Augstas efektivitātes ģeneratori hibrīdautomobiļiem

Netradicionāla dzinēja konstrukcija piesaista uzmanību kā potenciāla alternatīva ūdeņraža degvielas šūnām vai parastajiem dzinējiem dažos hibrīdautomobiļos. To sauc par brīvā virzuļa dzinēju, un to varētu izmantot, lai ražotu elektroenerģiju tikpat efektīvi kā kurināmā elementi, taču tas maksā mazāk.

Virzuļa jauda: Netradicionālā dzinēja konstrukcijā stienis ar virzuli abos galos pārvietojas starp divām sadegšanas kamerām. Magnēti stieņa centrā pārvietojas garām metāla spolēm (oranžām), radot elektrisko strāvu.

Brīvo virzuļu dzinēji nav jaunums: tie tika izgudroti 20. gadsimta 20. gados. Taču pēdējā laikā pieaugošā uzmanība uz hibrīdautomobiļiem ir likusi arvien lielākam skaitam pētniecības grupu un autoražotāju sākt pētniecības programmas, lai izstrādātu tehnoloģiju. Atšķirībā no parastajiem dzinējiem, starp virzuli un kloķvārpstu nav mehāniska savienojuma (tātad nosaukums brīvais virzulis). Tā kā dizains nodrošina labāku sadegšanu un mazāku berzi, dzinēji varētu būt daudz efektīvāki elektroenerģijas ražošanā nekā parastie ģeneratori vai jaunāka kurināmā elementu tehnoloģija.

Lēts un efektīvs elektroenerģijas ražošanas veids kļūst arvien svarīgāks, jo autoražotāji izstrādā elektriskos transportlīdzekļus ar iebūvētiem ģeneratoriem akumulatora uzlādēšanai un darbības rādiusa paplašināšanai. Šādi transportlīdzekļi, ko sauc par sērijveida pievienojamiem hibrīdiem vai paplašināta diapazona elektriskajiem transportlīdzekļiem, tiks pārdoti, sākot no 2010. gada beigām. (Noklikšķiniet šeit, lai salīdzinātu dažādu hibrīdu un elektrisko transportlīdzekļu veidus.) Pirmajā tiks izmantoti ģeneratori, kuru pamatā ir parastie dzinēji. Taču vēlākajos modeļos varēja iekļaut degvielas šūnas vai citus netradicionālus ģeneratorus, piemēram, brīvo virzuļu dzinējus.

Brīvo virzuļu dzinēju iespējamā augstā efektivitāte dod tiem priekšrocības salīdzinājumā ar parastajiem ģeneratoriem, un to spēja izmantot dažādas degvielas ir priekšrocība salīdzinājumā ar ūdeņraža degvielas elementiem. Turklāt brīvo virzuļu dzinējiem nav nepieciešami dārgi materiāli, piemēram, platīna katalizatori, kas nepieciešami kurināmā elementiem, tāpēc tie varētu būt arī lētāki.

Tādi autoražotāji kā GM, Lotus un Volvo ir sākuši pētīt iespēju izmantot šādus dzinējus nākotnes transportlīdzekļos. Tikmēr pēdējo pāris gadu laikā arvien vairāk akadēmisko pētnieku grupu ir sākušas izstrādāt dzinējus. Līdz šim lielākā daļa ir koncentrējušies uz datorsimulācijām. Izņēmums ir Sandia Nacionālās laboratorijas pētniecības grupa, kuru vada Sandia pētnieks Pīters van Blarigans kas ir testējis brīvo virzuļu dzinēju fiziskās sastāvdaļas. Viņš montē pilnīgu brīvā virzuļa dzinēja prototipu — projektu, kuru viņš plāno pabeigt gada laikā.

Parastos iekšdedzes dzinējos vairāki virzuļi caur stieņiem ir savienoti ar kloķvārpstu, kas ar transmisijas palīdzību virza riteņus. Brīvo virzuļu dzinēji atceļ kloķvārpstu: virzuļi nav ne ar ko savienoti. Tā vietā divi pretēji virzuļi vienkārši pārvietojas turp un atpakaļ kamerā. Lai ražotu elektroenerģiju, virzuļus varētu aprīkot ar magnētu rindām, kas virzās garām metāla spolēm, lai radītu elektrisko strāvu.

Van Blarigana eksperimenti liecina, ka šie dzinēji varētu būt par 50 procentiem efektīvi elektroenerģijas ražošanā — tuvu ūdeņraža kurināmā elementu efektivitātei un daudz efektīvāki nekā parastie ģeneratori. Brīvo virzuļu dzinēji daļēji ir efektīvi, jo tiem ir mazāk kustīgo daļu nekā parastajiem dzinējiem. Dzinēja konfigurācija arī ļauj praktiski noregulēt dzinēju tā, lai degviela sadegšanas kamerā sadegtu ļoti ātri. Ātrāka sadegšana ļauj dzinējam iegūt vairāk darba ar noteiktu degvielas daudzumu, uzlabojot efektivitāti. Tas var arī uzlabot emisijas.

Brīvā virzuļa konstrukcija var arī ļaut dzinēju uzreiz optimizēt dažādām degvielām, piemēram, ūdeņradim, dabasgāzei, etanolam, benzīnam un dīzeļdegvielai. Ideālā gadījumā autovadītāji varētu izmantot jebkuru degvielu, kas ir lēta un viegli pieejama.

Tomēr brīvo virzuļu dzinēju izstrāde joprojām ir sākuma stadijā. Brīvajam virzulim ir dažas unikālas iezīmes — vienkāršība un mainīga kompresija —, kas padara to intriģējošu. Gerijs Smits , GM spēka piedziņas sistēmu pētniecības laboratorijas zinātnes direktors. Taču [tie] arī rada vairākas problēmas.

Van Blarigans saka, ka viena no galvenajām bažām ir dzinēju skaņa: ātrie sprādzieni ir ļoti skaļi un tos būs grūti apslāpēt. Bet, iespējams, lielākā problēma ir kontrole. Parastā dzinējā virzuļu kustību ierobežo stieņi un kloķvārpsta, kas palīdz izlīdzināt jebkādas atšķirības atkarībā no cikla uz ciklu. Brīvā virzuļa dzinējs ir elastīgāks. Tas ļauj izmantot dažādas degvielas, taču ir nepieciešams sava veida aktīvs kontroles mehānisms, lai nodrošinātu, ka katrs cikls ir vienāds: izmaiņas var izraisīt sliktu veiktspēju un palielināt emisijas. Ātrgaitas datori un iespēja elektroniski kontrolēt virzuļa kustību brīvā virzuļa ģeneratorā (izmantojot spoles un magnētus) varētu palīdzēt inženieriem atrisināt šo problēmu.

Nav skaidrs, vai dzinēji būs ievērojami lētāki un efektīvāki nekā parastie dzinēji Džons Heivuds , mašīnbūves profesors MIT. Ir bijis pietiekami daudz attīstības, lai teiktu, ka tas darbojas. Taču ar ļoti atšķirīgu dzinēja ģeometriju ir grūti noteikt, cik tas ir labs. Vai tiešām labāk? Pētījumam attīstoties, tai būs jāatbild uz jautājumiem par efektivitāti, emisijām, veiktspēju un jo īpaši izmaksām, saka Heivuds.

Tikmēr parastie iekšdedzes dzinēji turpina uzlaboties, kas var apgrūtināt brīvā virzuļa konstrukcijas nostiprināšanos.

paslēpties