--PAGE_BREAK--Двигатель Брайтона
Этот двигатель был впервые продемонстрирован Брайтоном в 1873 г. Он представлял собой цилиндровый поршневой двигатель. Сегодня термин «двигатель Брайтона» является синонимом «газотурбинного двигателя».
На транспорте этот двигатель применяется практически только на самолетах; однако рассматривалась возможность его использования в качестве автомобильного двигателя, особенно в случае регенерации тепла. Двигатель с регенерацией тепла имеет больший к. п. д. благодаря передаче тепла от выхлопных газов свежему заряду топлива перед сгоранием. Для существенного повышения к. п. д. газотурбинного двигателя необходимы значительно более высокие рабочие температуры газа на входе в турбину, чем в настоящее время. Основные производители автомобилей и Министерство энергетики США субсидируют исследования в этой области.
Двигатель Стирлинга.
Другой возможной альтернативой двигателя Отто является двигатель Стирлинга с замкнутым рабочим циклом. Как и в газотурбинном двигателе, в этом двигателе происходит непрерывное горение смеси с малым выбросом выхлопных газов. Плавное течение рабочего тела достигается в нем благодаря изменению объема цилиндра без применения попеременно закрывающихся клапанов. По этой причине он производит меньше шума и сгорание в нем протекает более плавно, чём в двигателе Отто.
Высокий теоретический к. п. д. этого двигателя побудил корпорацию «Н. В. Филипс» еще в 1938 г. начать его разработку для коммерческих применений. Позднее компания «Форд мотор» рассматривала возможность применения двигателя Стирлинга для автомобиля. До сих пор этот двигатель еще не достиг своих возможных параметров. Другие способы увеличения эффективности. Существует еще один способ улучшения эксплуатационных характеристик автомобиля — это снижение силы тяги, необходимой для преодоления сопротивления воздуха при движении автомобиля, т. е. уменьшение его коэффициента сопротивления. Этот путь также используется производителями автомобилей, и новые автомобили в аэродинамическом отношении более совершенны, чем их предшественники. Существующие автомобили имеют площадь миделя около 2 'м2 и коэффициент сопротивления 0,4… 0,5. В этом направлении имеются возможности для дальнейшего прогресса. Уменьшать коэффициент сопротивления очень важно, потому что энергия, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха, растет быстрее, чем скорость. По этой причине расход топлива ниже при вождении автомобиля со скоростью, меньшей установленной на дорогах предельной скорости. Для большинства существующих автомобилей наибольшая экономия топлива достигается при скоростях 55… 70 км/ч. При езде по городским улицам аэродинамические качества автомобиля не играют большой роли, поскольку скорость движения невелика. В этих условиях энергия затрачивается в основном на разгон и торможение автомобиля. При торможении кинетическая энергия автомобиля переходит в тепло в тормозной системе. Если удастся разработать практичный метод использования энергии торможения, то можно будет получить значительную экономию топлива. Для накопления энергии торможения можно применить маховик.
Сопротивление качению автомобиля прямо пропорционально его весу. В последние годы удалось добиться уменьшения сопротивления качению путем улучшения конструкции шин, а именно благодаря применению радиальных шин, которые получают все более широкое распространение. Повышение давления воздуха в шинах также снижает потери энергии и увеличивает топливную экономичность автомобиля. В настоящее время ведутся исследования по созданию шин с минимальным сопротивлением качению.
Технико-экономические мероприятия, повышающие топливную экономичность автотранспортных средств
Экономия топлива осуществляется на различных этапах его производства, распределения и потребления. Говоря об экономии топлива, следует выделить следующие два аспекта: первый — экономия жидкого топлива в других отраслях народного хозяйства для обеспечения им автомобильного транспорта, второй — это экономия топлива на самом автомобильном транспорте.
Общепринято, что повышение топливной экономичности достигается путем уменьшения массы автомобиля, повышения к. п. д. двигателя и трансмиссии, снижения сопротивления качению и аэродинамическому сопротивлению.
При движении в городе уменьшение массы автомобиля с 1400 до 1310 кг позволяет увеличить удельный пробег автомобиля на 0,4 км/л. Поездки же по коротким маршрутам остаются малоэкономичными, ввиду потерь мощности, вызываемых низкой температурой смазки и шин.
По данным английских специалистов, только на трение в трансмиссии легкового автомобиля приходится 10% затрачиваемой энергии, на преодоление сопротивления качению 19% и на преодоление аэродинамического сопротивления 30% расхода топлива.
Улучшение аэродинамики занимает значительное место в структуре мероприятий по повышению топливной экономичности, так как по подсчетам специалистов США уменьшение сопротивления воздуха на каждые 10% приводит к снижению расхода топлива на 2%.
Группа итальянских дизайнеров с помощью ЭВМ разработала принципиально новую форму легкового автомобиля. В компьютер вложили исходные данные с целью получения контуров кузова с минимальным лобовым сопротивлением — дисплей выдал эскиз кузова легкового автомобиля, удивительно похожего… на банан. Результаты испытания опытного образца, сделанного по расчету ЭВМ, превзошли все ожидания: при прочих равных условиях, бананоподобные автомобили расходуют топлива на 20% меньше, чем классические автомобили того же класса.
Аэродинамические обтекатели улучшают топливную экономичность от 3 до 5—6%, различия в данных объясняются различием методик подсчета, разномарочностью испытываемых автомобилей, а также разницей в конструкциях самих дефлектор-обтекателей.
Интересно, что устранение некоторых элементов, таких, как вертикальные выпускные трубы, не всегда уменьшает лобовое сопротивление. По результатам некоторых испытаний, коэффициент лобового сопротивления фактически увеличивается, когда вертикальные трубы убраны. Это наглядный пример того, какими сложными могут быть аэродинамические проблемы и связанные с их решением исследования.
Обычный грузовой автомобиль расходует от 30 до 50% своей мощности для того, чтобы преодолеть сопротивление воздуха [75]. В связи с этим проблемы аэродинамики могут оказаться более значительными, чем мероприятия по уменьшению массы большегрузных автомобилей будущего.
Следует отметить, что хотя дефлекторы топлива и способствуют экономии топлива, но в результате бокового ветра преимущества дефлекторов могут быть сведены на нет. Испытания показывают, что максимальный эффект от применения дефлекторов достигается при угле между направлением движения и направлением ветра не более 10%. При той же силе ветра и большем угле дефлекторы скорее ухудшают топливную экономичность. Оптимальным условием применения дефлектора является встречный ветер.
В целом снижение аэродинамического сопротивления достигается путем создания новых моделей с высокими аэродинамическими характеристиками. Но это только один из факторов, определяющих сопротивляемость встречного потока воздуха автомобилю.
Другим, не менее важным фактором, является скорость движения, снижение которой также ведет к уменьшению аэродинамического сопротивления. Но скорость является одним из качественных параметров автомобильного транспорта, и ее чрезмерное снижение приводит с одной стороны к уменьшению транспортного потенциала, с другой — к повышению удельного расхода топлива. В этих условиях очень важно правильно определить скорость движения.
В целом, эффективность устройства по улучшению аэродинамических свойств автомобилей и шин с радиальным кордом, как средств сокращения расхода топлива, возрастает с увеличением скорости автомобилей.
В последние годы все больше создаются дополнительных устройств, предназначенных для экономии моторного топлива. Одним из них является регулируемый привод вентилятора. Необходимость оборудования вентиляторов регулируемым приводом объясняется тем, что 95% рабочего времени двигатель автомобиля не требует принудительного охлаждения, поэтому такой привод позволяет снизить расход топлива на 4—6%.
Перспективным направлением экономии топлива является использование экономайзеров, которые прерывают подачу топлива в период торможения двигателем, а также осуществляют рекуперацию энергии при торможении, т. е. при торможении энергия не тратится, а накапливается в специальной системе рекуперации.
Важным мероприятием по экономии топлива может служить замена обычных шин на радиальные с металлокордом и поддержание в них оптимального давления. В зависимости от дорожных условий радиальные бескамерные шины способствуют снижению расходов на 5—10%. Рисунок протектора должен соответствовать дорожным условиям, давление воздуха в шинах — максимальному рекомендуемому значению.
Наряду с повышением топливной экономичности автомобилей, в настоящее время большое значение придается экономии электрической энергии на автомобиле. Стоимость производства электроэнергии на автомобиле оценивается в 6—15 раз выше, чем в стационарных условиях. Одним из способов экономии энергии считается введение ограничений на применение ближнего света при движении в городских условиях. Для поддержания должной безопасности движения предлагаются усиление внешнего освещения улиц и установка дорожных знаков с подсветкой. Испытания автомобиля марки «Рено-4» (Франция) в городских условиях с включенными фарами ближним светом показали, что фактический расход топлива при движении в течение 1 ч с одинаковой скоростью составил соответственно 1,45 и 1,18 л. С учетом поправок на время и условия движения экономия топлива составила 0,16 л/ч. Считается возможным довести это значение до 0,24 л/ч [74].
Одним из существенных факторов снижения расхода топлива могут служить мероприятия по снижению испарения бензина, которое помимо всего прочего ухудшает состояние окружающей среди В деле повышения топливной экономичности немаловажны и организационные мероприятия. Приток большого количества разно образных грузов на автомобильном транспорте способствует организации перевозок с широким использованием большегрузных и специализированных автомобилей.
продолжение
--PAGE_BREAK--