Источники энергии для авто

DENSO › Блог › Из чего это сделано: водородные топливные ячейки

Вода из выхлопной трубы?

Итак, есть еще один вариант того, что можно сжигать в ДВС вместо бензина или дизельного топлива, — это водород. Известно, что продуктом окисления водорода является вода. Сжигаем водород в кислороде, получаем энергию для работы поршней, а на выходе — водяной пар. Ну не прекрасно ли? И все же есть свои нюансы: водород при сгорании выделяет больше тепла, чем нефтепродукты, тем самым чересчур раскаляя двигатель. Кроме того, сгорая с воздухом, а не с чистым кислородом, он создает ряд вредных примесей. Все это не позволяет просто так сжигать водород в ДВС.

Однако есть и другое решение, предусматривающее использование водорода в качестве топлива. Еще 200 лет назад был изобретен генератор, в котором водород, соединяясь с кислородом, производит воду, а «побочным» продуктом реакции становится электричество. В двух словах принцип работы таков: объемная ячейка разделяется на две половины пластиной из особого материала, способного пропускать протоны и не пропускать электроны. В каждой из половин ячейки устанавливаются два электрода, связанные между собой в электрическую цепь. В одну половину ячейки подается водород, в другую — кислород. Катализатор, нанесенный на разделяющую мембрану, активирует реакцию водорода с кислородом; при этом атомы водорода расщепляются на протоны и электроны. Протоны проходят сквозь мембрану и, соединяясь с кислородом, дают воду. А электроны уходят в подсоединенную электрическую цепь, давая ток.

Такие водородно-кислородные топливные элементы уже применялись в космосе: они питали энергией советский многоразовый корабль «Буран».

Из космоса в автомобиль

Топливный элемент такого типа удалось приспособить и для автомобиля, причем один из первых вариантов предложили отечественные конструкторы. Компактный водородный генератор состоит из множества ячеек, принцип работы которых описан выше. Напряжение каждой ячейки низкое — от 0.6 до 1.0 В, но, если соединить ячейки последовательно, можно получить необходимое высокое напряжение.

Дальше всех в этом направлении продвинулись японские инженеры. Совместными усилиями специалистов Toyota и DENSO удалось создать эффективный водородно-воздушный генератор, который стал основой для серийной Toyota Mirai.

Блок управления мощностью (PCU) Toyota Mirai производства DENSO решает, когда и как использовать производимую водородным генератором электроэнергию: часть ее система перенаправляет для хранения в литий-ионную батарею. Эта же батарея дополнительно заряжается и при рекуперации энергии торможения. При необходимости выдачи пиковой мощности (во время старта и разгона) используется как энергия водородного генератора, так и запасы батареи.

Запас хода Toyota Mirai второго поколения составляет внушительные 800 км (по циклу NEDC); при этом время полной заправки длится от 3 до 5 минут, что несравнимо быстрее, чем у электромобиля. Второе поколение Mirai с усовершенствованными топливными ячейками дебютировало на Токийском автосалоне два месяца назад, а уже в 2020 году этот автомобиль поступит в серийное производство.

Когда-нибудь — возможно, и не в столь отдаленном, как нам кажется, будущем — в каталоге DENSO для рынка послепродажного обслуживания автомобилей появятся, например, компоненты управления водородной силовой установкой. А пока в нем представлены более традиционные запчасти, обладающие, тем не менее, оригинальным качеством, надежностью и отличными рабочими характеристиками. Подобрать подходящие запчасти можно в нашем электронном каталоге.

Источник

Источники энергии автомобиля

Для движения автомобиля нужна энергия. Только на спусках или после разгона автомобиль может пройти некоторый отрезок пути без помощи двигателя, расходуя энергию, накопленную за время подъема или разгона. Во всех прочих условиях и для подъема на вершину, с которой начинается спуск, и для разбега источником энергии на автомобиле служит двигатель. На подавляющем большинстве автомобилей — это поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий на жидком нефтяном топливе (бензине, дизельном топливе) или на газе (газогенераторные и газобаллонные автомобили). Существуют также электрические, паровые, газотурбинные автомобили. Впрочем и поршневой двигатель внутреннего сгорания здесь изучать не будем, поскольку применительно к теории автомобиля необходимо знать о двигателе сравнительно немного. Такие разделы теории автомобиля, как устойчивость, управляемость, плавность хода, вовсе или почти не связаны с работой двигателя. Работа двигателя имеет наибольшее значение для динамики и экономики автомобиля.

О двигателе нужно сейчас знать лишь, что дает двигатель для движения автомобиля, т.е. знать так называемые скоростные характеристики двигателя; кроме того, надо знать, в каком количестве двигатель расходует топливо, т.е. знать его так называемую экономическую или топливную характеристику.

Вспомним, что величина мощности означает число килограммов, которые могут быть подняты на высоту 1 м в 1 сек. 1 лошадиная сила — это мощность, необходимая и достаточная для того, чтобы поднять 75 кг на высоту 1 м в 1 сек., а 52 л. с. (мощность двигателя автомобиля М-20 «Победа»), чтобы поднять в то же время на ту же высоту 52 * 75 = 3900 кг. Если ввести в систему передачи пару шестерен с передаточным числом, например 2 (ведомая шестерня вдвое больше ведущей), можно будет поднимать вдвое больший груз, но зато и вдвое медленнее, так что мощность останется неизменной.

Таким образом мощность, переданная к ведущим колесам автомобиля, не может быть больше мощности, полученной от двигателя, какие бы устройства не были применены в системе передачи усилия от двигателя к колесам.

Другое дело — крутящий момент, величина которого равна произведению числа килограммов, которые могут быть сдвинуты рычагом или вращающимся колесом, на длину этого рычага или радиус колеса. Ясно, что, меняя длину рычага или радиус колеса, можно уменьшать или увеличивать момент. Если наибольший крутящий момент двигателя М-20 равен 12,5 кгм, то это значит, что при радиусе маховика этого двигателя, равном 200 мм, можно закрепить на маховике груз, равный 62,5 кг, и стронуть этот груз с места вращением маховика при работе двигателя:

Для того чтобы сдвинуть с места автомобиль, потребуется значительно больший момент, и этот момент можно получить, вводя в систему силовой передачи пары шестерен с соответствующими передаточными числами. Перемещение автомобиля в момент трогания с места будет происходить медленнее, чем происходило бы перемещение груза на ободе маховика.

Скоростные характеристики представляют собой кривые изменения мощности и крутящего момента, развиваемых двигателем, в зависимости от числа оборотов его вала при полной или частичной подаче топлива (дизель) или открытии дроссельной заслонки (карбюраторный двигатель).

Рис. Внешние характеристики двигателей показывает изменение мощности и крутящего момента, разбиваемых при разных числах оборотов вала. Слева — характеристики двигателей легковых автомобилей, справа — грузовых.

Наиболее важной является скоростная характеристика двигателя, построенная для двигателя, работающего при полностью открытой дроссельной заслонке. Такую характеристику называют внешней.

Внешнюю характеристику вычерчивают на основе испытания двигателя на стенде, называемом тормозным.

Принцип испытания может быть объяснен схематически следующим образом:

Во внешней характеристике двигателя наиболее существенными являются самые верхние точки кривой — точки, соответствующие наибольшим (или максимальным) мощности и моменту, которые обычно и записываются в технические характеристики автомобилей и их двигателей; например, для двигателя автомобиля М-20 «Победа»:

В результате большого накопленного опыта по испытаниям двигателей удалось найти формулы, по которым можно строить приблизительную внешнюю характеристику любого двигателя, зная только его наибольшую мощность и соответствующее ей число оборотов вала. Вот одна из простейших и достаточно точных формул для подсчета мощности карбюраторного двигателя (формула С.Р.Лейдермана):

где Nе — искомая мощность при данном числе оборотов;
Nm — наибольшая мощность;
n — данное число оборотов;
nm — число оборотов, соответствующее наибольшей мощности.

Рис. Частичная скоростная характеристика двигателя показывает изменение мощности, развиваемой при различном открытии дроссельной заслонки карбюратора.

Если известны мощность и соответствующее ей число оборотов вала, крутящий момент можно подсчитать по формуле

Если в формулу подставлять значения мощности, подсчитанные по предыдущей формуле, наибольший крутящий момент для современных двигателей получится меньшим, чем в действительности, примерно на 15%.

Скоростные характеристики, построенные для двигателя, работающего при неполном (частичном) открытии дроссельной заслонки, называют частичными.

Экономическая характеристика двигателя отражает удельный расход топлива, т.е. расход топлива в граммах на 1 лошадиную силу в час; эта характеристика, как и скоростные характеристики двигателя, может быть построена для работы двигателя при полной нагрузке или частичных нагрузках.

Рис. Экономические характеристики двигателя М-20 «Победа» при различном открытии дроссельной заслонки.

Важно отметить, что при уменьшении открытия дроссельной заслонки на получение каждой лошадиной силы мощности приходится затрачивать больше топлива. При неизменном положении дроссельной заслонки расход топлива зависит от скорости вращения вала двигателя, причем наименьший расход получается при меньшем числе оборотов вала, чем число оборотов, соответствующее максимальной мощности.

Пользуясь экономической характеристикой двигателя и зная передаточные числа силовой передачи автомобиля, радиус качения колеса и условия движения, можно определить расход топлива автомобилем при движении с данной скоростью.

Приведенное описание характеристик двигателя является несколько упрощенным, но достаточно для практической оценки динамической и экономической характеристики автомобиля.

Источник

Десять самых странных источников энергии для автомобильных двигателей

Какие необычные виды топлива кроме известных, применяются в автомобилях.

Мы с вами живем друзья в уникальное и удивительное время, когда в мире всё в буквальном смысле меняется на глазах. 21 век готов удивлять всех своими технологиями и новейшими достижениями. Но, к большому сожалению, этот век скорее всего запомнится человечеству одним из главных событий в его истории. По прогнозам специалистов и ученых в 21 веке на планете Земля закончится нефть. В связи с этим человечеству необходимо будет найти или открыть альтернативный источник энергии той же самой нефти, что будет давать энергию автотранспорту по всему миру. Но не волнуйтесь господа! В нашем мире на самом деле достаточно различных альтернативных источников этой энергии, которые не дадут нам распрощаться навсегда с прекрасными и удивительными созданиями придуманными человеком, то есть- с автомобилями. Быть может, указанные нами ниже в сегодняшней статье источники энергии станут в будущем основным источником этой энергии для всего транспорта на планете.

10). Дизель / Вода

При проектировании своего шеститактного двигателя Брюс Кровер придумал использовать в нем одновременно топливо и воду. В итоге ему удалось создать реально работающий шеститактный агрегат перемодифицировав для этого обычный четырехтактный двигатель. Смысл данной технологии кроется в следующем, а именно, в подаче воды на цилиндр (цилиндры) двигателя сразу после подачи и воспламенении в нем топлива. В результате чего вода от высокой температуры моментально превращается в пар, который согласно законам той же физики начинает расширяться и толкать этот поршень (поршни). Таким образом, мощность данного мотора увеличивается сразу на 40%. Примечательно здесь другое, что пиковая мощность в таком типе двигателей становится доступна сразу же на низких оборотах. Далее этот пар поступает в испаритель и обратно переходит (превращается) из газообразного состояния в воду, начиная весь цикл заново. Характерно здесь и то, что такой технологией можно оснастить практически любой четырехтактный двигатель, и все это за счет не очень-то дорогой модификации.

9). Древесина

Машина на древесном топливе работает на обычных продуктах сгорания древесины. Так, к примеру, при горении дерева, как мы знаем, выделяется газ, который в дальнейшем подается непосредственно в камеру внутреннего сгорания автомобильного двигателя, где в последующем он воспламеняется как обычное топливо, то есть, как бензин или дизельное топливо.

Самое удивительное другое, для того чтобы заставить любой автомобиль работать на древесине необходимы лишь минимальные изменения под капотом.

Правда при работе на продукте сгорания древесины автомобиль становится маломощным и не имеет той же самой эффективности, которая доступна в транспортных средствах работающих на традиционном нам топливе.

Тем не менее, автомобили на древесном топливе по-прежнему могут ездить очень даже быстро.

Кстати, подобные машины были популярны во время Второй Мировой войны и остаются даже сегодня популярными в некоторых Азиатских странах и на большей части территории Северной Кореи.

8). Кофе

Используя обычные кофейные зерна можно создать побочный продукт, который сможет питать традиционный двигатель внутреннего сгорания. Британец Мартин Бэкон разработал такую технологию, которая позволяет питать двигатель внутреннего сгорания продуктами распада кофе.

Для этого он взял и модифицировал бензиновый мотор, который после переделки смог работать на водороде. а именно, он установил на машине специальный котел куда добавляется кофе. В конечном итоге получилось, что кофе при варке превращалось в побочный продукт водорода (монооксид углерода), который и подавался напрямую в камеру сгорания двигателя.

Чтобы доказать всем, что его технология работает, изобретатель модифицировал автомобиль пикап Ford F-150. В итоге, на необычном топливе Мартину удалось разогнать этот внедорожник до 105 км/час.

Аналогичный эксперимент в последующем был проведен и с автомобилем Volkswagen Scirocco, на котором сам изобретатель проехал расстояние в 345 километров, и это на одном кофе.

7). Лошадь

Может быть человечеству, после того как закончится нефть на планете, вернуться к началу своего истока? Да, да друзья, именно к тому времени, когда люди еще не знали как превратить ископаемые земли в энергию. К тому самому времени, когда для передвижения использовали простую конную тягу. Только эту технологию сегодня в 21 веке необходимо просто усовершенствовать. Например, вместо того чтобы передвигать автотранспорт животными необходимо взять и поместить саму лошадь на специальную беговую дорожку, которая будет встроена прямо в кузов большого размера автомобиля. Эта дорожка, при получении энергии от хода лошади, будет преобразовывать полученную энергию в электричество и передавать ее далее для питания электрического двигателя.

Не верите, что такое сегодня может быть? А зря. Такая экспериментальная машина в мире уже есть. Называется она- Naturmobil. Этот необычный транспорт может разгоняться до 80 км/час и все за счет силы только одной лошади. Единственная проблема состоит в том, чтобы сделать так, чтоб лошадь чувствовала себя комфортно и не нервничала.

6). Механическая тяга за счет педалей

Не нужно никаких сложных систем передач, не нужно также никакой сложной системы охлаждения, даже отпадает необходимость в тяжелом двигателе, чтоб такой автомобиль передвигался по дороге. Для этого нужна всего лишь сила ваших ног и четыре колеса. С помощью данных технологий, которые увеличивают мощность от механического вращения, можно без особых проблем передвигаться на автомобиле при помощи вращения обычных педалей, также как и на велосипеде.

5). Сжатый воздух

После наполнения в течении примерно четырех минут сжатым воздухом специальной пневмосистемы машины Tata OneCAT, можно передвигаться на ней по дороге без двигателя. Эта технология считается в действительности потенциальной уникальной идеей. Существуют даже опытные образцы таких автомобилей. Но имеется также и проблема. Это очень громкий звук исходящий от работы пневмосистемы, который может сильно мешать водителю и пассажирам. Но главная проблема состоит в том, что для наполнения данной пневмосистемы кислородом может понадобиться приличное количество энергии, что в результате делает этот сжатый воздух достаточно дорогим видом энергии для самой автопромышленности.

4). Автомобильный газотурбинный двигатель

В середине 50-х и начале 60-х годов Американская автопромышленность была одержима инновациями и новыми сумасшедшими идеями. Например, компания «Крайслер» придумала и довела практически до совершенства свой газотурбинный двигатель, который мог работать практически на любом виде топлива, начиная от дизельного топлива и бензина, и заканчивая растительным маслом и текилой. Этот газотурбинный мотор был в состоянии развивать мощность до 44 тыс. 500 оборотов в минуту.

Но, как всегда, в этой удивительной технологии есть и недостаток. Это ужасно громкий звук работы двигателя. Но кого это может остановить друзья в будущем, в случае полного отсутствия традиционных видов топлива(?).

3). Ветер

Все мы с вами знаем, как хорошо работает энергия ветра в морях и океанах, приводя в движение корабли. Также всем нам знакома и технология добывания электричества из огромных ветряков, которые устанавливаются сегодня по всему миру. Безусловно, эта технология при желании может быть использована и для питания двигателей автомобилей. Возможно когда-то, в будущем, мы будем использовать такую ветровую турбину и на самих автомобилях, чтобы питать электричеством его электромоторы.

2). Биодизель из различных источников

Этот вид альтернативного топлива считается самым перспективным в смысле качества альтернативы традиционным источникам энергии для автотранспорта. Уже достаточное время во многих странах мира путем перегонки производят биодизельное топливо изготовленного из различных сортов масла, которое добывается из растений и даже водорослей. Также этот биодизель может производиться и из овощей и фруктов.

1). Био-газ метан

Источник

Альтернативное топливо для автомобилей в виде электричества

Этот вид энергии взамен бензина или газа получает все большее распространение. Такое альтернативное топливо для автомобилей имеет перспективное будущее.

Альтернативное топливо для автомобилей — электричество

Оно уже используется в полностью электрических моделях машин, гибридных и плагин-гибридных силовых установках автомобилей.

Электричество как альтернативное топливо для автомобилей

Машины, использующие для своего движения электрическую энергию, применяют ее по-разному. В связи с этим они отличаются между собой конструкцией силовой установки.

Электромобиль

Это машина, использующая для движения только электрическую энергию. Она накапливается и хранится в специальных аккумуляторных батареях.

В зарубежных источниках информации автомобили обозначаются аббревиатурой «BEV» (battery electric vehicle) — автомобиль на электрической батарее.

Так устроен электромобиль

В таких транспортных средствах нет и не может быть двигателя внутреннего сгорания. Вместо него – только электромотор (один или несколько), который приводится в работу энергией аккумуляторных батарей.

Преимущества электромотора перед ДВС

Во-первых, это превосходный крутящий момент, доступный практически сразу после нажатия на педаль газа. Машины, использующие альтернативное топливо для автомобилей, могут очень быстро стартовать. Из положения полного покоя скорости 100 километров в час они достигают буквально за считанные секунды.

Во-вторых, незначительное количество движущихся составляющих, что делает электромобили значительно проще в обслуживании. В-третьих, электродвигателю не требуется периодическая замена масла и заправка жидким топливом.

Наконец, зарядка аккумуляторной батареи обходится значительно дешевле – от одной трети до половины стоимости заправки бензином.

Кроме этого, одним из преимуществ электромобиля является возможность зарядить аккумулятор от возобновляемых источников энергии. Например, от солнечных лучей. Для этого нужно иметь солнечные панели, использование которых набирает популярность.

Недостатки электромобиля

Основным из них является небольшой пробег на полном заряде батареи без дополнительной подпитки электроэнергией. Такое альтернативное топливо для автомобилей по этому параметру пока не может показать достойный результат. Основная масса доступных по цене машин на электрической тяге способна проехать не более 160 километров.

Есть исключения. Например, американский электромобиль Tesla Model S, у которого этот показатель значительно выше. Он составляет около 470 километров. Но это дорогой вариант. Более доступная модель — Tesla Model 3 имеет запас хода не менее 350 километров.

Электромобиль Tesla Model S

Сегодня создание и совершенствование электромобилей идет высокими темпами. Разработчики и производители делают всё, чтобы подтянуть этот показатель под среднестатистический для традиционных автомобилей.

Недостаток в виде дефицита зарядных станций постепенно уходит в прошлое и перестает быть проблемой. Уже есть терминалы, где пополнить электроэнергией аккумулятор можно за несколько десятков минут.

Дороговизна машин, использующих альтернативное топливо для автомобилей, также пока является сдерживающим фактором их распространения. Она преодолевается двумя путями.

Во-первых, во многих странах действуют льготные программы для приобретения. Во-вторых, создатели электрокаров работают над удешевлением батареи, как основной составляющей стоимости «зеленого» транспортного средства.

Машины с увеличенным запасом хода

Это по сути традиционные электромобили с возможностью подзарядки аккумулятора от небольшого топливного генератора. Он входит в состав силовой установки.

К вращению колес этот агрегат не имеет никакого отношения. Его включение в работу происходит тогда, когда заряд батареи истощается и необходимо его пополнить.

Электромобили, имеющие увеличенный запас хода, обозначается REEV (range extended electric vehicle). Можно также встретить и несколько другое их обозначение – REX или EREV.

Без подзарядки аккумулятора такой автомобиль проезжает немного – примерно от 50 до 150 километров. Дальше необходима работа генератора, чтобы выработать альтернативное топливо для автомобилей и пополнить емкости батареи. Естественно, что здесь не обойтись без использования бензина.

Преимущества и недостатки электромобилей с увеличенным запасом хода

Среднестатистические цифры говорят о том, что на этих машинах заряда аккумулятора хватает на целый день поездок.

А если вам пришлось ехать больше – включается бензиновый мотор, и остается следить за тем, чтобы в бензобаке не было пусто. В качестве проблемы таких машин остаются вопросы по обслуживанию ДВС.

Автомобили – гибриды (HEV)

В них блок аккумуляторных батарей может заряжаться только от ДВС, которым оснащена машина. Используя альтернативное топливо для автомобилей (возможности батареи), пробег составит всего от полутора до двух километров. В этой связи назвать такие машины электромобилями будет некорректно.

В чем их преимущество и недостаток

Главное здесь в расходе топлива. На 100 километров пробега он значительно меньше, чем у традиционного автомобиля. Для примера – гибрид Toyota Prius в городском цикле перемещения потребляет всего 4,7 литра бензина.

Устройство гибрида

Недостатком считается более дорогое обслуживание, чем других машин, где для движения используется электричество. Тем не менее, многие производителя автомобилей занимаются их выпуском.

Это в первую очередь Toyota, Ford, Honda, Hyundai. С такими силовыми установками они производят, как седаны, хэтчбеки, так и внедорожники.

Альтернативное топливо для автомобилей — плагин-гибриды

Эти машины обозначаются в англоязычном варианте как PHEV. Их отличие от гибридов в том, что проехать на электромоторе они могут около 35 километров. Батарея и электродвигатель таких машин мощнее, и заряжать аккумулятор здесь можно от внешней питающей сети.

Особенностью плагин-гибридов является специфика подключения в работу ДВС. Это происходит, если водитель резко ускоряется, и достаточно сильно нажал на педаль газа.

Porsche Cayenne E-Hybrid использует в своей силовой установке альтернативное топливо для автомобилей в виде электричества

Причем, такое случится, даже если аккумулятор плагин-гибрида в это время достаточно заряжен. Модели REEV никогда не включат ДВС в работу, пока батарея не разрядится.

Производители таких машин практически те же, что и гибридов. Среди марок — Toyota Prius Plug-in Hybrid, Honda Accord Plug-in Hybrid, Ford Fusion Energi.

Недостатки

Плагин-гибриды, использующие электричество как альтернативное топливо для автомобилей, требуют ухода за двигателем традиционной конструкции.

Автор: Сергей Морозов

Внимание! Это статья защищается законом об авторском праве в цифровую эпоху (DMCA). Запрещается любое копирование без моего разрешения.

Источник