เครื่องยนต์อะเดียแบติกจากทศวรรษ 1950 อาจช่วยโลกได้

ข้อจำกัดความรับผิดชอบ: บทความนี้มีการพูดเชิงวิศวกรรม

เครื่องยนต์ในรถของคุณตอนนี้ทำงานได้แย่มาก

มอเตอร์ของคุณต้องทำสิ่งเดียวเท่านั้น: เปลี่ยนน้ำมันเบนซินเป็นพลังงานกลโดยการเผาไหม้ มันทำหลายครั้งต่อวินาทีเมื่อทำงาน — และทำได้แย่มาก ก๊าซที่เผาไหม้ทำให้เกิดความร้อน ความร้อนในรูปของการระเบิดอย่างรวดเร็วคือสิ่งที่ส่งพลังงานให้กับล้อรถของคุณ (โดยมีชิ้นส่วนและขั้นบันไดอยู่ระหว่างนั้น) ดังนั้นเครื่องยนต์ของคุณควรจับความร้อน (การระเบิด) ได้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ แต่เครื่องยนต์ในรถของคุณน่าจะจับความร้อนที่เกิดขึ้นได้เพียง 20-30% เท่านั้น ตัวเลขนี้เรียกว่า “ประสิทธิภาพเชิงความร้อน” หากคุณไปโรงเรียนเป็นเวลานาน และในปี พ.ศ. 2518 กองทัพสหรัฐฯ ทดสอบรถบรรทุกที่มีประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงถึง 48% โดยใช้ “เครื่องยนต์อะเดียแบติก” เครื่องยนต์ที่มีเสียงดังอย่างบ้าคลั่งนี้ยังรับประกันแรงม้าที่มากขึ้นในขณะเดียวกันก็เพิ่มประสิทธิภาพอีกด้วย แล้วเครื่องยนต์นี้มาจากไหน และทำไมวันนี้เราไม่ใช้มันล่ะ?

แนวคิดของอะเดียแบติกนั้นเก่าแก่พอ ๆ กับวิศวกรรมยานยนต์ (BTW ออกเสียงว่า "aid-ee-a-bad-ik") และหมายถึงระบบที่ความร้อนไม่สามารถเข้าหรือออกได้ หากความร้อนถูกกักอยู่ภายใน จะเป็นอะเดียแบติก แล้วทำไมคุณถึงพยายามกักความร้อนไว้ภายในเครื่องยนต์ ในเมื่อประมาณหนึ่งในสามของช่องเครื่องยนต์ทั่วไปมีไว้สำหรับการไล่ความร้อนผ่านหม้อน้ำและการไหลของน้ำหล่อเย็น ในทางทฤษฎีคุณต้องการให้ความร้อนทำให้น้ำมันเบนซินของคุณกลายเป็นไอ ดังที่คุณอาจทราบแล้วว่า จริงๆ แล้วน้ำมันเบนซินเหลวไม่ได้เผาไหม้ได้ดีนัก แต่เป็นไอระเหยที่อยู่ด้านบนของกลุ่มก๊าซที่เผาไหม้จริงๆ

ดังนั้นสิ่งที่คุณ จริงหรือ ต้องการคือไอน้ำมันเบนซิน มันบังเอิญว่าก๊าซเหลวนั้นง่ายกว่าสำหรับเราในการขนย้าย จัดเก็บ ปั๊ม และใช้ในรถยนต์ ในขณะนี้ เราใช้หัวฉีดเพื่อยิงก๊าซเหลวในสเปรย์ที่มีความละเอียดมากเข้าไปในห้องเผาไหม้ ทฤษฎีก็คือยิ่งสเปรย์ละเอียดมากเท่าไร การระเหยก็จะเร็วขึ้นเท่านั้น อีกวิธีที่ดีในการทำให้ของเหลวระเหยคือการเพิ่มอุณหภูมิ ดังนั้นระบบกักความร้อนจะสร้างและเผาไหม้ไอน้ำมันเชื้อเพลิงได้ดีกว่ามาก ปัญหาเรื่องการกักเก็บความร้อนภายในเครื่องยนต์จะชัดเจนสำหรับทุกคนที่เคยหมด ของน้ำหล่อเย็น – เครื่องยนต์สมัยใหม่มีแนวโน้มที่จะหยุดทำงาน (อย่างมาก) ที่อุณหภูมิสูงกว่า 250 องศา ฟาเรนไฮต์

การชั่งน้ำหนักมากกว่าความเสี่ยงเครื่องยนต์ระเบิดคือผลตอบแทนที่อาจเกิดขึ้น - ประสิทธิภาพเชิงความร้อนที่เพิ่มขึ้น ไมล์ต่อแกลลอนที่ดีขึ้นอย่างมาก และแรงม้าที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก หากทั้งหมดนี้ฟังดูเหมือนยามหัศจรรย์ เราก็จะเข้าใจสิ่งนั้น อย่างไรก็ตาม ผู้เสนอเครื่องยนต์อะเดียแบติกอ้างว่าประสิทธิภาพเชิงความร้อนสามารถเข้าใกล้ 50% หรือมากกว่านั้น ประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงสามารถเกิน 50mpg และเครื่องยนต์ 4 สูบขนาดเล็กของปี 1980 สามารถผลิตกำลังได้ 250 แรงม้า - ทั้งหมดนี้ในเวลาเดียวกัน เวลา.

แนวคิดเรื่องเครื่องยนต์อะเดียแบติกของรถยนต์มีมาตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1950 เป็นอย่างน้อย และได้รับการผลักดันอย่างดังที่สุดโดยนักขี่สุดฮอตสองสามคนชื่อเฮนรี “สโมคกี้” ยูนิคและราล์ฟจอห์นสัน เพราะเทคโนโลยีอ้างว่าทั้งเพิ่มประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงและเพิ่มแรงม้า ขณะเดียวกันก็ทำสิ่งที่ตรงกันข้ามกับเครื่องยนต์ นักออกแบบใช้เวลาหลายทศวรรษในการทำ (ขจัดความร้อน) เครื่องยนต์อะเดียแบติกดูเหมือนจะเหลือเชื่อมาโดยตลอด ดีเกินจริงเกินไป

รถยนต์และคนขับเรียกว่า BS บนสโมคกี้และราล์ฟเมื่อพวกเขาลงไปฟลอริดาเพื่อดูมันด้วยตัวเองในขณะเดียวกัน ร็อดเดอร์สุดฮอต สำรองช่างเครื่องหลังบ้านสองคน ดังนั้นจึงใช้เวลานานหลายทศวรรษ โดยที่บางคนเชื่อว่าเทคโนโลยีนี้สามารถปฏิวัติอุตสาหกรรมยานยนต์ได้ ในขณะที่บางคนเรียกว่าน้ำมันงู ดูเหมือนว่าไม่มีใครเต็มใจที่จะทดสอบระบบอย่างเข้มงวดและเป็นวิทยาศาสตร์ ไม่มีใครเลย จนกระทั่งกองทัพสหรัฐฯ เข้ามามีส่วนร่วม

ในปี 1975 แผนก Tank Automotive Command ของกองทัพสหรัฐฯ ร่วมมือกับ Cummins ได้ออกแบบรถทดสอบเพื่อประเมินเทคโนโลยีอะเดียแบติก น่าแปลกที่แรงผลักดันหลักในการตรวจสอบเครื่องยนต์เหล่านี้ไม่ใช่ประสิทธิภาพ หรือกำลัง หรือไมล์ต่อแกลลอน เห็นได้ชัดว่าร้อยละ 60 ของความล้มเหลวในยานพาหนะของกองทัพบกมีสาเหตุมาจากปัญหาระบบทำความเย็น กำจัดระบบทำความเย็นและกำจัดความล้มเหลวหรือความคิดดำเนินไป

เพื่อทดสอบทฤษฎีนี้ เหล่าเด็ก ๆ ของกองทัพบกได้ดัดแปลงเครื่องยนต์พิเศษของผู้ให้บริการขนส่งสินค้าขนาด 5 ตัน และยังได้ทิ้งส่วนประกอบทำความเย็นน้ำหนัก 338 ปอนด์ไปอีกด้วย วิศวกรของคัมมินส์ประดิษฐ์เครื่องยนต์จากส่วนประกอบเซรามิก-โลหะ รวมถึงส่วนหัว ลูกสูบ วาล์ว ปลอกสูบ และช่องไอเสีย ซึ่งได้รับการออกแบบมาสำหรับอุณหภูมิที่เกิน 2,000 องศา ฟาเรนไฮต์ อุปกรณ์ทั้งหมดถูกหุ้มด้วยฉนวนหนาและท่อที่ส่งความร้อนไปยังเส้นทางเชื้อเพลิงภายในห้องเครื่อง

ทีมกองทัพบกทดสอบรถบรรทุกคันนี้เป็นระยะทาง 10,000 ไมล์ และประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิงเพิ่มขึ้น 38 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับรถบรรทุกของกองทัพบกแบบดั้งเดิม อย่างไรก็ตาม รถบรรทุกแบบเดิมได้ประมาณ 6 MPG ดังนั้นแม้จะเพิ่มขึ้น 38 เปอร์เซ็นต์ เราก็พูดถึงเพียง 8.28 MPG เท่านั้น พวกเขายังบันทึกประสิทธิภาพเชิงความร้อนได้ 48% และประกาศว่า “...เครื่องยนต์อะเดียแบติกจะเป็นเครื่องยนต์ที่ประหยัดเชื้อเพลิงมากที่สุดในโลก” นั่นเป็นการยกย่องอย่างสูง แล้วเกิดอะไรขึ้น?

ไม่มีอะไร. ไม่มีอะไรเกิดขึ้น. ไม่มีการสมคบคิดครั้งใหญ่กับเทคโนโลยีนี้ บริษัทน้ำมันไม่ได้ส่งหน่วยโจมตีหรือสร้างแคมเปญบิดเบือนข้อมูล แต่เทคโนโลยีกลับไม่สามารถตามทันด้วยเหตุผลเดียวกันกับที่เทคโนโลยีล้มเหลวตลอดเวลา นั่นคือการพึ่งพาเส้นทาง การเปลี่ยนการผลิตรถยนต์ การบริการ และอุตสาหกรรมทุติยภูมิไปใช้เทคโนโลยีอะเดียแบติกจะต้องใช้ความพยายามอย่างมากมากกว่าการแสวงหาประสิทธิภาพเพิ่มเติมจากส่วนประกอบแบบเดิม การปรับเปลี่ยนอุตสาหกรรมทั้งหมดเป็นส่วนประกอบเซรามิกไม่ได้ถูกมองว่าเป็นเรื่องที่สมเหตุสมผล สมเหตุสมผลทางการเงิน หรือขับเคลื่อนโดยลูกค้า และดังนั้นจึงถูกทิ้งไป หากอุตสาหกรรมติดอยู่กับเส้นทางของตนในช่วงทศวรรษ 1980 มากเกินไป ทุกวันนี้ก็จะเป็นเช่นนั้นอย่างแน่นอน

ในความเป็นจริง ตัวเลขประสิทธิภาพเชิงความร้อนที่เปิดใช้งานอะเดียแบติกนั้น ขณะนี้พบได้ในเครื่องยนต์แบบดั้งเดิมที่มีการพัฒนาล่าสุด ย้อนกลับไปในปี 2014 โตโยต้าประกาศเสียงดังว่าพวกเขาได้ทำวิศวกรรมเครื่องยนต์ทดสอบที่มีประสิทธิภาพ 38% และล่าสุดคือ Society of Automotive Engineers ผลิตเครื่องยนต์ต้นแบบ ประสิทธิภาพเชิงความร้อนใกล้ถึง 50% ปัจจุบันนี้เป็นเรื่องปกติที่จะเห็นเครื่องยนต์ 4 สูบที่มีกำลัง 250 แรงม้าขึ้นไปในรถครอบครัว เทคโนโลยีแบบเดิมๆ เป็นไปตามคำกล่าวอ้างของผู้สนับสนุนอะเดียแบติก ดังนั้นเราจึงไม่น่าจะเห็นเครื่องยนต์ที่แปลกและสวยงามเหล่านี้นอกการทดลองหรือพิพิธภัณฑ์ในเร็วๆ นี้ สิ่งที่ทำลายเทคโนโลยีนี้ก่อนที่จะเริ่มต้นเป็นเพียงโมเมนตัมของอุตสาหกรรมและการตัดสินใจจัดลำดับความสำคัญของแผนก R&D มันอาจจะเป็นเรื่องที่เซ็กซี่น้อยลง แต่นั่นไม่ได้ทำให้เรื่องจริงน้อยลงเลย

คำแนะนำของบรรณาธิการ

• เราทดสอบเทคโนโลยีขับเคลื่อนอัตโนมัติของ Mercedes ขั้นสูงจนไม่ได้รับอนุญาตในสหรัฐอเมริกา