Atruna: šis raksts satur inženierzinātnes
Jūsu automašīnas dzinējs šobrīd ir drausmīgs.
Ieteiktie videoklipi
Jūsu motoram ir jādara tikai viena lieta: pārvērš benzīnu mehāniskā enerģijā, to sadedzinot. Tas to dara vairākas reizes sekundē, kad tas darbojas, un tas tiek darīts ļoti slikti. Dedzinot gāzi, rodas siltums. Šis karstums strauja sprādziena veidā ir tas, kas darbina jūsu automašīnas riteņus (ar dažām daļām un pakāpieniem starp tiem). Tāpēc jūsu dzinējam vajadzētu uztvert pēc iespējas vairāk siltuma (sprādziena). Taču jūsu automašīnas dzinējs, iespējams, uztver tikai niecīgus 20–30% no tā saražotā siltuma. Šo skaitli sauc par “termisko efektivitāti”, ja jūs ilgu laiku mācāties skolā, un 1975 ASV armija testēja kravas automašīnu, kuras termiskā efektivitāte sasniedza līdz 48%, izmantojot "adiabātisko dzinēju". Šis traki skanošais dzinējs arī solīja vairāk zirgspēku, vienlaikus palielinot efektivitāti. Tātad, no kurienes nāk šis dzinējs, un kāpēc mēs to neizmantojam šodien?
Adiabātiskā jēdziens ir tikpat vecs kā automobiļu inženierija (BTW to izrunā "aid-ee-a-bad-ik"), un tas vienkārši nozīmē sistēmu, kurā siltums nevar iekļūt vai iziet. Ja siltums ir ieslodzīts iekšpusē, tas ir adiabātisks. Tātad, kāpēc jūs mēģināt notvert siltumu dzinēja iekšpusē, ja apmēram trešdaļa no tipiskā dzinēja nodalījuma ir veltīta siltuma izvadīšanai caur radiatoriem un dzesēšanas šķidruma plūsmām? Jūs teorētiski vēlaties, lai siltums iztvaikotu jūsu benzīnu. Kā jūs, iespējams, zināt, šķidrais benzīns faktiski nedeg tik labi – tie ir tvaiki, kas atrodas virs gāzes baseina, kas faktiski sadedzina.
Tāpēc, ko jūs tiešām gribas ir benzīna tvaiki. Gadās, ka sašķidrināto gāzi mums ir vieglāk transportēt, uzglabāt, sūknēt un izmantot automašīnās. Šobrīd mēs, inžektori, sadegšanas kamerā šaujam šķidro gāzi īpaši smalkos smidzinājumos – teorija ir tāda, ka jo smalkāks aerosols, jo ātrāka iztvaikošana. Vēl viens lielisks veids, kā likt šķidrumiem iztvaikot, ir paaugstināt to temperatūru. Tādējādi siltuma notvertā sistēma būtu daudz labāka degvielas tvaiku radīšanā un sadedzināšanā. Problēmas, kas saistītas ar siltuma ieslodzīšanu dzinēja iekšpusē, būs acīmredzamas ikvienam, kurš kādreiz ir beidzies dzesēšanas šķidruma daudzums – mūsdienu dzinēji mēdz pārstāt darboties (dramatiski) virs aptuveni 250 grādiem Fārenheita.
Adiabātisko dzinēju atbalstītāji apgalvo, ka siltuma efektivitāte var tuvoties 50%, bet degvielas efektivitāte var pārsniegt 50 mpg
Pārspējot dzinēju eksplozijas risku, ir iespējamais ieguvums – paaugstināta siltuma efektivitāte, ievērojami labākas jūdzes uz galonu un veselīgs zirgspēku pieaugums. Ja tas viss izklausās pēc brīnumainas tabletes, mēs pie tā tiksim. Neatkarīgi no tā, adiabātisko dzinēju piekritēji apgalvo, ka termiskā efektivitāte var tuvoties 50% vai vairāk, degvielas efektivitāte var pārsniegt 50 mpg, un mazs 1980. gadu četrcilindru var ražot 250 zs — viss vienā un tajā pašā laikā laiks.
Ideja par adiabātisku automašīnas dzinēju ir pastāvējusi jau vismaz 1950. gados, un to visskaļāk virzīja pāris karsto dzinēju, vārdā Henrijs "Smokey" Yunick un Ralfs Džonsons. Tā kā tehnoloģija apgalvo, ka tā palielina degvielas efektivitāti, UN palielina zirgspēku jaudu, vienlaikus rīkojoties pretēji dzinējam dizaineri ir pavadījuši gadu desmitiem darot (noņemot siltumu), adiabātiskie dzinēji vienmēr ir šķituši mazliet neticami un pārāk labi, lai būtu patiesība.
Mašīna un vadītājs zvanīja BS uz ol’ Smokey un Ralph, kad viņi devās uz Floridu, lai paši to redzētu Karstais Roders atbalstīja divus piemājas mehāniķus. Un tā tas turpinājās gadu desmitiem, daži uzskatīja, ka šī tehnoloģija var radīt revolūciju automobiļu rūpniecībā, savukārt citi to sauca par čūsku eļļu. Šķita, ka neviens nav gatavs sistēmai veikt stingru un zinātnisku pārbaudi. Neviens, līdz brīdim, kad iesaistījās ASV armija.
1975. gadā ASV armijas Tank Automotive Command nodaļa, sadarbojoties ar Cummins, izstrādāja testa transportlīdzekli, lai novērtētu adiabātisko tehnoloģiju. Savādi, ka galvenais stimuls šo dzinēju izpētei nebija efektivitāte, jauda vai jūdzes uz galonu. Acīmredzot pilnus 60 procentus armijas transportlīdzekļu kļūmju izraisīja dzesēšanas sistēmas problēmas. Likvidējiet dzesēšanas sistēmu un novērsiet kļūdas, vai arī tā domāja.
Lai pārbaudītu šo teoriju, armijas zēni modernizēja 5 tonnu kravas pārvadātāju ar īpašu dzinēju, kā arī izmeta 338 mārciņas dzesēšanas komponentus. Cummins inženieri izgatavoja dzinēju no keramikas un metāla komponentiem, tostarp galvas, virzuļiem, vārsti, cilindru čaulas un izplūdes atveres — kas paredzētas temperatūrai, kas pārsniedz 2000 grādus Fārenheita. Visa iekārta bija ietīta smagā izolācijā un cauruļvados, kas nosūtīja siltumu uz degvielas vadu dzinēja nodalījumā.
Armijas komanda pārbaudīja kravas automašīnu 10 000 jūdžu garumā un reģistrēja degvielas ekonomijas pieaugumu par 38 procentiem salīdzinājumā ar tradicionālo armijas kravas automašīnu. Tas nozīmē, ka tradicionālā kravas automašīna iegūst aptuveni 6 MPG, tāpēc pat ar 38 procentu pieaugumu mēs runājam tikai par 8,28 MPG. Viņi arī reģistrēja 48% siltuma efektivitāti un pasludināja: "...adiabātiskais dzinējs ir visefektīvākais dzinējs pasaulē." Tā ir liela uzslava. Kas notika?
Nekas. Nekas nav noticis. Nebija lielas sazvērestības pret šo tehnoloģiju. Naftas kompānijas nesūtīja triecienvienības un neveido dezinformācijas kampaņas. Tā vietā tehnoloģija neattīstījās tā paša iemesla dēļ, kas visu laiku neizdodas — atkarība no ceļa. Lai pārslēgtu automobiļu ražošanu, servisu un sekundāro nozari uz adiabātisko tehnoloģiju, būtu jāpieliek daudz lielākas pūles nekā tradicionālo komponentu tālākas efektivitātes panākšana. Visas nozares pārnešana uz keramikas komponentiem netika uzskatīta par pragmatisku, finansiāli saprātīgu vai uz klientu orientētu, tāpēc tā tika atcelta. Ja nozare bija pārāk iestrēgusi savā ceļā 1980. gados, tas noteikti ir vēl vairāk šodien.
Faktiski termiskās efektivitātes skaitļi, kas iespējoti adiabātiskā režīmā, tagad ir atrodami tradicionālajos dzinējos ar jaunāko izstrādi. 2014. gadā Toyota skaļi paziņoja, ka ir izstrādājusi testa dzinēju ar 38% efektivitāti, un nesen Automobiļu inženieru biedrība ražoti dzinēju prototipi tuvojas 50% siltuma efektivitātei. Tagad ģimenes automobiļos ir ierasts redzēt arī 4 cilindru dzinējus ar 250 vai vairāk zirgspēkiem. Parastās tehnoloģijas ir panākušas adiabātikas piekritēju apgalvojumus, tāpēc diez vai mēs tuvākajā laikā ieraudzīsim šos dīvainos un skaistos dzinējus ārpus eksperimentiem vai muzejiem. Tas, kas nogalināja šo tehnoloģiju pirms tās sākuma, bija tikai nozares impulss un pētniecības un attīstības departamentu pieņemtie lēmumi par prioritāti. Tas var būt mazāk seksīgs stāsts, taču tas nepadara to mazāk patiesu.
Redaktoru ieteikumi
- Mēs pārbaudījām pašpiedziņas Mercedes tehnoloģiju, kas ir tik progresīva, ka tā nav atļauta ASV.
