Az égési motor nem hajlandó meghalni

A belső égés adaptációval marad fenn.

Hozzászólni
Facebook
Twitter
Email
Megosztás
Reddit
Rábukkan
Tumblr
Zseb Rendelje meg ezt a számot ->

A belső égésű motor visszavethető. A gőz korától kezdve visszatartó. Részleteit finomították, anyagait ... Norman Mayersohn írta

A belső égésű motor visszavethető. A gőz korától kezdve visszatartó. Részleteit finomították, anyagai javultak és teljesítménye megsokszorozódott, de az alapmechanizmust - a hengerfuratban felfelé és lefelé mozgó dugattyút - a fonográf vagy a villanykörte előtt találták ki.

Az olcsó, bőséges energia korszakának terméke, a belső égésű motor is roppant pazarló. Négyütemű benzinmotorban - amely a legvalószínűbb az autójában, a motorcsónakjában, esetleg a generátorában is - először egy dugattyút hajtanak lefelé, levegőt szívva a hengerbe. Ezután a dugattyú felfelé irányuló ütést hajt végre, amely összenyomja a levegőt; majd egy szikra meggyújtja az üzemanyag-levegő keveréket, amely felrobban, lefelé tolva a dugattyút. Az utolsó felfelé irányuló löket kiszorítja a kiégett keveréket. Ebben a négy dugattyús löket ciklusában a mai benzinmotor általában az üzemanyagban tárolt energia 14-30 százalékát hasznos munkává alakítja. A többit hő és súrlódás veszíti el.

Ha a motort járműbe szerelik, a hulladék összetettebbé válik. Az olyan kiegészítők, mint a vízszivattyúk és a légkondicionáló kompresszorok, energiát merítenek, anélkül, hogy hozzájárulnának az előre történő mozgáshoz. A gumiabroncsok gördülési ellenállása pazarolja az üzemanyagot, csakúgy, mint a csapágyak és a sebességváltó fogaskerekeinek súrlódása. Az aerodinamikai vonóerő arra kényszeríti a motort, hogy keményen dolgozzon, csak azért, hogy egyenletes autópálya sebességet tartson fenn. Összességében elmondható, hogy az autó, amellyel vezet, az üzemanyag energia körülbelül 20 százalékát a munkába állítja, ha az úton halad. Nyilvánvaló, hogy ez a kőolajszárító üvegházhatást okozó gázgép késik a rendbontás miatt. Nem csoda, hogy minden új elektromos autó, az akkumulátor kémiai áttörése vagy a sorozatgyártású üzemanyagcellás járművek ígérete a belső égésű motor halálhíreként hangzik.

Úgy tűnik, hogy az elektromos autók készek az utolsó szögeket betenni a koporsóba. Mivel kevés mozgó alkatrész képes súrlódást generálni, az elektromos motorok sokkal hatékonyabbak - az általuk fogyasztott energia 96% -át hasznos munkává alakítják. Nagyon kevés hulladékhőt adnak le, és alternatív energiával táplálva kibocsátásmentes energiát termelhetnek. Ezenkívül egy villanymotorral hajtott autónak egyértelmű a tervezési előnye. Majdnem lapos nyomatékgörbéje (font-láb a motor forgási sebességéhez viszonyítva) azt jelenti, hogy nincs szüksége komplex sebességváltóra, csökkenti a költségeket és növeli a hatékonyságot. Az égésű motoroknak általában több ezer fordulat/perc sebességgel kell forogniuk a maximális nyomaték eléréséhez, de az elektromos motorok maximális nyomatékba törnek abban a pillanatban, amikor a tengely elfordul. Ez adja az elektromos autóknak és a hibrideknek olyan kielégítő pillanatot a megállótól.

Mindezen okokból a dugattyús motorral szembeni eset egyértelmű. Úgy tűnik, hogy napjai meg vannak számlálva. De a valóság az, hogy a belső égés hamarosan nem vezet sehova. Ne mondd Elon Musknak, de a hőmotor, hogy használja a praktikus monikert, valószínűleg legalább 2050-ig uralja az utakat.

Az égésű motor tartósságát nem lehet csak a piaci tehetetlenségnek vagy a Big Oil erejének felróni. Kitart - és uralkodik -, mert annyira alkalmazkodó. Apró kivitelű hajtómű trimmerek és láncfűrészek. Hatalmas, rendkívül hatékony modellek hajtják a buldózereket és teherhajókat. Egy autóban ez a motor konfigurálható enyhe modorú gázcsapként vagy nagy fordulatszámú versenyeszközként.

Gyönyörűen alkalmas szállításra, mert egy rendkívül hordozható és energiasűrű üzemanyagot használ fel. "A folyékony szénhidrogének folyékony aranyak" - mondja John B. Heywood gépészmérnök, a Sun Jae emeritus professzor a M.I.T. A benzinmotor percek alatt újratöltődik, utána 400–500 mérföldet képes megtenni. És az üzemanyagok is alkalmazkodók: Az elmúlt évszázadban, ahogy az utak javultak és az autók gyorsabban haladtak, a benzint átalakították, hogy elősegítsék a motorok energiájának kinyerését.

Röviden: a benzinmotor hosszú, gazdag élettartama annak az eredménye, amit Rick Potts paleoantropológus variabilitás-szelekciónak nevez: Az az elképzelés, hogy gyorsan változó környezetben csak a sokoldalú marad életben. Potts, a Smithsonian Intézet emberi eredetű szakértője szerint a korai hominidák azért érvényesültek, mert rugalmasak voltak. A korai pleisztocén idején az őseink szembesült éghajlata drámaian ingadozott, gyakran változott a hőmérséklet, a vízellátás, az élelmiszer-források, a növényzet és a verseny. Túlélték ezt a zűrzavart, mert generalisták voltak - mondja Potts. Hosszú karokkal és hosszú lábakkal mászhattak fákra az erdőben, vagy kilométereket sétálhattak a szavanna felett. Nagy aggyal kitalálhatnák, hogyan alkalmazkodjanak a változó körülményekhez, és kitalálják a társadalmi rendszereket és technológiákat, amelyek segítenek nekik megbirkózni. Nem voltak gyorsabbak, erősebbek vagy hatékonyabbak, mint más lények - jobban alkalmazkodtak.

A dugattyús motor az alkalmazkodóképességen keresztüli túlélés másik példája. Olcsó építeni, megfelelt a különféle üzemanyagok és fizikai elrendezések követelményeinek, és előrelépett a kohászat és a szennyezésszabályozás fejlődésével. A folyamatos finomítás azt jelenti, hogy a mai belső égésű motor 99 százalékkal kevesebb szennyezést bocsát ki, mint az 1960-as évek ősei. A gyenge levegőminőségű régiókban az autógyártók emlékeztetnek arra, hogy a mai motorok valóban tisztább levegőt tolnak ki a kipufogócsövön keresztül, mint amennyit elfogyasztanak. A szén-dioxid-kibocsátás csökkentésének és az energiafelhasználás visszaszorításának feladatával ma a mérnökök, az ipari szakértők és a motorokat legjobban ismerő befektetők messze nem mondanak le a belső égésről. Valójában növelik befektetésüket. Ennek a régi technológiának még sok mérföld van hátra.

Napjainkban számos új gép annyira fejlődött, mint a belső égésű motor. A legkorábbi verziók primitív eszközök voltak, lassúak és megbízhatatlanok. A fejlesztések a kohászat fejlődésével és az égési folyamat jobb megértésével jártak. Az indítók a kézi forgattyúktól a nyomógombos elektromos készülékekig érlelődtek; az elektromos gyújtógyertyák következetesebb és gördülékenyebb működést garantáltak. A folyadékhűtés feltalálása lehetővé tette a tervezők számára, hogy a nyers egyhengeres kivitelből a hat- és nyolchengeres erőművek felé mozduljanak el, amelyek a 20. század közepén uralkodtak az autóiparban. Újabban olyan számítógéppel vezérelt újítások, mint a motor üzemanyag-elosztásának pontos szabályozása, valamint a szelepek nyitásának és zárásának jobb időzítése lehetővé tették a nagy teljesítmény kimenetelét egyenletes, egyenletes teljesítmény mellett alacsony sebességnél.

A belső égésű motorral szemben támasztott új követelmények a kibocsátásokra összpontosulnak, és John M. DeCicco kutatóprofesszor, a Michigani Egyetem Energetikai Intézetének véleménye szerint a benzinmotor is megfelel majd nekik. "A hatékonyság javítására rengeteg lehetőség kínálkozik, amelyek mindig aláássák az alternatívákat, amennyire a szem látja" - mondja DeCicco. "A hatékonysági horizont nagyon messzire nyúlik a jövőbe." Az új kihívásnak való megfelelés érdekében a gyártók mindent finomhangolnak, az égéstér kialakításától kezdve a sebességváltó paraméterein át az üzemanyag és a levegő motorba juttatásáig.

A piacon már elterjedt a turbófeltöltő, a henger deaktiválása, a közvetlen üzemanyag-befecskendezés és a folyamatosan változtatható sebességváltó. A henger felület-térfogat arányának csökkentése kisebb furatok és hosszabb főtengelylöketek alkalmazásával már gallononként mérföldeket tett meg - mondja Mike Anderson, a General Motors globális négyhengeres motorok főmérnöke. Így van az égéstér kialakításának javítása számítógépes modellezéssel.

Anderson azt is kifejti, hogy a motor működése kritikus, mivel minden égésű motornak megvan a maga hatékonysága. "A hatékonyság ezen szigetét a lehető legnagyobbra akarjuk tenni" - mondja. A súrlódás puszta megszelídítése szintén nagy hasznot hozhat: csupán 8 százalékos csökkentése 1 százalékkal javítja a gáz futásteljesítményét. A GM 2 literes turbómotorjának legújabb verziója 16 százalékkal csökkentette a súrlódást az elődhöz képest.

Az üzemanyag-szállítás terén is változások következnek. Thomas Apostolos, a Ricardo, Inc. elnöke, amely egy globális mérnöki tanácsadás részlege, közel 100 éves tapasztalattal rendelkezik a motor fejlesztésében, a permetezéssel vezérelt közvetlen üzemanyag-befecskendezés és a vékony rétegzett töltés beépítését várja, amelyben az arány az üzemanyag levegőig csökken, de az üzemanyag pontosan ott koncentrálódik, ahol a legnagyobb szükség van.

A benzinmotor is azon a küszöbön áll, hogy csatlakozzon csókolózó unokatestvéréhez, a dízelmotorhoz. K + F körökben ez a házasság örökös téma volt. A dízelek számára előnyös a fékezés: a motor fordulatszámát az üzemanyag-adagolás változtatásával szabályozzák, ahelyett, hogy mechanikus fojtóval korlátoznák a levegő bevitelét, ami ellenállást és súrlódást generál. Mivel a dízelmotorok belső égéssel, nem pedig szikrával indítják el az égést, jellemzően nagyon magas a kompressziós arányuk - a henger belsejében lévő levegőre sok „nyomás” hatással van. Ezek a nagy nyomások több munkát nyernek ki az üzemanyagban tárolt kémiai energiából. Miközben a mérnökök kísérleteznek a dízelmotorok sűrítési arányának csökkentésével a károsanyag-kibocsátás csökkentése érdekében, és emelik azokat a benzinmotorokban, a két technológia már közeledik egymáshoz - mondja Bill Woebkenberg, a Mercedes-Benz üzemanyag- és műszaki és szabályozási ügyekkel megbízott vezető mérnöke. USA.

Egy ígéretes példa: a homogén töltésű kompressziós gyújtású (HCCI) motor. Ebben a hibridben, amelyet a számítógépes modellezés és a motorvezérlés fejlesztése tett lehetővé, a belső motorhő meggyújtja a levegő és az üzemanyag egyenletesen eloszlott keverékét a henger belsejében. Az eredmény egy tiszta üzemű motor, amely a General Motors kutatói szerint 80 százalékkal hatékonyabb lehet, mint egy dízelmotor, a költségek körülbelül 50 százalékával.

A HCCI motoroknak problémái voltak a zavartalan működés fenntartásával, ezért a jelenlegi terv egyetlen motor felépítése két üzemmóddal. A kemény égéshez a hagyományos égést használnák, a könnyű terhelésekhez pedig a HCCI módot, például az autópályán való utazáshoz. Woebkenberg szerint a Mercedes ezzel a modellel máris sikert aratott az európai alkalmazásokban.

Még radikálisabb ötletek merülnek fel. A belső égésű motorok mechanikai elrendezésének új módjai jelentősen jobb hatékonyságot ígérhetnek. A michigani EcoMotors International például egy ellentétes dugattyús, ellentétes hengerű motort fejleszt, amely egy lóerőt képes előállítani a motor tömegének egy fontjára. Más vállalatok kettős tömörítésű, kettős kiterjesztésű motorokat fejlesztenek, amelyek elosztják a munkát extra hengereken, elválasztva a kompressziós és az energiaciklusokat.

A benzinmotor gyorsan mozgó célpont. Valójában az irónia az lehet, hogy gyorsabban mozog, mint néhány technológia, amely azzal fenyegetőzik. Az amerikai autók széndioxid-kibocsátása évente 2,1 százalékkal csökken, miközben az erőművek kibocsátása az előrejelzések szerint évi kevesebb, mint 1 százalékkal csökken - mondja a DeCicco. Ezek az üzemek, amelyek kétharmada fosszilis tüzelőanyagot használ, működtetik az elektromos autókat. Valójában az aggódó tudósok szakszervezete egy jelentésben kijelentette, hogy az akkumulátoros járművek nem rendelkeznek egyértelmű üvegházelőnnyel az Egyesült Államok legjobb benzin- vagy hibrid modelljeivel szemben, amelyek nagymértékben támaszkodnak a szén által termelt villamos energiára.

Még az átlagos benzinmotor is hamarosan megközelítheti elektromos riválisát a mérföldenként felszabaduló szén-dioxid grammjában. "A Star Trektől kölcsönvett összegek nélkül kifejlesztettünk egy Ford Focus programot, amelynek széndioxid-kibocsátása 97 gramm kilométerenként" - mondja Apostolos Ricardóról. "A 2040-es időkeretben 30 grammra jutunk, ami versenyképessé teszi a belső égésű motorokat az elektromos járművekkel." És akkor természetesen van költség: Az akkumulátoroknak tízszer olcsóbbá kell válniuk, és az energiasűrűségüket 100-szorosan meg kell javítani, hogy megfeleljenek a benzinnek. A Chevrolet Volt plug-in hibrid például egy 16 kilowattórás akkumulátort hordoz, ami az autó költségeinek mintegy 8000 dollárját teszi ki. Egy liter benzin energia-egyenértékét tárolja. "Olyan messze van egy méretezhető üzleti eset" - mondja DeCicco.

Ami nem azt jelenti, hogy az elektromos és hidrogén-fejlesztési programok nem érdemesek - egyértelműen igen. De a benzinmotor elleni küzdelem során nem csak egy kiemelkedő előadóval kell megküzdeniük: le kell győzniük egy igazi mérnöki kaméleont.

Norman Mayersohn a (z) Automobiles részének szerkesztője A New York Times. Szállítási flottája tartalmaz egy Prius hibridet (a család hetedik Prius-ja), egy 1967-es Camaro SS350-et, egy jól használható Volvo kombi és két motorkerékpárt. Korábbi húzóversenyző és biogazdálkodó, mindig lenyűgözi a dolgok működésének megismerése.