W ostatnim czasie pojawiło się wiele artykułów na temat proekologicznych rozwiązań dla motoryzacji. Jedną z koncepcji jest napęd silnikiem elektrycznym zasilanym z akumulatora i zewnętrznym doładowywaniem. Cóż, pomysł całkiem dobry, ale ograniczony zasięgiem takiego pojazdu.
A warunki eksploatacji także nie zachęcają do inwestycji. Trzeba też dodać, że taki pojazd na rynku pierwotnym jest dużo droższy, niż jego odpowiednik z silnikiem spalinowym.
Jakie są inne propozycje ?
Pojazd musi być zasilany energią, aby jego silnik był w stanie pokonać opory w czasie jazdy. Uniwersalność samochodu polega na jego mobilności i gotowości do jazdy zaraz po wejściu kierującego tym samochodem.
Pierwsze pojazdy miały jedną wadę - potrzebny był dość długi czas przygotowania pojazdu do uruchomienia silnika. Trzeba dodać, że silniki spalinowe uruchamiano za pomocą korby, którą kierowca musiał na tyle umiejętnie pokręcić, aby uruchomiony silnik nie połamał mu nóg...
Poza tym nie każdy był w stanie wykonywać pracę szofera - stąd konieczne było stałe zatrudnienie osoby odpowiedzialnej za gotowość pojazdu do wyjazdu. Dopiero wynalezienie rozrusznika elektrycznego pozwoliło na upowszechnienie się tego środka komunikacji.
Miłośnicy jazdy są jednak uzależnieni od paliwa, znamy przecież sytuację braku benzyny na stacjach paliwowych...
A poza tym koszt paliwa także nie jest obojętny dla użytkownika własnego pojazdu. Z tego powodu pojawiały się różne "wynalazki" pozwalające na zmniejszenie zużycia benzyny czy też oleju napędowego. Poszukiwania trwają nadal, a jedną z koncepcji jest wymiana układu spalinowego na układ elektryczny. Nowy fabrycznie samochód trafia do innej firmy, gdzie usuwa się cały system związany z silnikiem spalinowym i w jego miejsce wstawia się silnik elektryczny zasilany z akumulatora. Wszystkie wolne przestrzenie zajmuje duży akumulator, którego celem jest możliwie maksymalne wydłużenie zasięgu pojazdu między doładowywaniami. Taki akumulator wymaga jednak specjalnego zasilacza, który pozwoli a względnie szybkie doładowanie akumulatora, co dzisiaj może zajmować tych kilka godzin. Pół biedy, jeżeli dojazd zajmuje niewiele czasu i pojazd czeka na właściciela kilka godzin. Tu jest czas na doładowanie akumulatorów. Jednak inaczej jest w przypadku pokonywania długich tras.
https://pl.wikipedia.org/wiki/Historia_samochodu
Gdy czas przejazdu trwa więcej, niż godzinę czy dwie, liczy się każda minuta przymusowego postoju, który wydłuża czas podróży. Dlatego kilkugodzinne zatrzymanie w celu doładowania akumulatora wydaje się być bardzo poważnym utrudnieniem w eksploatacji...
W takiej sytuacji rozsądnym wydaje się zastosowanie dwóch silników - trakcyjnego, do napędu pojazdu i niezależnego - w celu doładowywania baterii akumulatorów bez konieczności postoju przy zasilaniu zewnętrznym.
Pozostaje do zastanowienia się, jakie paliwo wykorzystać do tego drugiego silnika. Jedna z koncepcji polega na zastosowaniu niewielkiego silnika spalinowego napędzającego alternator i włączającego się z chwilą znacznego wyczerpania potencjału baterii akumulatorów.
Inną koncepcją jest zachowanie tradycyjnego napędu spalinowego i doposażenie go w silnik elektryczny zasilany z akumulatorów. Tryb przełączania silników może już być sterowany automatycznie w zależności od wymaganego przyspieszenia pojazdu oraz potencjału baterii akumulatorów. Takie rozwiązanie stosowane jest w samochodach hybrydowych. Jednak taki samochód musi być droższy niż ten z jednym systemem napędowym...
Jest jeszcze jedno rozwiązanie tego problemu.
Jeżeli zechcemy przeanalizować technikę eksploatacji samochodu w czasie przejazdu, to możemy wyróżnić kilka typowych sytuacji.
1. pojazd jedzie z optymalną prędkością bez zbędnych zatrzymań. Taka jazda jest najbardziej ekonomiczna pod względem zużycia paliwa. Tu nie ma znaczenia, czy jest to silnik spalinowy czy też elektryczny. Każde rozwiązanie ma swoje zalety oraz wady.
2. pojazd znajduje się w ruchu przy dużej liczbie uczestników, prędkość jazdy jest ograniczona i połączona z częstym zatrzymywaniem pojazdu i ruszaniem z miejsca. Taka jazda jest typowa w sytuacji utrudnień na drodze spowodowanych wypadkiem komunikacyjnym lub pracami na drodze. Często też jest jedynym sposobem przejazdu na terenie obszaru zabudowanego w godzinach szczytu komunikacyjnego.
W pierwszym przypadku silnik pracuje z optymalnym obciążeniem, jednak dla utrzymania stałej prędkości jazdy jego praca ma charakter ciągły.
W drugim przypadku - przy silniku spalinowym - pracuje on cały czas na wolnych obrotach i co chwilę jest wykorzystywany do przemieszczenia samochodu na kilka metrów i ponownego zatrzymania pojazdu. W takich warunkach wyłącznie silnika spalinowego wiąże się z bardzo dużym poborem prądu w chwili uruchamiania silnika w celu przemieszczenia pojazdu a z uwagi na nieduże prędkości obrotowe - doładowanie akumulatora może być niewystarczające. Jednak przy niemal dwukrotnie dłuższym czasie przejazdu mamy do czynienia ze znacznym zużyciem benzyny lub oleju napędowego.
W przypadku silnika elektrycznego - pobiera on prąd z akumulatora jedynie w chwili ruszania z miejsca. Nowoczesne rozwiązania pozwalają na doładowanie baterii w chwili swobodnego toczenia się pojazdu, zanim trzeba będzie go całkowicie zatrzymać. Wydaje się, że taki właśnie tryb jest najwłaściwszy w chwili, gdy pojazd uczestniczy w ruchu w tzw. "korku drogowym".
Wstępne wnioski
Porównanie tych ekstremalnie różnych warunków jazdy pozwala na uznanie, że do normalnej eksploatacji pojazdu najlepszym rozwiązaniem jest silnik spalinowy, jeżeli ograniczeniem jest pojemność baterii akumulatorów. Jeżeli jednak pojazd uczestniczy w ruchu ograniczonym, gdzie prędkość przejazdu jest mała i wymagane jest częste ruszanie z miejsca i zatrzymanie by niewielki silnik elektryczny potrzebny do przemieszczenia pojazdu na kilka metrów dalej, by znowu czekać na miejsce pozwalające na dalsze przemieszczenie pojazdu na drodze.
Sugestie dla producentów pojazdów
Wydaje się celowym modernizacja obudowy sprzęgła tak, aby zamontować w niej silnik elektryczny napędzający wał z mechanizmem różnicowym, uruchamiany z baterii akumulatorów i wystarcza tutaj przejazd z prędkością rzędu 20-30 km/h Wyższe prędkości byłyby uzyskiwane już z pomocą tradycyjnego napędu spalinowego.
Alternatywne paliwa silnikowe
Silnik spalinowy jest konstrukcją komory spalania zasilanej mieszanką paliwową kropli paliwa z powietrzem. Ten sam warunek spełnia gaz kierowany do komory spalania. Po zapłonie mieszanki ruch tłoka jest przenoszony na układ korbowy i poprzez sprzęgło oraz skrzynię biegów przekazywany na koła napędzające pojazd.
Rolę mieszanki paliwowej może pełnić również gaz o parametrach spalania podobnych jak przy spalaniu benzyny. Może to być na przykład tlenek węgla - uzyskiwany ze specjalnego generatora wytwarzającego tlenek węgla przy zgazowaniu drobno mielonego drewna.
Podobnym rozwiązaniem może też być wytwornica wodoru. Kiedyś takie wytwornice wodoru stosowano w lotnictwie a właściwie w aeronautyce przy napełnianiu balonów unoszących kosz z załogą balonu lub sterowca. Ponieważ wodór jest substancją wybuchową, jego wytwarzanie musi być ograniczone jedynie do ilości niezbędnej do zasilania silnika w czasie jego pracy.
Podobnie zachowuje się silnik parowy. Tu para wodna jest wytwarzana w ilości niezbędnej do poruszenia tłoka. Technicznym ograniczeniem jest sposób wytwarzania pary wodnej w tak małej jednostce, jak samochód osobowy. Są jednak technologie zamkniętego obwodu wytwarzania pary a jej wytwarzanie może odbywać się także w układzie bezogniowym.
https://youtu.be/BCAbgLkD_Ro
Silnik parowy pracuje wyłącznie w chwili przemieszczania pojazdu a taki silnik w zasadzie nie wymaga już ani sprzęgła, ani skrzyni biegów...
Być może taka konstrukcja zawojuje rynek komunikacyjny, bowiem w zamkniętym układzie wytwarzania pary wodnej i bezogniowym wytwarzaniu pary jest to rozwiązanie najbardziej konkurencyjne dla przemysłu rafinacji ropy naftowej. Ale, jeżeli mamy odejść od stosowania węgla, to przyjdzie także czas na odejście od ropy naftowej...
Inne tematy w dziale Technologie
