Двигатели
внутреннего сгорания

 
         

 

Главная
Основы конструирования
Расчеты
Силы и моменты
Поршневая группа
Шатуны и штоки
Коленчатые валы
Подшипники
Система газораспределения
Корпусные детали
Анализ конструкции
Устройство и
принцип действия

КШМ
ГРМ
Система смазки
Система охлаждения
Система питания
Система зажигания
Пуск двигателей
Увеличение мощности
Разное

АККУМУЛЯТОРНЫЕ СИЛОВЫЕ УСТАНОВКИ

Реальная ограниченность запасов традиционного топлива для двигателей внутреннего сгорания и влияние продуктов сгорания на загрязнение окружающей среды токсичными веществами постоянно стимулируют поиск силовых агрегатов для транспортных средств, использующих энергию, создаваемую стационарными установками (тепловыми и атомными электростанциями, технологическими установками и т. п.), и способов создания возимого запаса (аккумулирования) энергии, достаточно для перемещения автомобиля в период между регенерационными циклами (циклами зарядки аккумуляторов).
Недостатком любого аккумулятора является его масса и габарит, которые прибавляются к массе и габариту собственного двигателя, поэтому в качестве основного критерия для сравнения различных аккумуляторов можно выбрать удельную энергоемкость, приходящуюся на единицу массы или объема. Ниже приведена таблица удельной энергоемкости для наиболее типичных аккумуляторов энергии.
кВт-ч/кг              кВт-ч/м3
Сжатый воздух..................20  20
Маховик , .........20        80
Свинцовый аккумулятор..........20—35              50
Серебряно-цинковый.......100               150
Тепловой . ... .......         150—200             200—530
Постоянно ведется поиск путей использования энергии, накопленной вращающимся маховиком. Уже в 30-е годы нашего века по
горным дорогам Швейцарии ездили гиробусы — автобусы с маховиком, который раскручивался электродвигателем во время остановок. В настоящее время созданы экспериментальные образцы городских автобусов с комбинированной силовой установкой — двигатель внутреннего сгорания и гиромотор, которые на окраинах города используют обычный ДВС, работающий в том числе и для подкрутки маховика. Такая комбинация оказалась более удачной, чем двигатель внутреннего сгорания и свинцовые аккумуляторы, поскольку маховик обладает примерно равной массовой удельной энергоемкостью, а для его изготовления не требуются дефицитные материалы. Вместе с тем любой комбинированный силовой агрегат приводит к увеличению непроизводительного расхода топлива, затрачиваемого на перемещение собственной массы автомобиля (а она составляет от 70 до 40% полной массы в зависимости от типа автомобиля).
Что касается использования электрических аккумуляторов для энергосиловой установки автомобиля, то этот вопрос .подробно рассматривают в курсе электрооборудования автомобиля. Здесь мы хотели бы отметить только то, что поршневой двигатель внутреннего сгорания рассчитывают на некую номинальную мощность, которая для него является и максимальной, тогда как электрический двигатель с определенной номинальной мощностью может выносить кратковременные 2—3-крат.ные перегрузки. В этой связи для электромобиля выбирают двигатель с номинальной мощностью, соответствующей мощности, затрачиваемой при средних эксплуатационных нагрузках. А максимальная мощность, требующаяся по условиям движения, реализуется уже с перегрузкой электродвигателя. Поэтому сам электродвигатель может быть значительно легче и меньше по габаритам, чем двигатель внутреннего сгорания. Массовые и габаритные параметры такого энергосилового агрегата будут в основном определяться массой и габаритами аккумуляторов.
Весьма перспективными с точки зрения будущего использования на транспорте представляются так называемые топливные элементы, где окисление (или сжагание) топлива сопровождается возникновением электрического тока. В данном случае под топливом понимают любое окисляемое вещество, в том числе, например, углерод. Особая привлекательность -топливных элементов заключается в том, что в них, по меньшей мере теоретически, может быть обеспечено почти 100%-ное преобразование выделяющейся при реакции энергии в электрический ток, тогда как термический КПД двигателей внутреннего сгорания не превышает 30—40%.
Классическим примером топливного элемента, разработанного советским ученым О. К. Давтяном в конце 50-х годов, является элемент, в котором используется принцип окисления водорода. Схема его показана на рис. 13.5. Через пористые электроды подводится топливо (водород) и окислитель (кислород). Электролитом является 25%-ный раствор едкого кали. При замыкашш цепи отрицательные гидроксильные ионы (ОН-) электролита натравляются к
«водородному» электроду, где и соединяются с водородом с образованием воды. При этом в цепь отдается электрон. У положительного электрода ион калия отдает свой заряд, реагируя с водой электролита с образованием КОН, а атомы водорода реагируют с подаваемым кислородом, образуя воду. Такой элемент, работающий при нормальном давлении и температуре 60—90°С, имеет КПД 60— 65%. Теоретически достижимо напряжение 1,23 В. Реально при напряжении 0,75—0,8 В элемент дает плотность тока 250—350 А/м2.
Удельная масса таких элементов составляет около 0,04 кг/Вт.
Фирмой «Дженерал электрик» были разработаны аналогично действующие элементы с твердым электролитом— дисками из кремнийорганиче-ских ионообменных смол. Разработаны также элементы, использующие в качестве «топлива» сжиженные низкомолекулярные углеводороды. Элементы работают при высоких температурах с электролитом в виде сплава углекислых соединений натрия, калия и лития. Окислителем служит воздух. Такие элементы имеют напряжение 0,42 В при плотности тока 320 А/м2. Удельная масса такого элемента пока очень высока и составляет около 0,1 кг/Вт. Ведутся работы по созданию элементов с использованием в качестве топлива гидразина, амальгамы (ртутного раствора) натрия и других элементов.
Основным препятствием широкого использования топливных элементов помимо большой удельной массы (но существенно меньшей, чем у свинцовых аккумуляторов) является необходимость использования драгоценных металлов или редкоземельных элементов в качестве материала для электродов, которые должны обладать высокой коррозионной стойкостью и играть роль катализаторов. Кроме того, для нормальной работы топливных элементов требуются достаточно сложные системы регулирования температуры и давления, концентрации электролита, отвода продуктов реакции (воды). Все это еще более увеличивает массу энергосиловой установки с рассматриваемыми элементами.
Современный уровень развития топливных элементов не позволяет использовать их в качестве энергосиловых установок на безрельсовом транспорте, хотя отдельные экспериментальные образцы автомобилей и тракторов с элементами уже были созданы. Тем не менее интенсивные исследовательские работы, которые ведутся в этом направлении в нашей стране и за рубежом, позволяют рассчитывать на успешное решение в будущем поставленной задачи.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 



  Разработано специально для liciss.ru, все права защищены.
Копирование материалов сайта разрешается только с указанием прямой индексируемой ссылки на источник.