Поскольку мировые запасы ископаемого топлива постепенно сокращаются, а загрязнение воздуха увеличивается, автомобильные инженеры постоянно ищут способы сделать автомобили более экономичными и сократить выбросы углерода. Одно из самых удивительных мест, где они обнаружили растраченную энергию, — это выхлоп автомобиля. На самом деле автомобильные дизайнеры используют скрытую силу автомобильных выхлопов с начала 1970-х годов. Поскольку эта технология перерабатывает выхлопные газы до того, как они выйдут из автомобиля, она также помогает уменьшить выбросы, производимые автомобилем, и помогает бороться с загрязнением воздуха.
Технологии, направленные на максимально эффективное использование выхлопных газов транспортных средств, известны под общим названием рекуперация и рециркуляция тепла выхлопных газов. . Существует несколько способов использования выхлопных газов автомобиля для повышения эффективности его использования топлива и сокращения выбросов. Например, тепло выхлопных газов автомобиля можно использовать для нагрева охлаждающей жидкости двигателя, чтобы поддерживать его работу в тепле, даже если двигатель был выключен в течение значительного периода времени. Салон автомобиля также можно обогреть с помощью тепла выхлопных газов даже в очень холодную погоду. Количество выбросов закиси азота (N2O) может быть уменьшено, а выхлопные газы автомобиля можно использовать для выработки электроэнергии. Термин утилизация тепла выхлопных газов используется для процесса повторного использования тепловой энергии выхлопных газов как в автомобиле, так и в двигателе, поэтому он является частью всех этих технологий.
Хотя эти технологии можно использовать в любом легковом автомобиле, грузовике или внедорожнике с двигателем внутреннего сгорания, они особенно важны для гибридных автомобилей, которые должны обеспечивать максимальную эффективность использования топлива и минимальные выбросы. Некоторые из самых передовых реализаций этой технологии можно найти в Toyota Prius 2010 года. На следующих нескольких страницах мы рассмотрим, как автомобильные инженеры сделали возможной эту технологию.
СодержаниеДвигатели внутреннего сгорания в автомобилях, грузовиках и других транспортных средствах производят несколько видов загрязнения. Одним из наиболее распространенных являются выбросы углекислого газа, которые играют значительную роль в глобальном потеплении. Сокращение выбросов углерода стало одной из важнейших задач, стоящих перед автомобильными инженерами. Однако автомобильные двигатели производят и другие выбросы. Одним из основных компонентов смога является N2O -- закись азота. -- и эти выбросы также производятся двигателями внутреннего сгорания.
Как и двуокись углерода, закись азота является парниковым газом. . Это означает, что он улавливает тепло солнечного излучения — солнечного света — в нашей атмосфере и использует его для нагрева поверхности Земли. Без тепла, удерживаемого парниковыми газами, поверхность земли была бы слишком холодной для поддержания жизни. Однако важен правильный баланс. В то время как слишком мало превратило бы землю в замерзший снежный ком, слишком много превратило бы ее в душные джунгли или пустыню. Люди и наши технологии эволюционировали, чтобы требовать определенного климата. Все, что меняет этот климат, может повлиять на наш образ жизни, резко изменив методы ведения сельского хозяйства и растопив полярные ледяные шапки.
Понятно, что сокращение выбросов закиси азота от автомобилей так же важно, как и сокращение выбросов углерода, но как можно уменьшить выбросы? Закись азота образуется при очень высоких температурах, поэтому все, что снижает рабочую температуру двигателя внутреннего сгорания, снижает выбросы N2O. Вот где в дело вступает рециркуляция тепла отработавших газов. Мы поговорим об этом более подробно на следующей странице.
Ключом к рециркуляции тепла выхлопных газов является устройство, называемое рециркуляцией выхлопных газов. (РВГ ) клапан. Клапан рециркуляции отработавших газов открывается, когда он сталкивается с обратным давлением выхлопных газов автомобиля и направляет его обратно в камеру сгорания. Вы можете задаться вопросом, что хорошего в этом, так как воздух в камере смешивается с бензином, чтобы сделать его горючим. Ну, во-первых, он делает топливо теплее. Теплое топливо нагревается более эффективно и, следовательно, дает больше миль на галлон. Как только клапан рециркуляции отработавших газов определяет, что двигатель достаточно прогрет, он перенаправляет выхлопные газы в другое место, чтобы предотвратить перегрев двигателя.
Подогрев охлаждающей жидкости и топлива не только помогает двигателю быстрее достичь оптимальной температуры при первом запуске, но также имеет особое преимущество для гибридов. Большинство гибридов сконструировано таким образом, что двигатель внутреннего сгорания выключается при остановке автомобиля. Если он остается выключенным слишком долго, двигатель может переохладиться. Система рециркуляции отработавших газов предотвращает слишком быстрое охлаждение двигателя.
Как рециркуляция отработавших газов снижает загрязнение окружающей среды? Выбросы, на которые нацелена система EGR, исходят от закиси азота, образующейся при очень высоких температурах. При смешивании выхлопных газов автомобиля с всасываемым воздухом количество кислорода в смеси уменьшается, а также снижается ее горючесть, что приводит к сгоранию топлива при более низкой температуре. В большинстве систем рециркуляции отработавших газов выхлоп также охлаждается до того, как он смешивается с газом. Следовательно, топливо, смешанное с выхлопными газами, горит холоднее и с меньшей вероятностью производит N2O. Более низкие температуры также способствуют экономии топлива. Благодаря тому, что топливо менее склонно к детонации, программисты, которые пишут программные процедуры синхронизации для современных двигателей, имеют больше контроля над точностью синхронизации двигателя. Более низкие температуры также помогают избежать потерь энергии при передаче тепла, а это означает, что больше энергии автомобиля расходуется на обеспечение мощности его колес.
Как мы видели, рециркуляция выхлопных газов может как повысить эффективность использования топлива, так и уменьшить загрязнение окружающей среды. Но знаете ли вы, что он также может производить электричество? Мы рассмотрим эту концепцию на следующей странице.
Термоэлектрические материалы , как следует из названия, может производить тепло из электричества. Эти материалы были открыты в 1821 году немецким физиком Томасом Зеебеком. Как правило, они были слишком дорогими и неэффективными, чтобы быть полезными для автомобильных инженеров, но ситуация начала меняться:Министерство энергетики США выразило заинтересованность в финансировании разработки практичной термоэлектрической системы, которую можно было бы использовать в автомобилях. /Р>
В автомобилях есть много источников потери тепла, включая радиатор и двигатель, но самым большим источником, вероятно, являются выхлопные газы. Учитывая, что большинство автомобилей уже рециркулируют выхлопные газы в контуре рециркуляции отработавших газов и что эта технология будет еще более важной в будущем, это дает идеальную возможность улавливать это тепло, которое в противном случае было бы потрачено впустую, и использовать термоэлектрические устройства для преобразования его в электричество. Это электричество можно использовать для питания электрических систем автомобиля, подзарядки аккумуляторов и, что, возможно, наиболее важно, для работы электродвигателя в гибридных автомобилях и электромобилях с подключаемыми батареями. Это будет почти идеальное сочетание нескольких технологий, а побочным эффектом станет помощь в снижении выбросов закиси азота за счет дополнительного охлаждения выхлопных газов перед их смешиванием с топливом.
Этот термоэлектрический импульс может быть полезен для любого типа автомобиля, но, опять же, наиболее полезным он будет применительно к гибридным автомобилям. Это увеличило бы их дальность действия за счет добавления батарей, питающих электродвигатель, и уменьшило бы время, необходимое для перезарядки этих батарей.
Развитие экономичных и малозагрязняющих технологий, таких как рециркуляция выхлопных газов и термоэлектрическая энергия, сделает возможными автомобили будущего, в которых ископаемое топливо будет практически или вовсе не использоваться. Важно разработать эти технологии сейчас, пока ископаемое топливо не закончилось, а загрязнение не нанесло значительный ущерб атмосфере и климату Земли.
Что такое бесступенчатая трансмиссия? Как это работает:плюсы и минусы
Основные причины появления белого дыма из выхлопных газов и способы их устранения
Автомобильный кондиционер:принцип работы и распространенные неисправности
Контроль тяги:как он работает и когда его использовать
Android Auto:как это работает и зачем это нужно