Альтернативні типи двигунів
тягові двигуни
Обмеження потужності звичайних поршневих двигунів і необхідність розробки двигунів, що поєднують в собі економічність з малою кількістю шкідливих викидів, змушує інженерів розробляти нові форми силових агрегатів.
електрична тяга
Ще багато років тому було зрозуміло, що автомобілі з електричною тягою мають великий потенціал, але на сьогоднішній день різні спроби реалізації автомобіля такого типу не привели до створення такого автомобіля, який би успішно продавався на ринку.
Перш ніж електричний двигун стане серйозним конкурентом двигуну внутрішнього згоряння, необхідно винайти акумуляторну батарею абсолютно нового типу. Вона повинна мати малу масу, бути недорогий і мати можливість запасати велику кількість енергії на одиницю своєї ваги. Ще не винайдено таку акумуляторна батарея, робляться спроби використовувати в якості джерела електричної енергії звичайну свинцево-кислотну акумуляторну батарею.
Оскільки на сьогоднішній день в електромобіль доводиться встановлювати велику кількість свинцево-кислотних акумуляторних батарей, простір, займане цими важкими батареями, велике. В результаті величина пробігу від однієї зарядки і максимальна швидкість автомобіля на електричній тязі малі і тому такі автомобілі отримали мале поширення. Проте, автомобілі такого типу використовуються в деяких областях застосування, наприклад, в якості автонавантажувачів на електричній тязі (автокари).
газова турбіна
Газова турбіна в даний час міцно влаштувалася в авіації, морському флоті і промислових установках, як же двигунів для автомобілів вона досягла набагато менших успіхів. Газова турбіна Ровера була вперше продемонстрована в 1950 році, а в 1952 році при її застосуванні була досягнута швидкість більше 240 км / ч. Є кілька експериментальних гоночних автомобілів з газотурбінними двигунами, але в даний час в широкому продажі немає жодного автомобіля з таким двигуном.
На рис. 34.1 зображена дуже проста модель газової турбіни.

Вал, розташований по осі всередині, кріпиться на підшипниках, а на ньому кріпляться два «вентилятора», по одному поблизу кожного кінця. Обертання валу змушує один з вентиляторів прокачувати повітря уздовж труби, це переміщення повітря призводить до обертання другого вентилятора, на манер вітряка. Розвиваємо другим вентилятором потужність буде достатньою тільки для того, щоб здійснювати привід першого вентилятора, якщо при цьому не буде тертя і ясно, що такий пристрій не може бути використано для приводу будь-якого зовнішнього механізму. Однак, якщо встановити між двома вентиляторами пальник, що проходить через трубу повітря буде нагріватися, що призведе до його розширення. Це призведе до того, що другий вентилятор буде обертатися з більшою частотою обертання, ніж перший вентилятор, і в результаті другої вентилятор буде розвивати потужність більшу ніж це необхідно для приводу першого вентилятора.
Газова турбіна зазвичай містить турбонагнетатель, причому нагнітач (або компресор) подає повітря в камеру згоряння, в якій безперервно згоряє паливо, а потім гарячі і розширюються гази при сильно збільшеній швидкості подаються в турбіну.
На рис. 34.2 наведена проста схема пристрою турбонагнетателя, а на рис. 34.3 зображена камера згоряння двигуна, яка використовується замість звичайної камери згоряння, в якій газ нагрівається шляхом постійного згоряння палива.

У першому випадку газ передає значну частину своєї енергії поршню, перш ніж він потрапляє в турбіну і віддається там невелика кількість енергії досить для приводу турбіни. У газовій турбіні вся енергія, отримана газом від згоряння палива, витрачається на привід турбіни, тобто вона витрачається в значно більшій кількості, ніж це необхідно тільки для приводу компресора. У реактивному двигуні, який використовується в авіації, ця додаткова енергія використовується для створення тяги шляхом випуску гарячих газів через струменевий трубу, після того, як ці гази пройдуть через турбіну. Крім того, вал може бути з'єднаний з будь-яким механізмом, який потребує приводі. У такому вигляді газова турбіна не може бути цілком задовільною для приведення в рух автомобіля, оскільки розвивається крутний момент залежить від оборотів валу компресора, тобто крутний момент буде низьким при низьких оборотах вала компресора і тоді значно зростає роль механізмів, на зразок зчеплення і коробки передач, які використовуються в поршневих двигунах.

Кращі результати можуть бути отримані в разі використання пристрою, зображеного на рис. 34.4. Тут одна турбіна об'єднана з компресором, тоді як інша турбіна встановлена ​​на окремому валу. Тягова турбіна з'єднується з провідними колесами автомобіля. Такий пристрій дозволяє автомобілю залишатися нерухомим, коли тягова турбіна зупинена, а турбіна компресора працює. Крутний момент на вихідному валу, коли тягова турбіна зупинена, а турбіна компресора працює на максимальній швидкості, приблизно в 2-3 рази більше, ніж коли тягова турбіна працює з повною швидкістю, що надає газовій турбіні деякі характеристики системи автоматичної коробки передач із змінним передавальним числом . Наприклад, для автомобіля необхідна четирехступенчатая коробка передач, якщо він обладнаний двигуном внутрішнього згоряння, але йому потрібна тільки двоступенева коробка передач, якщо він оснащений газовою турбіною.
Перші газотурбінні двигуни мали менше відношення потужності, що розвивається до маси, ніж поршневі двигуни, і споживали відносно багато палива. Були зроблені різні спроби для їх поліпшення. Перша полягала в використанні теплообмінника, як схематично зображено на рис. 34.5.

Призначення цього пристрою - повернути частину тепла, зазвичай буря відпрацьованими газами, нагріваючи їм повітря в компресорі, це зменшує кількість палива, яке необхідно спалити для того, щоб забезпечити необхідну підвищення температури. Тим самим було досягнуто значне поліпшення по витраті палива, і деякі сучасні газові турбіни, як заявлено виробниками, мають витрата палива, який можна порівняти з витратою палива двигуном з іскровим запалюванням.
Були випробувані різні типи теплообмінників. Один з розроблених останнім часом складається з двох великих дисків, діаметром приблизно 0,6 м з керамічного матеріалу і мають в собі безліч невеликих поперечних каналів, ці диски розташовуються вертикально по сторонам двигуна і обертаються з оборотами рівними приблизно 1/2000 від оборотів валу компресора . Відпрацьовані гази від тягової турбіни проходять через трубопроводи, в яких розташовуються половини кожного диска, і при проходженні через дрібні канали диска віддають частину свого тепла диску, перш ніж вони видаляються через
випускну систему. Коли диски обертаються, їх нагріті частини потрапляють в інший трубопровід, в якому через ці ж дрібні канали проходить повітря з компресора, попередньо нагріваючись перш ніж він потрапляє в камеру згоряння.
Другий спосіб поліпшення ефективності газової турбіни полягає в підвищенні температури надходять в турбіну газів. В даний час ця температура обмежена величиною приблизно 1000-1500 ° С, через відсутність в даний час матеріалів, які могли б працювати при більш високій температурі, і навіть для таких температур довелося розробляти спеціальні дорогі сплави. Проте, тривають дослідження з керамічними матеріалами, і якщо ці дослідження приведуть до успіху, можна буде використовувати більш високі температури.
Максимальна температура газів обмежується граничною максимальною подачею палива до камери згоряння, в кількості, що забезпечує значно менший співвідношення повітря / паливо, ніж хімічно правильний склад.
Двигун запускається шляхом розкручування валу компресора будь-яким зовнішнім пристроєм - зазвичай електричним двигуном. Коли обороти стануть достатніми для нагнітання повітря в камеру Згорання, включається подача палива і паливо починає безперервно впорскуватися через форсунку в камері згоряння. Горіння ініціюється свічкою запалювання і, раз почавшись, продовжується весь час, поки подається паливо. Вихідна потужність регулюється шляхом зміни швидкості подачі палива. Діапазон обертів компресора становить приблизно від 15 000 об / хв на холостому ходу і приблизно до 40 000-50 000 об / хв. Обороти турбіни змінюються від нуля приблизно до 35 000-40 000 об / хв: тому необхідно мати знижувальну передачу з передавальним числом приблизно 10: 1 між валом тягової турбіни і карданним валом, якщо використовується головна передача зі звичайним передавальним числом.
Головні переваги газової турбіни наступні:
1 Висока вихідна потужність при заданій масі двигуна.
2 Характеристики вихідного крутного моменту дозволяють значно спростити систему трансмісії.
3 Плавне обертання без вібрацій, завдяки відсутності деталей, що здійснюють зворотно-поступальний рух.
4 Ні тертьових деталей (таких, як поршні), завдяки чому майже повністю відсутні внутрішнє тертя і знос.
5 Можливість простого запуску.
6 Можливість використання різних сортів палива, причому немає необхідності застосування дорогих антидетонаційних присадок.
7 Малий витрата мастильних масел.
8 Немає необхідності в системі водяного охолодження.
9 Відпрацьовані гази практично не містять шкідливих речовин.
10 Вимагають малого поточного технічного обслуговування.
У порівнянні зі звичайними двигунами, газові турбіни мають такі недоліки:
1 Високий витрата палива при неповному навантаженні.
2 Двигуну необхідно відносно велике час для розгону від оборотів холостого ходу до нормальних робочих оборотів.
3 Багато місця займає теплообмінник.
4 Водієві важко утримувати постійні характеристики двигуна при тривалому русі з постійною швидкістю.

назад >>