Заголовки з’являються постійно. Щоразу, коли виходить нова гібридна модель або відбувається її незначне оновлення, преса захоплюється дробовим приростом ефективності. Це рекламний шум. Чистий та простий. Але не закочуйте очі. Коли йдеться про економію енергії та скорочення викидів, кожна мала частка покращення справді має значення. Математика не бреше.
Тим часом, поки індустрія була заната поліруванням хрому та налаштуванням паливних карт, німецький інженер доктор Хюттлін працював у тіні. Його команда в Innomot AG працювала над цим ще до того, як гібриди перейшли зі статусу «хитрої технології» у «круту фішку», а потім у «нудний стандарт». Їхній результат настільки дивний, що здається науковою фантастикою. Це сферичний алюмінієвий двигун. Куля. Що рухає ваш автомобіль.
Дебют kugelmotor
Він вийшов на головну сцену на Женевському автосалоні у березні 2011 року. Поки інші стенди демонстрували кабелі для підзарядки від мережі та акумуляторні блоки, експозиція доктора Хюттліна була блискучим сферичним блоком двигуна. Це привабило натовп. Люди хотіли знати, як сфера взагалі може працювати як двигун внутрішнього згоряння.
Наука, що стоїть за сферичним двигуном Хюттліна, здається надійною, навіть якщо форма суперечить звичайній автомобільній логіці.
Тут нам слід відкинути скептицизм. Сфера немає поршнів. Немає колінчастого валу. Нема розподільних валів. Це радикальний відхід від двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ), який ми використовували протягом більше століття. Але якщо ви можете прийняти premise, що круглий двигун життєздатний, статистика дивовижно вражаюча. Пристрій, часто званий kugelmotor, обіцяє заповнити прогалину між чисто електричними автомобілями (EV) і традиційними бензиновими машинами способом, який ніхто не передбачав.
Чому важливі генератори-подовжувачі запасу ходу
Головна проблема ранніх електромобілів полягала у хімії акумуляторів. То була інфраструктура. Ви не могли підключитися до зарядки скрізь. Ви не могли заправитися за три хвилини. Це створювало «тривогу за запас ходу». Страх, що ваш автомобіль зупиниться посеред нічого.
Генератор-подовжувач запасу ходу вирішує цю проблему. Це невеликий генератор на борту, який заряджає батарею під час водіння. Ви отримуєте нульові викиди при керуванні електромотором. Ви отримуєте миттєвий момент, що крутить. Але у вас також є резервний бензиновий двигун, який вмикається, коли заряд сідає.
Двигун Хюттліна розроблений як ідеальний генератор-подовжувач запасу ходу. Він покращує типову ефективність гібридів. Він легший. Він спалює паливо чистіше. Він знижує вплив на довкілля на милю. Усунувши страх опинитися у безвихідному становищі, може змусити ринок прийняти електричні автомобілі з їхньої власні умови.
Як працює сферичний дизайн
Більшість двигунів лінійні. Поршні рухаються вгору та вниз. Шатуни перетворять цей рух на обертання. Це створює вібрацію. Механічні втрати. Тепло.
Двигун Хюттліна використовує інший підхід. Усередині сферичної камери обертається ротор. Немає зворотно-поступальних елементів. Це означає менше тертя. Менше ваги. Згоряння відбувається більш контрольованим та безперервним чином.
Це не просто трюк. Теплова ефективність вища, ніж у традиційних двигунів. Викиди вихлопних газів нижчі. І оскільки він настільки компактний, його можна поєднувати з великою батареєю, не займаючи місце у багажнику та не додаючи зайву вагу шасі.
Стан гібридних технологій
Ми перебуваємо в точці перелому. Гібриди добре продаються. Електромобілі добре продаються. Але в обох є недоліки. Гібриди досі покладаються на бензин. Електромобілі все ще покладаються на дефіцитні зарядні мережі. Двигун Хюттліна пропонує середній шлях. Це рішення для відновлюваної енергії, яке не вимагає від вас зміни навичок водіння.
Чи чекав хтось, що куля замінить поршень? Мабуть, ні. Але якщо фізика підтвердиться, це може стати ланкою для масового впровадження електрифікації. Двигун дебютував у 2011 році. Розробка йшла повільно. Скептицизм високий. Але потенціал є.
Якщо ця технологія масштабується, визначення “гібриду” зміниться. Це перестане бути компромісом. Це стане чудовим варіантом. Питання у тому, чи зможе Innomot AG
Більшість людей, побачивши сферичний двигун, припустили б, що це реквізит із фільму зі скасованим науковим бюджетом. Він виглядає безглуздо. Він виглядає нестабільним. Здається, що він розвалиться на частини при найменшому торканні поршня.
Але доктор Хюттлін не проектував сферичний двигун Хюттліна для роботи поодинці. Він спроектував його як генератор для збільшення запасу ходу.
Ця різниця має значення. Генератор для збільшення запасу ходу – це не основний силовий агрегат у гібриді. Це резервний генератор. Він вмикається, коли заряд батареї опускається нижче за певний поріг, обертаючи генератор, щоб повернути електрони в електромотор. Саме така конструкція відрізняє гібридний автомобіль із можливістю підзарядки від мережі (PHEV) від повністю електричного автомобіля (EV). Без неї ви прив’язані до зарядного пристрою. З нею ви отримуєте запас ходу.
Страх перед розрядом батареї (range anxiety) це найбільший бар’єр на шляху до впровадження електромобілів. Сферичний двигун Хюттлін був створений для вирішення цієї проблеми за допомогою геометрії, яка суперечить традиційній автомобільній інженерії.
Як працюють традиційні генератори для збільшення запасу ходу
Щоб зрозуміти, чому шар краще блоку, потрібно подивитися на те, що ми використовуємо в даний час. Ранні гібриди покладалися на двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ). Бензиновий двигун обертає вал. Цей вал приводить у дію генератор. Генератор виробляє електрику. Електрика надає руху колеса.
Це неефективно. Є тертя. Існують теплові втрати. Є вібрація.
Сучасні гібриди удосконалили цей процес. Деякі з них віддають пріоритет економії палива, намагаючись якнайчастіше вимикати бензиновий двигун. Інші підтримують його на постійних оптимальних оборотах, щоб максимізувати вихідну потужність генератора. Більшість все ще використовують поршні та колінчасті вали, оскільки ця технологія дешева і добре вивчена.
Але така конструкція громіздка. Вона потребує системи охолодження. Їй потрібні заміни олії. Вона важка.
Доктор Хюттлін подивився на це і запитав: чому генератор повинен виглядати як автомобільний двигун?
Сферичний дизайн: форма важливіша за традиції
Сферичний двигун Хюттліна відмовляється від колінчастого валу. Він цурається блоку циліндрів. Він використовує сферу.
Концепція проста. Сфера обертається усередині корпусу. При обертанні вона діє як двигун, і як генератор. Немає поршнів, що рухаються вгору та вниз. Нема реципрокатальної маси, яку потрібно балансувати. Рух є чисто обертальним.
Це створює кілька негайних переваг для генератора збільшення запасу ходу:
- Компактність: Двигун є самодостатнім. Йому не потрібні зовнішні зв’язки.
- Легкість: Менше частин, що рухаються, означає менше металу.
- Плавність: Немає вибухів. Нема вібрацій. Тільки обертання.
- ** Вартість: ** Простіше виробництво, якщо вдасться вирішити проблему з ущільненнями.
Метою Хюттліна було створення пристрою, яке було б легким, компактним та дешевим. Чи не високопродуктивним силовим агрегатом, а надійним допоміжним пристроєм. Генератор для збільшення запасу ходу не повинен займати місце. Він не повинен обтяжувати шасі. Він повинен просто сидіти там, тихо гудіти та підтримувати життя батареї.
Чому сфера?
Критики називають це химерним. Інженери називають це поверненням до перших принципів.
Традиційні двигуни неефективні, тому що вони перетворюють поступальний рух на обертальний. У цьому перетворенні втрачається енергія. Сферичний дизайн пропускає етап перетворення. Він спочатку є обертальним.
«Сферичний двигун Хюттліна відображає думку про те, що генератор для збільшення запасу ходу не повинен витрачати ресурси гібрида».
Це не нова ідея. Сферичні двигуни теоретизуються десятиліттями. Але ітерація Хюттліна – одна з небагатьох, яка перейшла від білої дошки до створення функціональних прототипів. Дизайн кидає виклик усталеним нормам: як ущільнити сферу, що обертається? Як впоратися із теплом? Як керувати крутним моментом?
Це складні питання. Але потенційна вигода полягає в тому, що генератор для збільшення запасу ходу поміщатиметься в менший корпус, важитиме менше і матиме менше точок відмови, ніж стандартний мікро-бензиновий двигун.
Компроміси
Подорож не завжди гладка. Сферичний дизайн створює нові інженерні перешкоди. Ущільнення сфери, що обертається, проти нерухомого корпусу утруднено. Паттерни зношування сферичних підшипників складні. І хоча теорія чиста, реальність виробничої точності може бути дорогою.
Проте альтернативою є відданість статус-кво. Поршневі двигуни важкі. Вони галасливі. Вони виділяють забруднюючі речовини, навіть коли
Давайте пропустимо вступні міркування про гібридні матриці розподілу потужності. Це відволікає. Щоб дійсно зрозуміти, що робить двигун Хюттліна, розглядайте його як автономний двигун внутрішнього згоряння. Просто уявіть вихідну потужність. Куди прямує ця енергія після виходу з блоку, не має значення для розуміння самого механізму. Механіка і так заплутана, не варто ускладнювати її, переймаючись трансмісією.
Ось базові показники. Поточний прототип видає приблизно 104 кінські сили. Це число не є основним. Головним є масштабованість. Доктор Хюттлін стверджує, що цю конструкцію можна масштабувати практично під будь-які вимоги до потужності, яким задовольняє сучасна автомобільна інженерія. Хоча поточні моделі мають рідинне охолодження, архітектура підтримує повітряне охолодження.
Саме у простоті конструкції ховаються переваги в ефективності.
Цей двигун містить близько 60 компонентів. У середньому чотирициліндровий поршневий двигун має приблизно 250 деталей. Менше деталей означає менше потенційних поломок, простіше збирання та виробництво. Це зниження складності підвищує теплову ефективність до більш як 30 відсотків.
Подумайте про цей показник.
Традиційні двигуни внутрішнього згоряння працюють із ефективністю приблизно 20 відсотків. Це означає, що 80 відсотків енергії з вашого паливного бака зникає у вигляді тепла, шуму та втрат на тертя. З двигуном Хюттліна менше 70 відсотків потенційної потужності витрачається марно. Менше спаленого палива. Менше викидів. Ви платите менше на заправці, а планета дихає трохи легше.
Але ж фізика? Ось тут стає цікаво.
Усередині срібної сфери
Доктор Хюттлін називає рух “тривимірною кінематикою”. Він спалює бензин. У ньому є поршні. Але після цих двох фактів ви потрапляєте на незвідану територію.
Подивіться прототип. Це срібна алюмінієва куля з трубами, що стирчать з нього. Він виглядає як реквізит для Spaceship Earth у Epcot. Як сфера може містити камеру згоряння?
Усередині цієї легкої кулі знаходяться кугелі (кулі). Вони рухаються напрямними. Ці напрямні розташовані всередині двох поршнів на одному підшипнику. Ці поршні знаходяться усередині ротора. Цей ротор обертається усередині зовнішньої алюмінієвої оболонки.
Коли ротор обертається, поршні працюють у протифазі. Кугелі ковзають своїми напрямними. Цей ковзний рух обертає ротор.
Звучить як набір незрозумілих термінів. Поршень. Ротор. Підшипник. Вони носять ті ж назви, що й деталі, які вам знайомі, але їхня роль тут зовсім інша. Не дозволяйте термінології ввести вас в оману.
Передача потужності та часові рамки
Котушки та магніти всередині сфери генерують електрику. Ця енергія передається межі оболонки на акумулятори. Це не є основні тягові батареї. Вони діють як часові накопичувачі енергії. Вони згладжують подачу потужності для трансмісії.
Звідти енергія надходить інший двигун. Цей двигун безпосередньо надає руху колеса. Жодної традиційної трансмісії. Жодного карданного валу. Компанія Innomot AG заявляє, що така система прямого приводу є значно ефективнішою, ніж передача потужності через коробку передач.
Лікар Хюттлін десятиліттями відточував цю концепцію. Патенти були подані в грудні 2010 року, що додалося до портфеля більш ніж з 150 патентів. Innomot AG планує ліцензувати технологію Це означає, що ви, ймовірно, не побачите автомобіль із двигуном Хюттліна на автосалоні завтра.
Очікується, що серійні автомобілі з’являться упродовж двох-п’яти років. Технологія готова. Інженерна база є надійною. Питання в тому, чи ризикне якийсь великий виробник розмістити у своєму моторному відсіку срібну кулю, яка суперечить кожному інтуїтивному припущенню про те, як повинен працювати двигун.
Подивимося.
