Зашто би мотори „слободног клипа“ могли да напајају ваш следећи плуг-ин хибрид

Када размишљамо о аутомобилској технологији будућности, обично мислимо на алтернативна горива, било да се ради о водонику или електричној енергији из футуристичких батерија. Испоставило се да би будућност заправо могла бити нови облик унутрашњег сагоревања: мотор са „слободним клипом“.

Ова технологија радикално преобликује моторе, замењујући радилицу која иначе преноси снагу са клипова са комором за компресију и турбо импелером. Слободни клипни мотори имају потенцијал радикално побољшане ефикасности. Клипни мотори без прототипа су већ 50 до 60 процената ефикаснији од било ког мотора који се тренутно производи – а постоји потенцијал за много више.

Како то функционише?

Слободни клип има већину истих компоненти као и сваки мотор са унутрашњим сагоревањем. Кључна разлика је у томе како хвата снагу сагоревања.

У стандардном мотору, гориво и ваздух се убризгавају у комору за компресију и запаљују. Ово сагоревање гура клип, који је повезан са радилицом. У аутомобилима, енергија ротирајуће радилице пролази кроз мењач и преноси се на погонске точкове.

У слободном клипном мотору, сагоревање се дешава на исти начин, али нема радилице. На први поглед, ово изгледа лудо, јер су клипови само остали да звецкају у својим цилиндрима. Али ово је заправо потез – да, намеравао сам ту игру речи – генија. Хоризонтално супротстављеним два цилиндра и детонирајући их истовремено, клипови сабијају ваздух између њих. Овај ваздух се доводи кроз компресор који много личи на турбопуњач.

Иако је технички могуће покретати осовину директно из ове турбине, у пракси се ова турбина најбоље користи за покретање електричног генератора.

Идеја за такав мотор постоји још од 1807. године, али изазови покретања клипова и истовремено су спречили дизајнере да искористе све предности слободног клипног мотора... до сада.

Предности

Дакле, са тим изазовима, зашто се уопште трудити? Па, све има везе са ефикасношћу. У стандардном мотору са унутрашњим сагоревањем, велики део снаге се губи као топлота и вибрације. Савремени бензински мотори могу да претворе само 18 до 25 процената потенцијалне енергије горива које сагоревају у употребљиву енергију. Најефикаснији бензински мотори тренутно могу постићи чак 35 одсто, али и тада само у идеалним условима.

Недостатак коленастог вратила у систему слободног клипа значи да нема константних промена замаха које стварају вибрације и трење које угрожавају ефикасност. Ове предности су биле очигледне већ два века, али са прецизношћу модерне технологије постоји још једна: променљиви односи компресије.

Са радилицом величине коморе за сагоревање, дужина кретања клипа је фиксна. У модерним, експерименталним слободним клипним моторима, величина коморе и дужина радног хода могу се мењати у ходу, мењајући из револуције у револуцију, са јединицом за управљање мотором која прилагођава величину коморе за сагоревање идеалном ваздуху за гориво мешавина.

Поред тога, ова варијабилност би требало да омогући слободним клипним моторима да раде на било чему, од водоника до природног гаса. У ствари, не бих се изненадио ако би један од ових мотора радио на сингле малт вискију.

Сви ови квалитети чине мотор са слободним клипом идеалним као уграђени генератор, улога у којој може да револуционише дизајн погонског склопа.

Озбиљно, када могу добити један?

До сада су у раду два прототипа слободних клипних мотора. Први, што није изненађујуће, долази од немачких научника/тамних мађионичара из Немачког центра за ваздухопловство (ДЛР).

Њихов прототип, назван „Фреиколбенлинеаргенератор“, за који нисам сигуран да је доказ да Немци имају смисла за хумор или не, још увек је у раној фази развоја. Ипак, упркос томе, обећава да ће испоручити перформансе о којима други инжењери погонских агрегата могу само сањати.

Фреиколбенлинеаргенератор користи цилиндре који су окренути један према другом. Оваква оријентација клипа омогућава да буде још компактнији од типичних мотора са слободним клипом. То га чини савршеним за употребу као проширивач домета.

Узмимо на пример Цхеви Волт. Има батерије и може да ради искључиво на струју. Али када се батерије испразне, има 1,4-литарски гасни мотор који може да их допуни и покрене сам аутомобил изнад 65 мпх. Ово добро функционише, али нажалост чак и гасни мотори мале запремине су гломазни, тешки и скупи.

Фреиколбенлинеаргенератор може да обави исти посао, док је довољно мали да се монтира испод пода аутомобила, што штеди простор за друге ствари као што је кељ, рецимо.

Али чудесни мотор на радном столу тевтонског лудог научника је далеко од стварне производње, зар не?

Па, Тојота је такође на броду. Овог лета, велики јапански произвођач аутомобила најавио је сопствени бесплатни клипни мотор или „линеарни генератор“. Тојотина верзија користи један цилиндар, а не супротни пар, и способан је за 42 посто термалне ефикасности под сталним радом Услови. То је боље него што је било који производни мотор способан да постигне - чак и тренутно, под оптималним условима.

Тојотин мотор би могао да произведе 15 коњских снага из пакета од осам инча око и два метра дугачког. Два од њих би вероватно била више него довољна за пуњење батерија у модерном возилу са продуженим дометом са огромним простором и уштедом енергије. Немачка технологија је невероватна, али Тојотин мотор би ускоро могао бити у Пријусу.

Закључак

Чиста електрична енергија – или евентуално водоник – је и даље готово сигурно дугорочни будући извор енергије за аутомобиле. Међутим, ниједна од ових технологија није сасвим спремна. Електрични се приближава, али је и даље прескуп за већину америчких потрошача, да не говоримо о буквално милијарди кинеских и индијских потрошача који теже поседовању аутомобила.

Слободни клипни мотори могу бити критична технологија моста која може драматично побољшати ефикасност унутрашњег сагоревања. Они такође могу имати дужи животни век од традиционалних облика унутрашњег сагоревања, захваљујући њиховој способности да спале скоро све запаљиво... Гледам у тебе, масне крпе.

Ако индустријски гиганти као што је Тојота одлуче да ставе своју тежину иза технологије, она би ускоро могла да се нађе у производњи аутомобила. Надајмо.

Препоруке уредника

• Следећи Мерцедес-АМГ Ц63 би могао да одбаци В8 ради хибридне снаге са четири цилиндра