Gun-Engine

Co to jest „kanonierka” („Gun-Engine”)?

Jest to silnik spalinowy o nowoczesnej konstrukcji, i niesamowitej sprawności, ponad 4–krotnie wyższej, niż sprawność silników obecnie używanych — a, co za tym idzie, o nadzwyczaj niskim zużyciu paliwa (można je szacować na ok. 0,5 l/100 km, gdy chodzi o nieduży samochód osobowy).
„Kanonierka” akceptuje właściwie dowolny rodzaj paliwa ciekłego lub gazowego: benzynę, acetylen, wodór… Paliwo mieszane jest z wodą w proporcji 8 części wody na 1 część paliwa. Woda pełni 2 istotne funkcje: po pierwsze w trakcie odbierania ciepła od spalanego paliwa (gdy następuje eksplozja) ulega przemianie w parę, zwiększając w ten sposób nacisk na tłok — i umożliwiając wtedy odebranie dodatkowej pracy użytecznej, a po drugie: odbierając — jak wspomniano — ciepło ze spalanego paliwa, utrzymuje silnik w niskiej temperaturze, eliminując w ten sposób potrzebę stosowania jakiegokolwiek w ogóle układu chłodzenia. Dodatkowo: zbędne stają się wszelkie katalizatory czy innego rodzaju filtrowanie spalin, gdyż nie zawierają one żadnych substancji toksycznych.

Dlaczego właściwie nazwa „Gun-Engine” („Działo-Silnik”, czyli coś jakby „kanonierka”)? Konstruktor wyjaśnia ciąg skojarzeń:

* lufa (działa, armaty — ang. „gun”) w pewnym sensie przypomina cylinder silnika
* pocisk odpowiada tłokowi dodatkowemu — nazwijmy go „przeciwtłokiem” (element niespotykany w silniku tradycyjnym)
* spłonka jest „odpowiednikiem” zapłonu
* komora nabojowa to jakby komora spalania w silniku
* z prochu strzelniczego czerpiemy energię — podobnie, jak z paliwa w silniku

Oczywiście: w/w elementy występują także w tradycyjnym silniku – należy jednak pamiętać, że jedynie „kanonierka” wykorzystuje eksplozje mieszanki paliwowej do wyzwalania energii — w tradycyjnym silniku zaś (po zapłonie) zachodzi spalanie, będące procesem o wiele wolniejszym.

W sytuacji, gdy lufa działa jest jakby wydłużonym cylindrem tradycyjnego silnika, można przyjąć, że nowy silnik jest jakby takim zespołem „działo-silnik” — z jednym wyjątkiem: że zamiast działa mamy coś jakby „urządzenie działowe”, które wykorzystuje paliwo zamiast prochu, ale działa na zasadzie analogicznej do tej, jaką wykorzystuje broń palna.

Kiedy następuje uderzenie w spłonkę, wyzwala to eksplozję prochu (ładunku miotającego), i wtedy przeciwtłok („pocisk”) rusza w stronę tłoka roboczego, komprymując powietrze w przestrzeni lufy-cylindra. Podążając w stronę tłoka przeciwtłok spręża powietrze, zwiększając w ten sposób nacisk na tłok do momentu, aż nie wyrówna się on z siłą detonacji; w tym momencie przeciwtłok zatrzymuje się, i cały proces się odwraca.

Starannym dobraniem masy przeciwtłoka — oraz ilości „ładunku miotającego” — możemy spowodować, że maksymalne ciśnienie wystąpi właśnie wtedy, gdy wał korbowy ułożony jest akurat poziomo, co znacząco zwiększa uzyskany moment obrotowy (nawet do 100 razy!), i uniezależnia jego wartość od prędkości, czyniąc zbędnym kosztowny układ przeniesienia napędu.

Kolejną konstrukcją K. Hołubowicza jest „balerina” – urządzenie umożliwiające pobieranie energii zawartej po prostu w naszym otoczeniu (dla niedowiarków porównanie: tzw. „pompy ciepła” nawet w zimie pobierają ciepło z otoczenia chłodniejszego, niż dogrzewane przez nie pomieszczenie), oraz konwersję tejże energii w moment obrotowy, a w konsekwencji łatwą do wykorzystania rotację.

Silnik „balerina” posiada zatem wirnik – a jest to jego jedyna ruchoma część, ma on prostą konstrukcję – stąd też i jego nazwa, która nasunęła się Wynalazcy jako porównanie do baleriny wykonującej piruety. Silnik nie emituje żadnych spalin, jak również nie zużywa paliw. Jednym z jego zastosowań może być produkcja elektryczności; w chwili obecnej (koniec lipca 2010) budowany jest, jako przykładowa aplikacja, nieduży generator elektryczności (5 kW/110 V) wykorzystujący prototyp tego silnika, który może znaleźć zastosowanie do zasilania mieszkania, lub nawet domu jednorodzinnego. System taki nadaje się do łatwej rozbudowy, dzięki czemu może dostarczać większych ilości energii elektrycznej.

Obecne metody produkcji energii – jak również stosowania kosztownych sieci przesyłowych, w celu jej dostarczenia odbiorcom – są zarówno kosztowne, jak i szkodliwe dla środowiska. Straty w liniach przesyłowych mogą przekroczyć nawet 50%, powodując elektromagnetyczne zanieczyszczenie środowiska, co np. wpływa ujemnie na wysokość plonów, jak również szkodzi zdrowiu zwierząt i ludzi zamieszkujących bezpośrednie otoczenie takich linii. Logicznym zatem wnioskiem jest zaniechanie XIX-wiecznej technologii produkcji i dystrybucji energii.

Proponowana technologia – nie ma w tym żadnej przesady – w razie masowego zastosowania całkowicie odmieni systemy zasilania, gdyż umożliwia produkcję całkowicie czystej energii (w sposób nieszkodliwy dla otoczenia) indywidualnie przez każdego jej odbiorcę, czyli np. na potrzeby mieszkania (albo nawet w mniejszej skali: np. jedynie grzejnika umieszczonego w takim mieszkaniu) – tak więc każda maszyna będzie mogła zawierać, jako jeden z zespołów składowych, „własną elektrownię”. W taki sposób staną się zbędne niesamowicie kosztowne elektrownie doby obecnej, jak i tysiące kilometrów linii przesyłowych.

Rzecz jasna, że technologia ta może zostać użyta także dla pojazdów elektrycznych, co skutecznie wyeliminuje potrzebę stosowania akumulatorów o dużej pojemności – i w ten sposób samochody, ciężarówki czy samoloty będą mogły poruszać się „po kosztach utrzymania systemu”, bo nie będzie im potrzebne paliwo.

Dokładniejszy opis testu przerobionego silnika Suzuki
Wprawdzie „kanonierka” ma wiele elementów wspólnych z silnikiem Diesla, jednakże działa inaczej, ponieważ wykorzystuje detonacje oparów paliwa (bądź paliwa gazowego), a takie detonacje zniszczyłyby silnik Diesla doszczętnie. Czemu detonacje — a nie spalanie, jak to jest w silnikach tradycyjnych? Jest więcej przyczyn, niż jedna:

* Moc dostępną z paliwa możemy określić jako sumaryczną wartość uwolnień energii w jednostce czasu — w ten sposób detonacja, która przyśpiesza uwolnienie energii, znacząco zwiększa uzyskaną moc
* dokładne odparowanie paliwa także zwiększa możliwości uwolnienia energii z paliwa, bowiem w taki sposób reakcja chemiczna zachodzi całkowicie, i nie odkładają się zanieczyszczenia, ani nie są emitowane w gazach wydechowych
* Detonacja także skutkuje znacznie wyższą temperaturą i ciśnieniem, co byłoby zabójcze dla silnika Diesla, ale oferuje znacznie lepsze warunki termodynamiczne do przemiany energii zawartej w paliwie w pracę użyteczną, oraz podnosi sprawność poprzez uchylenie ograniczeń nakładanych przez drugą zasadę termodynamiki
* Nie ma oczywiście większego problemu w podgrzewaniu cylindra przez ciepło spalania — z wyjątkiem tego, że ogranicza nam to ilość energii uzyskanej z paliwa

Detonacje paliwa nie działają bezpośrednio — w przypadku „kanonierki” — na tłok roboczy, ale raczej na tłok dodatkowy (który odpowiada jakby pociskowi w broni palnej), który „pływa” dzięki podatnej „poduszce powietrznej” ponad powierzchnią tłoka roboczego. Takie ustawienie elementów zmienia warunki termodynamiczne oraz zasadę działania silnika, ponieważ tradycyjne rozprężanie nakłada się tu na harmonicznie zmieniające się ciśnienie, działające na tłok roboczy, i w ten sposób uzyskujemy prawie pięciokrotne zwiększenie przeciętnie panującego w cylindrze ciśnienia — co z kolei znacząco polepsza przemianę energii, a w konsekwencji sprawność, dając bardzo duże oszczędności na paliwie. W rzeczywistości gazy wydechowe mają ciśnienie niższe od atmosferycznego, co jest o tyle istotne, że przy rozprężaniu spaliny jednocześnie oddają pracę jak i ciepło — co zapobiega oddawaniu ciepła do atmosfery.

Można się zastanawiać, jak to się dzieje, że rozprężanie zachodzi aż tak dokładnie?

Dzieje się tak dlatego, że stanowi ono niejako wypadkową serii dodatkowych rozprężeń, będących efektem re-kompresji raz już rozprężonych spalin!

Taka współpraca elementów silnika powiększa także uzyskiwany moment obrotowy, ponieważ „ściskanie poduszki powietrznej” w efekcie detonacji paliwa wprowadza opóźnienie we wzroście ciśnienia nad tłokiem roboczym. Dzięki temu maksymalne ciśnienie (o wartości prawie tak dużej, jak w chwili detonacji) uzyskujemy przy poziomym ustawieniu wału korbowego, co zwiększa uzyskany moment obrotowy o dwa rzędy wielkości (ok. 100-krotnie!), jasno wskazując możliwość do zaoszczędzenia nawet do 99% dotychczas zużywanych ilości paliwa, oraz czyniąc zbędnym zastosowanie skrzyni biegów tudzież układu przeniesienia napędu.

W silniku Diesla max. moment obrotowy również uzyskuje się, gdy tłok jest w połowie cylindra, a wał ułożony poziomo — ale wtedy ciśnienie rozprężania już spadło w wyniku ekspansji, obniżając się o współczynnik równy ok. połowie stopnia sprężania (czyli jest ok. 7-krotnie niższe, niż maksymalne). Tak więc moment obrotowy uzyskany w „kanonierce” jest znacznie wyższy, bowiem:

* W wyniku detonacji uzyskujemy ciśnienie ok 14-krotnie wyższe, niż w silniku Diesla
* Ciśnienie to w dalszym jeszcze ciągu nie zostało obniżone (nie zaszła ekspansja!) w chwili, gdy wał jest poziomo — co w efekcie daje olbrzymią siłę, zwiększającą moment o dwa rzędy wielkości (7 * 14 = 98)

W rzeczy samej: aby zapobiec rozerwaniu cylindra, należy podawać znacznie mniej paliwa — co zostanie objaśnione w dalszej części.

Sprawność silnika Suzuki kupionego ze złomu została podniesiona do poziomu silnika Carnota.

Widoczny na zdjęciu trzycylindrowy Silnik Suzuki (993 cm3) został przerobiony na „kanonierkę”. Przeróbka obejmuje: zmienny stopień sprężania, ustawiany „na bieżąco”; przyśpieszenie uwalniania energii poprzez wykorzystanie detonacji paliwa; całkowite wykorzystanie ciepła — które oryginalny silnik marnotrawi wykorzystując swój układ chłodzenia (obecnie zbędny) — które zostaje w całości przetworzone w pracę użyteczną (a więc dostajemy dodatkowy przebieg). Silnik przerobiony w trakcie testów badany był zarówno na dotychczasowym zapłonie iskrowym, jak i na docelowym samozapłonie dzięki ciepłu sprężania. Zapłonu iskrowego używano głównie do zgaszenia silnika (poprzez skorzystanie z energii paliwa do wzbudzenia detonacji w „dolnym martwym” położeniu wału).

Ze względu na to, że detonacje paliwa dają znacznie wyższe ciśnienie, niż jego spalanie (ok. 14-krotnie wyższe), wynalazca zdecydował ograniczyć podawanie paliwa do 10% wartości zalecanej przez producenta oryginalnego silnika, aby zapobiec rozerwaniu cylindrów. Pomimo tego ograniczenia pomierzona oddawana moc przerobionego silnika była o 40% wyższa, niż moc maksymalna silnika nieprzerobionego, przy pełnym podawaniu paliwa, tak więc widać, że zużycie paliwa tak — w wyniku przeróbki — uzyskanej „kanonierki” zostało ograniczone o 95% jedynie w wyniku zmian konstrukcyjnych oraz wykorzystanie nowych rozwiązań, jak zachowanie ciepła w efekcie przejścia na chłodzenie wewnętrzne, wydech „na podciśnieniu”, synchronizację wystąpienia ciśnienia maksymalnego działającego na tłok, z poziomym ustawieniem wału korbowego, oraz przemianę zaoszczędzonego ciepła w dodatkową pracę użyteczną.

Bardzo ważny jest fakt, że detonacje paliwa przyśpieszają uwalnianie energii, co daje zysk w postaci znacznie wyższej mocy, niż przy spalaniu paliwa. Dzieje się tak ponieważ moc to praca wykonana w jednostce czasu. Skoro zatem detonacja może uwolnić energię (spowodować wykonanie pracy) nawet 1000-krotnie szybciej, przekłada się to na wprost proporcjonalny wzrost mocy, dzięki czemu osiągamy niewiarygodne oszczędności na paliwie. Konstruktor osobiście obniżył w trakcie testów zużycie paliwa o 95% — a jest przekonany, że w przypadku dużych silników morskich ta oszczędność może sięgnąć nawet 99%.

Przeróbka wpłynęła także na wielki wzrost momentu obrotowego; spowodowane jest to wystąpieniem największego ciśnienia (ok. 14-krotnie większego, niż w silniku przed przeróbką) w chwili poziomego położenia wału korbowego, co wielokrotnie zwiększyło moment (ok. 100-krotnie) w stosunku do wartości uzyskanej w oryginalnym silniku Suzuki, a co pozwala na konstrukcję lżejszych pojazdów, nie wymagających układu przeniesienia napędu, o zużyciu paliwa ok. 0,5 litra paliwa na 100 km [oryg. „450 mpg” — przyp. tłum.]. Warto też dodać, że dzięki takiej przeróbce silnika, uzyskano z jego alternatora — w przeliczeniu na jednostkę zużytego paliwa — 11–krotnie więcej energii elektrycznej, niż w przypadku silnika oryginalnego.

W trakcie testu wypróbowano wiele rodzajów paliw, i na każdym z nich przerobiony silnik Suzuki pracował bardzo dobrze — wszakże najlepszą jego pracę zaobserwowano przy zasilaniu wodorem oraz innymi paliwami gazowymi, łatwo poddającymi się samozapłonowi. Wszelkie paliwa ciekłe — jak benzyna, olej napędowy czy rozmaite alkohole — musiały najpierw zostać odparowane, a tak uzyskane opary wstępnie wymieszane (w odpowiedniej proporcji) z powietrzem. Pozytywnie wypadły także testy mieszanek paliwowych.

Aparatura wysokiej czułości nie była w stanie wykryć w spalinach śladów NOx ani SOx, wykrywając głównie obecność wody i CO2. Nie wykryła także żadnych śladów tlenku węgla CO. Tak czysta emisja była obecna także w przypadku, gdy paliwo zostało celowo zanieczyszczone szkodliwymi związkami siarki. Również wtedy nie stwierdzono tlenków siarki w spalinach, dzięki konstrukcji, która separuje je, mieszając z wodą — a taki roztwór może zostać oczyszczony i zutylizowany całkiem bezpiecznie. Nie ma potrzeby stosowania dodatkowych urządzeń filtrujących, czy katalizatorów.

Przemiana energii w „kanonierce” jest tak doskonała, że temperatura gazów wydechowych nigdy nie przekroczyła 60 st. C, co pozwala na produkcję takiego silnika po prostu z wytrzymałych mas plastycznych, metodą kształtowania wtryskowego — co jest bardzo tanie w produkcji masowej.

Wynalazca jest przekonany, że możliwe jest wykonanie morskiej wersji silnika — o mocy 500 tys. KM przy 100 obr/min — np. dla tankowców, który mógłby być zasilany gazem CNG, albo wręcz samymi jedynie oparami transportowanego paliwa (w przypadku gazowców).

Elastyczność co do zastosowania paliwa da także użytkownikom silnika prawie pełną dowolność do skorzystania z najbardziej w danej chwili opłacalnego paliwa. Proponowana technologia jest gotowa do wprowadzenia do produkcji masowej, a ponad dwuletnie testy dowiodły jej niezawodności, co jest efektem niskich naprężeń występujących w elementach silnika (ograniczających się głównie do obciążenia, a nie wynikających z detonacji, gdyż te są przecież amortyzowane).

Można się zastanawiać, czy byłoby możliwe dalsze zwiększenie sprawności „kanonierki”? Konstruktor jest przekonany, że tak — zachodzi wszakże pytanie, czy jest to warte dalszych, na pewno bardzo kosztownych badań, w trakcie których należałoby prześledzić fale uderzeniowe, których czoło winno uderzać głowicę tłoka roboczego właśnie precyzyjnie w tym momencie, gdy wał korbowy jest idealnie poziomo. Byłoby to zadaniem dość trudnym.

Jeden z prototypów

Wprawdzie „kanonierka” jest opracowaniem oryginalnym „od podstaw” – ale możliwe jest także przerobienie osiągalnych na rynku silników spalinowych; tak więc można uzyskać korzyści z nowego sposobu pracy silnika niekoniecznie dopiero w efekcie podjęcia wielkoseryjnej produkcji całkiem odmiennej konstrukcji.

 

Komentarz konstruktora:

…zdjęcie silnika Suzuki, który przerobiłem na „gun-engine”. Jako, że przerobiony detonuje paliwo – co powoduje ciśnienie 14 razy większe, niż maksymalne ciśnienie w oryginalnym Suzuki – postanowiłem zmniejszyć dostawę [paliwa] o 90%. Proszę sobie wyobrazić, że pomierzona moc wyjściowa była o 40% wyzsza, niż max moc oryginalnego silnika ze 100% podawaniem paliwa, co nawet mnie zaskoczyło.

Analizowałem wyniki pomiarów, i doszedłem do wniosku, że to ma coś wspólnego z dysponowaną mocą, która jest zdefiniowana jako wyzwolenie energii z paliwa w czasie. Jako że detonacja oparów paliwa pomieszanego z powietrzem w proporcji wybuchowej wyzwala energię 1000 razy szybciej, dysponowana moc wzrasta w tej samej proporcji. Obliczenia moje wykazują, że czternastokrotne zmniejszenie dostawy paliwa powinno zapewnić tę samą moc wyjściową, jaką ma oryginalny silnik ze stuprocentowym zużyciem paliwa [na nieprzerobionym, oryginalnym silniku].

Taka konwersja seryjnie produkowanego silnika wprowadza zmiany:

* dodano urządzenie przeprowadzające paliwo ciekłe w stan pary, które także miesza otrzymane opary z powietrzem w odpowiedniej proporcji (pełni rolę analogiczną do gaźnika)
* rezygnacja z chłodnicy na rzecz chłodzenia wewnętrznego, dzięki czemu unikamy strat energii poprzez rozpraszanie ciepła
* dodanie elementów umożliwiających przemianę ciepła w dodatkową pracę użyteczną (a więc otrzymujemy radykalne zmniejszenie zużycia paliwa)
* zastąpienie dotychczasowego spalania – szybkimi detonacjami paliwa
* dodanie urządzenia dopasowującego stopień kompresji „na bieżąco”, dzięki czemu można użyć paliwa o dowolnej liczbie oktanowej
* w rezultacie otrzymamy najwyższe ciśnienie działające na tłok akurat w tym momencie, gdy wał korbowy znajduje się w pozycji poziomej(!) [poziome położenie wykorbienia wału, w kontraście do pionu osi cylindra — przyp. tłum.]

Jednocześnie Konstruktor, poproszony o przybliżenie sposobu pracy tak przerobionego silnika, dodatkowo wyjaśnił:

Pytanie: Czy taki przerobiony silnik, skoro ma wyższą sprawność, nie potrzebuje już układu chłodzenia? Można zwyczajnie wymontować chłodnicę?

Odpowiedź: Przerobiony silnik był chłodzony przez bezpośrednie wtryskiwanie wody, która zapobiegała stopieniu się tłoka, ponieważ detonacja paliwa wytwarza temperaturę około 10000 stopni. Gdy paliwo eksploduje, wysoka temperatura spalin emituje IR absorbowaną przez wodę, i w wodzie tworzą się duże ilości bąbelków pary, co powoduje eksplozję tworząca dużą ilość kropelek wody w bardzo gorących spalinach. Kropelki gotują się na powierzchni, co chłodzi spaliny bardzo szybko. Ciepło jest zachowane w parze wodnej, dlatego może być przetworzone na dodatkową pracę. Przetworzenie ciepła na pracę odbywa się przez rekompresję rozprężonych spalin i pary, które mogą być dodatkowo rozprężone w dodatkowym cyklu pracy. Proces trwa dopóki spaliny są gorące. Gdy ostatni cycle rekompresji skończy się, para zawiera skondensowaną wodę i to wskazuje, że cykl jest skończony, i nie ma energii w spalinach. Zawór otwiera się, i mix przechodzi do separatora, który separuje wodę od CO2. Czysty CO2 jest wypuszczony, a woda jest używana do chłodzenia.

P: Czy faktycznie można zupełnie zrezygnować ze skrzyni biegów?

O:Skrzynia biegów jest niepotrzebna, bo moment obrotowy jest około 100 razy wyższy, niż w oryginalnym silniku. Jest wyższy, ponieważ w gun-engine ciśnienie eksplozji jest powtórzone, gdy korba jest w pozycji horyzontalnej.

P: Skoro tak – jak z trwałością łożysk (szczególnie gdy chodzi o panewki wału korbowego)? Czy nie będzie obniżona w sytuacji działania większych sił?

O: Jako że konstrukcja zawiera dodatkowy swobodny tłok, który pływa na poduszce powietrza, eksplozja paliwa nie powoduje stresu [naprężeń] w korbowodzie w ogóle. To powoduje ograniczenie stressu do tego, który wywołany jest przez obciążenie. Dlatego zużycie części jest około 20 razy mniejsze, niż w oryginalnym silniku. Większe siły działają na łożysko bardzo krotko, i są dużo mniejsze, niż siły w originalnym silniku wywołane przez spalanie paliwa (korba ustawiona wzdłuż linii osi cylindra i tłok zmienia ruch czyli jest nieruchomy) co powoduje większą trwałość.

Jak wynalazca zwraca uwagę, „kanonierka” charakteryzuje się także zadziwiająco wręcz cichą pracą. Jest to rezultatem tego, że:

* Eksplozje paliwa zachodzą w przestrzeni odizolowanej od otoczenia
* Zawór wydechowy otwiera się nieco później po całkowitym rozprężeniu. „Nieco później” – bowiem rozprężanie kończy się wręcz na podciśnieniu (czyli poniżej ciśnienia atmosferycznego), i należy zapobiec zasysaniu powietrza z zewnątrz przez układ wydechowy. Tak dokładne rozprężanie osiąga się przez znacznie dłuższy cylinder

Temperatura spalin to zaledwie ok. 60 °C.

Skrócony opis patentu

Silnik spalinowy wewnętrznego spalania, przetwarzający ciepło – dotąd marnowane – w dodatkową pracę
CA2476167 (2006-02-12)

Wynalazek dotyczy sprawności silników. Jest to propozycja zastąpienia obecnego spalania – eksplozją paliwa, w celu uniknięcia strat (spowodowanych dezintegracją paliwa), zwiększenia ciśnienia wewnętrznego, oraz pozbycia się problemu odkładania i emisji zanieczyszczeń. Ideą wynalazku jest zastąpienie obecnej głowicy – oscylatorem harmonicznym, który chroni tłok roboczy przed wpływem eksplozji, oraz eliminuje nadmierne naprężenia w wale korbowym i współpracujących z nim elementach. Oscylator ten jest sterowany eksplozjami. Stanowi on główny element silnika (gun-engine), umożliwiając eksplozje paliwa i przemianę tak uwolnionej energii – w energię kinetyczną, przeniesioną dalej do swobodnie drgającej masy. Aby zapobiec stratom energii w postaci ciepła, obecny system chłodzenia zastąpiono wtryskiem wody. Dzięki temu ciepło jest zachowane w powstającej – w efekcie tego – parze, i przetworzone w dodatkowy zysk pracy. Przetworzenie takie daje czterokrotny wzrost sprawności, co obniża zużycie paliwa oraz emisję substancji szkodliwych o 80%. Dodatkową korzyścią jest uniemożliwienie – przez wodę – syntezy tlenków azotu NOx.

 

(Powyższe schematy pobrane ze stron Rex Research) http://www.rexresearch.com/

„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

żródło:
http://www.gun-engine.pl/