Wojciech Gaj Jabłoński to polski wynalazca, który pracuje nad rewelacyjnymi silnikami jednosuwowymi (w których każdy suw jest suwem pracy) zdolnymi do uzyskiwania bardzo dużych mocy z niewielkich jednostek i pozwalającymi na stały wtrysk pary wodnej do komory spalania, dzięki czemu uzyskuje się większą moc i zmniejszone zużycie paliwa. Firma Ampere to innowacyjne przedsiębiorstwo – polska wyspa inżynieryjna w kanadyjskiej mozaice przemysłowej. Wynalazki i patenty Wojciecha Jabłońskiego pozwalają myśleć o wielu rewolucyjnych zastosowaniach.
GONIEC: Skąd Panowie wzięliście się w Kanadzie.
Tomasz Dudek: Przyjechałem tutaj ponad 30 lat temu jako małe dziecko jeszcze w szkole podstawowej.
– A jakie Pan odebrał wykształcenie?
– Skończyłem uniwersytet w Waterloo, mam wykształcenie inżynieryjne, jako elektronik.
– A Pan?
Luk Wolf (chief operating officer): Moja historia jest bardziej skomplikowana; jestem z Polski, ale przyleciałem z Wielkiej Brytanii wcześniej byłem w Kanadzie już w 2015 r., wcześniej 7 lat w Stanach Zjednoczonych i jeszcze troszkę w Polsce. Jestem z południa Polski, urodzony na Śląsku z wykształcenia International Business Development. Studia zakończyłem w Anglii, a rozpocząłem w Polsce.
Nasze przygotowania do otworzenia tej firmy rozpoczęły się już w 2015 r. Już wcześniej przygotowywaliśmy się do przeniesienia naszej firmy z Europy; rozmawialiśmy z przedstawicielami różnych krajów – padło na Kanadę.
– A skąd Panowie przenosili tę firmę? Z Polski?
– Pierwotnie Ampere nazywała się inaczej; została przeniesiona i z Niemiec i z Polski. Badania naukowe były prowadzone w ciągu 20 lat w tych dwóch krajach.
– Badania naukowe nad czym? Nad silnikami jednosuwowymi?
– Badania naukowe były prowadzone nad silnikami. Główna myśl techniczna i główna osoba, która przez wiele lat robiła badania nad silnikami to osoba, która ma bardzo duże doświadczenie nie tylko przy silnikach spalinowych, ale także w lotnictwie ultralekkim, bo te silniki były zastosowane do lotnictwa ultralekkiego.
Rozpoczęło się to od silników dwusuwowych, ale przechodziły one różne modyfikacje, i w którymś momencie została przedstawiona technologia silnika jednosuwowego, co oznacza, że każdy ruch tłoka jest ruchem pracy.
– Kto wymyślił ten silnik?
– Koncepcja jest dosyć stara, w 1930 r. Russell Bourke wybudował silnik parowy, który miał dzieloną komorę.
Koncepcja silnika jednosuwowego powstała dawno temu i nie została nigdy zakończona; osobą, która zbudowała działający silnik jednosuwowy jeszcze w 2014. roku jest pan Wojciech Gaj Jabłoński.
– I to nie jest silnik parowy tylko spalinowy, tak?
– Ciekawostka, bo tak, mamy silnik spalinowy, aczkolwiek mamy też hybrydową wersję tego silnika spalinowo-parowego w jednym.
– Na czym polega główna trudność konstrukcji, rozwoju tego pomysłu, silnika jednosuwowego, czyli o wiele bardziej wydajnego od silników, które mają również te niepracujące suwy? Gdzie jest trudność techniczna, żeby taki silnik wykonać?
– Ciekawe pytanie, bo trudność techniczna jest bardzo niska. Wielu ludzi z branży, którym pokazujemy ten silnik, zastanawia się – wow, jakie to jest proste, dlaczego wcześniej nie zostało wymyślone?
– No właśnie!
– Silnik czterosuwowy wymyślony w 1898 roku przez panów Diesla i Otto do dnia dzisiejszego jest używany; przeciągu 120 lat rozwijaliśmy tę technologie, czyniąc ją bardziej skomplikowaną, rozwiązywaliśmy różne problemy, które mieliśmy z tym silnikiem. To sprawiało, że stawał się on coraz większy, mocniejszy, ale tak naprawdę zasada jest cały czas ta sama od 100 lat.
W 1935. roku Henry Ford wymyślił silnik dwusuwowy; była detonacja i zamiast czterech cykli były tylko dwa ruchy, natomiast w silniku jednosuwowym mamy detonację po każdym ruchu tłoka, mamy detonacją u góry, przesunięcie tłoka i detonację na dole.
– Koncepcja jest prosta, jak to wykonać żeby to ramię tłoka przesuwało się przez komorę spalania, jak to jest uszczelnione?
– Zacznijmy od tego, że komora wału korbowego, karter, została oddzielona od cylindra łożyskiem liniowym dzięki temu możemy sobie pozwolić na detonację mieszanki paliwowo-powietrznej w dolnej i w górnej części komory.
– I co, ten silnik pracuje?
– Można go usłyszeć i zobaczyć. Jeżeli wyobrazimy sobie nasz dwucylindrowy, bokser , i mamy detonację w cylindrze po każdym ruchu tłoka. Proszę sobie przypomnieć silnik ósemkę w układzie V – jego 8000 obrotów – a to jest nasze 2000 obrotów – my mamy taki dźwięk z silnika.
– Bo to jest podwojone?
– To jest podwojone w stosunku do dwusuwa, ale w stosunku do silnika czterosuwowego jest to razy cztery. Wystarczy obliczyć liczbę detonacji, względem położenia wału korbowego, czyli przy dwóch cylindrach mamy co 90 stopni dwa wybuchy.
– Jak wygląda smarowanie i chłodzenie? Silnik dwusuwowy jest smarowany w sposób przykry dla środowiska; olej jest mieszany z paliwem i dlatego silniki czterosuwowe wygrały.
– Muszę jeszcze dopowiedzieć, że my nie tylko mamy tutaj silnik jednosuwowy, ale też dwusuwowy; mamy czysty silnik dwusuwowy, gdzie nie ma mieszanki paliwowo-olejowej. Nad czymś takim też pracowaliśmy i pracujemy.
Zaczynamy od silnika dwusuwowego i przenosimy to na silnik jednosuwowy; mamy wersję, gdzie mamy oddzielone systemy smarowania na wale korbowym i osobny system smarowania układu tłokowo-cylindrowego. Stosujemy oleje pochodzenia roślinnego, które ulegają biodegradacji, wręcz są dobre dla środowiska.
Mamy możliwość zrobienia silników jednosuwowych, które są czyste, a do tego mają te wszystkie korzyści wynikające właśnie z podwojonej pracy.
– I chyba mniejszej wagi?
Oczywiście, to jedna z tych zalet w zależności od wersji silnika, ale przede wszystkim 80% redukcja spalin.
Jesteśmy w stanie zredukować spaliny. Wspomniałem już, że mamy hybrydową wersję naszego silnika – spalania wewnętrznego wraz z silnikiem parowym.
– No właśnie, bo dodawanie wody do mieszanki już się odbywało w czasie II wojny światowej.
– Dokładnie, Junkers to robił.
– Znam tutaj jednego entuzjastę, który dodaje wodę do silnika swego samochodu dolewa wody do systemu zasysania silnika i mówi, że silnik cicho pracuje i dobrze chodzi.
– Rzeczywiście mamy wtrysk wody w formie suchej pary wodnej do komory spalania po momencie spalania. Po tym momencie wtryskujemy bezpośrednio parę wodną, która się rozszerza; więc następuje nie tylko rozszerzenie wody, co powoduje dodatkowy boost, jak gdyby ta mieszanka się szybciej rozszerza, ale druga sprawa jest taka, że jeżeli wtryśnięcie pary wodnej nastąpi po momencie spalania, to w tej wodzie jesteśmy w stanie złapać wszystkie substancje szkodliwe, które wyjdą przez rurę wydechową w formie skropelkowanej, a nie w formie gazowej.
– Czyli wtedy bardzo łatwo można to oczyścić?
– Oczywiście, ale wspomnieliśmy już o tym silniku Junkersa; oni wtedy chcieli ostudzić swoje silniki. Niemcy wprowadzili wtrysk wody bezpośrednio do komory spalania po to, aby ostudzić silniki i okazało się, że mieli przyrost około 500 KM; z 1700 na 2200 koni mechanicznych.
Jednakże mieli połączenie wody, oleju, benzyny – w ich silnikach czterosuwowych, które były bardzo nieefektywne dochodziło do korodowania silnika po 2 – 3 lotach.
– Właśnie, dlaczego tego się nie stosuje masowo? Bo to jest szkodliwe dla silnika?
– Dla silnika czterosuwowego. Nie jest to szkodliwe dla silnika jednosuwowego dlatego, że mamy oddzieloną komorę wału korbowego karter od cylindra łożyskiem liniowym, poza tym mamy specjalny stainlees sleeve w środku, w naszej komorze spalania, który pozwala nam na wtrysk pary wodnej lub wody.
– To wszystko brzmi aż za dobrze, żeby było prawdziwe.
– Słyszałem to wiele razy, dlaczego nikt na to nie wpadł wcześniej?
– To są takie pytania, które dotyczą każdego wynalazcy; jak to się stało, że nastąpił właśnie ten moment „aha”.
– Musimy wrócić do pana Wojciecha Gaj- Jabłońskiego. Bo to nie ja miałem ten „moment aha”. Pan Wojciech pracował w Niemczech nad lotnictwem ultralekkim i podczas prac -Wojciech Gaj Jabłoński – jest akredytowanym wynalazcą – mówimy o latach 80. – wiedział, że brakuje mu silnika do tego sportu, który dzisiaj jest bardzo rozwinięty w Europie. Pan Wojciech pracował nad silnikami dwusuwowymi, już wtedy miał koncepcję silnika jednosuwowego, i przez lata wykorzystywał elementy, które dzisiaj stosuje w silniku jednosuwowym. W poszczególnych generacjach silnika dwusuwowego testował i sprawdzał możliwości ich funkcjonowania.
Te różne elementy silnika jednosuwowego były już w różnych modułach testowane na silnikach dwusuwowych i teraz złożone w silniku jednosuwowym one w pełni wszystkie działają.
Co jest ważne, żeby tutaj dodać, bo pan zadał pytanie czemu nikt na to wcześniej nie wpadł…
– Wszyscy dzisiaj pracują nad czterosuwami, żeby je usprawnić podłączyć do komputera…
– Tak jest oczywiście i to trwa od lat; w wielkich organizacjach to trwa długie, długie lata. Podam taki przykład w roku 2020 będzie wprowadzony w dwóch firmach samochodowych, w silnikach seryjnych wtrysk pary wodnej do komory spalania, to jest BMW i Subaru. Będą miały wtrysk pary wodnej poprzez Exhaust Gas Recirculation; system wykorzystujący spaliny. Będą po raz drugi te spaliny wtryskiwali do komory spalania z dodatkiem pary wodnej, czyli dochodzimy do momentu, gdzie inne firmy próbują też podobne systemy, ale dalej jest to na bazie silnika czterosuwowego.
– Czy Panowie sądzą, że ten silnik, gdyby wszedł do powszechnego użycia stanowiłby konkurencję do coraz bardziej powszechnych silników elektrycznych, które mają bardzo szybko dostępną dużą moc i mają też „dobrą prasę”, bo silniki spalinowe wykorzystujące paliwa kopalniane są uważane za brudne; czy jest możliwość konkurencji z tymi silnikami?
Tomasz Dudek: Silniki elektryczne mają dłuższą żywotność niż teraźniejsze systemy, ale problem jest taki, że ta energia musi dalej skądś przyjść i na dzień dzisiejszy to nie jest czysta energia. Więc biorąc pod uwagę cały system, który jest potrzebny, żeby zasilać te silniki, to nie są to czyste silniki. Tak, mają dłuższą żywotność w porównaniu do silników, które dzisiaj istnieją, ale w porównaniu do silników, które my mamy, to ta żywotność jest podobna.
– Maksymalnie tradycyjne silniki spalinowe mają sprawność 30%, a te silniki jednosuwowe, ile mają?
Luk Wolf – To jest złożone pytanie, musimy też określić, o jakiej branży mówimy? Bo silniki spalinowe wykorzystywane w samochodzie, pomimo tego że to jest ten sam silnik co na statku, jeśli chodzi o zasadę działania, to silniki na statku działają na zupełnie innych obrotach, co powoduje znacznie większą efektywność. Silniki spalinowe wykorzystywane dzisiaj w samochodach mają maksymalnie do 32% efektywności, jeżeli weźmiemy paliwo i to paliwo przeniesiemy na pracę silnika, energię kinetyczną na wale korbowym, która później się przeniesie przez transmisję do kół – spada to aż do 25%. A mówimy o najbardziej efektywnym silniku.
Silnik elektryczny ma 95-97% sprawności więc nie będziemy nigdy w stanie konkurować jeden do jeden.
– Ale tak, jak pan Tomasz tutaj powiedział, silnik elektryczny wykorzystuje energię, która zazwyczaj pochodzi z gazowej elektrowni, która do tego jeszcze jest oddalona od miejsca, w którym ładuje się baterie, więc są straty na przesyłaniu, a ten silnik spalinowy ma energię dostarczoną od razu, bo nośnik energii jest w baku.
– Oczywiście, przypomnę jeszcze, że jeżeli weźmiemy najbardziej popularny dzisiaj samochód elektryczny, który ma 450 kg baterii, to energia zebrana i skondensowana w tej baterii równa się jednemu galonowi wysokooktanowej benzyny. To, czym się różni ten samochód elektryczny to jest jego bardzo wysoka efektywność wynikająca z bardzo wysokiej efektywności silników elektrycznych.
Uważamy, że nie będziemy konkurować z silnikami elektrycznymi, ale nasze silniki mogą być zastosowane do hybrydowego systemu, gdzie możemy wykorzystać jeszcze dzisiaj istniejące paliwa, które mogą być dostarczone do silnika spalinowego, który wytworzy prąd i ten prąd bezpośrednio zostanie dostarczony do silników elektrycznych.
Nasz silnik jest bardzo efektywny; nasz silnik ma bardzo mało części – 90% mniej części niż silnik czterosuwowy, co powoduje że mamy wiele lepszy stosunek mocy do wagi .
Efektywność naszego silnika wynika też z bardzo długiego skoku; jeżeli mówimy o tym, że możemy mieć detonację po obu stronach tłoka, możemy sobie pozwolić na bardzo długi skok.
Silniki spalinowe na statkach mają efektywność do 55% dlatego, że mają bardzo długi skok przy 200 obrotach na minutę; my możemy sobie pozwolić na bardzo zbliżony efekt, bardzo zbliżoną liczbę około 55% efektywności naszego silnika, wynikającą z długiego skoku i z małej liczby części.
A jeżeli mówimy o małej liczbie części, to możemy od razu powiedzieć, że silnik będzie kosztował połowę tego, co kosztują dzisiejsze silniki.
– To wracając do tego, że brzmi to zbyt dobrze, żeby było prawdziwe, na jakim etapie jest teraz prototyp? Gdzie ten silnik najbardziej się nadaje?
– Cały czas tutaj rozmawiamy o tym, jak dzisiaj wygląda rynek silnikowy w samochodach. Więc my, na pewno nie idziemy za firmami samochodowymi. Implementacja nowych technologii w branży samochodowej trwa bardzo długo, a branża samochodowa ma zainwestowane bardzo dużo pieniędzy na bardzo długie lata, więc jest to bardzo stagnacyjny rynek.
Zastosowanie naszego silnika jest przede wszystkim w czymś co my będziemy nazywali cogeneration czyli generatory prądotwórcze. Nasze poprzednie 20 lat badań doprowadziły nas w dniu dzisiejszym do działającego prototypu, który potrzebuje około 14 miesięcy aby wejść w fazę komercjalizacji. Już mamy podpisane umowy z instytucjami, które będą robiły ocenę zewnętrzną, już mamy podpisane umowy z instytucjami, które chcą już w najbliższym możliwym czasie wziąć od nas ten silnik, aby mogły go testować wersji demo u siebie. Czyli już mamy bardzo duże zainteresowanie wśród odbiorców, klientów tego silnika przy zastosowaniu, jako generatory prądotwórcze, stacjonarne.
Wspominaliśmy o paliwach kopalnianych, ten silnik może być zasilany paliwami kopalnianymi, ale został skonstruowany, aby działać na wodorze i różnych gazach. Do 24 miesięcy będziemy mieli zakończony już działający silnik zasilany gazem naturalnym, który po dostarczeniu gazu naturalnego przerobi ten gaz na prąd.
Mieszkamy dzisiaj w Ontario cena kWh kosztuje dzisiaj 0,24 dol. a gaz kosztuje 0,08 dol. jeżeli moglibyśmy zasilić taki silnik gazem naturalnym, który kosztuje 0,08 dol. i wyprodukować kilowat energii za 0,08 dol… Proszę mi wierzyć, bardzo dużo ludzi jest tym zainteresowanych.
– Oczywiście to wszystko jest chronione patentami?
– Zgadza się.
– Kto u Panów pracuje, rozmawiamy po polsku, firma jest – jak to mówimy – „z Europy”, a jak to jest z tą polskością, bo okazuje się, że mamy firmę na obczyźnie, ale firmę, w której cały czas mówi się po polsku.
– Rzeczywiście wszyscy pracujący są Polakami, a mamy dział naukowy i mamy też ludzi, którzy wykonują rzeczy techniczne, my wszystko robimy sami. Mamy też dużo ludzi, którzy już o nas usłyszeli i chcą brać czynny udział w pracach. Dzisiaj rano mieliśmy spotkanie z bardzo ważną osobą, która by wszystko dała, żeby u nas pracować. Czy my na to jesteśmy gotowi? Jeszcze nie wiem. Powolutku się rozwijamy i dochodzimy do tego momentu, że będziemy mogli zrobić trochę więcej.
Powiem panu taką ciekawostkę, że jak szukaliśmy tutaj jednego z inżynierów do pracy, to pozwoliłem sobie wysłać ogłoszenie na znane Polakom strony internetowe w Toronto, w Chicago, Nowym Jorku i na bardzo znany profil ogólny wrzuciłem ogłoszenie o pracę. Dostaliśmy około 60 odpowiedzi, z czego 35 było z Indii, a ja wyraźnie napisałem w języku polskim; „jeżeli nie jesteś w stanie odczytać tego tekstu to proszę nie wysyłaj do mnie CV”. Dostaliśmy trzydzieści kilka z Indii, gdzie ci ludzie zapowiedzieli, że nauczą się tego języka, żeby tylko tutaj pracować. Zatrudniliśmy Polaka…
•••
Praca u nas zaczyna się praktycznie każdego dnia od tego, że pan Wojciech wpada jak wicher tutaj do firmy i swoje myśli szybko wrzuca na tablicę i pan Marek tutaj odpowiedzialny za przeniesienie z tablicy na 3D zaczyna w solidworks jakieś prototypowanie, potem z komputera wysyłamy to do drukarki 3D i drukujemy poszczególne elementy.
Co jest ciekawostką, w tym silniku w tym momencie to jest 500 cc bo 250 cc na stronę my możemy sobie pozwolić na przedłużenie właśnie tego segmentu cylindrowego i przez skopiowanie i dodanie pozostawiając ten sam karter możemy od razu z tego zrobić 1000 cc i możemy to przedłużać.
Dlaczego to jest ciekawe? Dlatego że to jest właśnie silnik, który można w przyszłości schować całkowicie w skrzydle samolotu i nie wystaje nam gondola, która ma dodatkowe 40% oporu powietrza. Jest to też silnik, gdzie wał korbowy kręci się w przeciwnych kierunkach. To jest bardzo ważne w lotnictwie, szczególnie ultralekkim, dlatego że silnik sam w sobie wyeliminował efekt żyroskopowy. Każdy, kto lata samolotem śmigłowym wie, że musi kompensować obrót; albo lotka cały czas skręca, albo śmigła są przeciwskrętne.
Ten silnik akurat był przygotowany pod naturalny gaz ten silnik waży 55 kg i tutaj mamy 360 KM mocy.
– No cóż mogę tylko powiedzieć, że jest to fascynująca historia, a dla mnie tym bardziej miłe że firma jest polska, niestety polska poza Polską.
Miejmy nadzieję, że Polska za jakiś czas dorośnie do tego, aby takie firmy mogły funkcjonować w kraju.
– Myślę że tak, myślę że nie jesteśmy jedyną polską firmą, która ma tak wspaniałą myśl techniczną – silniki to akurat my, ale rzeczywiście Polacy są chwaleni po całym świecie z tego, że jesteśmy bardzo innowacyjni i potrafimy zrobić świetne rzeczy bardzo małym kosztem.
– Nasza historia nas nauczyła jak improwizować.
– Albo kombinować, ale robimy to dobrze. Rzeczywiście na razie poza granicami Polski, ale myślimy, że jak doprowadzimy tę technologię do już końcowej komercjalizacji, to wtedy będziemy mogli ją licencjonować po całym świecie, wliczając w to Polskę.
– Dziękuję bardzo.
Rozmawiał Andrzej Kumor
