Адіабатичні двигуни 1950-х років могли врятувати планету

Відмова від відповідальності: ця стаття містить інженерні виступи

Двигун вашого автомобіля зараз жахливо виконує свою роботу.

Ваш двигун повинен робити лише одне: перетворювати бензин у механічну енергію, спалюючи його. Він робить це кілька разів на секунду під час роботи — і робить це дуже погано. Горіння газу створює тепло. Це тепло у формі швидкого вибуху є тим, що приводить в дію колеса вашого автомобіля (з кількома частинами та кроками між ними). Тому ваш двигун повинен уловлювати якомога більше цього тепла (вибуху). Але двигун вашого автомобіля, швидше за все, вловлює лише мізерні 20-30% тепла, яке він виробляє. Це число називається «теплова ефективність», якщо ви ходили в школу протягом тривалого часу, а в 1975 році Армія США випробували вантажівку, яка досягла 48% термічної ефективності за допомогою «адіабатичного двигуна». Цей двигун, що звучить божевільно, також обіцяв більше кінських сил, одночасно підвищуючи ефективність. Тож звідки взявся цей двигун і чому ми не використовуємо його сьогодні?

Концепція адіабатики така ж стара, як і автомобільна техніка (до речі, вона вимовляється як «aid-ee-a-bad-ik») і означає просто систему, в яку тепло не може входити або виходити. Якщо тепло утримується всередині, воно є адіабатним. Тож навіщо вам намагатися утримувати тепло всередині двигуна, коли приблизно третина типового моторного відсіку призначена для видалення тепла через радіатори та потоки охолоджуючої рідини? Теоретично ви хочете, щоб тепло випаровувало ваш бензин. Як ви, мабуть, знаєте, рідкий бензин насправді горить не дуже добре – насправді горить пара, яка знаходиться на вершині калюжі газу.

Тому те, що ви насправді потрібна пара бензину. Так вийшло, що рідкий газ нам легше транспортувати, зберігати, качати і використовувати в автомобілях. На даний момент ми використовуємо інжектори, щоб скидати рідкий газ у вигляді надзвичайно дрібних бризок у камеру згоряння – за теорією, чим дрібніший спрей, тим швидше випаровується. Ще один чудовий спосіб змусити рідини випаровуватися - підвищити їх температуру. Таким чином, система з уловленим теплом буде набагато кращою у створенні та спалюванні пари палива. Проблеми з утриманням тепла всередині двигуна будуть очевидні кожному, хто коли-небудь вичерпувався охолоджуючої рідини – сучасні двигуни, як правило, перестають працювати (різко) вище приблизно 250 градусів Фаренгейт.

Ризик вибуху двигуна переважує потенційну винагороду – підвищення теплової ефективності, значно кращі милі на галон і здорове збільшення кінських сил. Якщо все це трохи нагадує диво-пігулку, ми до цього дійдемо. Незважаючи на це, прихильники адіабатичних двигунів стверджують, що термічний ККД може досягати 50% або більше, паливна ефективність може перевищувати 50 миль на галлон, а крихітний 4-циліндровий двигун 1980-х років може виробляти 250 к.с. час.

Ідея адіабатичного автомобільного двигуна існує щонайменше з 1950-х років і найгучніше її проштовхнули пара любителів на ім’я Генрі «Смокі» Юнік і Ральф Джонсон. Тому що технологія стверджує, що одночасно підвищує ефективність використання палива ТА збільшує потужність, роблячи все це навпаки дизайнери витратили на це десятиліття (видалення тепла), адіабатичні двигуни завжди здавалися трохи неймовірними і занадто добре, щоб бути правдою.

Машина та водій на ім'я BS на старого Смокі та Ральфа, коли вони поїхали до Флориди, щоб побачити це на власні очі Хот Роддер підтримав двох механіків заднього двору. І так тривало десятиліттями, дехто вважав, що ця технологія може зробити революцію в автомобільній промисловості, а інші називали її зміїною олією. Здавалося, що ніхто не бажав провести сувору наукову перевірку системи. Ніхто, поки не втрутилася армія США.

У 1975 році підрозділ Tank Automotive Command армії США у партнерстві з компанією Cummins розробив випробувальну машину для оцінки адіабатичної технології. Як не дивно, головним поштовхом для дослідження цих двигунів були не ефективність, чи потужність, чи милі на галон. Вочевидь, цілих 60 відсотків несправностей армійських машин були спричинені проблемами системи охолодження. Усунути систему охолодження і усунути поломки, принаймні так думали.

Щоб перевірити цю теорію, хлопці з армії модернізували 5-тонний вантажний транспортер спеціальним двигуном, а також викинули 338 фунтів компонентів охолодження. Інженери Cummins створили двигун із керамічно-металевих компонентів, включаючи головку, поршні, клапани, гільзи циліндрів і випускні отвори, які були розроблені для температур понад 2000 градусів Фаренгейт. Весь блок був загорнутий у важку ізоляцію та труби, які посилали тепло до паливної системи всередині моторного відсіку.

Армійська команда випробувала вантажівку протягом 10 000 миль і зафіксувала збільшення економії палива на 38 відсотків порівняно з традиційною армійською вантажівкою. Тим не менш, традиційна вантажівка отримує приблизно 6 миль на галон, тому навіть із збільшенням на 38 відсотків ми говоримо лише про 8,28 миль на галон. Вони також зафіксували 48% термічної ефективності та проголосили «…адіабатичний двигун найекономнішим двигуном у світі». Це висока похвала. Так що трапилося?

нічого Нічого не сталося. Ніякої великої змови проти цієї технології не було. Нафтові компанії не надсилали бойових загонів і не створювали кампаній дезінформації. Натомість технологія не прижилася з тієї самої причини, з якої технології весь час виходять з ладу – залежність від шляху. Щоб перевести виробництво автомобілів, послуги та вторинну промисловість на адіабатичні технології, знадобиться набагато більше зусиль, ніж досягнення ефективності традиційних компонентів. Переобладнання всієї галузі на виробництво керамічних компонентів не вважалося прагматичним, фінансово розумним або орієнтованим на клієнта, тому було скасовано. Якщо в 1980-х галузь занадто застрягла на своєму шляху, то сьогодні це, звичайно, більше.

Фактично, показники термічної ефективності, які дає адіабатичний режим, тепер можна знайти в традиційних двигунах з останніми розробками. Ще в 2014 році Toyota гучно оголосила, що створила тестовий двигун з ефективністю 38%, а нещодавно Товариство автомобільних інженерів створив дослідні зразки двигунів тепловий ККД наближається до 50%. Зараз також часто можна побачити 4-циліндрові двигуни потужністю 250 кінських сил і більше в сімейних автомобілях. Звичайна технологія наздогнала твердження прихильників адіабати, тому ми навряд чи найближчим часом побачимо ці дивні та красиві двигуни за межами експериментів чи музеїв. Те, що вбило цю технологію ще до того, як вона з’явилася, – це просто імпульс промисловості та рішення про пріоритетність, прийняті науково-дослідними відділами. Це може бути менш сексуальна історія, але це не робить її менш правдивою.

Рекомендації редакції

• Ми протестували настільки просунуту технологію безпілотного керування Mercedes, що вона заборонена в США.