.jpg)
В этой статье я буду говорить о гибридных автомобилях. Это не обзор существующих образцов, а обоснование целесообразности такого подхода. Я расскажу также о видах топлива, на которых могут работать поршневые двигатели и о том, как получить такое топливо самыми простыми способами. И кратко о том, почему поршневые двигатели не уйдут так быстро или почему могли бы остаться.
В момент написания статьи я работаю в академическом заведении и знаю какие есть возможности у человечества для получения энергии. До работы здесь я понимал, что важен не сам способ получения энергии, а метод её использования. Я понимал, что прогресс идёт определенным путём и пока мы не научимся грамотно использовать энергию, мы не сможем по достоинству оценить и альтернативные способы её получения. Альтернативных способов достаточно, но есть и ещё одно но, что сдерживает их применение. В РАН работают люди, которые знают как сделать тот или иной прибор и постоянно придумывают новые. Но они не могут воплотить свои идеи. Дело не в том, что они не знакомы с программами конструирования и инженерного анализа, они не знакомы с возможностями современной обработки материалов, а иногда и с самими современными материалами. Современные изделия должны быть комплексными, а институты хорошо разбираются только в отдельных узлах такого комплексного устройства.
Производственники знакомы с современными материалами и способами обработки этих материалов. Но, они не знают что можно из этого сделать.
Поэтому, перед теми, кто хочет создать новое устройство, нужное людям, задача стоит непростая. Нужно не только понять что именно нужно людям, нужно провести междисциплинарное исследование, объединить разные институты, конструкторские бюро и производственные предприятия.
Кстати, если мы делаем продукт в России, в современных условиях мы должны ориентироваться на российские НИИ, российские производства, российские материалы и комплектующие.
Давайте для примера возьмем востребованный продукт и попытаемся с минимальными затратами из того, что есть, попробовать его спроектировать. В процессе проектирования будем идти самым простым путем и узнаем возможно ли это.
Я обещал рассказать про гибридные машины, давайте попробуем спроектировать именно её. Для простоты расчетов, автомобиль будет приводится в движение электрической машиной (электродвигатель), а источником энергии будет восьмиклапаный ДВС от жигулей.
Вы спросите : "В чем прикол? Для чего нужны такие сложности?" Всё дело в том, что ДВС(двигатель внутреннего сгорания) имеет определенную дельту оборотов и нагрузок, при котором износ его деталей минимальный. Также, ДВС имеет ещё меньшую дельту режимов работы с оптимальным соотношением оборотов и нагрузки. Для нашего ДВС, это 3000 оборотов в минуту при максимальной нагрузке. На других режимах он будет работать с меньшим КПД и иметь меньший моторесурс. Какие бы механические трансмиссии мы не использовали, наш ДВС в реальных режимах работы будет вынужден чаще работать в неоптимальных режимах.
Электрическая машина электродвигатель имеет значительно больший диапазон оптимальных режимов работы, в которых его КПД значительно превосходит КПД ДВС даже в самых оптимальных режимах. Вы спросите :" Тогда для чего нам ДВС? Не проще обойтись без него, а энергию подучать другими путями?". Да, конечно, ДВС устарел ещё в 2004 году когда закончилась 3 научно-техническая революция, именно тогда ДВС достиг пика своего развития. Однако, на сегодняшний день ДВС очень распространён. В мире существует несколько сотен миллионов ДВС. Производство этих двигателей отлажено и они больше не будут дорожать, никогда. Конечно, существуют и другие способы трансформации энергии, большинство из них я знаю. Однако, пустить их в массовое производство, тем более в нашей стране пока весьма затруднительно, а мы договорились идти простейшим путем.
Итак, что мы имеем. ДВС от жигулей и электродвигатель. В связке они образуют электрогенератор. Почитав литературу типа такой, мы помещаем наш ДВС на стенд и находим оптимальный режим его работы (обороты и крутящий момент). По результатам исследования мы подбираем электродвигатель, который будет работать как генератор и соединяем их через эластичную муфту. Современные электрические машины могут работать с КПД до 98 процентов. Колеса будут крутиться от другого электродвигателя через редуктор, установленный вместо коробки передач. В результате такого усовершенствования, наш автомобиль прибавит в весе несколько десятков килограмм. Зато КПД преобразования энергии топлива удвоится. То есть наш автомобиль будет ехать вдвое резвее и вдвое меньше кушать топливо, как минимум. Конечно, мы всё просчитаем более точно прежде, чем приступать к действию.
Я обещал рассказать про топливо. Так как мы делаем готовый продукт автомобиль, мы можем ввести инновационные фишки везде, но не забывать, что в рамках статьи, мы условились делать всё минимальными средствами. Перед топливом, я хотел бы внести горькую нотку в весь этот прожект. Чтобы всё это работало как надо, нам нужен буфер электрической энергии аккумулятор. Он будет выполнять несколько функций: подключать ДВС для зарядки самого себя, рекуперировать энергию при торможении и обеспечивать нам возможность быстрого старта. Почему нотка горькая? Потому, что батареи сейчас либо тяжелы, либо дороги и в нашей стране нормальные аккумуляторы не производятся. Однако, прежде чем окончательно поставить крест нашему проекту, мы внимательно считаем, всю систему и оказывается, что от восьмиклапанного двигателя от жигулей, подключенного по такой схеме вполне может ехать автобус. Это звучит фантастично, но мы внимательно всё просчитаем и убедимся в том, что в целом это так, но нужна довольно большая и мощная батарейка.
А теперь о топливе. ДВС может работать и на метане, и на угольной пыли, а в нашем проекте он будет работать на опилках. Это в меру фантастично, но 70 лет назад машины вовсю ездили на этом топливе, смогут и сейчас. За годы коммунизма, на просторах нашей страны образовались горы опила. Это самое видное наследие, но мы не можем его оставить, так как эти горы выделяют весьма вредные диоксины. Возможно, что вреда от них больше, чем от менее заметного наследия, бочки с химическими и радиоактивными отходами на дне болот. Мы будем использовать эти опилки. Также наш пепелац будет ездить на пеллетах и просто на дровах. При самой неудачной установке по конверсии топлива, мы сможем проехать 100 км на 5 кг опилок. Пеллеты конечно интереснее, так как они стабильнее и их проще дозировать, но они стоят денег.
Итак, наш перегонный аппарат производит водяной газ и направляет его в ДВС. Суть проста. Если пропускать водяной пар через угли или опил без доступа воздуха под давлением, то на выходе будет водород и углекислый газ. Если в реакторе будет присутствовать железо, в месте прохода пара, то это будет процесс Фишера-Тропса и на выходе будет метан или любой другой углеводород кроме ацетилена. Мы можем пускать в двигатель как водород, так и метан. Водород более чистый и энергоемкий, но он негативно влияет на металлы и ресурс у ДВС сильно снизится.
Таким образом небольшой автобус может проехать 1000 км на паре мешков опила.