Kanonierka jako alternatywa

„Kanonierka” jako alternatywa dla obecnych technologii silników

Streszczenie: niniejsze opracowanie przedstawia zalety nowej technologii budowy silników, która jest swego rodzaju kombinacją broni palnej oraz silnika, stąd nazwa „Kanonierka” [ang. „gun-engine” - przyp. tłum.]. Technologia została dopracowana i przetestowana, w ten sposób założenia całej koncepcji zostały dowiedzione w drodze eksperymentalnej, co upoważnia autora - wynalazcę „kanonierki” - do złożenia oświadczenia, że sprawność nowego rozwiązania stanowi więcej, niż 445,6% poziomu sprawności obecnie wciąż jeszcze używanej konstrukcji Diesla wywodzącej się jeszcze z XIX w. Celem kombinacji zasady działania „działa” z zasadą działania silnika jest eliminacja przyczyn niskiej sprawności, które po raz pierwszy ujawniły się już w konstrukcji Otto opatentowanej w 1876 r., a które od tego czasu przekazywane są z pokolenia na pokolenie kolejnych generacji silników, stale trzymając je „w fazie ciągłego rozwoju”. Oprócz radykalnego wzrostu sprawności, uzyskano także znacznie wyższą niezawodność, jak również trzykrotnie wydłużono czas między remontami. Proponowana modyfikacja umożliwia także użycie dowolnego paliwa, możliwego do przeprowadzenia w stan pary/gazu, i zmieszania z powietrzem w odpowiedniej proporcji do uzyskania mieszanki wybuchowej. Ze względu na zwiększenie ciśnienia w trakcie eksplozji takiej mieszanki, uzyskany moment obrotowy oraz moc wyjściowa przekraczają ponad 100-krotnie wartości uzyskane w przypadku zastosowania silnika Diesla, co wskazuje na możliwość zaoszczędzenia nawet do 99% paliwa bez obniżania mocy użytkowej. Zyski te zawdzięcza się przede wszystkim dodatkowemu elementowi wprowadzonemu do cylindra „kanonierki” - „przeciwtłokowi” - który powiela olbrzymie ciśnienie eksplozji akurat w momencie, gdy wał korbowy jest ustawiony poziomo [chodzi o poziome położenie wykorbienia wału — czyli na powierzchni, do której oś cylindra jest prostopadła — przyp. tłum ]. W ten sposób otrzymuje się także możliwość eliminacji wprowadzającego dodatkowe straty układu przeniesienia napędu, ponieważ w efekcie mamy możliwość bezpośredniego zasprzęglenia wału „kanonierki” z obciążeniem. Te właściwości silnika odpowiadają za wydłużenie zasięgu ciężarówki lub samochodu ok. 15-krotnym na tej samej ilości paliwa, co oznacza istotne oszczędności finansowe dla użytkownika takiego silnika. Również środowisko naturalne zyskuje w wyniku zastosowania tejże konstrukcji, ze względu na brak emisji szkodliwych gazów, tudzież obniżenie emisji związków organicznych o 95%. Prócz pokaźnych oszczędności finansowych w efekcie samego korzystania z takiej konstrukcji, należy także uwzględnić znacznie niższe koszta produkcji, które można szacunkowo podać jako koszta odpowiadające wyprodukowaniu silnika Diesla o mocy użytkowej 4-krotnie niższej. „Kanonierka” składa się z elementów analogicznych, jak silnik Diesla, ale pracuje na innej zasadzie, wykorzystując detonacje par paliw zgazowanych, co mogłoby zniszczyć każdy z obecnie używanych rodzajów silników tłokowych. Detonacje te nie działają na tłok roboczy, ale na dodatkowy tłok - właśnie „przeciwtłok” - który zmienia termodynamiczną charakterystykę silnika, przez co polepsza jego sprawność do 445.6% dotychczasowej wartości. Tak wysoka sprawność zachowywana jest w pełnym zakresie prędkości, umożliwiając zarówno oszczędności paliwa, jak i ochronę środowiska. Amortyzujący efekt „poduszki powietrznej” ogranicza występowanie naprężeń właściwie jedynie do elementów silnika przekazujących energię do obciążenia, i nie są one wywoływane przez detonacje paliwa, dzięki czemu uzyskano czterokrotne wydłużenie resursów - co obniża koszta eksploatacji pojazdów (przede wszystkim ciężarówek).

Wprowadzenie

Silniki spalinowe obecnie używane nie różnią się specjalnie od konstrukcji XIX-wiecznych, zachowując wszelkie wady pierwszej konstrukcji Otto z 1876 r. Wady te przekazywane są poprzez kolejne pokolenia silników, i obecne także w aktualnie rozwijanych konstrukcjach. Wynikają z nich liczne przyczyny niskiej sprawności, których źródłem jest przyjęte rozwiązanie konstrukcyjne, tak więc poprzez półtora wieku rozwijania konstrukcji silników spalinowych badacze okazali się w jakiś sposób niezdolni do zauważenia tych wad, ani do wprowadzenia niezbędnych zmian konstrukcyjnych, dlatego też silniki w dalszym ciągu pozostają niewydajne i szkodliwe dla środowiska.

Każdy istniejący silnik charakteryzuje się trzema określonymi prędkościami: prędkością mocy maksymalnej, prędkością maksymalnego momentu, oraz prędkością największej sprawności - i te rozbieżności w prędkościach katastrofalnie utrudniają działanie każdego silnika tradycyjnego, ponieważ w razie zapotrzebowania na dużą moc - lub moment - dramatycznie spada sprawność, co znacząco podnosi koszta eksploatacji.

Skoro największa osiągalna sprawność ledwo przekracza 20% [*) tak! - przyp. tłum.] przy charakterystycznej dla niej prędkości, każda zmiana tejże prędkości skutkuje dramatycznym spadkiem sprawności - przeto silnik samochodu, bądź ciężarówki, typowo w trakcie jego eksploatacji ma sprawność nie przekraczającą 5-10% (mierzoną na wale) [**) tak! - przyp. tłum.], w efekcie czego raptem 2-4% energii uwolnionej z paliwa przenoszone jest na koła poruszające pojazd.

To olbrzymie marnotrawstwo energii, obecne w każdym tłokowym silniku spalinowym, stanowi problem i dla środowiska, i dla ludzkiego zdrowia, i dotyka wszystkich - szczególnie w środowiskach miejskich, mocno zatłoczonych samochodami i ciężarówkami - powodując iście epidemiczny wzrost dolegliwości zdrowotnych. Konkretnie chodzi tu m.in. o takie choroby jak astma, bronchit chroniczny, tudzież udary / zawały serca.

Podczas, gdy naukowcy zajęci są zapobieganiem detonacji w trakcie spalania paliwa - co jednocześnie zapobiega skonstruowaniu wydajnego silnika - albo innymi nieistotnymi drobiazgami, autor niniejszego opracowania skupił się na:

Ustaleniu, jakie w istocie są wady prześladujące konstrukcję każdego silnika

Ustaleniu, jakie zmiany niezbędne są do usunięcia tychże wad

Przeprojektowaniu silnika w taki sposób, by uwolnić go od „dziedzicznych” przyczyn niskiej sprawności

Skupienie się na w/w zagadnieniach - tudzież zamiar odejścia od tradycyjnej konstrukcji - doprowadziło w efekcie Autora do skonstruowania nowego typu silnika, który jest porównywalny z doskonałym silnikiem Carnota.

W jaki sposób niska sprawność silników wpływa na środowisko, zdrowie i ekonomię Ameryki Północnej?

Ponieważ liczbę samochodów i ciężarówek na drogach Ameryki Płn. można szacować na setki milionów, zużycie paliwa przez nie prędko wyczerpało wszelkie rodzime zasoby ropy naftowej - a przeto koszta importu ropy przez USA wzrosły do ponad biliona USD rocznie, i pieniądze te są dosłownie „spalane” przez samochody i ciężarówki, zamiast być zaangażowane w rozmaite zyskowne przedsięwzięcia, w system edukacji, bądź w ochronę zdrowia. W dodatku należy wziąć pod uwagę olbrzymie koszta ukryte związane z pogorszeniem stanu zdrowia całego narodu. Autor jest zdania, że remedium na te olbrzymie koszta jest dość proste: należy zastąpić każdy przestarzały silnik spalinowy - „kanonierką”.

Aby lepiej przedstawić treść zagadnienia, Autor wyjaśnia, że wszystkie trendy w obecnych badaniach zmierzają w złym kierunku, i że zarówno silniki Diesla, jak i benzynowe, są na tyle obciążone „dziedzicznymi” przyczynami niskiej sprawności, że już sam koszt paliwa przez nie zużywanego w ciągu ok. 9 miesięcy jest wyższy, niż zakup nowego silnika - i wyjaśnia także, iż ew. przeróbka istniejących silników w „kanonierki” jest możliwa w ciągu poniżej roku. Wtedy właściciele tak przerobionych silników będą cieszyć się poważnymi oszczędnościami w stosunku do dotychczasowych wydatków na paliwo, które-to oszczędności będą mogły być wykorzystane np. na jakieś dochodowe inwestycje.

Masowa konwersja silników ciężarówek poprawi także kondycję finansową przewoźników, bowiem zasób paliwa niezbędny obecnie do zatankowania jednej ciężarówki będzie wystarczający dla 15 ciężarówek z przerobionymi silnikami - co znacząco obniży koszta transportu zarówno w całej Ameryce Płn., jak i - docelowo - na całym świecie.

Jednakowoż znacznie większy sens, niż przeróbki silników już używanych, miałoby wdrożenie produkcji „kanonierek” całkiem od podstaw, ze względu na niskie koszta produkcji takiego silnika. Wynalazca doradzałby ich wykonanie z wytrzymałego nylonu, metodą formowania wtryskowego, a jedyne metalowe części takiego silnika to byłyby te, które byłyby bezpośrednio wystawione na działanie detonacji. Silnik tak wykonany byłby łatwy do utylizacji po jego zużyciu, bowiem kupno nowego silnika byłoby bardziej opłacalne, niż naprawa. Nie będzie żadnego problemu z zastosowaniem mas plastycznych, bowiem całkowita przemiana ciepła w pracę użyteczną powoduje, że spaliny mają temepraturę jedynie 60 st. Celsjusza, tak więc zbędny jest układ chłodzenia - w efekcie budowa silnika została uproszczona, a jego cena obniżona.

Zauważmy, że chociaż cechą konstrukcyjną silnika Diesla jest emisja zanieczyszczeń - to cechą konstrukcyjną „kanonierki” jest zapobieganie emisji zanieczyszczeń, tak więc zbędne stają się kosztowne układy filtrowania spalin, i katalizatory. Również „wrodzoną” cechą silników Diesla jest emisja w spalinach cząstek stałych - które mają niszczący wpływ na nasze zdrowie - ponieważ paliwo wtryskiwane jest do cylindra jako „mgielna zawiesina”. Niektóre z jej kropelek, w kontakcie z rozgrzanymi elementami silnika, rozkładają się na wodór i związki węgla. Co prawda tak uzyskany wodór spalany jest szybko i całkowicie, ale związki węgla nie spalają się całkiem, i potem zanieczyszczenia stąd wynikłe odkładają się wewnątrz silnika, tudzież wydalane są na zewnątrz właśnie w postaci cząstek stałych, obecnych w spalinach. W przypadku wdychania spalin zawierających takie cząstki, narażamy się na penetrację przez nie naszego krwioobiegu. Kiedy system odpornościowy wykryje ich obecność, próbuje „otorbienia” takich szkodliwych cząstek, i szereg tak powstałych grudek może doprowadzić do groźnego dla życia ataku serca. W przypadku „kanonierki” zaś niebezpieczeństwo emisji tak szkodliwych spalin jest zażegnane konstrukcyjnie dzięki doprowadzeniu do cylindra paliwa w postaci oparów.

Ponieważ „kanonierka” pobiera o 95% mniej paliwa, zatem zużywa także 95% mniej powietrza. Tak więc, w porównaniu z dieslem, zbędne jest także często obecnie stosowane w dieslach doładowanie, co po raz kolejny upraszcza konstrukcję, obniżając koszta produkcji zarówno samego silnika, jak i pojazdów z niego korzystających.

Kazimierz Hołubowicz

*) Osoby znające tematykę jedynie powierzchownie podnoszą nieraz „zarzut” typu: „ale przecież nowoczesne silniki Diesla mają sprawność 30-40%”. Otóż (pomijając przypadek wielkich dieslowskich silników okrętowych) jest to sprawność teoretyczna, podawana w materiałach reklamowych; jednakowoż po uwzględnieniu oporów tarcia występującego pomiędzy elementami silnika — jak również obciążenia pochodzącego od zespołów utrzymujących silnik w ruchu (podawanie paliwa, także powietrza, gdy chodzi o diesla...) — ta teoretyczna wartość spada właśnie do wartości niewiele przekraczających 20%. Wyjaśnienie dla bliżej zainteresowanych (ang.).

**) Maksymalna sprawność — „laboratoryjna”, czyli mierzona, gdy doprowadzi się silnik do stałej temperatury pracy, gdy ustali mu obroty maksymalnej sprawności, i gdzie pracuje on pod stałym i niezmiennym obciążeniem — jest nieosiągalna w rzeczywistych warunkach pracy, tj. np. w warunkach pracy silnika zabudowanego w jakimś pojeździe, i pracującego „w ruchu miejskim”. Wyjaśnienie dla bliżej zainteresowanych (ang. — należy zwrócić uwagę szczególnie na str. 17 opracowania).

Strona główna