Какво се случи с адиабатните двигатели?

Още през 50-те години една относително проста технология обещаваше да ни даде двигатели с вътрешно горене с драматично понижен разход, но увеличена мощност. Тези двигатели се наричаха "адиабатни". Няколкото опита да се построят на практика дадоха много окуражителни резултати. Защо тогава технологията и досега не се е наложила? Жертва на петролните лобита ли е, или на непреодолими практически пречки? Тази статия ще се опита да даде отговора.

Адиабатен двигател, разработен за нуждите на американската армия

ПРЕДИ ВСИЧКО, ЗА ДА РАЗБЕРЕТЕ какво е адиабатният двигател, трябва да свикнете с една мисъл: сегашният мотор в колата ви никак не струва.
Разбира се, той може да е V8 с няколкостотин коня и най-приятния звук на света. Но това не променя факта, че класическият двигател с вътрешно горене е крайно неефективен.
Неговата единствената задача е да превръща бензина (или дизела) в механична енергия, като го изгаря. Има още няколко междинни стъпки и компонента в процеса, но най-общо нещата опират дотам: горивото изгаря и произведената от това топлина задвижва колелата.

ПРОБЛЕМЪТ Е, ЧЕ ГОЛЯМАТА ЧАСТ от тази топлина се губи по пътя. Най-масовите двигатели по българските пътища днес имат топлинна ефективност от порядъка на едва 20-30%. Това означава, че поне две трети от енергията, за която сте платили на бензиностанцията, просто се изпарява.
В този момент на сцената излиза адиабатният двигател. Още през 1975 американската армия построи такъв, при който топлинната ефективност бе 48%. Други ранни експериментатори говореха дори за над 50%. Звучи като идеалното решение, което да спаси едновременно и планетата, и личния автомобил с ДВГ.

Чрез своя "революционен" двигател Смоуки Юник успява да измъкне 250 коня от този скромен Pontiac Fiero (вместо обичайните 105)

"АДИАБАТЕН" ПРОЦЕС е всеки, при който никаква топлина не постъпва или не напуска конкретната термодинамична система. Адиабатен двигател е този, в който топлината е затворена и не се губи. Тъкмо обратното на класическите автомобили с ДВГ, при което поне една трета от двигателния отсек е посветена на охлаждането и отвеждането на излишната топлина.
Огромното предимство е, че съхранената вътре в системата топлина може да се използва, за да изпарява бензина.

Юник на корицата на списание Hot Rod

ОТ ИКОНОМИЧЕСКА И ПРАКТИЧЕСКА гледна точка е най-удобно горивата да се съхраняват и продават в течна форма. Но течният бензин се възпламенява трудно (а течният дизел - още повече). Онова, което всъщност се запалва, са неговите пáри.
В модерните двигатели с директно впръскване инжекторите разбиват бензина на възможно най-миниатюрните капчици, защото това улеснява изпарението - и оттам възпламеняването. Но още по-добър начин да се улесни изпарението е чрез по-висока температура. Има само една пречка: масовите ДВГ не могат да работят при температури над 120 градуса по Целзий.

Модифицираният от Юник двигател

ТЪКМО ТОЗИ ПРОБЛЕМ спира развитието на адиабатните двигатели през 50-те. Но в края на 70-те, когато петролната криза фокусира всички умове върху понижаването на разхода, много изобретатели се връщат към идеята. Хора като нашумелия състезател от NASCAR Ралф Мууди или hot-rod майстора Хенри "Смоуки" Юник представят работещи варианти на топлинно капсулован двигател. Юник се хвали, че от нищо и никакъв четирицилиндров мотор е извлякъл 250 коня и среден разход около 4 литра на сто - истинска сензация за онази епоха. Сериозно модифициран по същата технология Opel дава под 1 на сто разход.

НЯКОИ ИЗДАНИЯ ПРОВЪЗГЛАСЯВАТ това за бъдещето на автомобила. Но прототипите на Юник и останалите страдат от чести дефекти, защото трудно понасят топлинните натоварвания.
За сметка на това обаче идеята се харесва на американската армия. Там разходът не е кой знае колко важно съображение - но пък адиабатният двигател обещава да елиминира проблемите с охлаждането, а по статистика на Пентагона над 60% от повредите при армейските машини идват тъкмо от него.

Страница от патентната заявка на Хенри Юник

TACOM, КОМАНДВАНЕТО на бронетанковите войски, възлага на производителя на двигатели Cummins да модифицира своя 14-литров шестцилиндров NHC 250 мотор така, че да функционира като адиабатна система. Буталата, главите, клапаните и други компоненти са изработени от металокерамика, издържаща до почти 1100 градуса по Целзий.
През 1981 готовият двигател е монтиран в 5-тонен армейски камион и тестван в продължение на около 16 000 км. Агрегатът работи безукорно и дава разход с 38% под този на камион с обикновен ДВГ. Топлинната му ефективност е 48%.
После TACOM разработва и адиабатен V8 турбо с мощност 750 коня, като прогнозира, че при пълна подмяна на компонентите с керамични мощността може да се покачи до 1500 коня, а триенето да се намали дотолкова, че агрегатът да не се нуждае изобщо от смазочно масло.

Петтоният армейски камион с адиабатен двигател дава с 38% по-нисък среден разход от нормалната версия

ЗАЩО ТОГАВА НИЩО НЕ СЕ СЛУЧВА? Според повечето анализатори обяснението е просто: преминаването към адиабатни двигатели не е икономически рентабилно. За автомобилните производители то би означавало огромни разходи за пълно преустройство на поточните линии. В началото на 80-те вече няма и кой знае колко сериозен натиск за по-икономични двигатели. Вместо да прибягват към революции, за компаниите от сектора е по-лесно да я карат, както преди, да си прибират печалбите и постепенно да усъвършенстват наложилата се на пазара технология. Колкото до последното, то е неоспорим факт. Съвременните двигатели с директно впръскване са значително по-ефективни от старите с карбуратор от времето на Смоуки Юник. В наши дни е нещо съвсем обичайно четирициндров мотор да разполага с 250 коня, че и доста повече. А още през 2014 Toyota се похвали с двигател с топлинна ефективност 38%. Дружеството на автомобилните инженери (SAE) има работещи прототипи с над 50%.
Теоретичните предимства на адиабатния двигател си остават неоспорими. Но дали някога ще стигнем до ситуация, в която масовото му налагане да си струва усилията? На това за момента е невъзможно да се отговори.