Haftungsausschluss: Dieser Artikel enthält technische Aussagen
Der Motor in Ihrem Auto leistet derzeit schreckliche Arbeit.
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Ihr Motor muss nur eines tun: Benzin durch Verbrennung in mechanische Energie umwandeln. Dies geschieht im laufenden Betrieb mehrmals pro Sekunde – und zwar sehr schlecht. Verbrennendes Gas erzeugt Wärme. Diese Hitze in Form einer schnellen Explosion treibt die Räder Ihres Autos an (mit ein paar Teilen und Schritten dazwischen). Daher sollte Ihr Motor so viel Wärme (Explosion) wie möglich auffangen. Aber der Motor Ihres Autos fängt wahrscheinlich nur mickrige 20–30 % der von ihm erzeugten Wärme auf. Diese Zahl wird als „Wärmeeffizienz“ bezeichnet, wenn man lange Zeit zur Schule gegangen ist, und im Jahr 1975 Armee der vereinigten Staaten testete einen Lkw, der mit einem „adiabatischen Motor“ einen thermischen Wirkungsgrad von bis zu 48 % erreichte. Dieser verrückt klingende Motor versprach außerdem mehr PS und gleichzeitig eine höhere Effizienz. Woher kommt dieser Motor und warum verwenden wir ihn heute nicht?
Das Konzept der Adiabatie ist so alt wie die Automobiltechnik (übrigens wird es „aid-ee-a-bad-ik“ ausgesprochen) und bedeutet einfach ein System, in das Wärme weder eindringen noch austreten kann. Wenn die Wärme im Inneren eingeschlossen ist, ist sie adiabatisch. Warum sollten Sie also versuchen, die Wärme im Inneren eines Motors einzufangen, wenn etwa ein Drittel des typischen Motorraums für die Ableitung der Wärme durch Kühler und Kühlmittelströme vorgesehen ist? Theoretisch möchten Sie, dass Wärme Ihr Benzin verdampft. Wie Sie vielleicht wissen, brennt flüssiges Benzin nicht besonders gut – es ist der Dampf auf einer Gaslache, der tatsächlich brennt.
Deshalb, was Sie Wirklich Was ich brauche, ist Benzindampf. Es ist einfach so, dass Flüssiggas für uns einfacher zu transportieren, zu lagern, zu pumpen und in Autos zu verwenden ist. Derzeit verwenden wir Injektoren, um flüssiges Gas in extrem feinen Sprühnebeln in die Brennkammer zu schießen – die Theorie besagt, dass die Verdampfung umso schneller erfolgt, je feiner der Sprühnebel ist. Eine weitere gute Möglichkeit, Flüssigkeiten zum Verdampfen zu bringen, besteht darin, ihre Temperatur zu erhöhen. Daher wäre ein System mit Wärmespeicher viel besser in der Lage, Kraftstoffdampf zu erzeugen und zu verbrennen. Die Probleme beim Einfangen der Wärme im Inneren eines Motors werden jedem offensichtlich sein, der schon einmal einen Wärmeverlust erlitten hat von Kühlmittel – moderne Motoren neigen dazu, oberhalb von etwa 250 Grad (dramatisch) ihren Betrieb einzustellen Fahrenheit.
Die Befürworter adiabatischer Motoren behaupten, dass der thermische Wirkungsgrad bis zu 50 % und die Kraftstoffeffizienz über 50 mpg liegen kann
Das Risiko explodierender Motoren überwiegt durch den möglichen Gewinn – höhere thermische Effizienz, erheblich bessere Meilen pro Gallone und eine deutliche Leistungssteigerung. Wenn sich das alles ein bisschen wie eine Wunderpille anhört, kommen wir gleich darauf zurück. Unabhängig davon behaupten die Befürworter adiabatischer Motoren, dass der thermische Wirkungsgrad 50 % oder mehr erreichen kann. Die Kraftstoffeffizienz kann 50 MPG überschreiten, und ein winziger Vierzylinder aus den 1980er Jahren kann 250 PS leisten – und das alles zur gleichen Zeit Zeit.
Die Idee eines adiabatischen Automotors gibt es mindestens seit den 1950er Jahren und wurde am lautesten von ein paar Hot-Roddern namens Henry „Smokey“ Yunick und Ralph Johnson vorangetrieben. Weil die Technologie den Anspruch erhebt, sowohl die Kraftstoffeffizienz zu steigern als auch die Leistung zu steigern, und dabei das Gegenteil von dem bewirkt, was der Motor bewirkt Designer haben Jahrzehnte damit verbracht, Wärme abzuleiten, adiabatische Motoren schienen immer etwas unglaublich und zu schön um wahr zu sein.
Auto und Fahrer namens BS über den alten Smokey und Ralph, als sie nach Florida gingen, um es sich selbst anzusehen Hot Rodder unterstützte die beiden Hinterhofmechaniker. Und so ging es jahrzehntelang, wobei einige glaubten, diese Technologie könne die Automobilindustrie revolutionieren, während andere sie „Schlangenöl“ nannten. Offenbar war niemand bereit, das System einem strengen und wissenschaftlichen Test zu unterziehen. Niemand, bis die US-Armee eingriff.
1975 entwarf die Tank Automotive Command Division der US-Armee in Zusammenarbeit mit Cummins ein Testfahrzeug zur Bewertung der adiabatischen Technologie. Seltsamerweise war der Hauptgrund für die Untersuchung dieser Motoren nicht die Effizienz, die Leistung oder die Meilen pro Gallone. Offenbar waren ganze 60 Prozent der Ausfälle von Armeefahrzeugen auf Probleme im Kühlsystem zurückzuführen. Eliminieren Sie das Kühlsystem und beseitigen Sie die Ausfälle, so lautete die Überlegung.
Um diese Theorie zu testen, rüsteten die Army-Jungs einen 5-Tonnen-Frachter mit dem Spezialmotor nach und warfen außerdem 338 Pfund Kühlkomponenten weg. Die Cummins-Ingenieure fertigten den Motor aus Keramik-Metall-Komponenten – einschließlich Kopf, Kolben, Ventile, Zylinderlaufbuchsen und Auslassöffnungen – die für Temperaturen über 2.000 Grad ausgelegt sind Fahrenheit. Die gesamte Einheit war mit einer dicken Isolierung und Rohrleitungen umwickelt, die die Wärme an die Kraftstoffleitung im Motorraum weiterleiteten.
Das Armeeteam testete den Lkw 10.000 Meilen lang und verzeichnete eine 38-prozentige Steigerung des Kraftstoffverbrauchs im Vergleich zu einem herkömmlichen Armeelastwagen. Allerdings erreicht der herkömmliche Lkw etwa 6 MPG, sodass wir selbst bei einer Steigerung um 38 Prozent nur von 8,28 MPG sprechen. Sie verzeichneten außerdem einen thermischen Wirkungsgrad von 48 % und verkündeten: „…der adiabatische Motor ist der kraftstoffeffizienteste Motor der Welt.“ Das ist ein großes Lob. Also was ist passiert?
Nichts. Nichts ist passiert. Es gab keine große Verschwörung gegen diese Technologie. Ölkonzerne haben keine Killerkommandos geschickt oder Desinformationskampagnen gestartet. Stattdessen hat sich die Technologie nicht durchgesetzt, und zwar aus dem gleichen Grund, aus dem Technologie ständig versagt: Pfadabhängigkeit. Die Umstellung der Automobilherstellung, des Dienstleistungssektors und der Sekundärindustrie auf adiabatische Technologie würde einen weitaus größeren Aufwand erfordern, als die Effizienzsteigerung traditioneller Komponenten zu steigern. Die Umrüstung der gesamten Branche auf Keramikkomponenten wurde als nicht pragmatisch, finanziell sinnvoll oder kundenorientiert angesehen und daher verworfen. Wenn die Branche in den 1980er-Jahren noch zu festgefahren war, ist dies heute sicherlich noch mehr der Fall.
Tatsächlich sind die thermischen Effizienzwerte, die die adiabatische Technik ermöglichte, mit der neuesten Entwicklung nun auch bei herkömmlichen Motoren zu finden. Bereits 2014 verkündete Toyota lautstark, dass sie einen Testmotor mit einem Wirkungsgrad von 38 % entwickelt hätten, und kürzlich auch die Society of Automotive Engineers produzierte Prototypenmotoren nähert sich einem thermischen Wirkungsgrad von 50 %. Mittlerweile sind in Familienautos auch 4-Zylinder-Motoren mit 250 PS oder mehr üblich. Die konventionelle Technologie hat den Behauptungen der Adiabaten-Befürworter entsprochen, daher ist es unwahrscheinlich, dass wir diese seltsamen und schönen Motoren in naher Zukunft außerhalb von Experimenten oder Museen sehen werden. Was diese Technologie schon vor ihrer Einführung zunichte gemacht hat, waren einfach die Dynamik der Branche und die von den Forschungs- und Entwicklungsabteilungen getroffenen Priorisierungsentscheidungen. Es ist vielleicht eine weniger sexy Geschichte, aber das macht sie nicht weniger wahr.
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