Większość kierowców uważa, że jedynym sposobem napędzania samochodu jest silnik spalinowy. Ogrzewanie i chłodzenie zachodzą wewnątrz bloku cylindrów. To działa. To jest wszędzie. Istnieje jednak alternatywny sposób. Silnik spalinowy zewnętrzny przenosi procesy ogrzewania i chłodzenia poza główną strukturę mocy. To brzmi jak krok wstecz. Ale to nieprawda. Jest całkiem skuteczny.
Samochody napędzały dwa różne typy silników: silnik parowy i silnik Stirlinga. Obydwa oferują pewne korzyści, które współczesna inżynieria dopiero teraz zaczyna w pełni wykorzystywać.
Zapomniana prędkość silników parowych
Silniki parowe pojawiły się w ciężkim sprzęcie. Pociągi. Sprzęt rolniczy. Udowodnili swoją niezawodność przy ogromnych obciążeniach. Ten dowód wystarczył, aby wypuścić je na drogi.
Gdy silnik parowy osiągnie pełną temperaturę roboczą, ciśnienie pozostaje stabilne. Bez wyszukiwania transmisji. Nie jest wymagana żadna skomplikowana transmisja. Samochód po prostu się porusza.
Weźmy rakietę Stanleya. W 1906 roku osiągnął prędkość 200 km na godzinę. To 204,4 kilometrów na godzinę. Ten rekord prędkości utrzymywał się przez dziesięciolecia. Samochody parowe nie zniknęły z dnia na dzień. Przez wiele lat konkurowały z wczesnymi samochodami benzynowymi. Dlaczego? Ponieważ eksploatacja wczesnego silnika spalinowego była niebezpieczna. Trzeba było go nakręcać ręczną korbą. Mogłaby cię odepchnąć i złamać rękę. Rozruszniki elektryczne nie zostały jeszcze wynalezione. Po prostu włączono silniki parowe.
Jednak wygoda zwyciężyła. Mniej więcej w czasie, gdy Ford wypuścił Model T, komponenty elektryczne sprawiły, że samochody benzynowe stały się bardziej przyjazne dla użytkownika. Cena zabiła rynek samochodów parowych. Popularne samochody parowe kosztują około sześć razy więcej niż masowo produkowany Ford. Zniknęły powoli. Teraz są ciekawostkami. Kolekcjonuje je Jay Leno. Zachowano rzadkie egzemplarze, ponieważ są niezawodne.
Ale naukowcy wciąż je badają. Wydajność silnika parowego w połączeniu z nowoczesną technologią sugeruje potencjalny powrót.
Silnik Stirlinga: ciepło z zewnątrz
Silnik Stirlinga został opracowany przez szkockiego wynalazcę na początku XIX wieku. Napędzał także wczesne samochody. Jego popularność szybko osłabła. Dostępne wówczas materiały nie były w stanie wytrzymać ekstremalnych temperatur wymaganych do jego działania. Silniki topią się lub ulegają awarii.
Silnik Stirlinga wykorzystuje tłoki, podobnie jak silnik parowy. Ale źródło ciepła znajduje się na zewnątrz. Mamy teraz mocniejsze materiały. Mamy najlepszą metalurgię. Stirling ma nowy potencjał.
Może pracować na każdym rodzaju paliwa. Ta elastyczność zainspirowała producentów samochodów z Detroit. W latach 70. eksperymentowali z silnikiem Stirlinga. Widzieli wszechstronność. Widzieli teoretyczną skuteczność.
Niedawno, w 2012 roku, w Shell Eco-marathon Europe wziął udział samochód z silnikiem Stirlinga. Był to konkurs eksperymentalnych pojazdów napędzanych paliwami alternatywnymi. Samochód nie spełnił wymagań konkurencji. Nie mógł wziąć udziału w wyścigu. Nie zakwalifikował się.
Udało mu się jednak skłonić ludzi do ponownego zastanowienia się nad silnikiem Stirlinga. Materiały stały się lepsze. Projekty stały się doskonalsze. Odsetki wróciły.
Dodatkowe informacje
Wydajność silnika parowego w połączeniu z nowoczesną technologią daje energetyce parowej ogromny potencjał powrotu.
Powrót nie jest kwestią nostalgii. To jest kwestia termodynamiki. Silniki spalinowe tracą ciepło. Silniki spalinowe mogą przechwycić więcej tego ciepła. Działają na różnych zasadach. Nie potrzebują skomplikowanych mechanizmów dystrybucji gazu silnika benzynowego. Nie potrzebują szybkich części poruszających się posuwisto-zwrotnie, które powodują zużycie.
Silnik Stirlinga jest cichy. Działa płynnie. Nie eksploduje wewnątrz cylindra. Ogrzewa gaz z zewnątrz. Gaz rozszerza się. Naciska tłok. To jest czyste. To skuteczne. Po prostu trudno jest zrobić go wystarczająco małym, aby zmieścił się w samochodzie. Wczesne próby zakończyły się niepowodzeniem ze względu na ograniczenia materialne. Pokonaliśmy te ograniczenia.
Rekord prędkości rakiety Stanley z 1906 roku przypomina nam, że alternatywne źródła energii nie są niczym nowym. Po prostu zepchnięto je na dalszy plan. Koszt wagonów parowych stał się fatalny na początku XX wieku. Dziś koszty produkcji są inne. Łańcuchy dostaw są różne. Bariery mają charakter techniczny, a nie tylko finansowy.
Eksperymenty Detroit przeprowadzone w latach 70. pokazały taki zamiar. Udział w Shell Eco-marathon 2012 był dowodem wysiłku. Wynik nie był pomyślny na papierze, ale udany pod względem świadomości. Rozmowa została wznowiona.
Współcześni badacze uważają, że ścieżka silników spalinowych oferuje realną drogę dla przyszłości produkcji samochodów. Nie ma potrzeby ustanawiania rekordów prędkości. Ale dla wydajności. Elastyczność w wyborze paliwa. Dla innego typu jazdy.
Silnik spalinowy wygrał wyścig sto lat temu. Nie oznacza to jednak, że jest on jedyną możliwą opcją. Oznacza to po prostu, że była to wówczas najwygodniejsza opcja. Wygoda się zmienia. Efektywność jest teraz ważniejsza. Silnik spalinowy zewnętrzny nadal tu jest. Czekam na skrzydłach.
