Spalovací motory znečišťují vzduch. Spalovací motory okrádají planetu o vzácné a neobnovitelné zdroje. Spalovací motory vyžadují fosilní paliva, která ekonomicky spojují Spojené státy se zeměmi, se kterými bychom raději neobchodovali.
A spalovací motory v dohledné době nezmizí.
Jistě, slyšeli jste o všech nových technologiích, které by měly každým dnem nahradit spalovací motor, technologiích, jako jsou elektromotory, hybridní pohonné jednotky, vodíkové palivové články a dokonce i automobily, které jezdí na stlačený vzduch, ale žádná z nich Technologie je připravena zachránit automobilový průmysl před spalovacím motorem. Elektromotory jsou pravděpodobně naší nejlepší volbou pro nejbližší budoucnost a na trhu jsou nyní dokonce některá auta, která je používají jako zdroj energie, ale jejich dobíjení trvá dlouho, mají omezený dojezd a nelze je jednoduše natankovat. do pěti minut na místní čerpací stanici. Kromě toho, opravdu chcete uvíznout uprostřed East Nowhere, ve Střední Americe, s vybitou lithium-iontovou baterií a nikým v okolí, kdo má nejmlhavější představu, jak ji dobít? Hybridní pohonné jednotky jsou již docela proveditelné, jak ukazuje obrovský úspěch Toyoty Prius, ale stále obsahují spalovací motory, takže problém vlastně neřeší. Jen odkládají den, kdy se konečně budeme muset zbavit této zastaralé technologie. Vozy na vodíkové palivové články budou opravdu úžasné, když budou k dispozici ve vozidlech, která si může koupit a řídit průměrný spotřebitel. To by mělo být, oh, asi za 20 až 30 let, přibližně v době, kdy budete investovat do své první sady umělých zubů. A auta na stlačený vzduch? Nikdo ve skutečnosti neví, kdy budou připraveni vyrazit na silnici, ale pravděpodobně bude ještě dlouho trvat, než budete moci natankovat palivo pomocí pumpy na kolo.
Tyto technologie jsou důležité. Think tanky a výrobci automobilů je právě nyní zkoumají. To, jakou dopravu děti vašich dětí použijí, se bude odvíjet od nich. Jednoho dne jedna nebo všechny tyto technologie osvobodí svět od jeho nekontrolovatelné závislosti na fosilních palivech. Ale mezitím skutečně potřebujeme něco, co může být reálně připraveno k praktickému použití během několika příštích let:lepší spalovací motor.
Zde je dobrá zpráva:Na cestě jsou lepší spalovací motory. A když říkáme lepší, myslíme tím lehčí, úspornější a méně znečišťující. Pokud se nám zatím nedaří vysadit spalovací motory na pastvu, můžeme je alespoň přimět, aby se chovaly trochu slušněji, když stále cválají po veřejných ulicích.
Jedním z nejvíce vzrušujících nových typů spalovacích motorů je motor s protilehlými písty a pokud si nepamatujete všechny ty jazykolamy, můžete mu říkat motor OPOC. (Necíťte se špatně. Všichni ostatní tomu tak říkají také.) Motory OPOC nejsou ve skutečnosti nové – tato myšlenka tu byla již nějakou dobu – ale společnost jménem Ecomotor to konečně začíná vážně stavět OPOC, který bude připraven na spotřebitelská vozidla dávno předtím, než se vodíkové palivové články staly hněvem národa. A jako důkaz toho, že společnost Ecomotors nabízí seriózní technologii, která by v blízké budoucnosti mohla skutečně způsobit revoluci ve způsobu, jakým používáme benzín, již do společnosti investoval kolega jménem Bill Gates. Ano, ten Bill Gates a nikdo nemůže říct, že spoluzakladatel Microsoftu neví nic o praktických aspektech špičkových technologií.
Ale co přesně je motor OPOC a jak se liší od spalovacích motorů, které všichni milujeme a nenávidíme? Abychom na tuto otázku odpověděli, nejprve vám poskytneme opakovací kurz standardních automobilových motorů a poté vám ukážeme, jak OPOC dělají v podstatě totéž, ale jen trochu jinak – a trochu lépe.
Je pravděpodobné, že motor vašeho auta má buď čtyři nebo šest válců. (Pokud máte více než šest válců, pak řídíte skutečné svalové auto a pravděpodobně ještě nenakupujete něco, co by způsobilo zastaralost spalovacího motoru.) Válec motoru je přesně to, jak to zní -- válcový otvor v motoru, do kterého lze umístit pohyblivou trubku zvanou píst. A právě tento píst ve spojení s benzínem, vzduchem a zapalovací svíčkou poskytuje hnací sílu, díky které se vaše auto rozjede po silnici. To je každopádně rychlá a špinavá verze příběhu.
Válce v automobilovém spalovacím motoru jsou uzavřeny, takže plyny držené v oblasti mezi horní částí pístu a horní částí válce nemohou uniknout. V horní části každého válce nebo v jeho blízkosti jsou však také dva ventily, které lze mechanicky otevřít a zavřít. Ty jsou navrženy tak, aby vpouštěly vzduch a benzín do válce (sací ventil) a aby uvolňovaly výfukové plyny z válce (výfukový ventil) po dokončení spalovacího procesu motoru. Tyto ventily se otevírají a zavírají způsobem pečlivě načasovaným s pohybem pístu tak, aby se výfuk uvolnil dříve, než dovnitř proudí nová dodávka čerstvého vzduchu.
Je to pohyb pístu, který pohání auto. Písty úhledně posouvají nahoru a dolů ve válci, protože k tomu jsou určeny. Většina aut používá čtyřdobý motor (nebo Ottoův cyklus), ve kterém jsou čtyři stupně pohybu pístu. V prvním, nazývaném sací zdvih, se sací ventil otevře a píst se pohybuje dolů. Podtlak vytvořený dolů pohybujícím se pístem nasává vzduch spolu s malým množstvím benzínu do horní části válce. Jakmile směs zaplní dostupný prostor po klesajícím pístu, sací ventil se uzavře a píst se při kompresním zdvihu opět zvedne, čímž se směs vzduchu a paliva stlačí do těsné hmoty nabité tolik potenciální energií, že se kvalifikuje jako výbušnina. . (Naštěstí je ve směsi velmi málo benzínu, takže nehovoříme o výbušnině v kvalitě termonukleárních zbraní, ale o něčem spíše jako třešňová bomba.) Pak přichází část procesu, která motoru skutečně dodává šmrnc:spalovací zdvih, kdy zapalovací svíčka zabliká a zapálí tu potenciální energii jako petarda v plechovce a zatlačí píst zase dolů. Nakonec se ve výfukovém zdvihu otevře výfukový ventil a píst se zvedne zpět do horní části válce a vytlačí zbytečný, plynný zbytek po výbuchu hořlavých materiálů. Jakmile se výfukový ventil uzavře, celý proces začíná znovu.
Zatímco píst stoupá a klesá, otáčí klikovým hřídelem, dlouhou rotující tyčí, která přeměňuje pohyb pístů nahoru a dolů na kruhový pohyb, který způsobuje, že se ozubená kola a kola auta točí. Ve většině standardních uspořádání motoru (je jich poměrně dost) jsou válce v párech, takže pohyb jednoho pístu dolů během jednoho zdvihu vytváří zdvih druhého pístu nahoru, cyklus, který by teoreticky mohl pokračovat donekonečna... alespoň dokud nedojde benzín. Není to úplně věčný pohyb, ale když se nad tím zamyslíte, možná se zeptáte, jak vůbec začal pohyb pístů. Odpověď je, že čtyřtaktní cyklus obvykle začíná krátkým přívalem rotační energie do klikové hřídele z elektrického spouštěcího motoru, ale dřívější auta se zvedla a rozjela, protože nějaký šťastný řidič musel otočit ručně ovládanou klikou, aby se otočil, ano , klikový hřídel. (Teď už víte, proč tomu tak říkají.) Nejsi rád, že jsi tenkrát neřídil auta?
Tento čtyřtaktní cyklus byl vynalezen v 19. století – ve skutečnosti jeho variace sahají až k parnímu stroji – a existuje mnoho jeho variací. Podívejme se, jestli dokážeme přijít s takovým, který využívá o polovinu méně válců a přitom má stejně velký výkon.
U spalovacích motorů, o kterých jsme dosud mluvili, pracují písty paralelně, přičemž každý válec je zarovnán s dalším válcem a v každém je samostatný píst. Ale co kdybychom mohli zasunout dva písty do jednoho válce a koordinovat jejich činnost tak, aby stály proti sobě – odtud termín „protilehlý válec“ – ale nesrazily se? Každý z těchto válců by zabral pouze polovinu délky válce, takže by se musel posunout pouze o polovinu vzdálenosti válce ve standardním motoru, čímž by se ušetřilo palivo, ale přesto by se zajistil stejný rotační účinek na klikovou hřídel. A kliková hřídel mohla procházet středem válce, kolmo k dlouhé ose válce, takže oba písty mohly otáčet klikovou hřídelí, když se pohybovaly v opačných směrech. A mohli shromažďovat své výfukové odpady ve středu válce, takže konce válce by nemusely být zakryty, aby škodlivé výfukové plyny neunikly dříve, než by to bylo potřeba.
Nebylo by to cool? Vsaďte se, že ano!
Toto se nazývá motor s protilehlým pístem a protilehlým válcem (OPOC). V motoru OPOC vyvinutém společností Ecomotors pro agenturu Defence Advanced Research Projects Agency (nebo DARPA, a ano, to znamená, že rané aplikace budou pravděpodobně vojenské), jsou dva písty v jednom válci účinně propojeny, přičemž každý z nich je rozdělen na dvě části. a pohybují se uvnitř sebe v opačných směrech vytvářejících kompresní zdvih, takže protilehlé konce jedné části každého pístu se uzavírají k sobě a stlačují mezi sebou směs paliva a vzduchu, zatímco protilehlé konce druhého se pohybují od sebe, aby vpouštěly vzduch do pístu. mezera pro vytvoření sacího zdvihu. Vzhledem k tomu, že tyto dva zdvihy jsou simultánní, celá činnost pístů vyžaduje pouze dva pohyby tam a zpět, čímž se jedná o dvoudobý motor namísto konvenčnějšího čtyřdobého motoru. A protože tyto dva písty v jednom válci vykonávají práci dvou pístů ve dvou běžných válcích, konají pouze práci, která normálně probíhá v jednom válci, ale působí na klikovou hřídel pohybem dvou válců. To dává motoru OPOC vysokou hustotu výkonu – tedy vysoký poměr výkonu k hmotnosti samotného motoru.
A tady je něco, díky čemu motor OPOC společnosti Ecomotor skutečně vyčnívá z davu:Je modulární. Můžete použít jeden, dva nebo dokonce tři z nich spojené dohromady s převodovým uspořádáním, které je škálovatelné, od jednoválcového motoru (který je v normálních podmínkách motoru ve skutečnosti dvouválcový motor) až po tříválcový (ekvivalent šestidobého motoru). motor) a dále. Jednoduše spojujte válce k sobě, aby byl váš motor větší a výkonnější. A motor OPOC je mechanicky mnohem jednodušší než standardní spalovací motor. Ve standardním uspořádání je vyžadována složitá a přesně načasovaná řada propojení, aby bylo zajištěno, že sací a výfukové ventily jsou v případě potřeby otevřeny. To znamená, že motor má neuvěřitelně malý počet pohyblivých částí. Například u konvenčního spalovacího válce je nutný komplikovaný mechanismus pro načasování sacího ventilu a výfukového ventilu tak, aby byly otevřeny pouze v případě potřeby a nikdy nebyly otevřeny současně. Ale v motoru OPOC jsou tyto „ventily“ jednoduše otvory na boku válce, které jsou zakryty a odkryty samotným posouváním pístů, čímž odpadá nutnost složitého mechanismu k jejich otevírání a zavírání. Ecomotors odhaduje, že počet pohyblivých dílů v jeho motoru se snížil z 385 na 62, což znamená, že je zde mnohem méně dílů, které vyžadují servis a mohou se pokazit.
Výsledkem je, že motory OPOC jsou jednodušší, a proto je méně pravděpodobné, že se porouchají. Jsou také účinnější, při provozu ztrácejí méně energie a - protože vykonávají práci dvou pístů pouze s jedním - mohou produkovat mnohem více energie než standardní spalovací motor pouze na část plynu. Je to motor budoucnosti? Pravděpodobně. Alespoň do té doby, než se objeví ten jaderný palivový článek.
Nepatřím k těm chlapům, kteří vyrostli s hlavou pod kapotou auta, jak rozebírají motor a zase ho dávají dohromady, jen aby zjistili, jestli to zvládnu. Pravděpodobnější je, že mě najdete u klávesnice počítače, programuji v jazycích jako BASIC a C nebo píšu knihy o tom, proč byla energie z řízené fúze zdrojem energie budoucnosti. (Stále na to čekám.) Ale když jsem začal psát o autech, bylo pro mě jen přirozené, že jsem tíhl k psaní o automobilových technologiích, které byly na špici, způsobech pohonu a používání automobilů, které byly tak pokročilé. , řekli byste si, že mohli vyrazit přímo z filmu jako Blade Runner nebo Minority Report. Nevím jak vy, ale já cítím mravenčení po zádech, když se dozvím o něčem, co je nové, vzrušující a dělá věci způsobem, který je lidé (v tomto případě automobiloví inženýři) nikdy předtím nedělali.
Motory s protilehlým pístovým válcem (OPOC) možná nezní tak ostře jako létající auta nebo DeLoreany z roku 1981 s točivými kondenzátory, které jim pomáhají cestovat časem, ale když jsem dokončil průzkum tohoto článku, uvědomil jsem si, že jsou každý kousek jako vzrušující. (Dobře, možná ne tak vzrušující jako ta věc s točivým kondenzátorem.) Motory OPOC jsou výsledkem mnoha důmyslných myšlenek skvělých inženýrů, kteří nebyli ochotni připustit, že způsob, jakým se spalovací motory vždy dělaly, je jediný způsob že se dají udělat. Ano, OPOC existují již dlouhou dobu - rané prototypy motoru OPOC sahají až do 19. století - ale automobiloví inženýři s malou pomocí vojenského špičkového výzkumného křídla DARPA (Defense Advanced Research Project Agentura), jsou konečně na slunci a nikdo nemůže být nadšenější než já.
