Jak fungují motory s protilehlými válci s opačným pístem (OPOC)

  • Cameron Merritt
  • 21
  • 3487
  • 903
Lepší motory s vnitřním spalováním jsou na cestě. A když řekneme lépe, máme na mysli lehčí, úspornější palivo a méně znečišťující. Podívejte se na naši animaci toho, jak funguje motor OPOC. Andrew Holt / Fotograf's Choice / Getty Images

Spalovací motory znečišťují vzduch. Spalovací motory okrádají planetu o cenné a neobnovitelné zdroje. Motory s vnitřním spalováním vyžadují fosilní paliva, která ekonomicky spojují Spojené státy se zeměmi, se kterými bychom raději neobchodovali.

A motory s vnitřním spalováním brzy neodejdou.

Jistě, už jste slyšeli o všech nových technologiích, které by dnes měly být nahrazeny spalovacím motorem, o technologiích, jako jsou elektrické motory, hybridní pohonné jednotky, vodíkové palivové články a dokonce i auta, která jezdí na stlačený vzduch, ale žádná z nich technologie je připravena zachránit automobilový průmysl před spalovacím motorem. Elektromotory jsou pravděpodobně naší nejlepší sázkou pro nejbližší budoucnost a nyní jsou na trhu dokonce i některá auta, která je používají jako zdroj energie, ale nabíjí čas na dobití, mají omezený dojezd a nemohou být jednoduše poháněni palivem. za pět minut na místní čerpací stanici. Kromě toho opravdu chcete uvíznout ve střední části Východu nikde, ve Střední Americe, s mrtvou lithium-iontovou baterií a nikoho kolem, kdo má nejhmavší představu, jak ji dobít? Hybridní pohonné jednotky jsou již docela možné, jak dokazuje obrovský úspěch Toyota Prius, ale stále obsahují motory s vnitřním spalováním, takže problém opravdu nevyřeší. Prostě odkládají den, kdy se konečně musíme zbavit této zastaralé technologie. Vozíky na vodíkové palivové články budou opravdu úžasné, budou-li k dispozici ve vozidlech, která si může koupit a řídit průměrný spotřebitel. To by mělo být, asi za 20 až 30 let, v době, kdy investujete do své první sady falešných zubů. A auta na stlačený vzduch? Nikdo opravdu neví, kdy budou připraveni vyrazit na cestu, ale asi to bude dobrý čas, než budete moci doplnit auto pomocí čerpadla na kolo.

Tyto technologie jsou důležité. Think tanky a výrobci automobilů je právě zkoumají. Přeprava, kterou děti používají, závisí na nich. Jednou nebo jednou z těchto technologií jednoho dne osvobodí svět od závislosti na fosilních palivech. Mezitím však skutečně potřebujeme něco, co může být realisticky připraveno k praktickému použití během několika příštích let: lepší spalovací motor.

Zde je dobrá zpráva: Lepší motory s vnitřním spalováním jsou na cestě. A když řekneme lépe, máme na mysli lehčí, úspornější palivo a méně znečišťující. Pokud zatím nemůžeme motory s vnitřním spalováním vysadit na pastviny, můžeme je alespoň přimět, aby se chovali trochu slušněji, zatímco se stále ještě cval na veřejných ulicích..

Jedním z nejzajímavějších nových typů spalovacích motorů je motor s protilehlým válcem s protiběžnými písty a pokud si nepamatujete všechny ty slabiky kroucení jazykem, můžete jej nazvat motorem OPOC. (Necítíte se špatně. Všichni to také nazývají.) Motory OPOC nejsou opravdu nové - myšlenka už nějakou dobu existuje - ale společnost s názvem Ecomotor konečně bere v úvahu vytváření OPOC, které budou připraveny na spotřební vozidla dlouho předtím, než vodíkové palivové články jsou vztekem národa. A jako důkaz toho, že Ecomotors nabízí seriózní technologii, která by skutečně mohla revolucionizovat způsob, jakým používáme benzín v blízké budoucnosti, kolega jménem Bill Gates již do této společnosti investoval. Ano, to Bill Gates, a nikdo nemůže říci, že spoluzakladatel společnosti Microsoft neví nic nebo dva o praktických aspektech špičkové technologie.

Ale co přesně je motor OPOC a jak se liší od motorů s vnitřním spalováním, které nás všichni milují a nenávidí? Abychom na tuto otázku odpověděli, nejprve vám poskytneme opakovací kurz u standardních motorů automobilů a poté vám ukážeme, jak OPOC dělají téměř totéž, ale jen trochu jinak - a trochu lépe.

Tento obsah není na tomto zařízení kompatibilní.

Je pravděpodobné, že motor vašeho auta má buď čtyři nebo šest válců. (Pokud máte více než šest válců, pak řídíte opravdové svalové auto a asi nejednáte ještě o něco, co způsobí, že bude spalovací motor zastaralý.) Válec motoru je přesně to, co zní - válcová díra v motoru, do které můžete umístit pohyblivou trubici nazývanou píst. A to je ten píst v kombinaci s benzínem, vzduchem a zapalovací svíčkou, která poskytuje hybnou sílu, díky které se vaše auto rozjede po silnici. To je stejně rychle a špinavá verze příběhu.

Válečky v motoru s vnitřním spalováním jsou uzavřeny tak, aby plyny držené v oblasti mezi horní částí pístu a horní částí válce nemohly uniknout. Na vrchu každého válce nebo v jeho blízkosti jsou však také dva ventily, které lze mechanicky otevírat a uzavírat. Jsou navrženy tak, aby umožňovaly vzduchu a benzín do válce (sací ventil) a aby uvolňovaly výfuk z válce (výfukový ventil) po dokončení procesu spalování motoru. Tyto ventily se otvírají a uzavírají pečlivě načasovaným pohybem pístu tak, aby se výfukové plyny uvolňovaly dříve, než do něj proudí nový přívod čerstvého vzduchu..

Je to pohyb pístu, který řídí auto. Písty úhledně klouzají nahoru a dolů ve válci, protože to je to, k čemu jsou určeny. Většina automobilů používá čtyřtaktní (nebo Otto cyklus) motor, ve kterém jsou čtyři fáze pohybu pístu. V prvním, nazvaném sací zdvih, sací ventil se otevře a píst se pohybuje dolů. Vaku vytvořený směrem dolů se pohybujícím pístem nasává vzduch spolu s malým množstvím benzínu do horní části válce. Jakmile směs naplní dostupný prostor, který zbývá sestupný píst, uzavře sací ventil a píst opět stoupá v kompresním zdvihu, stlačí směs vzduchu a paliva do těsné hmoty plné tolik potenciální energie, že se kvalifikuje jako výbušnina . (Naštěstí je ve směsi jen velmi málo benzínu, takže nemluvíme o výbušném termonukleárním zbrani, ale o něčem víc, jako o třešňové bombě.) Pak přichází část procesu, která opravdu dává motoru jeho kop: spalovací zdvih, kde zapalovací svíčka bliká a zapálí tuto potenciální energii, jako je žabka v plechovce, a píst opět tlačí dolů. Nakonec se ve výfukovém zdvihu otevře výfukový ventil a píst se zvedne zpět na vrchol válce a vytlačí zbytečné, plynné zbytky výbuchu hořlavých materiálů. Jakmile se uzavře výfukový ventil, proces začíná znovu.

Zatímco píst stoupá a klesá, otáčí klikovým hřídelem, dlouhou rotující tyčí, která převádí pohyb pístů nahoru a dolů na kruhový pohyb, který způsobuje točení a kola automobilu. Ve většině standardních uspořádání motoru (je jich jen několik) přicházejí válce ve dvojicích, takže pohyb jednoho pístu směrem dolů během jednoho zdvihu vytváří zdvih druhého, což je cyklus, který by teoreticky mohl pokračovat navždy ... nebo alespoň do dojde benzín. Toto není přesně věčný pohyb, ale pokud o tom přemýšlíte, můžete se zeptat, jak se začal pohyb pístů na prvním místě. Odpověď zní, že čtyřtaktní cyklus obvykle začíná krátkým výbuchem rotační energie na klikový hřídel z elektrického startéru, ale časná auta se rozběhla a běžela, protože nějaký šťastný řidič musel otočit ručně ovládanou klikou, aby se otáčela, ano , klikový hřídel. (Teď víte, proč tomu tak říkají.) Nejste rádi, že jste tehdy řídil auta?

Tento čtyřtaktní cyklus byl vynalezen v 19. století - ve skutečnosti se jeho varianty vracejí zpět do parního stroje - a je v něm mnoho variací. Podívejme se, jestli můžeme přijít s takovým, který používá polovinu tolika válců, ale získá stejnou sílu.

Pracovníci sestavují motory pro automobily Porsche 911 v závodě Porsche v německém Zuffenhausenu. Je to složitý úkol. Ecomotors odhaduje, že počet pohyblivých částí v motoru byl snížen z 385 na 62, což výrazně usnadňuje údržbu. Marco Prosch / Getty Images

U motorů s vnitřním spalováním, o kterých jsme dosud mluvili, pracují písty paralelně, přičemž každý válec je vyrovnán s dalším a v každém z nich samostatný píst. Ale co kdybychom mohli držet dva písty v jednom válci a koordinovat jejich činnost tak, aby čelili jeden druhému - odtud termín "protilehlý válec" - ale nesráželi se? Každý z těchto válců zabírá pouze polovinu délky válce, takže se bude muset pohybovat pouze o polovinu vzdálenosti válce ve standardním motoru, čímž se ušetří palivo a přitom se stále zajistí stejný rotační účinek na klikový hřídel. A klikový hřídel mohl procházet středem válce, kolmo k jeho dlouhé ose, takže oba písty mohly otáčet klikovým hřídelem, když se pohybovaly v opačných směrech. A mohli shromáždit své výfukové plyny ve středu válce, takže konce válce by nemusely být uzavřeny, aby zabránily úniku škodlivých výfukových plynů dříve, než by potřebovaly.

Nebylo by to super? Vsadíte se, že by!

Toto se nazývá protilehlý pístový, protilehlý válec (OPOC). V motoru OPOC, který navrhli Ecomotors pro Agenturu pro obranný výzkum (nebo DARPA, a ano to znamená, že časné aplikace budou pravděpodobně vojenské), jsou dva písty v jednom válci účinně prokládány, přičemž každý z nich je rozdělen na dvě části. a pohybující se uvnitř sebe v opačných směrech, které vytvářejí kompresní zdvih, takže protilehlé konce jedné části každého pístu se vzájemně uzavírají a stlačují směs palivového vzduchu mezi nimi, zatímco protilehlé konce druhého se pohybují od sebe, aby přiváděly vzduch do mezera pro vytvoření sacího zdvihu. Protože tyto dva zdvihy jsou simultánní, celá akce pístů vyžaduje pouze dva pohyby tam a zpět, čímž se z tohoto děje dvoudobý motor namísto běžnějšího čtyřtaktního motoru. A protože tyto dva písty v jednom válci vykonávají práci dvou pístů ve dvou běžných válcích, vykonávají pouze práci, která normálně probíhá v jednom válci, ale na klikový hřídel aplikují dva válečky, které stojí za pohyb. To dává motoru OPOC vysokou hustotu výkonu - tj. Vysoký poměr výkonu k hmotnosti samotného motoru.

A tady je něco, co opravdu dělá motor Ecomotor OPOC vyniknout z davu: Je to modulární. Můžete použít jeden, dva nebo dokonce tři z nich spojené dohromady s převodovkou, která je škálovatelná, od jednoválcového motoru (což je v normálním případě motor opravdu dvouválcový motor) až po tříválec (odpovídá šestidobému zdvihu) motor) a dále. Jednoduše připojte 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 spojek, aby se zajistilo, že sací a výfukové ventily jsou v případě potřeby otevřené. To znamená, že motor má neuvěřitelně malý počet pohyblivých částí. Například v konvenčním spalovacím válci je zapotřebí složitý mechanismus pro časování sacího ventilu a výfukového ventilu tak, aby byly otevřené pouze v případě potřeby a nikdy nikdy neotevřeny současně. Ale v motoru OPOC jsou tyto "ventily" jednoduše otvory ve straně válce, které jsou zakryty a odkryty posuvem pístů samotných, čímž se odstraní potřeba komplikovaného mechanismu pro jejich otevření a uzavření. Ecomotors odhaduje, že počet pohyblivých součástí v jeho motoru byl snížen z 385 na 62, což znamená, že existuje jedna sakra mnohem méně dílů, které vyžadují servis a mohou zkazit.

Výsledkem je, že motory OPOC jsou jednodušší, a proto je méně pravděpodobné, že dojde k jejich poruše. Jsou také účinnější, při provozu ztrácí méně energie a - protože vykonávají práci dvou pístů pouze s jedním - mohou produkovat mnohem více energie než standardní spalovací motor pouze pro část plynu. Je to motor budoucnosti? Pravděpodobně. Alespoň dokud nepřijde ten jaderný palivový článek.

Poznámka autora: Jak fungují protichůdné pístové válce (OPOC)?

Nejsem jeden z těch kluků, kteří vyrůstali s hlavou pod kapotou auta, rozebírali motor a znovu ho dali dohromady, abych zjistil, jestli to dokážu. Pravděpodobně byste mě našli na klávesnici počítače, programování v jazycích, jako je BASIC a C, nebo psaní knih o tom, proč je řízená energie fúze zdrojem energie budoucnosti. (Stále na to čekám.) Ale když jsem začal psát o autech, bylo pro mě přirozené přitahovat se k psaní o automobilových technologiích, které byly na krvácejících hranách, způsobech napájení a používání automobilů, které byly tak pokročilé. , měli byste si myslet, že by mohli vyhnat přímo z filmu, jako je Blade Runner nebo Zpráva o menšinách. Nevím o tobě, ale cítím to, jak se cítím vzhůru a dolů, moji páteř, když se dozvím o něčem, co je nové, vzrušující a dělá věci takovým způsobem, že je lidé (v tomto případě auto inženýři) nikdy předtím neudělali.

Protilehlé pístové válce (OPOC) nemusí znít jako krvácející hrana, například řekněme, létající auta nebo 1981 DeLoreans s tokovými kondenzátory, které jim pomohou cestovat časem, ale v době, kdy jsem dokončil výzkum tohoto článku, jsem si uvědomil, že jsou každý kousek jako vzrušující. (Dobře, možná ne až tak vzrušující, jako ta věc s kondenzátorem toku.) Motory OPOC jsou produktem mnoha geniálních myšlenek geniálních techniků, kteří nebyli ochotni akceptovat, že způsob, jakým byly motory s vnitřním spalováním vždy prováděny, je jediný způsob, že to lze udělat. Ano, OPOC jsou již dlouhou dobu - prvotní prototypy motoru OPOC sahají až do 19. století - ale automobiloví inženýři s malou pomocí vojenského špičkového výzkumného křídla DARPA (obranný výzkumný výzkumný projekt) Agentura), konečně dostávají svůj okamžik na slunci a nikdo by nemohl být vzrušenější než já.

Související články

  • Auto Smarts: Motory
  • Jak fungují automobilové motory
  • Jak fungují dvoudobé motory
  • Jak funguje Atkinsonův cyklus motoru
  • Jak funguje Grail Engine
  • Jak fungují motory s pouzdrem
  • Jak vzduchové auto funguje
  • Hodnoty kompresního poměru a oktanového čísla: Co potřebujete vědět

Prameny

  • Ecomotors International. "Čisté, efektivní a lehké pohonné systémy pro lepší svět." (7. března 2012) http://www.ecomotors.com/technology
  • DeMorro, Christopher. "Motor OPOC je menší, lehčí a o 50% účinnější než turbodiesely." Gas 2. (7. března 2012) http://gas2.org/2011/02/02/opoc-engine-is-smaller-lighter-and-50-more-efficient-than-turbodiesels/
  • Ecomotors International. „Proti pístový motor s protiválcovým válcem společnosti EcoMotors International slibuje revoluci v designu užitkových vozidel pomocí výkonných, lehkých, palivově efektivních a nízkoemisních motorů.“ (7. března 2012) http: //www.ecomotors.com/ecomotors-internationals-opposed-piston-opposed-cylinder-engine-promises-revolutionize-com commercial-ve \
  • Populární věda. "EcoMotors OPOC Engine." (7. března 2012) http://www.popsci.com/bown/2011/product/ecomotors-opoc-engine
  • Ellzey, Curtis. "Protilehlý pístový protiválec." (7. března 2012) http://www.engineeringtv.com/video/Opposed-Piston-Opposed-Cylinder
  • Hofbauer, Peter. "Úvod do EcoMotors s profesorem Peterem Hofbauerem." (7. března 2012) http://www.ecomotors.com/videos/introduction-ecomotors-prof-peter-hofbauer
  • Mraz, Stephen J. "Skenování nápadů: Protiblokovací motor s protiválcovým motorem naráží na hustotu výkonu." Konstrukce stroje. (7. března 2012) http://machinedesign.com/article/scanning-for-ideas-opposed-piston-opposed-cylinder-engine-bumps-up-the-power-density-0504
  • Samid, Sam Abuel. "5 způsobů, jak přepracovat spalovací motor." Populární mechanika. (7. března 2012) http://www.popularmechanics.com/cars/news/industry/5-alternative-engine-architectures#slide-1
  • Wojdyla, Ben. J. "Šest prototypových motorů, které vám pomohou vypálit váš mozek." Populární mechanika. (7. března 2012) http://www.popularmechanics.com/cars/news/fuel-economy/6-prototype-engines-to-get-your-brain-firing?click=main_sr#slide-1



ikipdiwivequ ([email protected])
06.10.22 11:09
http://slkjfdf.net/ - Ewozokir <a href="http://slkjfdf.net/">Onlira</a> ubg.bnlj.cs.pedeorelha.com.ohp.xj http://slkjfdf.net/
dohekcaig ([email protected])
06.10.22 11:03
http://slkjfdf.net/ - Ohiinehi <a href="http://slkjfdf.net/">Urbupon</a> ubn.yfgq.cs.pedeorelha.com.sji.ez http://slkjfdf.net/
apugijohuy ([email protected])
06.10.22 10:46
http://slkjfdf.net/ - Ohukbufaj <a href="http://slkjfdf.net/">Icoguviyu</a> fac.lwif.cs.pedeorelha.com.sok.xc http://slkjfdf.net/
ijodubogihe ([email protected])
06.10.22 10:42
http://slkjfdf.net/ - Ozhmelal <a href="http://slkjfdf.net/">Ewubezo</a> vwu.cyzu.cs.pedeorelha.com.pox.db http://slkjfdf.net/
ebpyogolur ([email protected])
06.10.22 08:47
http://slkjfdf.net/ - Anufah <a href="http://slkjfdf.net/">Oduxojoaq</a> ehw.nqba.cs.pedeorelha.com.efv.zo http://slkjfdf.net/
Nejzajímavější články o tajemstvích a objevech. Spousta užitečných informací o všem
Články o vědě, prostoru, technologii, zdraví, životním prostředí, kultuře a historii. Vysvětlete tisíce témat, abyste věděli, jak všechno funguje