Amikor a jövő autóipari technológiájára gondolunk, általában az alternatív üzemanyagokra gondolunk, legyen szó hidrogénről vagy futurisztikus akkumulátorokból származó elektromos energiáról. Kiderült, hogy a jövő valójában a belső égés egy új formája lehet: a „szabaddugattyús” motor.
Ez a technológia gyökeresen átalakítja a motorokat, és a dugattyúkról általában erőt átadó főtengelyt kompressziós kamrára és turbó járókerékre cseréli. A szabaddugattyús motorok a radikálisan megnövelt hatásfok lehetőségét rejtik magukban. A prototípus nélküli dugattyús motorok már 50-60 százalékkal hatékonyabbak, mint bármely jelenleg gyártásban lévő motor – és sokkal többre van lehetőség.
Hogyan működik?
A szabaddugattyúnak ugyanazok az alkatrészei vannak, mint bármely belső égésű motornak. A legfontosabb különbség az, hogy hogyan rögzíti az égés erejét.
Egy szabványos motorban üzemanyagot és levegőt fecskendeznek be a kompressziós kamrába, és meggyújtják. Ez az égés lenyomja a dugattyút, amely a főtengellyel van összekötve. Az autókban a forgó főtengely energiája egy sebességváltón keresztül jut el a meghajtó kerekekhez.
Szabaddugattyús motorban az égés ugyanúgy történik, de nincs főtengely. Ránézésre ez őrültségnek tűnik, mivel a dugattyúk csak zörögnek a hengereikben. De ez valójában a zseniális ütés – igen, ezt a szójátékot szántam. Két henger vízszintes szembeállításával és egyidejű felrobbantásával a dugattyúk összenyomják a köztük lévő levegőt. Ezt a levegőt egy kompresszoron vezetik át, amely nagyon úgy néz ki, mint egy turbófeltöltő.
Míg technikailag lehetséges egy tengelyt közvetlenül ebből a turbinából meghajtani, a gyakorlatban ezt a turbinát elektromos generátor meghajtásával használják a legjobban.
Az ilyen motor ötlete 1807 óta létezik, de a dugattyúk tüzelésének kihívásai és Az egyidejű mozgás megakadályozta a tervezőket abban, hogy teljes mértékben kihasználják a szabaddugattyús motor nyújtotta előnyöket… egészen mostanáig.
Az előnyök
Szóval, ezekkel a kihívásokkal minek foglalkozni? Nos, mindennek köze van a hatékonysághoz. Egy szabványos belső égésű motorban a teljesítmény nagy része hő és rezgés formájában elvész. A modern benzinmotorok az általuk elégetett üzemanyag potenciális energiájának mindössze 18-25 százalékát tudják hasznosítható energiává alakítani. A leghatékonyabb benzinmotorok pillanatnyilag akár 35 százalékot is elérhetnek, de akkor is csak ideális körülmények között.
Egy szabványos belső égésű motorban a teljesítmény nagy része hő és rezgés formájában elvész.
A főtengely hiánya a szabaddugattyús rendszerben azt jelenti, hogy nincs olyan állandó lendületváltozás, amely a hatékonyságot rontó rezgést és súrlódást okozna. Ezek az előnyök két évszázada nyilvánvalóak, de a modern technológia precizitásával van egy másik is: a változó tömörítési arány.
Az égéstér méretű főtengellyel a dugattyú mozgásának hossza rögzített. A modern, kísérleti szabaddugattyús motorokban a kamra mérete és a lökethossz menet közben változtatható. fordulatról fordulatra, a motorvezérlő egység az égéstér méretét az ideális üzemanyag-levegőhöz szabja keverék.
Ezenkívül ennek a változékonyságnak lehetővé kell tennie a szabaddugattyús motorok számára, hogy a hidrogéntől a földgázig bármivel működjenek. Valójában nem lennék meglepve, ha az egyik ilyen motor single malt scotch-on működne.
- 1. A DLR Járműkoncepciók Intézete FKLG Laboratóriumának vezérlőterme (Forrás: DLR)
- 2. Lemerült az akkumulátor? – A szabaddugattyús lineáris generátor hatótávolságnövelőként működik, ellátva az elektromos járművekhez szükséges elektromos energiát (Forrás: DLR)
Mindezek a tulajdonságok ideálissá teszik a szabaddugattyús motort fedélzeti generátorként, amiben forradalmasíthatja a hajtáslánc kialakítását.
Komolyan, mikor kaphatok egyet?
Egyelőre két szabaddugattyús motor prototípusa van készülőben. Az első, nem meglepő módon, a német tudósoktól/sötétmágusoktól származik a Német Repülési Központban (DLR).
A „Freikolbenlineargenerator” névre keresztelt prototípusuk, amely nem biztos, hogy bizonyítja, hogy a németeknek van humorérzéke vagy sem, még a fejlesztés korai szakaszában jár. Ennek ellenére azt ígéri, hogy olyan teljesítményt nyújt, amelyről más hajtáslánc-mérnökök csak álmodozhatnak.
A Toyota motorja 15 lóerőt tudna termelni egy nyolc hüvelyk körüli és két láb hosszú csomagból.
A Freikolbenlineargenerátor hengereket használ, amelyek egymással szemben vannak. Ez a dugattyús orientáció lehetővé teszi, hogy még kompaktabb legyen, mint a tipikus szabaddugattyús motorok. Ez tökéletessé teszi hatótávolságnövelőként való használatra.
Vegyük például a Chevy Voltot. Akkumulátorral rendelkezik, és kizárólag elektromos árammal képes működni. De amikor az akkumulátorok lemerülnek, egy 1,4 literes benzinmotorral rendelkezik, amely képes újratölteni őket, és magát az autót 65 mérföld/óra feletti sebességgel hajtja. Ez jól működik, de sajnos még a kis lökettérfogatú gázmotorok is terjedelmesek, nehezek és drágák.
A Freikolbenlineargenerátor ugyanazt a feladatot tudja elvégezni, miközben elég kicsi ahhoz, hogy egy autó padlója alá lehessen szerelni, ami helyet takarít meg más dolgoknak, például a kelkáposzta számára.
De egy csodamotor egy teuton őrült tudós munkapadján nagyon messze van a tényleges gyártástól, igaz?
Nos, a Toyota is a fedélzeten van. Ezen a nyáron a hatalmas japán autógyártó bejelentette saját ingyenes dugattyús motorját vagy „lineáris generátorát”. A Toyota verzió egy henger, nem pedig egy ellentétes pár, és 42 százalékos hőhatékonyságra képes állandó működés mellett körülmények. Ez jobb, mint bármely sorozatgyártású motor képes elérni – akár pillanatnyilag is, optimális körülmények között.
A Toyota motorja 15 lóerőt tudna termelni egy nyolc hüvelyk körüli és két láb hosszú csomagból. Ebből kettő valószínűleg bőven elegendő lenne egy modern, megnövelt hatótávolságú jármű akkumulátorának újratöltéséhez, hatalmas hely- és energiamegtakarítással. A német technológia elképesztő, de a Toyota motorja hamarosan a Priusba kerülhet.
Következtetés
A tisztán elektromos – vagy esetleg a hidrogén – továbbra is szinte biztos, hogy a jövő hosszú távú energiaforrása az autók számára. Azonban egyik technológia sem áll készen. Az elektromosság közel jár, de még mindig túl drága a legtöbb amerikai fogyasztó számára, nem is beszélve arról, hogy szó szerint több milliárd kínai és indiai fogyasztó vágyik autótulajdonra.
A szabaddugattyús motorok kritikus hídtechnológiát jelenthetnek, amely drámaian javíthatja a belső égés hatékonyságát. Élettartamuk is hosszabb lehet, mint a belső égés hagyományos formáinak, köszönhetően annak, hogy szinte minden gyúlékony anyagot elégetnek… Rád nézek, olajos rongyok.
Ha az olyan ipari óriások, mint a Toyota, úgy döntenek, hogy a technológia mögé vetik a súlyukat, az hamarosan a sorozatgyártású autókba kerülhet. Reméljük.
Szerkesztői ajánlások
- Következő Mercedes-AMG C63 a V8-ast elhagyhatja a négyhengeres hibrid teljesítmény érdekében
