Большинство водителей считают, что двигатель внутреннего сгорания — единственный способ привести автомобиль в движение. Нагрев и охлаждение происходят внутри блока цилиндров. Это работает. Это повсеместно. Но существует альтернативный путь. Двигатель внешнего сгорания выносит процессы нагрева и охлаждения за пределы основной силовой структуры. Это звучит как шаг назад. Но это не так. На самом деле это довольно эффективно.
Два различных типа двигателей приводили в движение автомобили: паровой двигатель и двигатель Стирлинга. Оба предлагают определенные преимущества, которые современная инженерия лишь сейчас начинает в полной мере использовать.
Забытая скорость паровых двигателей
Паровые двигатели появились в тяжелой технике. Поезда. Сельскохозяйственное оборудование. Они доказали свою надежность под огромными нагрузками. Этого доказательства было достаточно, чтобы вывести их на дороги.
Как только паровой двигатель достигает полной рабочей температуры, давление остается стабильным. Никаких поисков передачи. Никакой сложной трансмиссии не требуется. Автомобиль просто движется.
Возьмем Stanley Rocket. В 1906 году он развил скорость 127 миль в час. Это 204,4 километра в час. Этот скоростной рекорд держался десятилетиями. Паровые автомобили не исчезли в одночасье. Они конкурировали с ранними бензиновыми автомобилями в течение многих лет. Почему? Потому что запуск раннего двигателя внутреннего сгорания был опасным. Его нужно было заводить ручной пусковой рукояткой. Она могла оттолкнуть и сломать вам руку. Электрические стартеры еще не были изобретены. Паровые двигатели просто включались.
Однако удобство победило. Примерно в то время, когда Ford выпустил Model T, электрические компоненты сделали бензиновые автомобили более удобными в использовании. Цена убила рынок паровых автомобилей. Популярные паровые автомобили стоили примерно в шесть раз дороже, чем массово производимый Ford. Они исчезали медленно. Теперь они являются диковинками. Джей Лено собирает их. Раритетные экземпляры сохранились, потому что они надежны.
Но исследователи все еще изучают их. Эффективность парового двигателя в сочетании с современными технологиями предполагает потенциальное возвращение.
Двигатель Стирлинга: тепло извне
Двигатель Стирлинга был разработан шотландским изобретателем в начале 1800-х годов. Он также приводил в движение ранние автомобили. Его популярность быстро иссякла. Материалы, доступные тогда, не выдерживали экстремальных температур, необходимых для его работы. Двигатели плавятся или выходили из строя.
Двигатель Стирлинга использует поршни, как и паровой двигатель. Но источник тепла находится снаружи. Теперь у нас есть более прочные материалы. У нас есть лучшая металлургия. У Стирлинга появился новый потенциал.
Он может работать на любом типе топлива. Эта гибкость вдохновила автопроизводителей из Детройта. Они экспериментировали с двигателем Стирлинга в 1970-х годах. Они увидели универсальность. Они увидели теоретическую эффективность.
Недавно, в 2012 году, автомобиль с двигателем Стирлинга принял участие в Shell Eco-marathon Europe. Это был конкурс экспериментальных транспортных средств на альтернативных видах топлива. Автомобиль не соответствовал требованиям конкурса. Он не мог участвовать в гонке. Он не прошел квалификацию.
Но он преуспел в том, чтобы заставить людей снова задуматься о двигателе Стирлинга. Материалы стали лучше. Конструкции стали совершеннее. Интерес вернулся.
Дополнительная информация
Эффективность парового двигателя в сочетании с современными технологиями дает паровой энергии большой потенциал для возвращения.
Возвращение — это не вопрос ностальгии. Это вопрос термодинамики. Двигатели внутреннего сгорания теряют тепло. Двигатели внешнего сгорания могут улавливать больше этого тепла. Они работают по другим принципам. Им не нужны сложные газораспределительные механизаты бензинового двигателя. Им не нужны быстроходные возвратно-поступательные детали, которые вызывают износ.
Двигатель Стирлинга тихий. Он работает плавно. Он не взрывается внутри цилиндра. Он нагревает газ снаружи. Газ расширяется. Он толкает поршень. Это чисто. Это эффективно. Просто трудно сделать его достаточно маленьким для автомобиля. Ранние попытки потерпели неудачу из-за ограничений материалов. Мы преодолели эти ограничения.
Скоростной рекорд Stanley Rocket 1906 года напоминает нам, что альтернативные источники энергии не новы. Они просто были отодвинуты на второй план. Стоимость паровых автомобилей стала фатальной в начале XX века. Сегодня производственные затраты другие. Цепочки поставок другие. Барьеры носят технический, а не только финансовый характер.
Эксперименты Детройта 1970-х годов показали намерение. Участие в Shell Eco-marathon 2012 года продемонстрировало попытку. Результат был неудачным на бумаге, но успешным в плане осведомленности. Разговор возобновился.
Современные исследователи считают, что путь двигателей внешнего сгорания предлагает жизнеспособный маршрут для будущего автомобилестроения. Не обязательно для установления скоростных рекордов. Но для эффективности. Для гибкости в выборе топлива. Для другого вида вождения.
Двигатель внутреннего сгорания выиграл гонку век назад. Это не означает, что он единственный возможный вариант. Это просто означает, что он был самым удобным вариантом в то время. Удобство меняется. Эффективность сейчас важнее. Двигатель внешнего сгорания все еще здесь. Ожидая своего часа.
