Didelio našumo generatoriai hibridinėms transporto priemonėms

Netradicinė variklio konstrukcija patraukia dėmesį kaip galima alternatyva vandenilio kuro elementams arba įprastiniams varikliams kai kuriose hibridinėse transporto priemonėse. Vadinamas laisvo stūmoklio varikliu, jis gali būti naudojamas elektros energijai gaminti taip pat efektyviai kaip kuro elementai, tačiau kainuoti pigiau.

Stūmoklio galia: Netradicinės konstrukcijos variklio strypas su stūmokliais abiejuose galuose yra tarp dviejų degimo kamerų. Magnetai strypo centre juda pro metalinius ritinius (oranžinius), kad sukurtų elektros srovę.

Laisvųjų stūmoklių varikliai nėra naujiena: jie buvo išrasti 1920-aisiais. Tačiau pastaruoju metu padidėjęs dėmesys hibridiniams automobiliams paskatino vis daugiau mokslinių tyrimų grupių ir automobilių gamintojų pradėti tyrimų programas, skirtas technologijai kurti. Skirtingai nei įprastuose varikliuose, tarp stūmoklio ir alkūninio veleno nėra mechaninio ryšio (taigi ir pavadinimas laisvas stūmoklis). Kadangi konstrukcija leidžia pagerinti degimą ir mažesnę trintį, varikliai gali būti daug efektyvesni gaminant elektros energiją nei įprasti generatoriai ar naujesnė kuro elementų technologija.

Pigus ir efektyvus elektros gamybos būdas tampa vis svarbesnis, nes automobilių gamintojai kuria elektrines transporto priemones su įtaisytais generatoriais, kad būtų galima įkrauti akumuliatorių ir padidinti atstumą. Tokios transporto priemonės, vadinamos serijiniais įkraunamais hibridais arba išplėstinio nuotolio elektrinėmis transporto priemonėmis, bus parduodamos nuo 2010 m. pabaigos. (Spustelėkite čia norėdami palyginti skirtingus hibridinių ir elektrinių transporto priemonių tipus.) Pirmojoje bus naudojami įprastinių variklių generatoriai. Tačiau vėlesniuose modeliuose galėjo būti kuro elementų ar kitų netradicinių generatorių, tokių kaip laisvo stūmoklio varikliai.

Galimas didelis laisvųjų stūmoklių variklių efektyvumas suteikia jiems pranašumą prieš įprastus generatorius, o galimybė naudoti įvairius degalus yra pranašumas prieš vandenilio kuro elementus. Be to, laisvo stūmoklio varikliams nereikia brangių medžiagų, tokių kaip platininiai katalizatoriai, reikalingi kuro elementams, todėl jie taip pat gali būti pigesni.

Tokie automobilių gamintojai kaip GM, Lotus ir Volvo pradėjo tirti galimybę tokius variklius naudoti būsimose transporto priemonėse. Tuo tarpu per pastaruosius porą metų vis daugiau akademinių tyrimų grupių pradėjo kurti variklius. Iki šiol dauguma daugiausia dėmesio skyrė kompiuteriniam modeliavimui. Išimtis yra Sandijos nacionalinės laboratorijos tyrimų grupė, vadovaujama Sandia tyrinėtojo Peteris Van Blariganas kuri išbandė laisvųjų stūmoklių variklių fizinius komponentus. Jis surenka pilną laisvo stūmoklio variklio prototipą – projektą, kurį tikisi užbaigti per metus.

Įprastuose vidaus degimo varikliuose keli stūmokliai per strypus yra sujungti su alkūniniu velenu, kuris per transmisiją varo ratus. Laisvųjų stūmoklių varikliai panaikina alkūninį veleną: stūmokliai su niekuo nesusieti. Vietoj to, du priešingi stūmokliai tiesiog juda pirmyn ir atgal kameroje. Norint gaminti elektrą, stūmokliai gali būti aprūpinti magnetų eilėmis, kurios praeina pro metalines rites, kad sukurtų elektros srovę.

Van Blarigano eksperimentai rodo, kad šie varikliai gali būti 50 procentų efektyvūs gaminant elektrą – artimi vandenilio kuro elementų efektyvumui ir daug efektyvesni nei įprasti generatoriai. Laisvųjų stūmoklių varikliai iš dalies yra veiksmingi, nes juose yra mažiau judančių dalių nei įprastuose varikliuose. Variklio konfigūracija taip pat leidžia praktiškai sureguliuoti variklį taip, kad degalai degimo kameroje sudegtų labai greitai. Greitesnis degimas leidžia varikliui gauti daugiau darbo su tam tikru degalų kiekiu, todėl padidėja efektyvumas. Tai taip pat gali pagerinti emisijas.

Laisvo stūmoklio konstrukcija taip pat gali leisti variklį akimirksniu optimizuoti įvairiems degalams, tokiems kaip vandenilis, gamtinės dujos, etanolis, benzinas ir dyzelinas. Idealiu atveju vairuotojai galėtų naudoti bet kokius pigius ir lengvai prieinamus degalus.

Tačiau laisvųjų stūmoklių variklių kūrimas vis dar yra ankstyvoje stadijoje. Laisvasis stūmoklis turi keletą unikalių savybių – paprastumo ir kintamo suspaudimo – todėl jis intriguoja, sakoma. Garis Smitas , GM jėgos pavaros sistemų tyrimų laboratorijos mokslo direktorius. Tačiau [jie] taip pat kelia nemažai iššūkių.

Van Blariganas teigia, kad vienas iš didžiausių rūpesčių yra variklių garsas: greiti sprogimai yra labai garsūs ir juos bus sunku nutildyti. Bet turbūt didžiausia problema yra kontrolė. Įprastame variklyje stūmoklių judėjimą riboja strypai ir alkūninis velenas, kurie padeda išlyginti bet kokius ciklo pokyčius. Laisvo stūmoklio variklis yra lankstesnis. Tai leidžia naudoti skirtingus degalus, tačiau būtinas tam tikras aktyvus valdymo mechanizmas, užtikrinantis, kad kiekvienas ciklas būtų vienodas: dėl svyravimų gali prastai veikti ir padidėti išmetamųjų teršalų kiekis. Didelės spartos kompiuteriai ir galimybė elektroniniu būdu valdyti stūmoklio judėjimą laisvo stūmoklio generatoriuje (per ritinius ir magnetus) galėtų padėti inžinieriams išspręsti šią problemą.

Neaišku, ar varikliai bus žymiai pigesni ir efektyvesni nei įprasti varikliai, neaišku Džonas Heivudas , MIT mechanikos inžinerijos profesorius. Buvo pakankamai plėtros, kad būtų galima pasakyti, kad tai veikia. Tačiau dėl labai skirtingos geometrijos variklio sunku suprasti, koks jis geras. Ar tikrai geriau? Vykstant tyrimams, reikės atsakyti į klausimus apie efektyvumą, emisijas, našumą ir ypač kainą, sako Heywood.

Tuo tarpu įprasti vidaus degimo varikliai vis gerėja, todėl laisvo stūmoklio konstrukcijai gali būti sunku įsitvirtinti.

paslėpti