Silniki Hybrydowe
Ideałem na drogach byłby pojazd oszczędnie zużywający paliwo i neutralny dla środowiska. Taki efekt daje tylko ogniwo paliwowe, dziś niedostępne dla normalnego użytkownika. Technicznym kompromisem jest napęd hybrydowy. Hybryda to zmieszanie w jednym dwóch elementów naturalnie do siebie niepasujących. Silnik hybrydowy bazuje na wykorzystaniu dwóch źródeł napędu, zasilanych różnymi rodzajami paliwa. W praktyce są to więc co najmniej dwa współpracujące ze sobą silniki. Najczęściej spalinowy i elektryczny.
Idea samochodu hybrydowego jest prawie tak stara jak historia motoryzacji. Ferdynand Porsche zbudował prototyp auta z takim napędem. Ale zapoczątkowana przez genialnego konstruktora droga ewolucji technologicznej została zaniechana na sto lat.
Szeregowo czy równolegle?
TRENDY I NOWOŚCI W MOTORYZACJI
Są dwa klasyczne rodzaje połączenia pracy silników w systemie hybrydowym: szeregowe i równoległe. W pierwszym silnik spalinowy napędza wyłącznie generator prądu elektrycznego, przeznaczony bądź do bezpośredniego zasilania silnika elektrycznego, bądź do ładowania akumulatorów, z których silnik ten czerpie prąd. W tym rozwiązaniu z kołami pojazdu połączony jest wyłącznie silnik elektryczny. W połączeniu równoległym koła przejmują energię zarówno z silnika spalinowego, jak i z generatora prądu. Silnik spalinowy tu również napędza dodatkowo generator.
Przodownik Prius
Najbardziej zaawansowany projekt napędu hybrydowego ma obecnie toyota Prius. Do tej pory sprzedano 150 tys. egzemplarzy tego samochodu. Jej seryjna produkcja rozpoczęła się w 1997 roku. Jeśli auto odniesie sukces, japoński koncern zajmie trudną do naruszenia pozycję lidera rynku samochodowego na świecie. Nic więc dziwnego, że do gonitwy za Toyotą rzucili się wszyscy potentaci motoryzacyjni w Europie, USA i na Dalekim Wschodzie.
Najbardziej zaawansowane prace nad wprowadzeniem hybryd do seryjnej produkcji prowadzą Daimler-Chrysler (wypuścił pierwszy pojazd z napędem półhybrydowym - Dodge Ram), Ford, GM, Renault (Kangoo Electrode), Nissan (Altima) i Honda. Ale dzięki miliardowej inwestycji sprzed lat Toyota, mająca sześć lat przewagi nad nimi, na rodzimym rynku sprzedaje już siedem modeli wykorzystujących technologię hybrydową. Wkrótce zacznie wprowadzać silniki hybrydowe do kolejnych, a docelowo będzie je oferowała we wszystkich swoich autach i w każdej klasie od pojazdów miejskich po vany i terenówki. Zdaniem analityków rynku motoryzacyjnego, równorzędną walkę z koncernem z Tsutsumi może nawiązać jedynie jej rodzimy konkurent - Honda.
Koniec ropy
W tej konkurencji chodzi jednak nie tylko o to, który producent wysforuje się na czoło sprzedaży samochodów w XXI wieku. Silniki hybrydowe to przede wszystkim znacznie mniejsze zużycie ropy w krajach rozwiniętych. W Stanach Zjednoczonych obliczono, że zwiększenie średniej liczby kilometrów przejechanych na jednym litrze paliwa o około 7 km (z dzisiejszej normy 10 km do 17 km), zmniejszy zużycie ropy o 3 mln baryłek dziennie.
To tyle, ile Amerykanie importują obecnie z regionu Zatoki Perskiej!
Samochody Hybrydowe - Motoryzacja - kierunki rozwoju
Hybrid Synergy Drive®
Nowy system hybrydowy, który zadebiutował w modelu Toyota Prius, jest pierwszą konstrukcją opartą na rewolucyjnej technologii Hybrid Synergy Drive®. Obecna generacja systemów hybrydowych opiera się w głównej mierze na silniku spalinowym w celu uzyskania maksymalnych osiągów, podczas gdy silnik hybrydowy spełnia jedynie rolę pomocniczą. W technologii Hybrid Synergy Drive® silnik elektryczny spełnia znacznie ważniejszą rolę i koncentruje się na osiągach.
Nowy model Toyoty Prius z technologią Hybrid Synergy Drive® łączy zarówno wysokie osiągi, niskie zużycie paliwa, jak i wiodącą pozycję w zakresie dbałości o środowisko naturalne.
Co to jest Hybrid Synergy Drive® Toyoty?
Hybrid Synergy Drive® jest nie tylko wynikiem ewolucji oryginalnego silnika Toyota Hybrid System (THS). To całkiem nowy kierunek, który jest najlepszym rozwiązaniem dla osób pragnących czerpać przyjemność z jazdy, wywierając przy tym jak najmniejszy wpływ na środowisko.
Mocniejszy silnik benzynowy o pojemności 1,5 litra współpracuje z mniejszym, wydajniejszym silnikiem elektrycznym, zapewniając osiągi, które stawiają Priusa jako poważnego pretendenta do segmentu D. Istotnie, silnik elektryczny jest wydajniejszy i posiada większą moc niż większość jednostek spalinowych o pojemnościach 1,0 czy 1,2 litra. Maksymalny moment obrotowy silnika elektrycznego wynosi 400 Nm w przedziale 0–1200 obr./min, co stawia Priusa wyżej od silników wysokoprężnych V6. W wyniku tego Prius przyspiesza od 0 do 100 km/h w 10,9 sekundy, czyli prawie o trzy sekundy szybciej niż dotychczasowy model, co można porównać do pojazdu z silnikiem Diesla o pojemności 2 litrów.
Ze względu na to, że zaawansowana technologia hybrydowa wykorzystuje silnik elektryczny jako główne źródło energii, wykazuje się wyjątkową płynnością. Przyspieszenie jest imponujące, lecz liniowe, szczególnie w zakresie 50–80 km/h, kiedy hałas i wibracje są minimalne.
Hybrid Synergy Drive® zapewnia wspaniałe osiągi, wywierając niewielki wpływ na środowisko naturalne:
* Przyspieszenie od 0 do 100 km/h w 10,9 sekundy przy średnim zużyciu paliwa 4,3 litra na 100 km;
* Silnik elektryczny ma największą moc na świecie w stosunku do swojej masy i rozmiaru;
* Silnik benzynowy pracujący według obiegu Atkinsona jest najbardziej efektywny wśród silników benzynowych produkowanych na świecie;
* Inteligentny system odzysku energii podczas hamowania oszczędza paliwo, przetwarzając energię kinetyczną na elektryczną;
* Silnik benzynowy jest automatycznie wyłączany, kiedy Toyota Prius staje w korku.
Inne spojrzenie - Volvo jedzie na zielonym
Nowy silnik Flexifuel o mocy 200 koni mechanicznych poszerza ofertę samochodów Volvo opartych na bioetanolu.
W pierwszej połowie 2008 r. w modelach Volvo V70 i S80 wprowadzona zostanie wersja Flexifuel z pięcio cylindrowym silnikiem o pojemności 2,5-litra z turbodoładowaniem o mocy 200 KM. Modele te będą również oferowane w wersji z 2-litrowym silnikiem Flexifuel. Dzięki temu Volvo będzie dysponowało jedną z najszerszych na rynku motoryzacyjnym ofert biopaliwowych. Aż 5 modeli – Volvo C30, S40, V50, V70 i S80 – będzie dostępnych z jednym lub oboma silnikami Flexifuel.
„Flexifuel ma ogromny potencjał. Biopaliwa są coraz łatwiej dostępne w Europie. Jednocześnie ich standaryzacja i wytyczne w zakresie zrównoważonej produkcji w EU sprawiają, że rozwój tego rodzaju paliw będzie napotykał coraz mniej przeszkód. Dlatego wdrażanie tej technologii ma dla nas obecnie priorytetowe znaczenie” – powiedział Lex Kerssemakers, wiceprezes Volvo Cars ds. marki, biznesu i strategii produktu.
Warianty Volvo V70 i S80 z silnikiem Flexifuel będą dostępne od końca 2007 r. Modele te będą napędzane przez czterocylindrowy silnik wolnossący. 2.0F został zmodyfikowany z myślą o paliwie E85 i będzie dysponować mocą 145 KM (107 kW) oraz 185 Nm momentu obrotowego. Warianty Flexifuel dla Volvo S40, V50 i C30 to wolnossący silnik czterocylindrowy 1.8F o pojemności 1,8 litra i mocy 125 KM (92 kW), dysponujący momentem obrotowym o wartości 165 Nm.
Modyfikacje silnika dla paliwa E85 obejmują:
· Przewody paliwowe, zawory i uszczelki zaadaptowano do bardziej korodujących właściwości etanolu.
· Wzmocniono zawory wtryskowe i zaprojektowano z myślą o E85 – do silnika wtryskiwana jest większa ilość paliwa. Jest to niezbędne, gdyż zawartość energetyczna E85 jest niższa, niż w przypadku benzyny.
· Ponadto oprogramowanie pokładowe skalibrowano z myślą o E85. System zarządzania silnikiem automatycznie wyczuwa, jaką mieszankę paliwową zastosowano i optymalizuje odpowiednio proces spalania paliwa.
Konkurencyjne zużycie paliwa
Zużycie paliwa (cykl mieszany) w przypadku E85 wynosi 10,3 l/100 km (C30 1.8F), 10,4 l/100 km (S40 1.8F i V50 1.8F), 11,6 l/100 km (V70 2,0F, wartości wstępne) oraz 11,3 l/100 km (S80 2.0F, wartości wstępne).
Bioetanol jest paliwem ze źródeł całkowicie odnawialnych produkowanym z większości postaci biomasy pochodzącej ze źródeł takich jak kukurydza, pszenica, buraki cukrowe i celuloza. W przypadku spalania paliwa E85 (składającego się z 85 procent bioetanolu i 15 procent benzyny), emisja dwutlenku węgla z bioetanolu jest uznawana za naturalny cykl węglowy występujący w przyrodzie.
Silna alternatywa
Volvo Cars wprowadza samochody wyposażone w silniki Flexifuel na coraz więcej rynków. Poza Szwecją modele te sprzedawane są we Francji, Norwegii, Finlandii, Niemczech, Austrii, Holandii, Hiszpanii, Wielkiej Brytanii, Irlandii, Belgii i Szwajcarii. Samochody z silnikami Flexifuel zostaną wprowadzone w większej liczbie krajów w całej Europie. W 2007 r. Volvo Cars zamierza sprzedać 10 000 samochodów wyposażonych w tę technologię.
Wprowadzenie do oferty samochodów napędzanych bioetanolem w Polsce jest uzależnione wyłącznie od powstania infrastruktury pozwalającej na tankowanie paliwa E85.
„Żadne paliwo ze źródeł odnawialnych nie jest w stanie w całości zastąpić benzyny lub oleju napędowego. Ale z pewnością E85 stanowi silną alternatywę, która pozwala ograniczyć zależność od paliw kopalnych. Nasz program Flexifuel stanowi ważny element strategii Volvo Car Corporation własnego wkładu w wizję ekologicznej mobilności” – powiedział Fredrik Arp prezes i dyrektor generalny Volvo Cars.
Jeszcze inaczej - DiesOtto - rewolucyjna "hybryda" Mercedesa
Jeszcze najczystszy w swojej klasie diesel BLUETEC nie zdążył dobrze "ostygnąć", a Mercedes już szykuje kolejnego asa. Coś czego jeszcze świat nie widział, a na co czekał. Szykuje się WIELKA rewolucja w konstrukcji silników.
Z silnikami jest jak z samymi samochodami, każdy ma jakiegoś własnego faworyta. I tak, jedni lubią silniki benzynowe, a drudzy wolą diesle. mimo, że ani jedni, ani drudzy nie dadzą się przekonać do konkurencji, to chyba jedna rzecz ich łączy. Każda z grup zazdrości pewnych cech konkurencyjnego silnika, które są wadami u ich pupila. Bo przecież chyba każdy chciałby połączyć moc, przyspieszenie, czystość spalin i kulturę pracy "benzyniaka" z momentem obrotowym, niskim spalaniem i elastycznością "ropniaka". Na szczęście na pomoc przychodzi Mercedes ze swoim silnikiem o nazwie DiesOtto.
Mimo, że nazwa DiesOtto kojarzy się raczej z włoskim daniem ryżowym (Risotto), to jednak w tym magicznym słowie zaklęta jest cała moc rewolucyjnego silnika ze stajni Mercedesa. Pierwszy człon wyrazu pochodzi od skróconego nazwiska Rudolfa Diesla, który w 1893 opatentował silnik wysokoprężny.
Druga część DiesOtto bezpośrednio wskazuje na Nikolausa Otto odpowiedzialnego za wynalezienie w 1876 roku silnika czterosuwowego. Jak widać historia lubi się powtarzać, ponieważ obaj panowie byli Niemcami, a Mercedes jest bez wątpienia firmą niemiecką, która z pewnością ze swoim wynalazkiem, podobnie jak pan Diesel i pan Otto, wpisze się nie zatarcie na karty motoryzacyjnej historii. Ale po kolei.
Inżynierom Mercedesa udało się zrobić tego, czego wszyscy chcieli dokonać od dziesięcioleci, a mianowicie połączyć zalety konstrukcji silnika benzynowego z zaletami silnikiem wysokoprężnego. Stworzyli oni coś w rodzaju silnika benzynowego posiadającego geny silnika diesla. Wynikiem jest 4-cylindrowy silnik benzynowy o pojemności 1.8 litra i maksymalnej mocy 238 KM oraz maksymalnym momencie obrotowym wynoszącym 400 Nm, zużywający średnio... mniej niż 6 l/100 km. To oznacza osiągi charakterystyczne dla auta sportowego przy zużyciu paliwa typowym dla małych samochodów miejskich. A wszystko to przy zastosowaniu benzyny z pobliskiej stacji paliwowej. I niech ktoś teraz powie, że to nie jest rewolucyjne rozwiązanie... przecież to istne "szaleństwo". Ale żeby tego wszystkiego dokonać, trzeba było zastosować kilka istotnych rozwiązań konstrukcyjnych. Po pierwsze, zastosowano popularny ostatnio downsizing, mający na celu przede wszystkim zmniejszenie zużycia paliwa, a polegający na zmniejszeniu pojemności silnika i ilości znajdujących się w nim cylindrów przy jednoczesnym zastosowaniu turbodoładowania dla utrzymania wysokich parametrów w zakresie mocy i momentu obrotowego.
Kolejnym krokiem mającym na celu ograniczenie pragnienia silnika było zastosowanie bezpośredniego wtrysku benzyny, pozwalającego precyzyjniej dawkować ilość paliwa podawanego do poszczególnych cylindrów. Ponadto zastosowano również system zmiennych faz rozrządu pozbywając się tym samym przepustnicy. A system Start&Go (automatyczne wyłączanie silnika podczas dłuższego postoju i jego uruchomienie po ponownym wciśnięciu pedału gazu) w skład którego wchodzi hybryda w postaci połączonego rozrusznika z alternatorem, pozwoliły na dodatkowe oszczędności w konsumpcji paliwa. Jak wykazały badania, wysoki stopień kompresji przy niskich obrotach silnika wpływa na niższe zużycie paliwa, dlatego DiesOtto cechuje zmienny stopień kompresji. Największą sensacją jest jednak kontrolowany samozapłon mieszanki paliwowo-powietrznej, proces spalania podobny do tego, z jakim mamy do czynienia w silniku diesla.
Sama zasada działania DiesOtto nie jest skomplikowana i polega na tym, iż podczas rozruchu i przy pełnym obciążeniu silnika zapłon mieszanki paliwowo-powietrznej następuje w konwencjonalny dla silników benzynowych sposób, a mianowicie przy użyciu iskry ze świecy zapłonowej. Natomiast przy niskich i średnich partiach obrotowych silnika kiedy stopień sprężania jest wysoki, zapłon mieszanki następuje już samoczynnie. Taka charakterystyka pracy DiesOtto wpływa na niską emisję szkodliwych substancji do atmosfery oraz równie niskie zużycie paliwa przy jednoczesnym zachowaniu osiągów o wiele większych silników benzynowych i diesla.
Bez wątpienia konstrukcja Mercedesa jest rewolucyjna i wyznaczać będzie zupełnie nowy kierunek rozwoju silników spalinowych. Firma ze Stuttgartu ziściła w ten sposób sny o połączeniu zalet silników benzynowych z zaletami silników wysokoprężnych. Ponadto rozwiązanie to jest proste w eksploatacji (zastosowanie zwykłej benzyny) i nie wymaga takich rewolucji i kosztów oraz poświęceń konstrukcyjnych jak np. napędy elektryczne czy hybrydowe. Naturalnie przyszłością są z pewnością napędy wodorowe, ale póki co jest to rozwiązanie nowatorskie, przez co jest jeszcze bardzo kosztowne i wymaga pewnych przygotowań potrzebnych do rozpowszechnienia go na dużą skalę, a to wymaga szeregu badań, a co za tym idzie również czasu i pieniędzy.
DiesOtto Mercedesa jest natomiast oparty na sprawdzonych i rozpowszechnionych rozwiązaniach, niewymagający dodatkowych przygotowań do codziennej eksploatacji w zwykłych samochodach. I póki co jest to chyba najlepsze rozwiązanie w dziedzinie napędzania samochodów spośród obecnie stosowanych. Według zapewnień Mercedesa DiesOtto ma szansę na realizację i wejście w życie już w najbliższym czasie, mówi się nawet o wprowadzeniu go do palety silników klasy C w ciągu najbliższych kilku miesięcy. Miejmy nadzieję, że o tym jakie są plany produkcyjne i rozwojowe oraz szczegółowe rozwiązania techniczne DiesOtto, dowiemy się dokładnie 11 września na najbliższych Międzynarodowych Targach Motoryzacyjnych we Frankfurcie, gdzie będzie miała miejsce oficjalna premiera tego koncepcyjnego silnika.
Supra HV-R - pierwsze zwycięstwo auta hybrydowego
Toyota ustanowiła historyczne zwycięstwo w 24 godzinnym wyścigu Tokashi. Hybrydowa Toyota Supra HV-R jest pierwszym na świecie autem z tego typu napędem, które zajęło pierwsze miejsce w rywalizacji z napędami konwencjonalnymi.
Toyota Supra jest drugim autem hybrydowym, które startowało w wyścigu "Tokashi 24". Jego poprzednikiem był Lexus GS450h i zajął 17 miejsce w klasyfikacji ogólnej. Dzięki uczestnictwu aut hybrydowych w sporcie inżynierowie mają nadzieję odkryć nowe metody usprawnienia silników hybrydowych montowanych w samochodach produkowanych seryjnie, wysiłki konstruktorów dotyczą wagi i wydajności silników. Już w drugim roku uczestnictwa w zawodach Toyota wykorzystała dane zebrane w poprzednim sezonie do stworzenia nowego wyścigowego pojazdu hybrydowego
Tajemnice sukcesów Supry
Supra HV-R została stworzona na bazie ikony sportów motorowych czyli Toyoty Supra GT która odnosiła ogromne sukcesy w wyścigach w Japonii. Auto zostało zmodyfikowane i wyposażone w specjalny wyścigowy system hybrydowy. Aby usprawnić proces regeneracji energii oraz wydajności auta podczas wyścigu dwie istotne technologie zostały zastosowane w tym modelu:
- 1/ Trzy silniki elektryczne
System odzyskiwania energii (rekuperacja) z czterech kół oraz system silników montowanych w kołach przednich i jednego 150 kW silnika zamontowanego na tylnej osi. Dzięki temu systemowi odzyskiwania energii elektrycznej poprzez trzy silniki/generatory auto mogło odzyskiwać dużą jej ilość podczas zwalniania i hamowania z dużych prędkości.
- 2/ Specjalnie zaprojektowany kondensator
Mając na uwadze, iż ściganie się wymaga częstego gwałtownego przyśpieszania oraz zwalniania przy najwyższych osiągach, zamiast zwykłych baterii (takich jakie montowane są w systemach hybrydowych Ni-MH niklowo-wodorkowych) zastosowano szybo ładujący się kondensator.
Specyfikacje Toyoty Supra HV-R
- Nazwa pojazdu Denso Toyota Supra HV-R
- Klasa GT/TP1
- Silnik Zmodyfikowany (Super GT wersja 3UZ-FE)
- Pojemność silnika 4480ccm
- Zwężka turbiny 29,6mm2
- Max moc 480 KM przy 6.800 obr./min.
- Max moment obrotowy 510 Nm przy 5600 obr./min.
- Silnik elektryczny: silnik przedni: 10 kW i2 (silnik wewnątrz koła); silnik tylny: 150 kW
- Waga 1080 kg
Silnik na wodę? Silnik na wodór! Czyli - niedopracowana propozycja [... z już istniejących;-)]
Profesor Jerry Woodall z Purdue University opracował sposób na produkcję wodoru z wody i stopu aluminium z galem. Wynalazek może doprowadzić do stworzenia silników, które zamiast benzyny będą zużywały... wodę.
Technika jest na tyle obiecująca, że Purdue University opatentował wynalazek i założył firmę AlGalCo LLC.
Profesor Woodall powyższą technikę odkrył przypadkiem. W laboratorium czyścił tygiel, w którym znajdował się stop galu i aluminium. Gdy dodałem wody, nastąpiła silna reakcja. Atomy aluminium ze stopu weszły w kontakt z wodą, doszło do reakcji, w wyniku której powstał wodór i tlenek glinu - mówi Woodall.
Najważniejszym składnikiem dla zajścia reakcji jest gal. Zapobiega on utworzeniu się na powierzchni aluminium warstwy, która powstaje na początku utleniania się tego metalu i zatrzymuje cały proces. Dzięki galowi aluminium utlenia się do końca.
Oczywiście zostaje jeszcze cały szereg problemów, które należy rozwiązać, zanim na skalę przemysłową będzie można budować silniki zasilane wodą. Technologia jest jednak bardzo obiecująca. Przede wszystkim eliminuje ona konieczność składowania i przewożenia wodoru, potrzebnego do ogniw paliwowych. Każdy samochód sam produkowałoby na swoje potrzeby wodór dla napędzającego go ogniwa.
Podczas reakcji nie tworzą się żadne toksyczne produkty. Woodall twierdzi, że używając 260 funtów aluminium można przejechać 350 mil (563 km). Koszt aluminium wyniósłby przy obecnych cenach około 180 dolarów, podczas gdy tą samą trasę na benzynie można przejechać kosztem (wg amerykańskich cen) około 50 dolarów. Jednak powstający tlenek aluminium może być ponownie użyty do stworzenia paliwowych pastylek z aluminium.
Koszt takiego paliwa wyniósłby, przy założeniu, że zakład recyklingu aluminium korzystałby z energii dostarczonej przez elektrownię atomową, około 62 dolarów. Byłby więc porównywalny z ceną benzyny. W przyszłości ten stosunek będzie jeszcze bardziej korzystny, gdyż ropy naftowej ubywa, a tlenek glinu można by poddawać recyklingowi dzięki energii słonecznej. Gal nie jest w ogóle podczas reakcji tracony, więc koszt jego zakupu jest jednorazowy.
---
Niniejszy materiał jest opracowaniem. Autor zetknął się z "w pełni sprawnym" silnikiem wodorowym wiele lat temu! :-)
|
