Titulky se objevují neustále. Pokaždé, když je vydán nový hybridní model nebo prochází menší aktualizací, tisk je nadšený z dílčího zvýšení účinnosti. To je marketingový šum. Čisté a jednoduché. Ale nekoulejte oči. Pokud jde o úsporu energie a snižování emisí, každý malý pokrok skutečně znamená rozdíl. Matematika nelže.
Mezitím, zatímco průmysl byl zaneprázdněn leštěním chromu a laděním palivových map, německý inženýr Dr. Hüttlin pracoval ve stínu. Jeho tým v Innomot AG na tom pracoval od doby, než hybridy přešly od „nezvyklé technologie“ přes „cool feature“ k „nudnému standardu“. Jejich výsledek je tak zvláštní, že působí jako sci-fi. Jedná se o kulový hliníkový motor. Míč. Které pohání vaše auto.
Kugelmotor debutuje
Vystoupil na hlavní pódium na ženevském autosalonu v březnu 2011. Zatímco ostatní stánky ukazovaly nabíjecí kabely a baterie, na displeji Dr. Hüttlina byl lesklý, kulový blok motoru. To přilákalo dav. Lidé chtěli vědět, jak může koule vůbec fungovat jako spalovací motor.
Věda za Hüttlinovým kulovým motorem se zdá být solidní, i když tvar odporuje běžné automobilové logice.
Zde musíme odložit skepticismus. Koule nemá žádné písty. Bez klikové hřídele. Nejsou žádné vačkové hřídele. Je to radikální odklon od spalovacího motoru (ICE), který používáme více než sto let. Pokud ale dokážete přijmout premisu, že kulatý engine je životaschopný, statistiky jsou překvapivě působivé. Zařízení, často nazývané kugelmotor, slibuje vyplnit mezeru mezi čistě elektrickými vozidly (EV) a tradičními benzinovými vozy způsobem, který nikdo nepředvídal.
Proč jsou generátory prodlužovače dosahu důležité
Hlavním problémem raných elektrických vozidel nebyla jen chemie baterií. Byla to infrastruktura. Nemohli jste se všude připojit k nabíjení. Za tři minuty jste nemohli natankovat. To vyvolalo „úzkost z dosahu“. Strach, že vaše auto zastaví uprostřed ničeho.
Tento problém řeší generátor prodlužovače dosahu. Jedná se o malý generátor na palubě, který dobíjí baterii za jízdy. Při elektrické jízdě máte nulové emise. Získáte okamžitý točivý moment. Ale máte také záložní benzínový motor, který se spustí, když dojde náboj.
Motor Hüttlin je navržen jako ideální generátor pro prodloužení dosahu. Zlepšuje typickou účinnost hybridů. Je lehčí. Spaluje palivo čistěji. Snižuje váš dopad na životní prostředí o míli. Odstraněním strachu z uvíznutí ve vazbě by to mohlo donutit trh, aby přijímal elektromobily za svých vlastních podmínek.
Jak funguje sférický design
Většina motorů je lineárních. Písty se pohybují nahoru a dolů. Ojnice převádějí tento pohyb na rotaci. To vytváří vibrace. Mechanické ztráty. Teplý.
Motor Hüttlin má jiný přístup. Rotor se otáčí uvnitř kulové komory. Nejsou zde žádné vratné části. To znamená menší tření. Menší hmotnost. Spalování probíhá kontrolovanějším a kontinuálním způsobem.
To není jen trik. Tepelná účinnost je vyšší než u tradičních motorů. Výfukové emise jsou nižší. A protože je tak kompaktní, lze jej spárovat s velkou baterií, aniž by zabíral prostor v kufru nebo zbytečně přidával šasi.
Stav hybridní technologie
Jsme v bodě zlomu. Hybridy se dobře prodávají. Elektromobily se dobře prodávají. Ale obojí má nevýhody. Hybridy stále spoléhají na benzín. Elektromobily stále spoléhají na omezené nabíjecí sítě. Motor Hüttlin nabízí střední cestu. Je to řešení obnovitelné energie, které nevyžaduje, abyste měnili své řidičské návyky.
Čekal někdo, že kulička nahradí píst? Pravděpodobně ne. Pokud ale fyzika vydrží, může to být chybějící článek k masovému přijetí elektrifikace. Motor debutoval v roce 2011. Vývoj byl pomalý. Skepse je vysoká. Ale je tu potenciál.
Pokud se tato technologie rozšíří, změní se definice „hybridu“. Už to nebude kompromis. Bude to skvělá volba. Otázkou je, zda Innomot AG dokáže
Většina lidí by viděla kulový motor a předpokládala, že jde o rekvizitu z filmu se sešrotovaným rozpočtem na vědu. Vypadá směšně. Vypadá nestabilně. Zdá se, že se rozpadne při sebemenším dotyku pístu.
Dr. Hüttlin ale nenavrhl Hüttlinův kulový motor, aby pracoval sám. Navrhl jej jako generátor pro zvýšení dosahu.
Na tomto rozlišení záleží. Generátor prodlužovače dojezdu není hlavní hnací jednotkou hybridu. Toto je záložní generátor. Zapne se, když nabití baterie klesne pod určitou prahovou hodnotu, roztočí generátor, aby vrátil elektrony do elektromotoru. Tato konstrukce je to, co odlišuje plug-in hybridní vozidlo (PHEV) od plně elektrického vozidla (EV). Bez něj jste připoutáni k nabíječce. S ním získáte výkonovou rezervu.
Strach z vybité baterie (úzkost z dojezdu) je největší překážkou pro přijetí elektrických vozidel. Kulový motor Hüttlin byl vytvořen, aby vyřešil tento problém s geometrií, která se vymyká tradičnímu automobilovému inženýrství.
Jak fungují tradiční generátory pro zvýšení dosahu
Abychom pochopili, proč je míč lepší než blok, musíme se podívat na to, co aktuálně používáme. Rané hybridy se spoléhaly na spalovací motory (ICE). Benzínový motor otáčí hřídelí. Tato hřídel pohání generátor. Generátor vyrábí elektřinu. Kola pohání elektřina.
Je to neúčinné. Dochází k tření. Dochází k tepelným ztrátám. Dochází k vibracím.
Moderní hybridy tento proces dovedly k dokonalosti. Některé z nich upřednostňují úsporu paliva tím, že co nejčastěji vypínají benzínový motor. Jiní jej udržují v chodu konstantní, optimální rychlostí, aby se maximalizoval výkon generátoru. Většina stále používá písty a klikové hřídele, protože tato technologie je levná a dobře srozumitelná.
Tento design je ale těžkopádný. Vyžaduje chladicí systém. Potřebuje vyměnit olej. Je těžká.
Dr. Hüttlin se na to podíval a uvažoval: Proč musí generátor vypadat jako motor auta?
Sférický design: forma nad tradicí
Kulový motor Hüttlin se obejde bez klikové hřídele. Blok válců odmítá. Používá kouli.
Koncept je jednoduchý. Koule se otáčí uvnitř těla. Při otáčení funguje jako motor i jako generátor. Nejsou zde žádné písty pohybující se nahoru a dolů. Neexistuje žádná reciproční hmota, kterou by bylo třeba vyvážit. Pohyb je čistě rotační.
To vytváří několik okamžitých výhod pro generátor pro zvýšení dosahu:
- Kompaktní: Motor je soběstačný. Nepotřebuje externí spojení.
- Nízká hmotnost: Méně pohyblivých částí znamená méně kovu.
- Hladkost: Žádné výbuchy. Žádné vibrace. Pouze rotace.
- Cena: Snazší výroba, pokud lze vyřešit problém s těsněním.
Hüttlinovým cílem bylo vytvořit zařízení, které bude lehké, skladné a levné. Ne vysoce výkonná pohonná jednotka, ale spolehlivé pomocné zařízení. Generátor by neměl zabírat místo pro zvýšení výkonové rezervy. Nemělo by to zatěžovat podvozek. Mělo by tam jen sedět, tiše bzučet a udržovat baterii naživu.
Proč koule?
Kritici tomu říkají bizarní. Inženýři tomu říkají návrat k prvním principům.
Tradiční motory jsou neefektivní, protože převádějí translační pohyb na rotační pohyb. Při této přeměně se ztrácí energie. Sférický design přeskočí krok transformace. Zpočátku je rotační.
„Sférický motor Hüttlin odráží myšlenku, že generátor by neměl plýtvat zdroji hybridu na zvýšení dojezdu.“
To není nová myšlenka. Sférické trysky byly teoretizovány po celá desetiletí. Hüttlinova iterace je ale jedna z mála, která přechází od whiteboardingu k funkčním prototypům. Design zpochybňuje zavedené normy: jak zhutnit rotační kouli? Jak se vyrovnat s horkem? Jak ovládat točivý moment?
To jsou těžké otázky. Potenciální výhodou však je, že generátor prodlužující dojezd se vejde do menšího balení, váží méně a má méně bodů selhání než standardní mikrobenzínový motor.
Kompromisy
Cesta není vždy hladká. Sférický design vytváří nové technické překážky. Utěsnění rotující koule proti nehybnému tělesu je obtížné. Vzorce opotřebení kloubových ložisek jsou složité. A i když je teorie čistá, realita přesnosti výroby může být drahá.
Alternativou je však dodržet status quo. Pístové motory jsou těžké. Jsou hluční. Uvolňují škodliviny, i když
Přeskočme úvodní diskuzi o hybridních maticích distribuce výkonu. Je to rušivé. Abyste skutečně pochopili, co Hüttlinův motor dělá, představte si jej jako samostatný spalovací motor. Jen si představte výkon. Kam tato energie po opuštění bloku jde, není pro pochopení samotného mechanismu důležité. Mechanika je už složitá, není třeba to komplikovat starostmi o převodovku.
Zde jsou základní ukazatele. Současný prototyp produkuje přibližně 104 koní. Toto číslo není hlavní. Hlavní je škálovatelnost. Dr. Hüttlin tvrdí, že tento design lze přizpůsobit prakticky jakémukoli požadavku na výkon, který splňuje moderní automobilová technika. Přestože jsou současné modely chlazeny kapalinou, architektura podporuje i chlazení vzduchem.
Právě v jednoduchosti konstrukce se skrývají výhody v efektivitě.
Tento motor obsahuje asi 60 součástí. Průměrný čtyřválcový pístový motor má přibližně 250 dílů. Méně dílů znamená méně potenciálních poruch a jednodušší montáž a výrobu. Toto snížení složitosti zvyšuje tepelnou účinnost na více než 30 procent.
Zamyslete se nad touto metrikou.
Tradiční spalovací motory pracují s účinností přibližně 20 procent. To znamená, že 80 procent energie z vaší palivové nádrže se ztrácí ve formě ztrát tepla, hluku a tření. U motoru Hüttlin je promarněno méně než 70 procent potenciálního výkonu. Spálilo se méně paliva. Méně emisí. Na pumpě zaplatíte méně a planetě se o něco lépe dýchá.
Ale fyzika? Tady to začíná být zajímavé.
Uvnitř stříbrné koule
Dr. Hüttlin nazývá pohyb „3D kinematikou“. Spaluje benzín. Má písty. Ale po těchto dvou skutečnostech vstupujete na neprobádané území.
Podívejte se na prototyp. Je to stříbrná hliníková koule, z níž trčí trubky. Vypadá to jako rekvizita z Vesmírné lodi Země v Epcot. Jak může koule obsahovat spalovací komoru?
Uvnitř této světelné koule jsou kugels (koule). Pohybují se podél průvodců. Tato vodítka jsou umístěna uvnitř dvou pístů na jednom ložisku. Tyto písty jsou umístěny uvnitř rotoru. Tento rotor se otáčí uvnitř vnějšího hliníkového pláště.
Když se rotor otáčí, písty pracují v protifázi. Kugely kloužou podél svých průvodců. Tento posuvný pohyb otáčí rotorem.
Zní to jako hromada matoucích termínů. Píst. Rotor. Ložisko. Mají stejné názvy jako díly, které znáte, ale jejich role je zde úplně jiná. Nenechte se zmást terminologií.
Přenos energie a načasování
Cívky a magnety uvnitř koule generují elektřinu. Tato energie je přenášena mimo plášť do baterií. Nejedná se o primární trakční baterie. Fungují jako dočasná zařízení pro ukládání energie. Vyhlazují přenos výkonu do převodovky.
Odtud jde energie do dalšího motoru. Tento motor přímo pohání kola. Žádný tradiční přenos. Bez hnacího hřídele. Innomot AG tvrdí, že tento systém přímého pohonu je výrazně efektivnější než přenos výkonu přes převodovku.
Dr. Hüttlin strávil desetiletí zdokonalováním tohoto konceptu. Patenty byly podány v prosinci 2010, čímž se rozšířilo portfolio více než 150 patentů. Innomot AG plánuje licencovat technologii. To znamená, že zítra na autosalonu pravděpodobně neuvidíte auto poháněné Hüttlinem.
Očekává se, že sériová vozidla se objeví během dvou až pěti let. Technologie je připravena. Inženýrská základna je spolehlivá. Otázkou je, zda by nějaký velký výrobce riskoval umístění stříbrné koule do motorového prostoru, která popírá všechny intuitivní předpoklady o tom, jak by měl motor fungovat.
Podívejme se.
