Zastanawiające jest, czemu prawie każda dziedzina technologii odnotowała tak szybki postęp w XX w. - ale silniki spalinowe pozostały ze swą niską sprawnością, ledwo przekraczającą 20%?

Odpowiedź na powyższe pytanie zapewne zaskoczy wszystkich, ale wręcz zaszokuje naukowców którzy próbowali wszelkich sposobów na powiększenie sprawności. Niestety: wszystko, czego ci faceci próbowali, było pomyłką, bo też i badania prowadzone w tej dziedzinie zabrnęły w ślepy zaułek. A skoro tak, to niezależnie od wysiłków, nie należy spodziewać się rezultatów.

Otóż wygląda na to, że gdy chodzi o prace nad konstrukcjami silników, cały czas utrzymuje się trend polegający raczej na trzymaniu się przestarzałych konstrukcji, niż na dążeniu do oszczędności paliwa, ponieważ wszystkie wysiłki zdają się unikać szybkiego wyzwalania energii w efekcie detonacji paliwa. Trend taki jest wyraźnie wskazany w dokumencie DOE, prezentującym przyszłe strategie badań, a odnoszącym się do mało istotnych zagadnień, jak np. zróżnicowanie paliw, wolne spalanie, wielokrotny wtrysk paliwa itd. co nie ma wpływu na sprawność, bo wszystko to uniemożliwia wyzyskanie energii zawartej w paliwie (a przynajmniej nie pomaga).

Energię dostępną w paliwie możemy określić jako „ilość energii wyzwolonej w jednostce czasu”, i to jasno wskazuje, że jedynie poprzez przyśpieszenie uwalniania energii z paliwa możemy osiągnąć cel wyrażający się w polepszeniu procesu przemiany energii; co jest chyba najbardziej - przez konstruktorów pracujących nad silnikami spalinowymi - ignorowaną zasadą.

Cały problem wynikł stąd, że Otto i Diesel stworzyli silniki o prostej budowie - a które w końcu jakoś-tam jednak działają - i w efekcie nikt nie znalazł chęci do zmiany konstrukcji tego, co jest proste zarówno w swojej budowie, jak i w sposobie pracy.

Autor niniejszego opracowania, postawiony przez zadaniem zwiększenia sprawności silnika, wręcz nie mógł uwierzyć, że są to obecnie aż tak niewydajne urządzenia, i był przekonany, że: „skoro tak, to zwiększenie sprawności powyżej 90% powinno być `bułką z masłem' ”, i osiągnął cel(!) - zatem czemu pracownicy uniwersyteccy, mający komfortową sytuację dostępu do kosztownego oprzyrządowania badawczego (często wartego miliony dolarów) - oraz do wielomiliardowych grantów - nie odnieśli sukcesu w tej dziedzinie?

Odpowiedź na to pytanie jest dość prosta: Autor, przystępując do prac nad tym zadaniem, nie wiedział nic o obecnie używanych silnikach, ale przekonany był, że jakieś przyczyny owej niesprawności leżą w samej konstrukcji silników, i - jako fizyk - skupił się raczej na procesach, oraz na silniku jako całości, a nie na szczegółach, które - same w sobie - nie mają wpływu na marnotrawienie 80% energii.

Co ciekawe: Autor nie był w stanie znaleźć ani jednej publikacji odnoszącej się do przyczyn niewydajności silników, co przecież winno być głównym celem zainteresowania każdego, kto pracował nad ulepszeniem konstrukcji silników. Jak można bowiem wyeliminować coś, o czym po prostu nie ma się pojęcia?

Pierwszą - i największą - przyczyną niewydajnej pracy silników, jest niecałkowite rozprężenie spalin, ponieważ spaliny - w trakcie rozprężania - jednocześnie oddają energię w formie pracy, jak i obniżają swą temperaturę. Otóż w rzeczy samej niepełne rozprężenie jest przyczyną niecałkowitej przemiany energii uwolnionej z paliwa w pracę użyteczną, przez co niewykorzystane ciepło przekazywane jest do elementów konstrukcji silnika, i musimy się go pozbyć, aby uniknąć po prostu stopienia silnika. To jest przyczyną, dla której każdy silnik jest starannie chłodzony, co z kolei wpływa na komplikację jego konstrukcji, i w efekcie także na obniżenie niezawodności.

Z drugiej strony Autor spostrzegł wiele innych przyczyn niewydajności, starając się je wyeliminować w trakcie prac nad pomysłem „kanonierki” (oryg: „gun-engine”), której wydajność zbliża się do ideału, ponieważ - w przypadku tej nowoczesnej konstrukcji - tylko drobny ułamek energii idzie na straty.

Sposób pracy „kanonierki” jest odmienny, ponieważ zawiera on w sobie kombinację zasady działania broni palnej, oraz zasady działania silnika spalinowego „tradycyjnego”. Zadaniem tej części, którą możemy rozumieć jako „działo” (ang. „gun”) jest umożliwienie detonacji oparów paliwa (lub gazu wykorzystywanego jako paliwo), w celu nawet tysiąckrotnego przyśpieszenia uwalniania energii z paliwa.

Można tu postawić pytanie: „no, ale właściwie po co? Właściwie co złego w wolnym spalaniu mieszanki paliwowo-powietrznej - jak to jest dotychczas - czy w stopniowym oddawaniu ciepła do cylindra?”

Odpowiedź na powyższe pytanie zadaje miażdżący cios ponad wiekowej historii badań i rozwoju konstrukcji silników spalinowych, bowiem wykazuje jasno, iż ich kierunki były kompletnie chybione.

Autor byłby wręcz skłonny poprzeć wprowadzenie przepisów, zabraniających używania silników o XIX-wiecznej konstrukcji, bowiem nowoczesny projekt „kanonierki” - o wydajności czterokrotnie większej, niż wydajność tychże konstrukcji (przy praktycznie niezauważalnym poziomie emisji substancji szkodliwych) - jest gotowy do realizacji w procesie produkcji masowej, ale ignorowany jest przez największych producentów samochodów.

Czemu mieliby oni dalej być wspierani z kieszeni podatnika? Otrzymali przecież szansę produkcji „kanonierek”, napędzających pojazdy nie potrzebujące drogiego i skomplikowanego układu przeniesienia napędu; pojazdów o niskim zużyciu paliwa, które można oszacować na ok. 0,5 l / 100 km (oryg. „450 Miles Per Gallon” - przyp. tłum.)? Autor niniejszego opracowania, będąc właścicielem patentów, złożył stosowne propozycje trzem największym producentom samochodów na początku 1999 r.

A dlaczego aż tak radykalne podejście?

Autor jest zdania, że nie stać nas dłużej na marnowanie zasobów paliw, tudzież na tolerowanie szkód powstałych w środowisku naturalnym, poprzez dalsze masowe stosowanie silników spalinowych o przestarzałej, XIX-wiecznej konstrukcji - w sytuacji, gdy rozwiązanie tych problemów jest gotowe do wdrożenia na pełną skalę.

Kazimierz Hołubowicz (grudzień 2008)

Strona główna