Поршневые двигатели часто используются в виде серии из двух, трех, четырех, пяти или шести цилиндров, заключенных в корпус. Это позволяет поршням передавать большую мощность, так как несколько двигателей синхронизируются друг с другом в определенные моменты цикла.
Транспортные средства на сжатом воздухе
Аэроплан Виктора Татена 1879 года, приводимый в движение двигателем на сжатом воздухе. Это настоящий самолет, а не модель. Музей авиации (Париж).
Первая подводная лодка Prongeur (1863), приводимая в движение с помощью воздушного двигателя. Морской музей (Рошфор).
Автомобили на сжатом воздухе приводятся в движение пневматическими двигателями, которые используют сжатый воздух, хранящийся в баллонах. Этот тип движения называется ментальным движением. В автомобилях на сжатом воздухе используется сжатый воздух для передачи энергии поршням вместо того, чтобы топливо смешивалось с воздухом и сжигалось в двигателе для передачи энергии поршням от горячих расширительных газов. Один из производителей утверждает, что разработал воздушный двигатель, эффективность которого составляет 90%1.
Силовые установки транспортных средств, работающие на сжатом воздухе, также могут быть частью гибридных систем, т.е. систем, которые также включают в себя аккумулятор и заправку топливных баков.
Содержание
Двигатели.
В типичном двигателе сжатого воздуха (воздушном двигателе) используется один или несколько поршней. Пневматические двигатели по своей сути похожи на гидравлические. В некоторых случаях рекомендуется нагревать воздух или двигатель для увеличения выработки энергии. Это особенно актуально, поскольку воздух, расширяющийся в воздушном двигателе, охлаждает
Цилиндры.
Баллоны со сжатым воздухом должны быть сконструированы в соответствии со стандартами безопасности сосудов под давлением. Примером такого стандарта является ISO 114392.
Цилиндры могут быть изготовлены из следующих материалов:.
Материалы на основе пластика легче, чем материалы на основе металла, но, как правило, дороже. Металл может выдерживать многочисленные циклы нагрузки-разряда, но его следует регулярно проверять на наличие коррозии.
Компания использует цилиндры с давлением 30 МПа3.
Бутылки в этих автомобилях необходимо заправлять на специальных заправочных станциях с необходимым оборудованием. Эксплуатационные расходы для таких транспортных средств обычно оцениваются примерно в 0,75 евро на 100 км, или около 3 долларов США, если бутылки полностью заряжаются на «бутылочной станции».
Сжатый воздух.
Сжатый воздух имеет низкую плотность энергии. При давлении 300 бар плотность энергии может достигать около 0,1 МДж/литр (с учетом возможности нагрева воздуха), что сравнимо с емкостью электрохимического свинцового аккумулятора. Однако, когда батарея разряжена, падение напряжения на выходе относительно невелико. Транспортные средства, работающие на химическом топливе, обеспечивают постоянную выходную мощность от первого до последнего литра этого топлива. В то же время, по мере расходования воздуха давление на выходе из цилиндра снижается.
Автомобили нормального размера и формы потребляют около 0,6-1,0 МДж на км на карданном валу4 , но это количество можно уменьшить за счет улучшения формы.
Выбросы отходов.
Как и другие технологии, не требующие сжигания топлива, транспортные средства на сжатом воздухе могут использоваться для устранения дорожных выбросов через выхлопные трубы и передачи их на центральную электростанцию для облегчения утилизации этих выбросов. Однако для снижения сил трения и износа пневматического оборудования в сжатый воздух этих транспортных средств необходимо добавлять смазочные материалы. Эти смазочные материалы также могут загрязнять окружающую среду.
История
Железная дорога Сен-Готард: пневматические локомотивы, оснащенные контейнерами (цилиндрами)5.
В начале 19 века использование сжатого воздуха для приведения в действие различных систем было очень распространено и начало исчезать с массовым применением электричества.6 До этого духовная активация использовалась различными способами, начиная от духовных колоколов, духовной почты и духовного оружия и заканчивая духовным оружием 1827 года. Духовные поезда были встроены в различные устройства, начиная от духовных колоколов, духовной почты и духовного оружия и заканчивая духовной железной дорогой, предложенной в 1827 году.
В 1861 году на Александровском заводе в Санкт-Петербурге7 С. И. Барановский построил атмосферный локомотив, названный «Дуоход Барановского «8. Паровоз использовался на Николаевской железной дороге до лета 1862 года.
Сжатый воздух используется с 19 века для привода машин в горнодобывающей промышленности. Кроме того, в некоторых городах, например, в Париже, сжатый воздух использовался для движения трамваев, питающихся от главной городской сети распределения сжатого воздуха. Ранее для приведения их в движение с помощью торпедных двигателей использовался сжатый воздух.
Во время строительства железной дороги Сент-Готард в период с 1872 по 1882 год для сооружения Готардского тоннеля использовалась пневматическая техника.
В 1903 году компания London Liquid Air Company производила автомобили, использующие сжатый и сжиженный воздух. Основными проблемами этих машин, как и машин на сжатом воздухе в целом, были недостаточный крутящий момент для авиационных двигателей и высокая стоимость сжатого воздуха9.
Несколько компаний недавно начали разработку транспортных средств на сжатом воздухе, но ни один из них не был представлен общественности или протестирован независимыми экспертами.
Баллоны со сжатым воздухом должны быть сконструированы в соответствии со стандартами безопасности сосудов под давлением. Примером такого стандарта является ISO 114392.
Воздух – всему голова! 7 транспортных средств, работающих на сжатом воздухе
Получайте одну из самых читаемых статей в свой почтовый ящик один раз в день. Присоединяйтесь к нам на Facebook и ВКонтакте.
Среди новейших альтернатив автомобилям с двигателями внутреннего сгорания автомобили, работающие на сжатом воздухе, кажутся самыми необычными и интересными. Удивительно, но в мире уже существует множество таких автомобилей. О них мы рассказываем в сегодняшнем обзоре.
EcoMoto2013 — скутер со сжатым воздухом
Австралийская компания Derby Biceno создала необычный мотоскутер под названием EcoMoto 2013. Тяга автомобиля обеспечивается сжатым воздухом из цилиндров, а не двигателем внутреннего сгорания.
При создании EcoMoto 2013 компания DarbyBicheno старалась использовать только экологически чистые материалы. Не используются пластмассы. Только металлические и бамбуковые маты составляют большую часть деталей автомобиля.
Самоходная прогулочная коляска AIRpod
AIRpod — это еще не автомобиль, но уже и не мотоцикл. Автомобиль также работает на сжатом воздухе и имеет относительно высокую производительность.
Трицикл AIRpod весит 220 кг. Он рассчитан на перевозку до трех человек и управляется с помощью джойстика на передней панели этого фургона.
AIRpod может проехать до 220 км на одном баллоне полностью сжатого воздуха, развивая максимальную скорость 75 км/ч. Топливо» можно заправить за полторы минуты, а его стоимость составляет 0,5 евро за 100 км.
TataOneCAT — первый в мире серийно выпускаемый автомобиль на сжатом воздухе
Первый в мире серийный автомобиль на сжатом воздухе был выпущен компанией Tata в Индии, известной производством недорогих автомобилей для потребителей с низким уровнем дохода.
TataOneCAT весит 350 кг и может проехать 130 км на одном баллоне со сжатым воздухом, развивая среднюю скорость 100 км/ч. Однако это возможно только при максимально заполненных баках. Чем ниже плотность воздуха, тем ниже средняя скорость.
Toyota Ku: Rin — рекорд скорости на сжатом воздухе
Рекордсменом по скорости среди всех существующих в настоящее время автомобилей на сжатом воздухе является Toyota Ku:Rin. Во время испытаний, проведенных в сентябре 2011 года, автомобиль развил скорость 129,2 км/ч. Однако ему удалось преодолеть расстояние всего в 3,2 километра.
Наиболее успешные ранние формы самоходных торпед использовали сжатый воздух высокого давления, но их заменили двигатели внутреннего сгорания, локомотивы или электромоторы.
Двигатели.
Двигатели сжатого воздуха имеют узкий спектр применения. Они в основном используются в моделировании, например, авиамоделей. Однако теоретически двигатели на сжатом воздухе могут использоваться и в мотоциклах, и их конструкция описана под названием «воздушный мотоцикл».
Основной принцип работы пневматического двигателя очень прост и состоит из нескольких этапов: впуск, движение, выхлоп и обратный ход.
Когда впускной поршень находится в крайнем верхнем положении, поршневой палец открывает шаровой клапан, и сжатый воздух поступает в цилиндр.
При расширении сжатого в результате силового удара воздуха поршень движется вниз.
При движении выхлопного поршня вниз открывается выпускное отверстие, и сжатый воздух выводится из цилиндра.
Возвратное действиеИнерция маховика заставляет поршень возвращаться в свое верхнее положение. Цикл заканчивается, и начинается новый цикл.
Анимация воздушного двигателя
В 2016 году Peugeot 2008 станет первым в мире серийным автомобилем, оснащенным инновационной гибридной системой воздушного привода. Это позволит использовать комбинацию жидкого топлива, сжатого воздуха и гибридного привода.
Новые модели в США
Airmobile выпускается в трех вариантах: AIRPod Standart (три места для взрослых и одно для детей), AIRPod Cargo с небольшим грузовым кузовом и AIRPodBaby, двухместный дорожный автомобиль. ZPM в основном продвигает двухместный вариант, который выглядит как обычный маленький автомобиль.
Благодаря использованию сложных материалов, алюминия и пластика, вес составляет всего 280 кг. Существует четыре варианта привода задних колес (4х2). При этом скорость автомобиля достигает 80 км/ч. Запас хода составляет 130 км/ч, а на автомагистралях 150 км/ч без маневрирования. Управление автомобилем осуществляется с помощью джойстика, а коробка передач — трехступенчатая автоматическая (плюс задний ход).
Кондиционер работает вместе с двигателем и использует энергию сжатого воздуха для охлаждения салона (так называемое охлаждение при расширении). В гавайской версии нет отопления каюты, но по конструкции можно установить обогреватель и дополнительный подогреватель двигателя при более низких температурах, который работает от аккумулятора (все электронные системы лодки работают). Тем не менее, автомобиль по-прежнему остается «летним автомобилем». Интенсивная эксплуатация северной зимы по-прежнему невозможна.
Старый и хорошо забытый
Разработка транспортных средств, работающих на сжатом воздухе, началась около 150 лет назад, в 19 веке. С 1861 по 1862 год на Николаевской железной дороге работал «духовный поезд», спроектированный инженером Степаном Барановским. Первые парижские трамваи также работали на сжатом воздухе. В начале 20-го века активно разрабатывались «духовные велосипеды» и легкие мотоциклы. Даже автомобили на сжатом воздухе были выпущены британской компанией Liquid Air Company в 1903 году.
К сожалению, сложный воздух в то время был дорог, и, очевидно, все эти «воздуходувки» могли быть потеряны только сначала локомотивами, а затем электрическими машинами. Однако появление дешевых двигателей внутреннего сгорания привело к отказу от использования сжатого воздуха на десятилетия.
В руководстве говорится: основным недостатком спиртового двигателя является непрямое использование энергии. Сначала он используется для сжатия воздуха, а затем передается от сжатого воздуха к двигателю. Каждое преобразование энергии также связано с дополнительными потерями, поэтому производительность этих двигателей явно ниже, чем у двигателей внутреннего сгорания.
Благодаря новым технологиям и новым материалам 21 век вдохнул второй глоток свежего воздуха. В 2004 году в Австралии был создан автомобиль, который мог проехать 16 километров на сжатом воздухе. Индийская компания Tata Motors имеет аналогичную разработку, и даже в Беларуси есть своя функциональная духовная модель «присутствия». Однако AirPod стал первым устройством, поступившим в коммерческую эксплуатацию.
