NT - 13.12.1984, Blaðsíða 15

Fimmtudagur 13. desember 1984 15
Niöurgírun. Algengur snún-
ingshraði hverfils er um 20-
40.000 sn. á mín.
Þessir spaðar þjappa lofti
inn í sprengrýmið.
Brunahólfið þar sem elds-
neytið blandast lofti og
brennur.
Heitt utþanið loftið skellur af
krafti á þessum spöðum og
snýr hjólinu sem þeir eru
festir á.
■ Hér er einföld skýringarmynd af hreyfli venjulegrar skrúfuþotu, í stað loftskrúfunnar til vinstri
má ímynda sér tengsli við hjól bíls.

■ Áriðl952vorunokkurein-
tök af þessum straumlínulag-
aða bíl (Cd0,19!) smíðuð í
samvinnu Jean Grégoire og
flugvélamótorsamsteypunnar
SOCEMA. 100 hestafla hverf-
illinn kom honum létt upp í
200 kílómetra hraða.
■ Fyrstir til að taka gashverfil-
knúna bíla alvarlega var Rover
í Bretlandi. Þessi mynd af
tilraunabílnum Jet 1 var tekin
árið 1950, og upp úr því var
hannaður fjölskyldubíil með
hverfil. Hann fór í framleiðslu,
en með venjulegar stimpilvélar
í stað þotumótorsins, tilraun-
um með gashverfla var síðan
hætt hjá Rover um 1970.
Bílvél framtíðarinnar
er gashverfi
■ Þennan gashverfil sýndi annar stærsti bílaframleiðandi Japans, Nissan, á bílasýningunni í París
í haust. Þótt upplýsingar væri erfitt að kría upp úr kurteisum tæknisérfræðingum Nissan var augljóst
að þetta stykki var ckki þarna bara upp á skraut, heldur væri unnið að rannsóknum á fullum krafti.
NT-mynd: AA
■ Gashverfla þekkjum við öll
úr flugvélum, þeir eru í daglegu
tali kallaðir „þotumótorar" (á
ensku Gas Turbine) og hafa sent
okkur milli landa í 20 ár með
meira öryggi, meiri hraða og á
hljóðlátari hátt en þekktist á
dögum stimpilvélanna. Auk þess
að knýja farþega og orrustu-
þotur hafa gashverflarnir nær
frá byrjun verið beislaðir til að
snúa loftskrúfum flugvéla rétt
eins og stimpilhreyfill, og flest-
allar þyrlur nota þennan kraft-
mikla, létta og fyrirferðarlitla
hverfil til þess að snúa hægfara
spöðum sínum.
Hvers vegna þá ekki nota
gashverfil til þess að snúa hjól-
um bíls? Kostirnir ættu að vera
þeir sömu og við notkun þeirra
í flugvélum, og á næstu öld
verður meirihluti bíla knúinn
gashverflum, sannið til og geym-
ið þetta eintak af NT. En tækni-
leg vandamál eru nokkur áður
en hægt er að setja bíl með
gashverfilmótor á markað fyrir
Pétur og Pál, auk þess er fram-
leiðslukostnaður margfaldur á
við venjulegan stimpilhreyfil
eins og er í öllum bílum í dag
nema Mazda RX7.
í stimpilvélum og Wankelvél-
inni líka er fljótandi eldsneyti
eins og bensíni blandað í hæfi-
legum hlutföllum saman við loft
í smáskömmtum, kveikt í hverj-
um skammti fyrir sig og hann
brenndur upp, nýr skammtur
tekinn inn í staðinn o.s.frv. í
gashverflinum fer hins vegar
fram stöðugur bruni, engar
einangraðar sprengingar, og
þenslan á loftinu sem hitnar við
samruna kolvetnasambanda
eldsneytisins við súrefni notuð
til að snúa hjóli með spöðum á
rétt eins og þegar við blásum á
rellu á sautjánda júní, í stað
þess að nota hana til að ýta frá
sér stimpli innan í strokk. Þessi
upp og niður hreyfing stimpl-
anna getur ekki annað en skapað
ójafnvægi og titring þegar þarf
svo þar að auki að breyta henni
í snúningshreyfingu. Hjól bíla
fara jú ekki upp og niður eins og
stimplarnir, heldur snúast.
Það sem háir gashverflinum
til notkunar í bíla og komið
hefur í veg fyrir algjöra yfirtöku
hans í fiugvélum er fyrir utan
meiri stofnkostnað - meiri
eyðsla. Hvers vegna?
Bræslumark málma þeirra
sem við notum í hluti eins og
bílvélar er nokkur hundruð stig-
um undir því hitastigi sem skap-
ast við fullkominn bruna bensíns
eða olíu í súrefni. Það kemur
ekki að sök, þar sem bruninn
fer fram á mjög skömmum tíma
og hámarks hitastigið stendur
aðeins í augnablik, ef það nær
því. Þess á milli leiðum við
hitann í burtu með kælivatni eða
lofti og höldum hitastigi málms-
ins örugglega undir bræðslu-
marki. Takist það ekki sem
skyldi eins og stundum gerist
bráðnar gat á vélina eða vélar-
hlutar bráðna saman.
Hvernig verður ástandið þá í
vél þar sem fram fer stöðugur
bruni og ekkert ráðrúm gefst á
milli hitatoppa til að kæla
málminn? Þið sjáið að þar er
vandi á höndum. Það verður að
lækka hitastig gassins sem kemst
í snertingu við veggi vélarinnar
með einhverju móti og leiða
hitann burt eins og mögulegt er
til að hindra bráðnun. Það er
gert til dæmist með því að
blanda í loftið heldur meira af
eldsneyti en fyrir er af súrefnis-
mólikúlum þannig að umfram -
eldsneytið gufi upp og taki þann-
ig í sig varma. Sama hugsun
liggur að baki vatnsinnspýtingu,
það er að lækka hitastig í sprengi-
rýminu.
Sagt á einfaldan hátt er reynt
að koma í veg fyrir fullkominn
bruna-eldsneytisins í súrefuinu
til þess að hitastigið í vélinni fari
ekki upp fyrir hið krítíska
bræðslumark efnanna sem vélin
er smíðuð úr. Að taka varma og
leiða hann í burtu ónýttan er að
henda eldsneytinu sem skapaði
hann og það er ástæðan fyrir
hinni fáránlega lélegu nýtingu
eldsneytis í hreyflum þeim sem
við notum og höfum notað,
aðeins 15 til 20% varmaorkunn-
ar sem sólin lagði í plönturnar
sem við hellum á bensíntanka
bílanna okkar nýtist til að hreyfa
bílinn áfram, og raunar minna
en það. Afgangurinn fer að
mestu út um kælikerfi og útblást-
ur sem hiti, í minna mæli sem
núningsmótstaða og önnur
mótstaða í vél, gírkassa, drifi,
legum o.fl.
Ef hægt væri að nýta allan
varmann sem myndast við bruna
í vélinni okkar í að þenja út
gasið sem þar er og nýta alla
útþensluna í snúningsátak má
með öörum orðum skera eyðslu
niður fimm eða sexfalt! Undir
það hillir nú þegar.
Með því að einangra bruna-
hólfið (sem getur verið í stimpil-
vél, í gashverfli eða bara í venju-
legum ofni) þannig að enginn
varmi sleppi út fer hann allur í
að hita upp það sem inni er, og
við höfum það einhverjar loft-
tegundir, það skiptir ekki máli
hverjar, ailar lofttegundir þenj-
ast út við hitun. Lofttegundirn-
ar þrýsta þá á allt sem fyrir
verður og við beislum þessa
þenslu (sem er margföld við
þann hita sem um er að ræða,
nálægt 1900°á C), til þess að ýta
á stimpil (í stimpilvélinni) eða
spaða (í gashverflum). Ef loft-
tegundirnar ná að kólna áður en
þær ýta á stimpilinn/spaðana,
dragast þær saman og þá erum
við búin að týna orkunni sem fór
í að þenja út/hita upp. Til þess
að ná fullkominni nýtingu þarf
síðan að ná aftur inn í kerfið
varmanum úr því heita lofti sem
fer framhjá stimplunum eða
spöðunum. Það er gert í nýjustu
bílagashverfium með varma-
skipti sem tekur varma úr not-
uðu útblástursgasi og færir hann
yfir í inntaksloftið.
Til þess að nýta sér þessi
einföldu grundvallaratriði fyrir
breytingu varmaorku í snúnings-
orku með loft sem millilið er
gashverfillinn mun betur fallinn
en hinn flókni en ófullkomni
stimpilhreyfill. Nákvæmlega rétt
blanda þarf að vera í brunahólfi
stimpilhreyfils við allar aðstæður
og á einhvern hátt þarf að koma
brunanum (samrunanum við súr-
efni) af stað á nákvæmlega rétt-
um stað og tíma, hvorki fyrr né
seinna.
Gashverfill er gangsettur
þannig að spöðum hans er snúið
til þess að ná upp þrýstingi í
brunahólfið, og þá er einn neisti
gangsetningarkerfis nóg til þess
að setja af stað bruna sem síðan
heldur áfram sjálfkrafa svo lengi
sem eldsneyti er spýtt inn í
brunahólfið. Tap í núningsmót-
stöðu er hverfandi og bruninn er
jafn, ótruflaður og góður. Gas-
hverflar geta brennt hverju sem
að kjafti kemur, ef ekki fæst
ódýr olía á aldamótabílinn þinn
geturðu alvég eins sett á hann
Johnny Walker eða Chanel No 5
5.
Og þá er loksins komið að
lykilorðinu í þessum greinarstúf:
, KERAMIK
1 stað hinna rándýru málma
sem hingað til hafa verið notaðir
til þess að þola álagið í gashverfi-
um, nikkel, króm títaníum og
fleiri kemur algengasta frumefni
jarðar, kísill, raðað upp í efna-
fræðilegar langlokur. Hráefnin í
keramikefni þessu ervenjulegur
sandur og grjót og útkoman er
einskonar ofursterk útgáfa af
brenndum leir. Þessi nýju gervi-
keramikefni hafa svipaðan styrk
miðað við rúmmál og algeng
hersla af stáli, vega um einn
þriðja en fyrst og fremst: Þola
miklu meiri hita. Margir kannast
við plöturnar sem geimferjurnar
bandarísku er klæddar með til
þess að þær brenni ekki upp við
komuna inn í andrúmsloftið,
þessar flísar þola að loga log-
skurðartækis sé haldið að þeim
án þess að það liafi áhrif á þær,
en það sem meira er og gerir þær
enn meira spennandi til okkar
nota er að enginn hiti berst í
gegn um nokkurra millimetra
þykka plötuna, það er alveg
óhætt að halda við hina hliöina
meðan loginn leikur um.
Gashverfiar með spöðum úr
þessu efni hafa þegar verið
reyndir og eru í gangi víða um
heim en enn hefur ekki tekist að
ná nægilega góðri endingu og
framleiðslukostnaði niður.
Meðan rannsóknir halda áfram
á miklum hraða eru þessi efni
aðeins búin til á rannsóknastof-
um. Japanarnir virðast vera
lengst komnir, í næsta mánuði
líklega kemur á markað afgas-
forþjappa frá Mitsubishi með
túrbínuhjól úr einu af þessum
nýju keramikefnum, þannig að
það er þá orðið talið öruggt til
að setja á markað.
Fyrsti gashverfibíllinn er þó
vart væntanlegur á almennan
markað innan áratugs, út frá því
að dæma sem þegar er vitað. í
þeim harða heimi samkeppni
sem bílaverksmiðjurnar hrærast
í er samt sem allra minnst látið
uppskátt um raunverulegan
gang rannsókna á gashverflun-
um og látið nægja að gefa örlitla
nasasjón endrum og sinnum og
yfirlýsingar þess að milli. Það
eina sem vitað er fyrir víst af
Japönum er að þeir eru komnir
mjög langt, hve langt fáum við
ekki að sjá fyrr en þeir vilja
sjálfir. En biðin verður þess
virði.
AA