Adiabatiske motorer fra 1950-tallet kunne ha reddet planeten

Ansvarsfraskrivelse: Denne artikkelen inneholder teknisk tale

Motoren i bilen din akkurat nå er forferdelig i jobben sin.

Motoren din trenger bare å gjøre én ting: konvertere bensin til mekanisk energi ved å brenne den. Den gjør dette flere ganger i sekundet når den kjører - og den gjør det veldig dårlig. Brennende gass skaper varme. Den varmen, i form av en rask eksplosjon, er det som driver bilens hjul (med noen få deler og trinn i mellom). Derfor bør motoren din fange så mye av den varmen (eksplosjonen) som mulig. Men motoren i bilen din fanger sannsynligvis bare opp 20-30 % av varmen den produserer. Dette tallet kalles "termisk effektivitet" hvis du gikk på skolen lenge, og i 1975 Den amerikanske hæren testet en lastebil som fikk opptil 48 % termisk effektivitet ved å bruke en "adiabatisk motor." Denne gale motoren lovet også flere hestekrefter samtidig som den økte effektiviteten. Så hvor kommer denne motoren fra, og hvorfor bruker vi den ikke i dag?

Konseptet med adiabatisk er like gammelt som bilteknikk (BTW det uttales "aid-ee-a-bad-ik"), og betyr ganske enkelt et system der varme ikke kan komme inn eller ut. Hvis varmen er fanget inne, er den adiabatisk. Så hvorfor ville du prøve å fange varmen inne i en motor, når omtrent en tredjedel av det typiske motorrommet er dedikert til å rense varme gjennom radiatorer og kjølevæskestrømmer? Du vil teoretisk sett at varme skal fordampe bensinen din. Som du kanskje vet, brenner ikke flytende bensin så godt - det er dampen på toppen av et basseng med gass som faktisk brenner.

Derfor, hva du egentlig ønsker er bensindamp. Det hender bare at flytende gass er lettere for oss å transportere, lagre, pumpe og bruke i biler. For øyeblikket bruker vi injektorer for å skyte flytende gass i ekstremt fine sprayer inn i forbrenningskammeret – teorien er at jo finere spray jo raskere fordampning. En annen fin måte å få væsker til å fordampe er å øke temperaturen. Dermed ville et varmefanget system være mye bedre til å skape og brenne drivstoffdamp. Problemene med å fange varmen inne i en motor vil være åpenbare for alle som noen gang har gått tom av kjølevæske - moderne motorer har en tendens til å slutte å fungere (dramatisk) over ca. 250 grader Fahrenheit.

Oppveier risikoen for eksploderende motorer er den potensielle gevinsten – økt termisk effektivitet, langt bedre miles per gallon og en sunn støt i hestekrefter. Hvis alt dette høres litt ut som en mirakelpille, kommer vi til det. Tilhengerne av adiabatiske motorer hevder uansett at termisk effektivitet kan nærme seg 50 % eller mer, drivstoffeffektiviteten kan overstige 50 mpg, og en liten 1980-talls 4-sylindret kan produsere 250 hk – alt på samme tid tid.

Ideen om en adiabatisk bilmotor har eksistert siden minst 1950-tallet og har høyest blitt presset frem av et par hot-rodders ved navn Henry "Smokey" Yunick og Ralph Johnson. Fordi teknologien hevder å både øke drivstoffeffektiviteten OG øke hestekreftene, samtidig som den gjør det motsatte av hvilken motor designere har brukt flere tiår på å gjøre (fjerne varme), adiabatiske motorer har alltid virket litt utrolige og for godt til å være sant.

Bil og sjåfør kalt BS på ol’ Smokey og Ralph da de dro ned til Florida for å se det selv, mens Hot Rodder støttet de to bakgårdsmekanikkene. Og slik gikk det i flere tiår, med noen som trodde at denne teknologien kunne revolusjonere bilindustrien, mens andre kalte det slangeolje. Det virket som om ingen var villige til å gi systemet en streng og vitenskapelig test. Ingen, det var, før den amerikanske hæren ble involvert.

I 1975 designet Tank Automotive Command-divisjonen til den amerikanske hæren, i samarbeid med Cummins, et testkjøretøy for å evaluere adiabatisk teknologi. Merkelig nok var ikke den viktigste drivkraften for å undersøke disse motorene effektivitet, kraft eller miles per gallon. Tilsynelatende var hele 60 prosent av feilene i hærens kjøretøy forårsaket av problemer med kjølesystemet. Eliminer kjølesystemet og eliminer feilene, eller så tenkte man.

For å teste denne teorien, ettermonterte Army-guttene en 5-tonns lastebærer med spesialmotoren, og kastet også 338 pund med kjølekomponenter. Cummins-ingeniørene laget motoren av keramisk-metalliske komponenter – inkludert hodet, stemplene, ventiler, sylinderforinger og eksosåpninger - som ble designet for temperaturer over 2000 grader Fahrenheit. Hele enheten var pakket inn i kraftig isolasjon og rør som sendte varme til drivstoffruten inne i motorrommet.

Hærens team testet lastebilen i 10 000 miles og registrerte en 38 prosent økning i drivstofføkonomi sammenlignet med en tradisjonell hærlastebil. Når det er sagt, får den tradisjonelle lastebilen omtrent 6 MPG, så selv med en økning på 38 prosent snakker vi bare om 8,28 MPG. De registrerte også 48% termisk effektivitet og proklamerte, "...den adiabatiske motoren er den mest drivstoffeffektive motoren i verden." Det er stor ros. Så hva skjedde?

Ingenting. Ingenting skjedde. Det var ingen storslått konspirasjon mot denne teknologien. Oljeselskaper sendte ikke hit squads eller opprettet desinformasjonskampanjer. I stedet fanget ikke teknologien opp av samme grunn som teknologien svikter hele tiden - veiavhengighet. Å bytte bilproduksjon, service og sekundærindustri over til adiabatisk teknologi vil kreve en mye mer omfattende innsats enn å søke ytterligere effektivitet fra tradisjonelle komponenter. Å ombygge hele industrien til keramiske komponenter ble ikke sett på som pragmatisk, økonomisk fornuftig eller kundedrevet og ble dermed skrotet. Hvis industrien var for fast i sin vei på 1980-tallet, er det absolutt mer i dag.

Faktisk er de termiske effektivitetstallene som adiabatisk aktivert, nå funnet i tradisjonelle motorer med den siste utviklingen. Tilbake i 2014 proklamerte Toyota høyt at de hadde konstruert en testmotor med 38 % effektivitet, og nylig Society of Automotive Engineers produserte prototypemotorer nærmer seg 50 % termisk effektivitet. Det er nå også vanlig å se 4-sylindrede motorer med 250 hestekrefter eller mer i familiebiler. Konvensjonell teknologi har innhentet påstandene til adiabatiske tilhengere, så det er usannsynlig at vi vil se disse rare og vakre motorene utenfor eksperimenter eller museer med det første. Det som tok livet av denne teknologien før den kom i gang var rett og slett bransjemomentum og prioriteringsbeslutninger tatt av FoU-avdelinger. Det kan være en mindre sexy historie, men det gjør den ikke mindre sann.

Redaktørenes anbefalinger

• Vi testet den selvkjørende Mercedes-teknologien så avansert at den ikke er tillatt i USA.