Виды и перспективные моторы: Обзор технологий и развитие двигателей в будущем. Часть 6
Способен ли традиционный двигатель, если его чуть-чуть доработать, стать мощнее и при этом стать надежнее, расходовать меньше топлива, не загрязнять окружающую среду? Именно над этим работают исследователи.
ВАЖНО! Сейчас есть много альтернативных вариантов двигателей, кроме тех, которые уже представлены на рынке. Транспорт развивается бурно. И ученые должны изобретать новые виды двигателей, которые экологически безопасные и получают энергию, не связанную со сжиганием углеводородов. Одной из таких решений применение энергии сжатого воздуха, а не бензина.
Моторы пневматические и гидравлические
Двигатели как гидравлические, так и пневматические используют, прежде всего, на подъемно-транспортных машинах. И у них масса достоинств:
- Модели разнообразного исполнения.
- Маленький вес.
- Простая конструкция.
- Большой диапазон частоты вращения.
- Плюс ко всему взрывобезопасность.
ВАЖНО! Всё это аргументы в пользу широкого применения таких двигателей. Но главное преимущество пневматического двигателя – это его высокие удельные характеристики. Они составляют примерно 1/5 массы или 1/3 размера электродвигателя с подобными показателями. Это очень важно для робототехнических систем, а также станков с числовым программным управлением.
Пневматические приводы весьма надежные. Внутреннее избыточное давление не позволяет попасть в них грязи и пыли. При износе необходимо всего лишь заменить лопасти, которые обходятся дешево. Ремонт тоже простой.
Во французской компании MDI (Motor Development International) даже разработали первый серийный пневмомобиль. Микрокар Airpod очень похож на футуристическую капсулу с иллюминаторами, которые откидываются вверх, и прозрачными дверями.
Всего одна заправка, и Airpod может преодолеть 200 км по городу. На процесс заправки уходит только 2-3 минуты, а 100 км пути обойдутся очень дешево. Вес автомобиля 220 кг. Причем треть из них – это баллоны со сжатым воздухом.
ВАЖНО! Разработка инженеров из Франции понравилась в автоконцерне ТАТА. Автопроизводители из Индии купили права на выпуск Airpod. Они намерены широко применять двигатели на пневмоприводе. Вряд ли двигатели на сжатом воздухе сразу же станут полноценной заменой двигателям внутреннего сгорания, хотя, конечно, у них хороший потенциал.
Преобразователи пьезо- и термоэлектрические
Пьезоэлектрические датчики используют, когда нужно получить электрические заряды, которые образуются на поверхности отдельных кристаллов, когда их сжимают. Данные датчики обычно делают из кварца.
Такой датчик – это кварцевая пластина. На одной ее стороне напылены или приклеены токопроводящим клеем электроды, а к ним припаивают выводы. Когда кварцевая пластина сжимается, на ее противоположных поверхностях, а следовательно, и на электродах возникают электрические заряды. Причиной тому прямой пьезоэлектрический эффект.
ВАЖНО! Такие датчики применяют для того, чтобы измерять силу, давление, вибрацию и прочее, в которых находят проявление силовые воздействия.
Предназначение термоэлектрических датчиков – измерять температуру. Они состоят из пары термоэлектродов, которые делают из разнородных проводников. Одни концы проводников сварены или спаяны. Другие концы являются выходом датчика. Именно оттуда снимается выходное напряжение. Точка спая термоэлектродов должна быть помещена в область температуры, которая контролируется.
Исследования в сфере нанотехнологий
Но нередко желаемого эффекта не получаешь. Ведь при работе нагревшиеся смазочные материалы стекают или покидают зону трения. Отсюда нехватка смазки. Чтобы решить проблему, применяют результаты нанотехнологии. Есть такое направление в науке.
Наносистемы – это ультрадисперсные коллоидные системы, растворы ПАВ, твердые, гладкие и пористые поверхности, на которые нанесен мономолекулярный слой с размерами частиц в интервале от 1 до 100 НМ.
ВАЖНО! Такие мономолекулярные пленки не допускают адсорбцию смазки твердой поверхностью. Это существенно снижает зависимость силы трения от вязкости смазки и трения между ее слоями.
В автопроме внедрению наноматериалов уделяют много внимания. В этой сфере накоплен немалый опыт. Скажем, есть лакокрасочные материалы, которые готовят с использованием наноразмерных керамических частиц. Создаются высокоэффективные антикоррозионные нанопрепараты. Разрабатывается автомобильная косметика нового поколения, которая защищает покрытие.
Развитие двигателей и экологические аспекты
Автомобилестроители нацелены на то, чтобы создать экологически чистый двигатель, который потребляет в виде топлива возобновляемые природные ресурсы. Понятно, что двигатель в идеале должен быть компактным, простым в эксплуатации, обладать большой мощностью и иметь высокий КПД.
Как можно решить проблему? В первую очередь усовершенствовать существующие двигатели. Как бензиновые, так и дизельные. Для этого необходимо очистить выхлоп двигателей, применить новые композитные материалы, каталитических нейтрализаторы, добавки для топлива, которые уменьшают выхлоп вредных веществ и поднимают теплоотдачу топлива. Важно также изобретать принципиально новые виды топлива и двигатели.
Биотопливные двигатели – это такие же двигатели, бензиновые или дизельные, но которые в качестве топлива применяют 10-20 процентов добавки биоэтанола (его делают из отходов лесопереработки или растениеводства), а также биодизельное топливо (дизель, который смешали с растительными маслами и полученными после их переработки продуктами).
Метанол – это древесный спирт. Считается видом топлива весьма перспективным. Древесина – это, конечно, возобновляемый природный ресурс. Метанол сгорает «чище». При этом образуется преимущественно диоксид углерода и вода. И диоксида углерода в выхлопе более чем в 5 раз меньше по сравнению с бензиновыми двигателями. Однако это все еще очень дорого.
ВАЖНО! Человек сейчас вплотную приблизился к разгадке проблемы, как получить экологичный, экономичный и не потребляющий нефтепродукты двигатель, у которого высокий КПД. И в ближайшее время можно ожидать, что появятся мощные автомобили, которые будут работать на альтернативном топливе, безопасном для окружающей среды и для самого человека.
Какие инновационные технологии известны нашим читателям? Поделитесь имеющейся у вас информацией о перспективных моторах и их влиянии на окружающую среду и экономику. Как, по-вашему, будет в ближайшее время развиваться мировое двигателестроение?
|
|