Friskrivningsklausul: Den här artikeln innehåller tekniska tal
Motorn i din bil just nu är fruktansvärd på sitt jobb.
Rekommenderade videor
Din motor behöver bara göra en sak: omvandla bensin till mekanisk energi genom att bränna den. Den gör detta flera gånger i sekunden när den är igång - och den gör det väldigt dåligt. Brinnande gas skapar värme. Den värmen, i form av en snabb explosion, är det som driver din bils hjul (med några delar och steg emellan). Därför bör din motor fånga upp så mycket av den värmen (explosionen) som möjligt. Men motorn i din bil fångar sannolikt bara ynka 20-30% av värmen den producerar. Detta nummer kallas "termisk effektivitet" om du gick i skolan under en lång tid, och 1975 amerikanska armén testade en lastbil som fick upp till 48 % termisk verkningsgrad med en "adiabatisk motor". Denna galet klingande motor lovade också mer hästkrafter samtidigt som den ökade effektiviteten. Så var kommer denna motor ifrån, och varför använder vi den inte idag?
Konceptet med adiabatiskt är lika gammalt som bilteknik (btw det uttalas "aid-ee-a-bad-ik") och betyder helt enkelt ett system där värme inte kan komma in eller lämna. Om värme fångas inuti är den adiabatisk. Så varför skulle du försöka fånga värmen inuti en motor, när ungefär en tredjedel av det typiska motorutrymmet är dedikerat till att rensa värme genom kylare och kylvätskeflöden? Du vill teoretiskt sett att värme ska förånga din bensin. Som du kanske vet brinner flytande bensin faktiskt inte så bra - det är ångan ovanpå en gaspöl som faktiskt brinner.
Därför, vad du verkligen vill ha är bensin ånga. Det händer bara att flytande gas är lättare för oss att transportera, lagra, pumpa och använda i bilar. För tillfället använder vi injektorer för att skjuta flytande gas i extremt fina sprayer in i förbränningskammaren – teorin är att ju finare spray desto snabbare avdunstning. Ett annat bra sätt att få vätskor att avdunsta är att öka temperaturen. Således skulle ett värmefångat system vara mycket bättre på att skapa och förbränna bränsleånga. Problemen med att fånga värmen inuti en motor kommer att vara uppenbara för alla som någonsin har tagit slut kylvätska – moderna motorer tenderar att sluta fungera (dramatiskt) över cirka 250 grader Fahrenheit.
Förespråkarna för adiabatiska motorer hävdar att termisk verkningsgrad kan närma sig 50 % och bränsleeffektiviteten kan överstiga 50 mpg
Uppväger risken för exploderande motorer är den potentiella vinsten - ökad termisk effektivitet, mycket bättre miles per gallon och en hälsosam stöt i hästkrafter. Om allt detta låter lite som ett mirakelpiller, kommer vi till det. Oavsett vilket hävdar förespråkarna för adiabatiska motorer att termisk effektivitet kan närma sig 50% eller mer, bränsleeffektiviteten kan överstiga 50 mpg, och en liten 1980-tals 4-cylindrig kan producera 250 hk – allt på samma gång tid.
Idén om en adiabatisk bilmotor har funnits sedan åtminstone 1950-talet och har högst drivits av ett par hot-rodders vid namn Henry "Smokey" Yunick och Ralph Johnson. Eftersom tekniken påstår sig både öka bränsleeffektiviteten OCH öka hästkrafterna, samtidigt som den gör motsatsen till vilken motor designers har ägnat decennier åt att göra (avlägsna värme), adiabatiska motorer har alltid verkat lite otroliga och för bra för att vara sant.
Bil och förare kallas BS på ol’ Smokey och Ralph när de åkte ner till Florida för att se det själva, medan Hot Rodder backade upp de två bakgårdsmekanikerna. Och så fortsatte det i decennier, och vissa trodde att denna teknik skulle kunna revolutionera bilindustrin, medan andra kallade det ormolja. Det verkade som om ingen var villig att ge systemet ett rigoröst och vetenskapligt test. Ingen, det var, förrän den amerikanska armén blev inblandad.
1975 designade Tank Automotive Command-divisionen i den amerikanska armén, i samarbete med Cummins, ett testfordon för att utvärdera adiabatisk teknologi. Märkligt nog var den främsta drivkraften för att undersöka dessa motorer inte effektivitet, eller kraft, eller miles per gallon. Uppenbarligen orsakades hela 60 procent av felen i arméns fordon av kylsystemproblem. Eliminera kylsystemet och eliminera felen, eller så gick tanken.
För att testa denna teori eftermonterade armépojkarna en 5-tons lastbärare med specialmotorn och slängde även 338 pund kylkomponenter. Cummins ingenjörer tillverkade motorn av keramiska-metalliska komponenter – inklusive huvudet, kolvar, ventiler, cylinderfoder och avgasportar - som designades för temperaturer över 2 000 grader Fahrenheit. Hela enheten var insvept i kraftig isolering och rör som skickade värme till bränsleledningen inne i motorrummet.
Arméteamet testade lastbilen i 10 000 miles och noterade en 38-procentig ökning av bränsleekonomin jämfört med en traditionell armélastbil. Som sagt, den traditionella lastbilen får cirka 6 MPG, så även med en ökning på 38 procent talar vi bara om 8,28 MPG. De registrerade också 48 % termisk verkningsgrad och proklamerade, "...den adiabatiska motorn är den mest bränslesnåla motorn i världen." Det är stort beröm. Så vad hände?
Ingenting. Inget hände. Det fanns ingen stor konspiration mot denna teknik. Oljebolag skickade inte hit squads eller skapade desinformationskampanjer. Istället slog tekniken inte fast av samma anledning att tekniken misslyckas hela tiden - vägberoende. Att byta över biltillverkning, service och sekundärindustri till adiabatisk teknik skulle kräva en mycket mer kraftfull ansträngning än att sträva efter ytterligare effektivitet från traditionella komponenter. Att omarbeta hela branschen till keramiska komponenter sågs inte som pragmatiskt, ekonomiskt förnuftigt eller kunddrivet och skrotades därför. Om branschen var för fast i sin väg på 1980-talet är det säkert mer så idag.
Faktum är att siffrorna för termisk verkningsgrad som adiabatik aktiverade nu finns i traditionella motorer med den senaste utvecklingen. Redan 2014 proklamerade Toyota högt att de hade konstruerat en testmotor med 38 % verkningsgrad, och nyligen Society of Automotive Engineers tillverkade prototypmotorer närmar sig 50 % termisk verkningsgrad. Det är numera också vanligt att se 4-cylindriga motorer med 250 hästkrafter eller mer i familjebilar. Konventionell teknik har kommit ikapp påståendena från adiabatiska anhängare, så det är osannolikt att vi kommer att se dessa konstiga och vackra motorer utanför experiment eller museer någon gång snart. Det som dödade den här tekniken innan den kom igång var helt enkelt industrimomentum och prioriteringsbeslut som fattades av FoU-avdelningar. Det kan vara en mindre sexig historia, men det gör den inte mindre sann.
Redaktörens rekommendationer
- Vi testade den självkörande Mercedes-tekniken så avancerad att den inte är tillåten i USA.
