Zastrzeżenie: ten artykuł zawiera wypowiedzi inżynierskie
Silnik w Twoim samochodzie obecnie fatalnie wykonuje swoją pracę.
Polecane filmy
Twój silnik musi robić tylko jedno: zamieniać benzynę w energię mechaniczną poprzez jej spalanie. Robi to kilka razy na sekundę, gdy jest uruchomiony – i robi to bardzo słabo. Spalanie gazu wytwarza ciepło. To ciepło w postaci gwałtownej eksplozji napędza koła Twojego samochodu (z kilkoma częściami i stopniami pomiędzy). Dlatego silnik powinien wychwycić jak najwięcej ciepła (eksplozji). Ale silnik w Twoim samochodzie prawdopodobnie wychwytuje tylko marne 20-30% wytwarzanego ciepła. Liczba ta nazywana jest „efektywnością cieplną”, jeśli chodziłeś do szkoły przez długi czas, a w 1975 r Armia USA przetestował ciężarówkę, która dzięki „silnikowi adiabatycznemu” uzyskała sprawność cieplną do 48%. Ten szalenie brzmiący silnik zapewniał także większą moc, a jednocześnie zwiększał wydajność. Skąd więc wziął się ten silnik i dlaczego dzisiaj go nie używamy?
Koncepcja adiabatyki jest tak stara jak inżynieria samochodowa (BTW wymawia się ją „aid-ee-a-bad-ik”) i oznacza po prostu system, do którego ciepło nie może przedostawać się ani wychodzić. Jeśli ciepło jest uwięzione wewnątrz, jest ono adiabatyczne. Dlaczego więc miałbyś próbować zatrzymywać ciepło w silniku, skoro około jedna trzecia typowej komory silnika jest przeznaczona do usuwania ciepła przez chłodnice i przepływy płynu chłodzącego? Teoretycznie chcesz, aby ciepło odparowało benzynę. Jak być może wiesz, benzyna w stanie ciekłym nie pali się aż tak dobrze – spalają się opary znajdujące się na wierzchu kałuży gazu.
Dlatego co ty Naprawdę potrzebne są opary benzyny. Tak się po prostu składa, że gaz płynny łatwiej jest nam transportować, przechowywać, pompować i wykorzystywać w samochodach. Obecnie używamy wtryskiwaczy, które wtryskują ciekły gaz w bardzo drobnych strumieniach do komory spalania – teoria jest taka, że im drobniejsza mgła, tym szybsze parowanie. Innym świetnym sposobem na odparowanie płynów jest podniesienie ich temperatury. Zatem system wychwytujący ciepło byłby znacznie lepszy w wytwarzaniu i spalaniu oparów paliwa. Problemy z zatrzymaniem ciepła w silniku będą oczywiste dla każdego, komu kiedykolwiek zabrakło płynu chłodzącego – nowoczesne silniki mają tendencję do (dramatycznego) przestania działać powyżej około 250 stopni Fahrenheita.
Zwolennicy silników adiabatycznych twierdzą, że sprawność cieplna może sięgać 50%, a zużycie paliwa może przekraczać 50mpg
Ryzyko eksplozji silników przewyższa ryzyko potencjalnej korzyści – zwiększonej sprawności cieplnej, znacznie większej liczby kilometrów na galon i zdrowego wzrostu mocy. Jeśli to wszystko brzmi trochę jak cudowna pigułka, przejdziemy do tego. Niezależnie od tego zwolennicy silników adiabatycznych twierdzą, że sprawność cieplna może sięgać 50% lub więcej, zużycie paliwa może przekraczać 50 mpg, a mały 4-cylindrowy silnik z lat 80. może wytwarzać 250 KM – wszystko jednocześnie czas.
Pomysł adiabatycznego silnika samochodowego istnieje co najmniej od lat pięćdziesiątych XX wieku i był najgłośniej propagowany przez kilku entuzjastów hot-rodderów, Henry „Smokey” Yunick i Ralph Johnson. Ponieważ technologia ta ma rzekomo zwiększać oszczędność paliwa ORAZ zwiększać moc, a jednocześnie działać odwrotnie niż w przypadku silnika projektanci spędzili dziesięciolecia na usuwaniu ciepła, silniki adiabatyczne zawsze wydawały się nieco niewiarygodne i za dobre by było prawdziwe.
Samochód i kierowca o nazwie BS o starym Smokeyu i Ralphie, kiedy pojechali na Florydę, żeby zobaczyć to na własne oczy Hot Roddera wspierał dwóch mechaników z podwórka. I tak trwało to przez dziesięciolecia, niektórzy wierzyli, że ta technologia może zrewolucjonizować przemysł motoryzacyjny, inni nazywali ją olejem wężowym. Wydawało się, że nikt nie był skłonny poddać systemu rygorystycznym i naukowym testom. To znaczy nikt, dopóki nie włączyła się w to armia amerykańska.
W 1975 roku dywizja Tank Automotive Command armii amerykańskiej we współpracy z firmą Cummins zaprojektowała pojazd testowy do oceny technologii adiabatycznej. Co dziwne, głównym impulsem do zbadania tych silników nie była wydajność, moc ani mile na galon. Najwyraźniej aż 60 procent awarii pojazdów wojskowych wynikało z problemów z układem chłodzenia. Wyeliminuj układ chłodzenia i wyeliminuj awarie, a przynajmniej tak to wyglądało.
Aby przetestować tę teorię, chłopcy z armii wyposażyli 5-tonowy pojazd towarowy w specjalny silnik, a także wyrzucili 338 funtów elementów chłodzących. Inżynierowie Cummins wykonali silnik z elementów ceramiczno-metalowych – w tym głowicy, tłoków, zawory, tuleje cylindrowe i otwory wydechowe – które zostały zaprojektowane na temperatury przekraczające 2000 stopni Fahrenheita. Cała jednostka została owinięta grubą izolacją i rurami, które odprowadzały ciepło do przewodów paliwowych wewnątrz komory silnika.
Zespół wojskowy przetestował ciężarówkę na dystansie 16 000 km i odnotował 38-procentowy wzrost zużycia paliwa w porównaniu z tradycyjną ciężarówką wojskową. To powiedziawszy, tradycyjna ciężarówka osiąga około 6 MPG, więc nawet przy 38-procentowym wzroście mówimy tylko o 8,28 MPG. Odnotowali także sprawność cieplną na poziomie 48% i ogłosili, że „...silnik adiabatyczny jest najbardziej oszczędnym silnikiem na świecie”. To wielka pochwała. Więc co się stało?
Nic. Nic się nie stało. Nie było żadnego wielkiego spisku przeciwko tej technologii. Koncerny naftowe nie wysyłały oddziałów uderzeniowych ani nie prowadziły kampanii dezinformacyjnych. Zamiast tego technologia nie przyjęła się z tego samego powodu, dla którego technika ciągle zawodzi – zależność od ścieżki. Przejście na technologię adiabatyczną w produkcji samochodów, usługach i przemyśle wtórnym wymagałoby znacznie bardziej herkulesowego wysiłku niż dążenie do większej wydajności w oparciu o tradycyjne komponenty. Przezbrojenie całej branży na komponenty ceramiczne nie było postrzegane jako pragmatyczne, rozsądne finansowo ani kierowane przez klienta, dlatego zostało zarzucone. Jeśli w latach 80. branża zbyt mocno utknęła na swojej drodze, dzisiaj z pewnością jest tak jeszcze bardziej.
W rzeczywistości współczynniki sprawności cieplnej, które umożliwił proces adiabatyczny, można obecnie znaleźć w tradycyjnych silnikach wyposażonych w najnowsze rozwiązania. W 2014 roku Toyota głośno ogłosiła, że skonstruowała silnik testowy o sprawności 38%, a niedawno Stowarzyszenie Inżynierów Motoryzacji wyprodukowano prototypowe silniki sprawność cieplna zbliżająca się do 50%. Obecnie w samochodach rodzinnych często spotyka się również silniki 4-cylindrowe o mocy 250 i więcej koni mechanicznych. Konwencjonalna technologia dogoniła twierdzenia zwolenników adiabatycznych, więc jest mało prawdopodobne, że w najbliższym czasie zobaczymy te dziwne i piękne silniki poza eksperymentami lub muzeami. Tym, co zabiło tę technologię, zanim została uruchomiona, był po prostu pęd branży i decyzje dotyczące ustalania priorytetów podejmowane przez działy badawczo-rozwojowe. Może to mniej seksowna historia, ale to nie czyni jej mniej prawdziwą.
Zalecenia redaktorów
- Przetestowaliśmy technologię autonomicznego Mercedesa tak zaawansowaną, że nie jest ona dozwolona w USA.
