Zakaj bi lahko motorji s prostim batom poganjali vaš naslednji priključni hibrid

Ko razmišljamo o avtomobilski tehnologiji prihodnosti, običajno pomislimo na alternativna goriva, pa naj bo to vodik ali električna energija iz futurističnih baterij. Izkazalo se je, da je prihodnost dejansko lahko nova oblika notranjega zgorevanja: motor s "prostim batom".

Ta tehnologija korenito preoblikuje motorje in ročično gred, ki običajno prenaša moč od batov, nadomesti s kompresijsko komoro in turbo tekačem. Motorji s prostim batom imajo potencial radikalno izboljšane učinkovitosti. Prototipni brezbatni motorji so že od 50 do 60 odstotkov učinkovitejši od vseh motorjev, ki so trenutno v proizvodnji – in obstaja možnost za veliko več.

Kako deluje?

Prosti bat ima večino enakih komponent kot kateri koli motor z notranjim zgorevanjem. Ključna razlika je v tem, kako zajame moč zgorevanja.

V standardnem motorju se gorivo in zrak vbrizgata v kompresijsko komoro in vžgeta. To zgorevanje potisne navzdol bat, ki je povezan z ročično gredjo. V avtomobilih se energija vrteče ročične gredi prenaša skozi menjalnik in ven do pogonskih koles.

V motorju s prostim batom se zgorevanje zgodi na enak način, vendar ni ročične gredi. Na prvi pogled se to zdi noro, saj bati kar ropotajo v svojih valjih. Toda to je pravzaprav poteza – ja, to besedno igro sem nameraval – genija. Z vodoravnim nasproti dveh valjev in ju istočasno detonacijo, bati stisnejo zrak med njima. Ta zrak je speljan skozi kompresor, ki je zelo podoben turbopolnilniku.

Čeprav je tehnično mogoče poganjati os neposredno iz te turbine, se v praksi ta turbina najbolje izkoristi za pogon električnega generatorja.

Zamisel za takšen motor je prisotna že od leta 1807, a izzivi, kako pripraviti bate do vžiga in premikanje hkrati so oblikovalcem preprečili, da bi v celoti izkoristili motor s prostim batom … do zdaj.

Prednosti

Torej, zakaj bi se sploh trudili s temi izzivi? No, vse je povezano z učinkovitostjo. V standardnem motorju z notranjim zgorevanjem se velik del moči izgubi zaradi toplote in vibracij. Sodobni bencinski motorji lahko pretvorijo le 18 do 25 odstotkov potencialne energije goriva, ki ga pokurijo, v uporabno energijo. Najbolj učinkoviti bencinski motorji lahko trenutno dosežejo tudi 35 odstotkov, a tudi to le v idealnih pogojih.

Pomanjkanje ročične gredi v sistemu s prostim batom pomeni, da ni nobenih stalnih sprememb zagona, ki ustvarjajo vibracije in trenje, ki moti učinkovitost. Te prednosti so očitne že dve stoletji, vendar z natančnostjo sodobne tehnologije obstaja še ena: spremenljiva kompresijska razmerja.

Pri ročični gredi velikosti zgorevalne komore je dolžina gibanja bata fiksna. Pri sodobnih, poskusnih motorjih s prostim batom je mogoče velikost komore in dolžino giba spreminjati sproti, spreminjati od revolucije do revolucije, z enoto za upravljanje motorja, ki prilagaja velikost zgorevalne komore idealnemu zraku za gorivo mešanica.

Poleg tega naj bi ta spremenljivost omogočala, da motorji s prostim batom delujejo na vse od vodika do zemeljskega plina. Pravzaprav me ne bi presenetilo, če bi eden od teh motorjev deloval na enosladni viski.

Zaradi vseh teh lastnosti je motor s prostim batom idealen kot vgrajeni generator, vloga, v kateri lahko revolucionira zasnovo pogonskega sklopa.

Resno, kdaj ga lahko dobim?

Zaenkrat sta v pripravi dva prototipa brezbatnih motorjev. Prvi, kar ni presenetljivo, prihaja od nemških znanstvenikov/temnih magov iz nemškega vesoljskega centra (DLR).

Njihov prototip, imenovan »Freikolbenlineargenerator«, za katerega nisem prepričan, ali je dokaz, ali imajo Nemci smisel za humor ali ne, je še vedno v zgodnji fazi razvoja. Kljub temu pa obljublja, da bo zagotavljal takšno zmogljivost, o kateri drugi inženirji pogonskih sklopov lahko samo sanjajo.

Freikolbenlineargenerator uporablja cilindre, ki so obrnjeni drug proti drugemu. Ta usmerjenost bata mu omogoča, da je še bolj kompakten kot tipični motorji s prostim batom. Zaradi tega je popoln za uporabo kot podaljšek dosega.

Vzemimo za primer Chevy Volt. Ima baterije in deluje izključno na elektriko. Ko pa se baterije izpraznijo, ima 1,4-litrski plinski motor, ki jih lahko napolni in sam požene avto nad 65 mph. To dobro deluje, a na žalost so celo plinski motorji z majhno prostornino zajetni, težki in dragi.

Freikolbenlineargenerator lahko opravi enako nalogo, hkrati pa je dovolj majhen, da ga lahko namestite pod dno avtomobila, kar prihrani prostor za druge stvari, kot je na primer ohrovt.

Toda čudežni motor na delovni mizi tevtonskega norega znanstvenika je daleč od dejanske proizvodnje, kajne?

No, tudi Toyota je zraven. To poletje je ogromen japonski proizvajalec avtomobilov napovedal lasten brezplačen batni motor ali "linearni generator". Toyotina različica uporablja en sam valj namesto nasprotnega para in ima 42-odstotno toplotno učinkovitost pri stalnem delovanju pogoji. To je boljše, kot je sposoben doseči kateri koli serijski motor – tudi trenutno, pod optimalnimi pogoji.

Toyotin motor bi lahko proizvedel 15 konjskih moči iz paketa, dolgega osem centimetrov okoli in dva metra. Dva od teh bi bila verjetno več kot dovolj za polnjenje baterij v sodobnem vozilu s podaljšanim dosegom z velikim prihrankom prostora in energije. Nemška tehnologija je neverjetna, toda Toyotin motor bi lahko bil kmalu v Priusu.

Zaključek

Čista električna energija – ali morda vodik – je še vedno skoraj zagotovo dolgoročno prihodnji vir energije za avtomobile. Vendar nobena od teh tehnologij ni povsem pripravljena. Električni je blizu, vendar je še vedno veliko predrag za večino ameriških potrošnikov, da niti ne omenjam dobesedno milijard kitajskih in indijskih potrošnikov, ki si želijo lastništva avtomobila.

Motorji s prostim batom so lahko kritična premostitvena tehnologija, ki lahko dramatično izboljša učinkovitost notranjega zgorevanja. Morda imajo tudi daljšo življenjsko dobo kot tradicionalne oblike notranjega zgorevanja, zahvaljujoč njihovi sposobnosti, da zažgejo skoraj vse vnetljivo... Gledam vas, oljnate krpe.

Če se industrijski velikani, kot je Toyota, odločijo, da bodo s svojo težo podprli tehnologijo, bi se lahko zelo kmalu pojavila v serijskih avtomobilih. Upajmo.

Priporočila urednikov

• Naslednji Mercedes-AMG C63 bi lahko opustil V8 za štirivaljni hibridni pogon