Gun engin (kanonierka) :)

[FFK]

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 maksymalnegom 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.

[PiotrR]

Ciekawie to napisałeś , tylko że Honda zrobiła to lat 30 temu i wprowadziła do masowej produkcji.Nie pamiętam nazwy modelu skutera klasy 125 ale w Polsce był całkiem popularny w latach 90tych. Poza tym spalanie detonacyjne było powszechnie wykorzystywane w silnikach dwu suw owych w celu zwiększenia ich mocy, niestety ze znacznym uszczerbkiem dla ich trwałości.

[FFK]

Ale warto odgrzać czasem stare projekty ze względu na nowe technologie, nowe pomysły. Silnik diesla po wynalezieniu tez trafił na długo do lamusa.

[PiotrR]

Mnie ciągle kusi LPG w dieslu.

[FFK]

CNG byłoby też dobrym rozwiązaniem, ale ze względu na nieliczne stacje CNG to jeszcze sobie na to poczekamy.
Pamiętasz jak jeszcze kilka lat temu ludzie się śmiali. jak tylko ktoś wspomniał o dieslu na gaz

[PiotrR]

Bardziej myślę o ożywieniu mułowatego3.1 z zachowaniem jego trwałości niż o jakiś oszczędnościach.

[pocieszny]

:)2 Mnie ciągle kusi LPG w dieslu.

no ale gdzie widzisz problem?
dawno zrobione i w wersji diesel całkiem na LPG jak i diesel+LPG
jedno troche problematyczne ale drugie czyli Diesel+LPG proste

[PiotrR]

Jakaś bardzo prosta instalacja bez elektroniki 10% LPG w stosunku do paliwa.

[pawel126]

CNG byłoby też dobrym rozwiązaniem, ale ze względu na nieliczne stacje CNG to jeszcze sobie na to poczekamy.
Pamiętasz jak jeszcze kilka lat temu ludzie się śmiali. jak tylko ktoś wspomniał o dieslu na gaz

Nie przyjęło się z prostego powodu - dużej masy zbiornika i tym samym mniejszej pojemności względem zbiornika LPG.
Jedynie w komunikacji miejskiej chyba się przyjmuje bo zbiornik wywalili na dach autobusu...

[pocieszny]

bezpieczna maksymalna ilość LPG w mieszance to 20%-80% LPG/ON
ale to już max
lepiej dać ciut mniej, instalacja sama w sobie jest prosta wręcz banalna (w zależności od ilości kasy może być podobna do 2 lub 4 generacji LPG) problemem w zasadzie jest tylko sterownik (ale i to jest do ogarnięcia w miarę prosto)
kwestia tylko wyregulowania pompy wtryskowej, tak aby dawka podawana przykładowo do 1500 była ON powyżej mieszanką ON/LPG
zysk czasem dojdzie nawet do 25% momentu obrotowego.... tylko wtedy zaczyna się problem z przeniesieniem i w kółko macieju problem ze sprzęgłem

[PiotrR]

Myślę że te 25% nie spowoduję większych problemów w mechanizmach 3.1
Na razie kończę przekładkę ramy i konserwację nadwozia, czas na usprawnienia silnika będzie gdzieś na jesieni

[pocieszny]

żebyś się nie zdziwił