Kai galvojame apie ateities automobilių technologijas, dažniausiai galvojame apie alternatyvius degalus, nesvarbu, ar tai vandenilis, ar elektros energija iš futuristinių baterijų. Pasirodo, ateitis iš tikrųjų gali būti nauja vidaus degimo forma: „laisvasis stūmoklinis“ variklis.
Ši technologija radikaliai pertvarko variklius, pakeičiant alkūninį veleną, kuris paprastai perduoda jėgą iš stūmoklių, suspaudimo kamera ir turboračiu. Laisvieji stūmokliniai varikliai turi galimybę radikaliai pagerinti efektyvumą. Stūmokliniai varikliai be prototipų jau yra 50–60 procentų efektyvesni nei bet kuris šiuo metu gaminamas variklis – ir yra daug daugiau galimybių.
Kaip tai veikia?
Laisvas stūmoklis turi daugumą tų pačių komponentų kaip ir bet kuris vidaus degimo variklis. Pagrindinis skirtumas yra tai, kaip jis užfiksuoja degimo galią.
Standartiniame variklyje degalai ir oras įpurškiami į suspaudimo kamerą ir uždegami. Šis degimas stumia žemyn stūmoklį, kuris yra prijungtas prie alkūninio veleno. Automobiliuose besisukančio alkūninio veleno energija perduodama per transmisiją ir nukreipiama į varančiuosius ratus.
Laisvame stūmokliniame variklyje degimas vyksta taip pat, bet nėra alkūninio veleno. Iš pirmo žvilgsnio tai atrodo beprotiška, nes stūmokliai liko tik barškėti savo cilindruose. Bet iš tikrųjų tai yra genialumo potėpis – taip, aš norėjau tą kalambūrą. Horizontaliai priešpriešindami du cilindrus ir vienu metu juos detonuodami, stūmokliai suspaudžia tarp jų esantį orą. Šis oras vamzdžiais tiekiamas per kompresorių, kuris labai panašus į turbokompresorių.
Nors techniškai įmanoma ašį varyti tiesiai iš šios turbinos, praktiškai ši turbina geriausiai išnaudojama varant elektros generatorių.
Tokio variklio idėja kilo nuo 1807 m., tačiau stūmoklių paleidimo iššūkiai ir Judėjimas vienu metu neleido dizaineriams pasinaudoti visomis laisvojo stūmoklinio variklio privalumais… iki šiol.
Privalumai
Taigi, kam nerimauti dėl tų iššūkių? Na, visa tai susiję su efektyvumu. Standartiniame vidaus degimo variklyje daug galios prarandama kaip šiluma ir vibracija. Šiuolaikiniai benzininiai varikliai gali paversti tik 18–25 procentus potencialios degalų energijos, kurią jie sudegina, į naudingą energiją. Veiksmingiausi benzininiai varikliai akimirksniu gali pasiekti net 35 proc., bet ir tada tik idealiomis sąlygomis.
Standartiniame vidaus degimo variklyje daug galios prarandama kaip šiluma ir vibracija.
Alkūninio veleno trūkumas laisvųjų stūmoklių sistemoje reiškia, kad nėra jokių nuolatinių impulsų pokyčių, kurie sukuria vibraciją ir trintį, kuri kenkia efektyvumui. Šie pranašumai buvo akivaizdūs du šimtmečius, tačiau šiuolaikinių technologijų tikslumas yra ir kitas: kintamas suspaudimo laipsnis.
Su degimo kameros dydžio alkūniniu velenu stūmoklio judėjimo ilgis yra fiksuotas. Šiuolaikiniuose, eksperimentiniuose laisvųjų stūmoklių varikliuose kameros dydis ir galios eigos ilgis gali būti keičiami važiuojant. nuo apsisukimo iki apsisukimo, kai variklio valdymo blokas pritaiko degimo kameros dydį prie idealaus kuro oro mišinys.
Be to, šis kintamumas turėtų leisti laisviesiems stūmokliniams varikliams veikti naudojant bet ką – nuo vandenilio iki gamtinių dujų. Tiesą sakant, nenustebčiau, jei vienas iš šių variklių veiktų su vieno salyklo skotu.
- 1. DLR Transporto priemonių koncepcijų instituto FKLG laboratorijos valdymo kambarys (Šaltinis: DLR)
- 2. Baterija išsikrovusi? – Laisvo stūmoklio linijinis generatorius veikia kaip nuotolio didiklis, tiekdamas elektrinėms transporto priemonėms reikalingą elektros energiją (Šaltinis: DLR)
Dėl visų šių savybių laisvasis stūmoklinis variklis yra idealus kaip įmontuotas generatorius, todėl jis gali pakeisti jėgos pavaros dizainą.
Rimtai, kada galiu gauti?
Kol kas kuriami du stūmoklinių variklių prototipai. Pirmasis, nenuostabu, yra vokiečių mokslininkų / tamsiųjų magų iš Vokietijos aerokosminio centro (DLR).
Jų prototipas, pavadintas „Freikolbenlineargenerator“, kuris, nesu tikras, yra įrodymas, ar vokiečiai turi humoro jausmą, ar ne, vis dar yra pradiniame kūrimo etape. Tačiau nepaisant to, jis žada užtikrinti tokį našumą, apie kurį kiti jėgos pavaros inžinieriai gali tik pasvajoti.
„Toyota“ variklis galėtų generuoti 15 arklio galių iš aštuonių colių ir dviejų pėdų ilgio paketo.
Freikolbenlineargeneratorius naudoja cilindrus, kurie yra vienas prieš kitą. Tokia stūmoklio padėtis leidžia jam būti dar kompaktiškesniam nei įprasti laisvo stūmokliniai varikliai. Dėl to jis puikiai tinka naudoti kaip diapazono prailginimo priemonė.
Paimkite, pavyzdžiui, „Chevy Volt“. Jis turi baterijas ir gali veikti tik elektra. Tačiau išsikrovus akumuliatoriams jis turi 1,4 litro dujinį variklį, kuris gali juos įkrauti ir patį automobilį varyti didesniu nei 65 mylių per valandą greičiu. Tai veikia gerai, bet, deja, net ir mažo tūrio dujiniai varikliai yra nepatogūs, sunkūs ir brangūs.
Freikolbenlineargeneratorius gali atlikti tą patį darbą, nors yra pakankamai mažas, kad būtų galima montuoti po automobilio grindimis, o tai sutaupo vietos kitiems dalykams, pavyzdžiui, kopūstams, tarkime.
Tačiau stebuklingas variklis ant teutonų pamišusio mokslininko darbo stalo yra toli nuo tikrosios gamybos, tiesa?
Na, Toyota taip pat yra laive. Šią vasarą didžiulis Japonijos automobilių gamintojas paskelbė apie savo nemokamą stūmoklinį variklį arba „linijinį generatorių“. „Toyota“ versija naudoja vienas cilindras, o ne priešinga pora, ir nuolat veikiant gali pasiekti 42 proc. sąlygos. Tai geriau, nei gali pasiekti bet kuris gamybinis variklis – net ir trumpam, optimaliomis sąlygomis.
„Toyota“ variklis galėtų generuoti 15 arklio galių iš aštuonių colių ir dviejų pėdų ilgio paketo. Tikėtina, kad dviejų iš jų pakaktų įkrauti baterijas modernioje išplėstinio nuotolio transporto priemonėje, sutaupant daug vietos ir energijos. Vokiškos technologijos yra nuostabios, tačiau „Toyota“ variklis netrukus gali būti „Prius“.
Išvada
Gryna elektra – arba galbūt vandenilis – vis dar beveik neabejotinai yra ilgalaikis ateities automobilių energijos šaltinis. Tačiau nė viena iš šių technologijų nėra visiškai paruošta. Elektra yra artima, bet vis tiek yra per brangi daugumai Amerikos vartotojų, jau nekalbant apie milijardus Kinijos ir Indijos vartotojų, kurie trokšta turėti automobilį.
Laisvieji stūmokliniai varikliai gali būti svarbi tilto technologija, galinti žymiai pagerinti vidaus degimo efektyvumą. Jie taip pat gali turėti ilgesnę tarnavimo laiką nei tradiciniai vidaus degimo būdai, nes jie gali sudeginti beveik viską, kas degi... Žiūriu į jus, riebūs skudurai.
Jei pramonės gigantai, tokie kaip Toyota, nuspręstų atsisakyti technologijų, tai labai greitai gali būti gaminami ir serijiniuose automobiliuose. Tikėkimės.
Redaktorių rekomendacijos
- Kitas Mercedes-AMG C63 gali atsisakyti V8 keturių cilindrų hibridiniam varikliui
