100 км на 2 литра дизел: Хидравлична кола

Модерният автомобил прилича на лошо организирана компания с непрекъснато нарастващи разходи и неефективно управление. Не повече от 20% от генерираната енергия се изразходва за движение. Загубите съпътстват всички етапи от работата на електроцентралата, от впръскване на гориво в цилиндри до предаване на въртящ момент на колелата. Механизмът за разпределение на газ, трансмисията, голям брой допълнителни консуматори на енергия: генератор, климатик, кормилно управление, електрически уреди на автомобила - всичко това отнема значителна част от първоначалната мощност на двигателя. Останалата част се изразходва за преодоляване на аеродинамичното съпротивление и спирачния процес, при който се губят още 14% от мощността. В резултат само една пета от него достига до колелата. Всичко това важи за новата кола: физическото износване на заредените единици след няколко години работа започва да отнема още три до пет процента от мощността.

Дизел-хидравличният хибрид Ingocar, разработен от инженера Инго Валентин, е коренно различен от нашия модерен автомобил. Двигателят му се разпределя с клапан механизъм, свързващи пръти, колянов вал, система за смазване и охлаждане, съединител, скоростна кутия и задвижвания на колелата. Няма задвижващ вал и диференциали, въпреки че Ingocar е автомобил със задвижване на всички колела. Общата загуба на триене в електроцентралата е не повече от 12% (в традиционните автомобили - не по-малко от 24%). И накрая, изчислената маса на петместния седан Ingocar не надвишава тон, ускорението до стотици отнема 5 секунди, пиковата мощност на колелата достига 720 к.с., а разходът на гориво се поддържа на 1, 8 литра на 100 км.

Ускоряване регенерация

Хибридната платформа за задвижване на четирите колела Ingocar се основава на спомагателен двигател с вътрешно горене, хидравличен акумулатор и хидравлични моторни колела. Компактният турбодизел изпомпва течност от резервоара в хидравличния акумулатор. Вътре в акумулатора е издръжлив еластичен резервоар, напълнен с азот. Топлинната енергия на изгарянето на горивото се преобразува в механична енергия на сгъстен газ. От акумулатора течността под високо налягане навлиза през тръбопровода към хидростатичните колела на мотора и колата започва да се движи. Когато батерията е напълно заредена, двигателят автоматично се изключва и, ако е необходимо, попълването на запасите от енергия започва отново.

При спиране потокът от хидравлична течност в колелото на двигателя се пренасочва с помощта на клапана обратно към акумулатора. Налягането на течността бързо достига пикови натоварвания, а колелото на двигателя се забавя. Само малко количество спирачна енергия се губи, но по-голямата част от 70–85% отива при компресия на азот. В този цикъл моторът работи като помпа, по отношение на спирачната сила не е по-ниска от дисковите спирачки на съвременните автомобили. При спиране от скорост от 100 км / ч до спиране на автомобила напълно, натрупаната енергия на регенеративно спиране ще позволи на Ingocar да ускори отново от нула до 70–85 км / ч! Ingo нарича този процес "регенеративно ускорение." По същия начин пружинният механизъм работи в детските часовникови машини: колкото повече завъртате пружината, толкова по-бързо играчката се ускорява. Регенеративните спирачни системи в електрическите хибриди са повече от два пъти по-ниски от ефективността на Ingocar, като същевременно са значително по-тежки.

Как скобите изправят зъбите: видеоклип с бързи стъпки

В градския цикъл пълният заряд на батерията издържа средно 8 км. Тогава се включва дизеловият двигател, който в рамките на минута напълно зарежда акумулатора, като същевременно върти моторните колела. След това цикълът се повтаря. В режим на магистрала разходът на гориво се увеличава поради рязко увеличение на аеродинамичното съпротивление, но като цяло експлоатационният цикъл на електроцентралата не се променя - горивото се изразходва само в петата част на пътуването.

Коляновият вал подаде оставка

Изненадващо простият дизайн на двигателя Ingo Valentine, защитен от два патента, осигурява пълното отсъствие на въртящи се части, с изключение на работните колела на турбокомпресора. Благодарение на архитектурата на боксера и безплатните бутала, двигателят се разпределя със свързващи пръти, колянов вал, клапан механизъм. Две бутала са разположени в обща горивна камера: при компресионния ход те се придвижват един към друг, а при хода на работния ход се отблъскват едно от друго. Архитектурата на боксерите в строителството на двигатели сега набира популярност поради своята простота, перфектен баланс и висока плътност на мощността. До кога

мярка, американската технологична компания Advanced Propulsion Technologies (APT) наскоро представи принципно подобен прототип на двуцилиндров боксер турбодизел, който надминава традиционните двигатели с специфична мощност 2, 5 пъти, като е пет пъти по-лек. До 2011 г. компанията планира да внесе на пазара няколко модификации на двигателя.

Концепцията за безплатните бутала означава, че всяко едно от тях едновременно служи като буталото на двигателя и хидравличната помпа. След хода налягането на течността в хидравличната система връща буталото в първоначалното си положение и осигурява компресия на горивото.

С работен обем от 500 см³ моторът Ingo Valentina развива мощност от 64 к.с. (почти 130 "коня" на литър). Разходът на гориво варира от 1, 35 до 1, 85 литра на 100 километра, в зависимост от скоростта. Масата на двигателя е едва 32 кг, той е пет пъти по-лек от традиционните ICE и шест - модерни хибридни електроцентрали. Моторът е способен да усвоява различни видове гориво: дизел, бензин, биоетанол и биодизел. Променят се само настройките на системата за управление. Двигателят не се нуждае от специална система за охлаждане, тъй като винаги работи в оптимален режим - без повреди и пикови натоварвания. За ефективно разсейване на топлината е достатъчна естествената циркулация на въздуха.

в двигателното отделение. Това ви позволява да изоставите радиатора, чийто постъпване на въздух при високи скорости значително увеличава аеродинамичното съпротивление. Поради оптималните хлабини между буталото и стената на цилиндъра, двигателят на Ingo също не се нуждае от смазване, което означава, че масленият резервоар, помпата и радиаторът са премахнати от списъка с необходимото оборудване.

Стадо вътре в колелото

Вторият ключов конструктивен елемент на Ingocar, хидростатичното колело на мотора, е защитен от два патента от 2002 г. Простата конструкция, състояща се от бутало, планетарна предавка, система от канали и управляващи клапани, лесно се справя с предаването на висок въртящ момент и върхови натоварвания по време на спиране. С маса по-малка от 6 кг

и в размери с обичайния дисков спирачен механизъм моторното колело развива мощност до 230 к.с. И това е далеч от границата. Инго твърди, че с увеличаването на размера на двигателя, динамичните му характеристики нарастват пропорционално. Но това няма много смисъл, защото в режим на градско шофиране всеки от четирите мотора използва само 5% от мощността си, а в магистралата - не повече от 20%.

Електронната система за управление ви позволява гъвкаво да регулирате въртящия момент, предаден на всяко колело отделно. Разбира се, това се отнася и за спирачната сила. С такова устройство прилагането на всякакви алгоритми за стабилизационна система (ABS, ESP, интелигентно задвижване на четирите колела) не изисква сложна конструкция (диференциали, вискозни съединители, механизми за управление на спирачките) и допълнителни разходи за енергия. Благодарение на своята простота, малък брой движещи се части, нисък дебит на работната течност и пълна херметичност, моторът работи почти безшумно във всеки режим.

В момента много големи компании разработват свои собствени модели хидростатични моторни колела. Най-големите успехи в тази област демонстрират германските Bosch-Rexroth и Sauer-Danfoss, както и американският производител на тежко оборудване Caterpillar. Но при сравнителни тестове пробата на Свети Валентин надминава всички аналози по отношение на маса, размер и плътност на мощността. „Голямо име на компанията

и размерът на заплатата на ръководителя на проекта, за щастие, не са решаващи фактори в области на науката, където са необходими опит и дълбоки специфични знания ", коментира този факт самият Инго Валентин.

Зареждане с ограда

Най-скъпият елемент в дизайна на хибрида Валентин е хидравличен акумулатор: металопластичен резервоар с две секции, подсилен с въглеродни влакна. Разположена в центъра на платформата, батерията спомага за оптималното разпределение на натоварването върху колелата на колата и понижаването на центъра на тежестта, което от своя страна подобрява управлението. Валентин твърди, че батерията е абсолютно надеждна и безопасна. Конструкцията на резервоари, тръбопроводи и връзки позволява сериозна деформация без загуба на херметичност. Всички връзки имат уплътнения с двоен пръстен със специален дизайн, които изключват произволно изтичане на течност. Работното налягане в батерията варира от 120 до 480 бара.

Загубата на енергия в батерията не надвишава 2–5% и се причинява от леко нагряване на азот с бързо компресиране. За сравнение: загубите на енергия в съвременните литиево-йонни батерии достигат 10% или повече и са вградени в самата технология. Важно е хидравличният акумулатор да може бързо да се зарежда и изпразва. Необходимо е бързо изхвърляне при внезапни ускорения или шофиране при трудни пътни условия.

Хидравличната течност за Ingocar е около 60 литра. Всичко е от растителен произход, което е важно от гледна точка на екологията. Според Инго не е необходимо да се променя през целия живот на автомобила. Ако все пак се нуждаете от подмяна, това ще струва не повече от нормална смяна на двигателното масло.

На покрива на Ингокар може да се монтира слънчев панел с площ малко над 1 м². Той захранва компактна електрическа помпа, която подобно на дизелов двигател изпомпва течност в акумулатора. Част от електроенергията по време на шофиране се консумира от допълнително оборудване на автомобила. Изчисленията показват, че слънчевата енергия, получена през дневните часове, е достатъчна за пътуване на 25 километра, без да включвате двигателя с вътрешно горене! Слънчевата батерия не е скъпо удоволствие, но лесно се изплаща за една и половина до две години работа на автомобила. Това обаче е опция и можете просто да я откажете. Възможно е също да зареждате батерията от конвенционален домакински електрически контакт.

Окачването на Ingocar, разбира се, е хидравлично. Той е напълно интегриран в цялостната хидравлична система и може да бъде персонализиран според индивидуалните предпочитания на водача. Хидравликата е включена дори в пасивната система за безопасност на автомобил: по време на екстремно спиране или при задействане на сензор предната и задната броня се движат напред и назад с по 40 см всяка. Степента на еластичност на активните брони се определя от електронната система за управление, като се отчита текущата динамика на автомобила, броя на пътниците и тяхното местоположение в автомобила. Активната броня работи като буталото и преобразува въздействащата енергия в енергия на компресия, изпомпвайки хидравлична течност

в батерията. Така че поради авария можете дори да зареждате! Шофирането на хибриден Ingocar не се различава от шофирането на традиционна кола с автоматична скоростна кутия.

Надпреварата за десет милиона

Всъщност Инго все още не е изградил автомобил като такъв. В метала има само дизелов двигател и мотор с колела. Но концепцията на платформата Ingocar е изцяло проектирана и успешно преминава множество изпити във водещи американски научни лаборатории. Инго казва, че от 1986 г. многократно се е обръщал към големи автомобилни компании като Ford, BMW и Porsche с предложение за въвеждане на изобретенията си. Но винаги се натъкна на учтив отказ. Уморен от почукване на затворени врати, той реши да действа независимо.

Един от източниците на инвестиции в масовото производство на Ingocar може да бъде победата в състезанието X-Prize, което ще се проведе през 2009-2010. Награден фонд от 10 милиона долара бе осигурен от благотворителната организация X PRIZE Foundation. За участие в предварителните състезания допуснаха 31 отбора от Америка, Германия, Великобритания и Швейцария. За да получите ценната проверка, трябва да създадете автомобил, който може да измине 100 км за 2, 35 литра гориво, като същевременно изпуска в атмосферата не повече от 200 г парникови газове на километър. Всеки екип трябва да има реален бизнес план за производството на поне 10 000 автомобила.

Инго каза на Popular Mechanics, че определено ще участва в състезанието X PRIZE. Миналата есен, по време на автомобилното изложение във Франкфурт, той се срещна с представители на голям магазин за каросерии, които изразиха интерес към сътрудничество. Ателието, чието име Ingo не разкрива суеверно, е готово да извърши целия цикъл на работа за създаване на тялото - от разработването на външния и вътрешния дизайн на Ingocar до изграждането на съществуващ прототип. Създаването на един екземпляр, според оценките на Ingo, ще струва около 80 000 долара - само стотинка в момента.

Статията е публикувана в списанието Popular Mechanics (№ 4, април 2008 г.). Чудя се как работи ядрен реактор и могат ли роботите да построят къща?

Всичко за новите технологии и изобретения! добре Съгласен съм с правилата на сайта Благодаря. Изпратихме потвърждение на вашия имейл.

Препоръчано

Аляска се стопява 100 пъти по-бързо, отколкото мислехме: грандиозно изтичане на времето
2019
Самолет за деня: Savoia-Marchetti S.55
2019
Пускане на огън: Не всеки Бикфорд шнур
2019