพลิงน้อยกว่า สิ่งอื่น ๆ ทั้งหมดจะเท่ากัน
ด้วยความจุของแบตเตอรี่ที่เพียงพอ รถไฮบริดยังสามารถอยู่ในโหมดการตรวจสอบแบบเงียบเป็นเวลานานโดยที่เครื่องยนต์ดับและเซ็นเซอร์ทำงาน ระบบอิเล็กทรอนิกส์ และระบบสื่อสาร นอกจากนี้ ระบบยังสามารถจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ภายนอก ชาร์จแบตเตอรี่ และแม้กระทั่งจ่ายไฟให้กับค่ายทหาร ซึ่งช่วยลดความต้องการเครื่องปั่นไฟแบบลากจูง
แม้ว่าไดรฟ์ไฮบริดจะให้ประสิทธิภาพที่เหนือกว่าในแง่ของความเร็ว การเร่งความเร็ว และความสามารถในการจัดเกรด แต่ก้อนแบตเตอรี่อาจมีน้ำหนักมากและเทอะทะ ส่งผลให้น้ำหนักบรรทุกลดลง DRDC กล่าว นี่อาจเป็นปัญหาสำหรับรถยนต์น้ำหนักเบาและรถเอทีวีที่นั่งเดียว นอกจากนี้ ที่อุณหภูมิต่ำ ลักษณะของแบตเตอรี่จะลดลง พวกเขามักจะมีปัญหากับการชาร์จและการควบคุมอุณหภูมิ
แม้ว่ารถไฮบริดแบบซีเควนเชียลจะขจัดระบบเกียร์แบบกลไก แต่ความต้องการเครื่องยนต์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง และแบตเตอรี่ย่อมทำให้การซื้อและบำรุงรักษายากและมีราคาแพงอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้
อิเล็กโทรไลต์ของแบตเตอรี่ส่วนใหญ่สามารถก่อให้เกิดความเสี่ยงได้เช่นกันเมื่อเกิดความเสียหาย เช่น เซลล์ลิเธียมไอออนจะติดไฟเมื่อได้รับความเสียหาย รายงานชี้ให้เห็นถึงความเสี่ยงที่มากกว่าการจ่ายน้ำมันดีเซลหรือไม่ก็ตาม รายงานชี้ให้เห็น แต่รถไฮบริดก็มีความเสี่ยงทั้งสองอย่าง
การเลือกแบบผสมผสาน
รูปแบบหลักสองแบบสำหรับการรวมเครื่องยนต์สันดาปภายในกับอุปกรณ์ไฟฟ้าเป็นแบบอนุกรมและแบบขนาน ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น แพลตฟอร์มไฮบริดแบบอนุกรมคือเครื่องจักรไฟฟ้าที่มีเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ในขณะที่ขนานกันมีเครื่องยนต์และมอเตอร์ฉุดลาก ซึ่งส่งกำลังไปยังล้อผ่านระบบส่งกำลังทางกลที่เชื่อมต่ออยู่ ซึ่งหมายความว่าเครื่องยนต์หรือมอเตอร์ฉุดลากสามารถขับเคลื่อนเครื่องแยกกันหรือสามารถทำงานร่วมกันได้
ในรถไฮบริดทั้งสองประเภท ส่วนประกอบทางไฟฟ้ามักจะเป็นชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามอเตอร์ (MGU) ซึ่งสามารถแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นการเคลื่อนไหวและในทางกลับกัน มันสามารถขับรถ ชาร์จแบตเตอรี่ สตาร์ทเครื่องยนต์ และหากจำเป็น ให้ประหยัดพลังงานผ่านการเบรกแบบสร้างพลังงานใหม่
ทั้งซีรีย์และไฮบริดแบบขนานพึ่งพาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังเพื่อจัดการพลังงานแบตเตอรี่และควบคุมอุณหภูมิของแบตเตอรี่ พวกเขายังให้แรงดันและค่าแอมแปร์ที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าต้องจ่ายให้กับแบตเตอรี่และแบตเตอรี่เพื่อส่งไปยังมอเตอร์ไฟฟ้า
อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังนี้มาในรูปแบบของอินเวอร์เตอร์เซมิคอนดักเตอร์ซึ่งใช้เซมิคอนดักเตอร์ซิลิกอนคาร์ไบด์ซึ่งมีข้อเสียซึ่งตามกฎแล้วรวมถึงขนาดและค่าใช้จ่ายขนาดใหญ่รวมถึงการสูญเสียความร้อน ระบบอิเล็กทรอนิกส์กำลังต้องการชุดควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ที่คล้ายคลึงกับอุปกรณ์ที่ใช้กับเครื่องยนต์สันดาปภายใน
จนถึงปัจจุบัน ประวัติของยานพาหนะทางทหารที่ใช้พลังงานไฟฟ้าประกอบด้วยโครงการพัฒนาเชิงทดลองและความทะเยอทะยานที่ปิดตัวลงในที่สุด ในการปฏิบัติการจริง ยังไม่มียานพาหนะทางทหารไฮบริด โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในด้านยานพาหนะทางยุทธวิธีเบา ปัญหาทางเทคโนโลยีที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขหลายประการยังคงอยู่ ปัญหาเหล่านี้สามารถพิจารณาแก้ไขได้เป็นส่วนใหญ่สำหรับยานพาหนะพลเรือน เนื่องจากใช้งานในสภาพที่เอื้ออำนวยกว่ามาก
รถยนต์ไฟฟ้าได้แสดงตัวเองว่าเร็วมาก ตัวอย่างเช่น รถสี่ที่นั่ง Reckless Utility Tactical Vehicle (UTV) รุ่นทดลองของ Nikola Motor สามารถเร่งความเร็วจาก 0 ถึง 97 กม. / ชม. ใน 4 วินาทีและมีระยะทาง 241 กม.
"อย่างไรก็ตาม เลย์เอาต์เป็นหนึ่งในความท้าทายที่ยิ่งใหญ่" รายงานของ DRDC กล่าว ขนาด น้ำหนัก และการกระจายความร้อนของก้อนแบตเตอรี่มีขนาดค่อนข้างใหญ่ และต้องมีการประนีประนอมระหว่างความจุพลังงานทั้งหมดและกำลังไฟฟ้าที่ส่งได้ในทันทีสำหรับมวลและปริมาตรที่กำหนด การจัดสรรปริมาณสำหรับสายไฟฟ้าแรงสูง ความน่าเชื่อถือและความปลอดภัยยังเป็นปัญหาคอขวด ตลอดจนขนาด น้ำหนัก การทำความเย็น ความน่าเชื่อถือ และการกันน้ำของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง
ความร้อนและฝุ่น
รายงานระบุว่าอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงโดยยานพาหนะทางทหารอาจเป็นปัญหาที่ใหญ่ที่สุด เนื่องจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะไม่ชาร์จในอุณหภูมิที่ต่ำกว่าศูนย์ และระบบทำความร้อนจะเพิ่มความซับซ้อนและต้องการพลังงานแบตเตอรี่ที่มีความร้อนสูงเกินไปในระหว่างการคายประจุอาจเป็นอันตรายได้ แบตเตอรี่เหล่านั้นต้องถูกทำให้เย็นลงหรือลดให้อยู่ในโหมดลดขนาด ในขณะที่มอเตอร์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าก็สามารถให้ความร้อนสูงเกินไปได้ ในที่สุด อย่าลืมเกี่ยวกับแม่เหล็กถาวรซึ่งมีแนวโน้มที่จะล้างอำนาจแม่เหล็ก
ในทำนองเดียวกัน ที่อุณหภูมิสูงกว่า 65 ° C ประสิทธิภาพของอุปกรณ์เช่นอินเวอร์เตอร์ IGBT จะลดลงและดังนั้นจึงจำเป็นต้องระบายความร้อน แม้ว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังรุ่นใหม่ที่ใช้สารกึ่งตัวนำซิลิกอนคาร์ไบด์หรือแกลเลียมไนไตรด์ นอกเหนือจากการทำงานที่แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น ทนทานต่ออุณหภูมิที่สูงขึ้นและ, จึงสามารถระบายความร้อนจากระบบระบายความร้อนของเครื่องยนต์ได้
นอกจากนี้ การกระแทกและการสั่นสะเทือนจากภูมิประเทศที่ขรุขระ บวกกับความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นจากการปลอกกระสุนและการระเบิด ยังทำให้ยากที่จะรวมเทคโนโลยีการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าเข้ากับยานพาหนะทางทหารขนาดเล็ก รายงานระบุ
รายงานสรุปว่า DRDC ควรสั่งผู้สาธิตเทคโนโลยี เป็นยานพาหนะทางยุทธวิธีไฮบริดแบบเรียงตามลำดับน้ำหนักเบาที่ค่อนข้างเรียบง่าย พร้อมมอเตอร์ไฟฟ้าติดตั้งอยู่ในดุมล้อหรือในเพลา เครื่องยนต์ดีเซลได้รับการปรับให้มีกำลังสูงสุดที่เหมาะสม และติดตั้งชุดตัวเก็บประจุแบบพิเศษหรือแบบพิเศษเพื่อปรับปรุงอัตราเร่งและความสามารถในการจัดเกรด. ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์หรืออัลตราคาปาซิเตอร์เก็บประจุขนาดใหญ่มากไว้ในช่วงเวลาสั้นๆ และสามารถปล่อยประจุออกมาอย่างรวดเร็วเพื่อสร้างพัลส์กำลัง รถจะไม่อยู่เลยหรือจะติดตั้งแบตเตอรี่ขนาดเล็กมาก กระแสไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นในระหว่างกระบวนการเบรกแบบสร้างใหม่ ดังนั้นจึงไม่รวมโหมดของการเคลื่อนไหวแบบเงียบและการสังเกตแบบไร้เสียง
สายไฟที่วิ่งไปที่ล้อเพียงอย่างเดียว แทนที่เกียร์ทางกลและเพลาขับ จะลดน้ำหนักของเครื่องจักรได้อย่างมากและปรับปรุงการป้องกันการระเบิด เนื่องจากการกระเจิงของเศษซากรองและเศษเล็กเศษน้อยจะถูกกำจัด หากไม่มีแบตเตอรี่ ปริมาณภายในสำหรับลูกเรือและน้ำหนักบรรทุกจะเพิ่มขึ้นและปลอดภัยยิ่งขึ้น และปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการบำรุงรักษาและการจัดการความร้อนของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะหมดไป
นอกจากนี้ยังมีการกำหนดเป้าหมายต่อไปนี้เมื่อสร้างต้นแบบ: การสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงที่ลดลงของเครื่องยนต์ดีเซลที่มีขนาดค่อนข้างเล็กซึ่งทำงานที่รอบต่อนาทีคงที่ รวมกับการนำพลังงานกลับมาใช้ใหม่ การผลิตพลังงานที่เพิ่มขึ้นสำหรับเซ็นเซอร์ปฏิบัติการหรือการส่งออกพลังงาน ความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้น และบริการที่ดีขึ้น
กระแทกไม่สนใจ
ตามที่ Bruce Brandl จาก Armoured Research Center (TARDEC) อธิบายในการนำเสนอเกี่ยวกับการพัฒนาเครื่องยนต์ กองทัพสหรัฐฯ ต้องการระบบขับเคลื่อนที่จะช่วยให้ยานรบของตนเคลื่อนที่ผ่านภูมิประเทศที่ยากขึ้นด้วยความเร็วสูงขึ้น ซึ่งจะช่วยลดเปอร์เซ็นต์ของภูมิประเทศลงได้อย่างมาก ในเขตสงครามซึ่งรถปัจจุบันไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ ภูมิประเทศที่เรียกว่าผ่านไม่ได้คิดเป็น 22% ของโซนเหล่านี้ และกองทัพต้องการลดตัวเลขนี้เหลือ 6% พวกเขายังต้องการเพิ่มความเร็วเฉลี่ยในพื้นที่ส่วนใหญ่จากปัจจุบัน 16 กม. / ชม. เป็น 24 กม. / ชม.
นอกจากนี้ Brandl ยังเน้นย้ำว่าความต้องการพลังงานบนเรือมีแผนจะเพิ่มเป็นอย่างน้อย 250 kW ซึ่งสูงกว่าที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าของเครื่องจักรสามารถให้ได้ เนื่องจากมีการเพิ่มโหลดจากเทคโนโลยีใหม่ เช่น เสาไฟฟ้าและระบบป้องกัน, การระบายความร้อนของพลังงานอิเล็กทรอนิกส์, การส่งออกพลังงานและกำกับอาวุธพลังงาน
กองทัพสหรัฐฯ ประเมินว่าการตอบสนองความต้องการเหล่านี้ด้วยเทคโนโลยีเทอร์โบดีเซลในปัจจุบัน จะเพิ่มปริมาตรของเครื่องยนต์ขึ้น 56% และน้ำหนักของรถประมาณ 1,400 กิโลกรัมดังนั้นเมื่อพัฒนาโรงไฟฟ้าขั้นสูง Advanced Combat Engine (ACE) ภารกิจหลักจึงถูกกำหนด - เพื่อเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานทั้งหมดเป็นสองเท่าจาก 3 hp / cu ฟุต ถึง 6 แรงม้า / ลูกบาศ์ก เท้า.
ในขณะที่ความหนาแน่นของกำลังที่สูงขึ้นและประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงที่ดีขึ้นนั้นมีความสำคัญมากสำหรับเครื่องยนต์ทางการทหารรุ่นต่อไป การลดความร้อนที่ปล่อยออกมาก็มีความสำคัญเท่าเทียมกัน ความร้อนที่เกิดขึ้นนี้จะสูญเสียพลังงานไปในบริเวณโดยรอบ แม้ว่าจะสามารถนำมาใช้ในการขับเคลื่อนหรือผลิตพลังงานไฟฟ้าได้ แต่มันเป็นไปไม่ได้เสมอไปที่จะบรรลุความสมดุลที่สมบูรณ์แบบของพารามิเตอร์ทั้งสามนี้ ตัวอย่างเช่น เครื่องยนต์กังหันก๊าซ AGT 1500 ของถัง M1 Abrams ที่มีความจุ 1,500 แรงม้า มีการถ่ายเทความร้อนต่ำและความหนาแน่นของพลังงานสูง แต่การสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิงสูงมากเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์ดีเซล
อันที่จริง เครื่องยนต์กังหันก๊าซสร้างความร้อนได้มาก แต่ส่วนใหญ่จะถูกลบออกทางท่อไอเสีย เนื่องจากมีอัตราการไหลของก๊าซที่สูง เป็นผลให้กังหันก๊าซไม่ต้องการระบบระบายความร้อนที่เครื่องยนต์ดีเซลต้องการ เครื่องยนต์ดีเซลที่มีกำลังจำเพาะสูงสามารถทำได้โดยการแก้ปัญหาการควบคุมความร้อนเท่านั้น Brandl เน้นย้ำว่าสาเหตุหลักมาจากปริมาณที่จำกัดสำหรับอุปกรณ์ทำความเย็น เช่น ท่อ ปั๊ม พัดลม และหม้อน้ำ นอกจากนี้ โครงสร้างป้องกัน เช่น กระจังหน้ากันกระสุนยังกินปริมาณและจำกัดการไหลเวียนของอากาศ ทำให้ประสิทธิภาพของพัดลมลดลง
ลูกสูบต่อ
ดังที่ Brandl ระบุไว้ โปรแกรม ACE มุ่งเน้นไปที่เครื่องยนต์ดีเซลสองจังหวะ / เชื้อเพลิงหลายเชื้อเพลิงที่มีลูกสูบตรงข้ามกัน เนื่องจากการกระจายความร้อนต่ำโดยธรรมชาติ ในเครื่องยนต์ดังกล่าว แต่ละลูกสูบจะวางลูกสูบสองตัวซึ่งก่อให้เกิดห้องเผาไหม้ระหว่างกัน ส่งผลให้ไม่รวมหัวถัง แต่สิ่งนี้ต้องการเพลาข้อเหวี่ยงสองอันและพอร์ตไอดีและไอเสียในผนังกระบอกสูบ เครื่องยนต์บ็อกเซอร์มีอายุย้อนไปถึงช่วงทศวรรษที่ 1930 และได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องตลอดหลายทศวรรษ แนวคิดเก่านี้ไม่ได้สงวนไว้โดย บริษัท Achates Power ซึ่งในความร่วมมือกับ Cummins ได้ฟื้นฟูและปรับปรุงเครื่องยนต์นี้ให้ทันสมัย
โฆษกของ Achates Power กล่าวว่าเทคโนโลยีนักมวยของพวกเขาได้ปรับปรุงประสิทธิภาพเชิงความร้อน ซึ่งแปลเป็นการสูญเสียความร้อนที่ลดลง การเผาไหม้ที่ดีขึ้น และการสูญเสียการสูบน้ำที่ลดลง การกำจัดฝาสูบทำให้อัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรในห้องเผาไหม้ลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ส่งผลให้มีการถ่ายเทและปล่อยความร้อนในเครื่องยนต์ ในทางตรงกันข้าม ในเครื่องยนต์สี่จังหวะแบบดั้งเดิม หัวกระบอกสูบประกอบด้วยส่วนประกอบที่ร้อนแรงที่สุดจำนวนมาก และเป็นแหล่งหลักของการถ่ายเทความร้อนไปยังน้ำหล่อเย็นและบรรยากาศโดยรอบ
ระบบการเผาไหม้ของ Achates ใช้หัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงแบบคู่ในตำแหน่ง diametrically ในแต่ละกระบอกสูบและรูปทรงลูกสูบที่ได้รับการจดสิทธิบัตรเพื่อปรับส่วนผสมของอากาศ/เชื้อเพลิงให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุด ส่งผลให้มีเขม่าเผาไหม้ต่ำและลดการถ่ายเทความร้อนไปยังผนังห้องเผาไหม้ ประจุใหม่ของส่วนผสมจะถูกฉีดเข้าไปในกระบอกสูบ และก๊าซไอเสียออกจากพอร์ต โดยได้รับความช่วยเหลือจากซุปเปอร์ชาร์จเจอร์ที่สูบลมผ่านเครื่องยนต์ Achates ชี้ให้เห็นว่าการปล่อยกระแสไฟร่วมนี้มีผลดีต่อการประหยัดเชื้อเพลิงและการปล่อยมลพิษ
กองทัพสหรัฐฯ ต้องการให้ตระกูล ACE ของระบบส่งกำลังแบบโมดูลาร์ปรับขนาดได้เพื่อรวมเครื่องยนต์ที่มีขนาดกระบอกสูบและระยะชักเท่ากันและจำนวนกระบอกสูบต่างกัน: 600-750 แรงม้า (3 สูบ); 300-1000 แรงม้า (4); และ 1200-1500 แรงม้า (6). โรงไฟฟ้าแต่ละแห่งจะมีปริมาตร - ความสูง 0.53 ม. และความกว้าง 1, 1 ม. และความยาว 1.04 ม. 1.25 ม. และ 1.6 ม.
เป้าหมายทางเทคโนโลยี
การศึกษาภายในของกองทัพบกที่ดำเนินการในปี 2010 ได้ยืนยันถึงประโยชน์ของเครื่องยนต์บ็อกเซอร์ ส่งผลให้โครงการ Next-Generation Combat Engine (NGCE) ซึ่งผู้ประกอบการอุตสาหกรรมได้นำเสนอการพัฒนาของตนในด้านนี้ ภารกิจคือการเข้าถึง 71 แรงม้า ต่อสูบและกำลังรวม 225 แรงม้า ภายในปี 2558 ตัวเลขทั้งสองนี้เกินจำนวนได้อย่างง่ายดายในเครื่องยนต์ทดลองที่ทดสอบที่ศูนย์วิจัยหุ้มเกราะ
ในเดือนกุมภาพันธ์ของปีเดียวกัน กองทัพได้ทำสัญญากับ AVL Powertrain Engineering และ Achates Power สำหรับเครื่องยนต์สูบเดียว ACE รุ่นทดลองภายใต้โครงการสองปี ภายในกรอบการทำงานซึ่งมีเป้าหมายเพื่อให้มีคุณสมบัติดังต่อไปนี้: กำลัง 250 แรงม้า แรงบิด 678 Nm ปริมาณการใช้เชื้อเพลิงจำเพาะ 0, 14 kg / hp / h และการกระจายความร้อนน้อยกว่า 0.45 kW / kW เกินตัวบ่งชี้ทั้งหมดยกเว้นการถ่ายเทความร้อนไม่สามารถลดลงต่ำกว่า 0.506 kW / kW ที่นี่
ในฤดูร้อนปี 2017 Cummins และ Achates เริ่มทำงานภายใต้สัญญา ACE Multi-Cylinder Engine (MCE) เพื่อสาธิตเครื่องยนต์สี่สูบ 1,000 แรงม้า แรงบิด 2700 นิวตันเมตรและข้อกำหนดเดียวกันสำหรับการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงและการถ่ายเทความร้อนเฉพาะ เครื่องยนต์ตัวแรกผลิตในเดือนกรกฎาคม 2018 และการทดสอบการทำงานเบื้องต้นเสร็จสิ้นภายในสิ้นปีเดียวกัน ในเดือนสิงหาคม 2019 เครื่องยนต์ถูกส่งไปยัง TARDEC Directorate เพื่อทำการติดตั้งและทดสอบ
การผสมผสานระหว่างเครื่องยนต์บ็อกเซอร์และระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าแบบไฮบริดจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของยานพาหนะประเภทและขนาดต่างๆ ทั้งทหารและพลเรือน ด้วยเหตุนี้ หน่วยงานวิจัยและพัฒนาขั้นสูงจึงออกเงิน 2 ล้านดอลลาร์ให้แก่ Achates เพื่อพัฒนาเครื่องยนต์บ็อกเซอร์สูบเดียวขั้นสูงสำหรับรถยนต์ไฮบริดในอนาคต ในโครงการนี้ บริษัทร่วมมือกับมหาวิทยาลัยมิชิแกนและนิสสัน
การควบคุมลูกสูบ
ตามแนวคิด เครื่องยนต์นี้เป็นครั้งแรกที่ผสานระบบย่อยไฟฟ้าและเครื่องยนต์สันดาปภายในอย่างใกล้ชิด เพลาข้อเหวี่ยงทั้งสองแต่ละตัวจะหมุนและสามารถขับเคลื่อนด้วยชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าของตัวเอง ไม่มีการเชื่อมต่อทางกลระหว่างเพลา
Achates ยืนยันว่าเครื่องยนต์ได้รับการออกแบบสำหรับระบบไฮบริดตามลำดับเท่านั้น เนื่องจากกำลังทั้งหมดที่สร้างขึ้นจะถูกส่งผ่านทางไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะชาร์จก้อนแบตเตอรี่เพื่อขยายช่วง หากไม่มีการเชื่อมต่อทางกลระหว่างเพลา ช่วงเวลาจะไม่ถูกส่งผ่าน ซึ่งจะทำให้โหลดลดลง ส่งผลให้น้ำหนักเบาลง ลดน้ำหนักและขนาดโดยรวม การเสียดสีและเสียงรบกวน และลดต้นทุน
บางทีสิ่งที่สำคัญที่สุด เพลาข้อเหวี่ยงแบบแยกส่วนช่วยให้สามารถควบคุมลูกสูบแต่ละตัวได้อย่างอิสระผ่านการใช้ระบบอิเล็กทรอนิกส์กำลัง "นี่เป็นส่วนสำคัญของโครงการของเรา สิ่งสำคัญคือต้องพิจารณาว่าการพัฒนามอเตอร์ไฟฟ้าและระบบควบคุมสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องยนต์สันดาปภายในได้อย่างไร" โฆษกของ Achates ยืนยันว่าการกำหนดค่านี้ช่วยให้สามารถควบคุมเวลาของเพลาข้อเหวี่ยงได้ ซึ่งจะเปิดโอกาสใหม่ๆ "เรามุ่งมั่นที่จะปรับปรุงประสิทธิภาพของการควบคุมลูกสูบ ซึ่งไม่สามารถใช้ได้กับการสื่อสารทางกลแบบเดิม"
ณ จุดนี้ มีข้อมูลเพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับวิธีการใช้การควบคุมลูกสูบแบบอิสระ แต่ในทางทฤษฎีแล้ว เป็นไปได้ที่จะทำให้ระยะชักมีขนาดใหญ่กว่าจังหวะการอัด เป็นต้น และด้วยเหตุนี้จึงดึงพลังงานจากประจุของอากาศ/เชื้อเพลิงออกมาได้มากขึ้น ส่วนผสม โครงการที่คล้ายกันนี้ถูกนำมาใช้ในเครื่องยนต์ Atkinson สี่จังหวะที่ติดตั้งในรถยนต์ไฮบริด ตัวอย่างเช่น ใน Toyota Prius ทำได้โดยใช้จังหวะวาล์วแปรผัน
เป็นเวลานาน เป็นที่ชัดเจนว่าการปรับปรุงครั้งใหญ่ในเทคโนโลยีที่พัฒนาเต็มที่ เช่น เครื่องยนต์สันดาปภายใน นั้นไม่ใช่เรื่องง่าย แต่เครื่องยนต์บ็อกเซอร์ขั้นสูงอาจเป็นข้อได้เปรียบที่แท้จริงสำหรับยานพาหนะทางทหาร โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อรวมกับระบบขับเคลื่อนไฟฟ้า …