761 subscriber

Будущее — за электро трансмиссиями

36k full reads
Будущее — за электро трансмиссиями

Преимуществ у электро трансмиссии много. Взять хотя бы для примера характеристики электромотора, идеальные для автомобиля. Он выдаёт максимальную мощность на любых оборотах. Как следствие, чем ниже обороты, тем больше крутящий момент. Максимума он достигает при оборотах равных нулю. Именно поэтому тепловозы могут сдвинуть с места состав массой многие тысячи тонн. Электромотор не надо запускать и заставлять его работать на холостом ходу. Он всегда готов к работе. Становятся не нужны такие сложные и дорогостоящие агрегаты, как коробка передач или вариатор.

Самый же значительный козырь – рекуперация. Это способность запасать энергию торможения в аккумуляторе, что в условиях городского движения значительно экономит топливо.

 Схема работы гибрида с электро трансмиссией
Схема работы гибрида с электро трансмиссией

Схема работы гибрида с электро трансмиссией проста: автомобиль всегда едет только на электротяге. При разрядке аккумулятора запускает двигатель для пополнения заряда. Массовый выпуск автомобилей с такой схемой сдерживается двумя факторами:

1. Промышленность не готова массово перейти к новой трансмиссии.

2. Пока нет недорогих аккумуляторов большой ёмкости.

Однако перспективы весьма не плохие. В не далёком будущем, с освоением технологий, электро трансмиссия станет дешевле автоматической коробки хотя бы потому, что она проще в изготовлении.

Более того: с электро трансмиссией сильно упростится ДВС. Поскольку он нужен только для зарядки аккумулятора, при пуске он должен сразу выходить на режим максимальной мощности. Либо – для экономии топлива – максимального момента. Это значит нет надобности организовывать его работу на переменных режимах, ту самую, которая и есть головная боль конструкторов, ради которой изготавливают многоклапанные двигатели, впускные коллекторы переменной длины, управление фазами газораспределения, двойной наддув и прочее. Двигатель, работающий в узком диапазоне оборотов намного проще, а значит дешевле. Можно вообще обойтись без клапанов, распредвалов, и даже без шатунов и коленвала!

Свободный поршень

Это «двигатель со свободным поршнем» (FPE)
Это «двигатель со свободным поршнем» (FPE)

Это «двигатель со свободным поршнем» (FPE). Его особенность в том, что движение поршня определяется не механической связью, а соотношением нагрузки к силе расширяющихся газов. Устроен он просто. По сути, это труба с глухими концами, внутри которой скользит поршень. На каждом конце трубы – форсунка, свеча, впускное и выпускное окно. Движущаяся деталь всего одна. Поршень в таком двигателе движется линейно, возвратно-поступательно, между двумя камерами сгорания.

Схема двигателя со свободным поршнем (FPE)
Схема двигателя со свободным поршнем (FPE)

КПД такого мотора теоретически больше 70%. Он легок и прост в производстве, а, значит, дешев. Но не смотря на то, что этот двигатель известен почти сто лет, распространения он не получил. Причин этому несколько, и самая главная состоит в том, что до последнего времени было совершенно неясно, как снять мощность с поршня, летающего внутри гильзы с частотой 20000 раз в минуту.

Решение нашел профессор Питер Ван Блариган. Он просто встроил в поршень мощные магниты из неодимового сплава, а на цилиндре поместил медную обмотку. Он построил опытный образец, двухтактный линейный генератор под названием FPLA, мощностью 40 кВт. Термический КПД генератора, работающего на пропане, 56%! Этот двигатель может работать не только на пропане, но и на бензине, водороде, солярке, спирте и т.д.

Но в каждой бочке меда встречается своя ложка дёгтя. В случае с FPLA это стала проблема  управления поршнем. В обычном двигателе верхняя мертвая точка поршня задается геометрией кривошипно-шатунного механизма, а в линейном она зависит от степени сжатия и скорости сгорания топливовоздушной смеси. Иными словами, поршень тормозит, создавая давление в камере. Получается, что  длительность тактов и верхняя мертвая точка могут меняться. Это значит, что при неточной работе форсунки поршень или остановится, или ударится в стенку.

Для такого двигателя нужна быстродействующая система управления. Это сложно, но выполнимо. В конце концов, процессоры сейчас весьма мощные и дешевые, а поршень можно тормозить магнитными катушками цилиндра. Не исключено, что полноценный прототип генератора с готовой системой управления будет готов к концу этого года. КПД обещан грандиозный — 50%.

Объяснить причины столь высокого КПД просто. У двигателя Ван Бларигана практически нет паразитных потерь, поскольку нет инерции вращающихся масс. На поршень не действуют боковые силы, которые прижимают его к стенкам цилиндра. Нет подшипников коленвала, шатунов, поршневых пальцев, распредвала,  клапанов. Более того: на каждый цикл работы двигателя приходится два рабочих такта!

Разумеется, на моторе FPLA свет клином не сошелся, есть и другие интересные проекты. Факт в том, что автомобилестроение стоит на пороге революционных изменений: грядет упрощение ДВС и электрической трансмиссии. В отличие от всевозможных бирюлек и феничек, которые автопроизводители так любят нам с вами втюхивать. Давайте будем отличать цветные стекляшки от бриллиантов.