Еще в 1950-х годах относительно простая технология обещала дать нам двигатели внутреннего сгорания с резко сниженным потреблением, но повышенной мощностью. Эти двигатели получили название «адиабатических». Несколько попыток построить на практике дали весьма обнадеживающие результаты. Почему же тогда технологии до сих пор не были приняты? Жертва нефтяного лобби или непреодолимых практических препятствий? В этой статье постараемся дать ответ.
В ПЕРВУЮ ОЧЕРЕДЬ, ЧТОБЫ ПОНЯТЬ, что такое адиабатический двигатель, нужно свыкнуться с одной мыслью: что классический двигатель внутреннего сгорания крайне неэффективен.
Его единственная задача — преобразовывать бензин (или дизельное топливо) в механическую энергию путем его сжигания . В процессе есть еще несколько промежуточных шагов и составляющих, но в целом на этом все и заканчивается: топливо сгорает, а выделяемое им тепло приводит в движение колеса.
ПРОБЛЕМА В ТОМ, ЧТО БОЛЬШАЯ ЧАСТЬ ЭТОГО ТЕПЛА ТЕРЯЕТСЯ В ДОРОГЕ. Самые популярные сегодня на дорогах двигатели имеют тепловой КПД всего 20-30%. Это означает, что не менее двух третей энергии, за которую вы заплатили на заправке, просто испаряется.
В этот момент на сцену выходит адиабатический двигатель. Еще в 1975 году военные США построили один с тепловым КПД 48%. Другие ранние экспериментаторы говорили о более чем 50%. Звучит как идеальное решение для спасения как планеты, так и частного автомобиля с двигателем внутреннего сгорания.
«АДИАБАТИЧЕСКИМ» ПРОЦЕССОМ называется любой процесс, при котором теплота не входит и не выходит из конкретной термодинамической системы. Адиабатический двигатель - это двигатель, в котором тепло замкнуто и не теряется. В отличие от классических автомобилей с двигателями внутреннего сгорания, где не менее одной трети моторного отсека предназначено для охлаждения и отвода избыточного тепла.
Огромным преимуществом является то, что тепло, хранящееся внутри системы, можно использовать для испарения бензина.
С ЭКОНОМИЧЕСКОЙ И ПРАКТИЧЕСКОЙ точки зрения наиболее удобно хранить и продавать топливо в жидком виде. А вот жидкий бензин воспламеняется с трудом (а жидкий дизель - тем более).
В современных двигателях с непосредственным впрыском форсунки разбивают бензин на мельчайшие капли, что облегчает его испарение и, следовательно, воспламенение. Но еще лучший способ облегчить испарение — более высокие температуры. Есть только одно препятствие: массовые двигатели внутреннего сгорания не могут работать при температуре выше 120 градусов Цельсия.
Именно эта проблема остановила разработку адиабатических двигателей в 1950-х годах. Но в конце 1970-х, когда нефтяной кризис заставил всех задуматься о сокращении расходов, многие изобретатели вернулись к этой идее. Такие люди, как известный гонщик NASCAR Ральф Муди или мастер хот-родов Генри Смоки Юник, представляют рабочие версии двигателя с теплоизоляцией. Unic хвастается тем, что четырехцилиндровый двигатель извлек 250 лошадиных сил, а средний расход около 4 литров — настоящая сенсация для той эпохи . А вот прототипы Unique и других страдают частыми дефектами, поскольку плохо выдерживают тепловые нагрузки.
С другой стороны, американским военным эта идея нравится. Там стоимость не является важным соображением - но адиабатический двигатель обещает устранить проблемы с охлаждением, а по статистике Пентагона более 60% повреждениймашин приходится на него.
TACOM, командование бронетанковых войск, поручило производителю двигателей Cummins модифицировать свой 14-литровый шестицилиндровый двигатель NHC 250, чтобы он работал как адиабатическая система. Поршни, головки, клапана и другие детали изготовлены из металлокерамики, выдерживающей почти до 1100 градусов Цельсия.
В 1981 году готовый двигатель был установлен на 5-тонный армейский грузовик и прошел испытания около 16 000 км. Агрегат работает безотказно и дает себестоимость на 38% ниже, чем у грузовика с обычными двигателями внутреннего сгорания. Его тепловой КПД составляет 48%.
Затем компания TACOM разработала адиабатический V8 с турбонаддувом мощностью 750 л.с., предсказав, что полная замена керамических компонентов может увеличить мощность до 1500 л.с. и снизить трение до такой степени, что агрегат вообще не будет нуждаться в смазочном масле .
По мнению большинства аналитиков, объяснение простое: переход на адиабатические двигатели нерентабелен. Для автопроизводителей это означало бы огромные затраты на замену производственных линий. В настоящее время довольно часто четырехцилиндровый двигатель имеет мощность 250 лошадиных сил и многое другое. А еще в 2014 году Toyota могла похвастаться двигателем с тепловым КПД 38%. Общество автомобильных инженеров (SAE) имеет рабочие прототипы с более чем 50%.
Теоретические преимущества адиабатического двигателя остаются неоспоримыми. Но окажемся ли мы когда-нибудь в ситуации, когда его массовое навязывание стоит затраченных усилий? В настоящее время на это невозможно ответить.