Silnik pneumatyczny

Z Wikipedii

Masz nowe wiadomości (różnica z poprzednią wersją).

Silnik pneumatyczny - to maszyna pneumatyczna (silnik), przetwarzająca energię sprężonego powietrza lub innego gazu na ruch obrotowy lub postępowy. Silniki są podobne do silników parowych jako, że używają rozprężenia zewnętrznie dostarczonego gazu do wykonania pracy. Małe jedno-cylindrowe silniki modelarskie są włączane do małych samolotów.

Należy zauważyć, że silnik pneumatyczny nie jest prawdziwą maszyną bez-emisyjną ponieważ sprężenie powietrza wymaga mocy zazwyczaj uzyskiwanej metodami emisyjnymi.

Jednym z ostatnich osiągnięć używających powietrza pod ciśnieniem jako paliwa jest silnik wynaleziony przez Francuza inżyniera Guy Nègre. Podobne koncepty są rozwijane przez Urugwajczyka inżyniera Armando Regusci, Australijczyka Angelo Di Pietro oraz Koreańczyka Chul-Seung Cho.

Mimo zainteresowania, żadna kompania nie wdrożyła dotąd pojazdu do masowej produkcji. Sukces pojazdu zaoferowałby wiele korzyści elektrycznego samochodu na baterie z dodatkową zaletą szybkiego przywracania zużytej energii – w parę minut, zamiast godzin potrzebnych do ładowania baterii.

Spis treści

1 Historia
2 Budowa
3 Zastosowanie
4 Podstawowe zalety samochodów na sprężone powietzre
5 Perspektywy rozwoju
6 Bezpieczeństwo
7 Zobacz też
8 Linki zewnętrzne

[edytuj] Historia

Silnik pneumatyczny i koncept użycia powietrza jako nośnika energii nie są nowe. Były używane w XIX w. do zasilania lokomotyw w kopalniach. Oprócz tego silnik był i wciąż jest używany w wyścigach samochodowych nadając rozruch silnikom spalinowym pojazdów.

W 1988r. Dennis Lee twierdził w swoich materiałach reklamowych, że dysponuje wydajnym silnikiem pneumatycznym.

W 1991r. Guy Nègre wynalazł silnik działający na sprężone powietrze jak na zwykłe paliwo. Przez 15 lat badań dokonał się rozwój. Propagatorzy twierdzą, że silnik jest konkurencyjny do współczesnych silników spalinowych oraz że, zastosowanie silnika pneumatycznego czyni samochód lżejszym. Silnik pneumatyczny, słabszy od silnika spalinowego, po zasileniu wyższym ciśnieniem może się stać nawet silniejszy od spalinowca.

Niektórzy pracujący nad rozwojem idei doprowadzili swoje silniki do etapu dostępności marketingowej poprzez swoje firmy:

Guy Nègre - MDI,
Armando Regusci - RegusciAir,
Angelo Di Pietro - EngineAir,
Chul-Seung Cho - Energine.

[edytuj] Budowa

Silnik używa rozprężenia powietrza do oddziaływania na tłoki zmodyfikowanego silnika tłokowego. Źródłem sprężonego powietrza pod ciśnieniem 20 MPa jest plastikowy pojemnik wzmocniony włóknami węglowymi. Powietrze dostarczane jest przez system podobny do konwencjonalnego wtrysku. Unikalna konstrukcja wału korbowego zwiększa czas, podczas którego ładunek powietrza jest nagrzewany z otoczenia. Ten dwu-etapowy proces pozwala na podwyższony wskaźnik transferu ciepła. Wydajność pracy poprawiana jest poprzez użycie ciepła otoczenia o normalnej temperaturze do ogrzania zimnego rozprężanego powietrza z pojemnika magazynującego powietrze. To nie-adiabatyczne rozprężenie przyczynia się do dużego zwiększenia wydajności maszyny. Jedynym gazem wydechowym jest zimne powietrze (−15 °C), które może być także użyte jako klimatyzacja w aucie.

W zastosowaniach praktycznych w transporcie, należy zaadresować pewne problemy techniczne silnika pneumatycznego:

Rozszerzenie sprężonego powietrza powoduje jego oziębienie, które ogranicza wydajność (zobacz równanie Clapeyrona). To oziębienie zmniejsza ilość energii, która może być odzyskana przez rozprężenie. Aby temu zapobiec praktyczne silniki ogrzewa się ciepłem otoczenia, aby zwiększyć dostępną ekspansję.
Dla odmiany, sprężanie powietrza przez pompy podgrzewa powietrze. Jeśli to ciepło nie zostanie odzyskane przyczynia się do dalszych strat mocy redukując wydajność.
Magazynowanie powietrza pod wysokim ciśnieniem wymaga mocnych pojemników, które jeśli nie są wykonane z drogich egzotycznych materiałów (np. włókna węglowe), są ciężkie i redukują wydajność pojazdu.
Odzysk energii pojazdu podczas hamowania poprzez kompresowanie powietrza także generuje ciepło, które powinno być zachowane dla wydajności.

W silniku Negre’a jeden tłok kompresuje powietrze z atmosfery, przytrzymując je w małym pojemniku, który zasila zbiornik wysokiego ciśnienia małą porcją powietrza. Wtedy ta porcja powietrza jest przesyłana do drugiego tłoka, gdzie wykonuje pracę. Podczas kompresji w celu ogrzania powietrza, zachodzi strata energii. A to dlatego, że owa porcja powietrza nie może otrzymać energii z otoczenia, bo atmosfera jest zimniejsza. Ponadto, powietrze musi się natychmiast rozprężyć ponieważ silnik ma system korbowy pracujący ze stałym momentem obrotowym. Jedynym sposobem zmiany momentu jest użycie paska transmisyjnego ze stałymi zmianami przekładni. Kiedy samochód się zatrzyma, silnik Negre’a musi pracować, wytracając energię. Wersja Armando Regusci silnika pneumatycznego ma pewne zalety w porównaniu do oryginalnego silnika Guy Nègre. W wersji Regusci’ego system transmituje moment obrotowy bezpośrednio do koła. Moment zmienia się od zera do maksimum zachowując wydajność.

W 2004 roku Guy Nègre porzucił swój oryginalny projekt i zaproponował nowe rozwiązanie, które jak twierdził wynalazł w 2001 roku. Jednak okazało się ono identyczne do rozwiązania Armando Regusci’ego opatentowanego w 1989 roku w Urugwaju pod numerem 22976 i w 1990 w Argentynie. W patentach tych wspomina się użycie silników elektrycznych do sprężania powietrza.

[edytuj] Zastosowanie

Silnik Nègre’a jest używany do zasilania prototypowego samochodu miejskiego z miejscem na 5 pasażerów i planowany zasięg 160 do 320 km, w zależności od warunków ruchu drogowego. Głównymi zaletami są: brak szkodliwych emisji na drodze, niski koszt technologii. Silnik używać oleju jadalnego do smarowania (1 litr na 50000km) i ma zintegrowaną klimatyzację. Zasięg samochodu na jednym napełnieniu można łatwo potroić, gdyż dostępne są pojemniki z włókien węglowych, które przeszły standardy bezpieczeństwa dla ciśnienia 70 MPa. Zbiorniki mogą być uzupełnione w około 3 minuty na stacji serwisowej lub w parę godzin w domu poprzez podłączenie mobilnego kompresora do sieci elektrycznej. Koszt prowadzenia jest projektowany na 0.75€ na 100 km z kompletnym uzupełnieniem w stacji za około US$ 3.

[edytuj] Podstawowe zalety samochodów na sprężone powietzre

krótki czas doładowania;
bardzo niskie samo-rozładowanie pojemników skompresowanego powietrza (w porównaniu do baterii elektrycznych, które tracą swój ładunek bez zewnętrznych obciążeń w tempie zależnym od typu, rozmiaru i procesów chemicznych);
długotrwała użyteczność urządzenia / małą zużywalność (w porównaniu do baterii elektrycznych mających ograniczoną liczbę cyklów użycia i czasami ograniczony czas użycia, niezależnie od użytkowania);
sprężone powietrze jako nośnik energii oferuje przewagę wobec elektrycznych nośników gdyż brak tu potrzeby produkcji i utylizacji baterii, co jest ważnym czynnikiem środowiskowym (większość współczesnych baterii można recyklować co pomniejsza ww. zaletę) ;
technologia kompresji powietrza nie jest tak technicznie wymagająca jak technologia elektryczna lub hybrydowa benzynowo-elektryczna ale jest tania i przystępna wszystkim już teraz;
potencjalnie niższy koszt początkowy masowej produkcji niż aut na baterie elektryczne.

Dla pasjonatów pojazdów zasilanych elektrycznie i z alternatywnych źródeł, udane silniki pneumatyczne są dobrą wiadomością, ponieważ mogą ich użyć do zasilania własnych pojazdów spalinowych. Mogą po porostu kupić silnik pneumatyczny, pojemnik, talerz łączący, mocowania silnika oraz inne komponenty i podłączyć w nowym lub używanym samochodzie tak jak jest to robione dla samochodów elektrycznych.

[edytuj] Perspektywy rozwoju

Jako infrastrukturę, proponuje się wyposażenie w kompresory miejsc użyteczności publicznej, takich jak parkingi, sklepy, itp. Energia do zasilania mogłaby być uzyskiwana konwencjonalnie lub poprzez turbiny wiatrowe lub mechanicznie ze strumienia powietrza z pominięciem etapu elektrycznego. Pewna liczba sklepów spożywczych posiada już teraz własne turbiny. Sprężone powietrze mogłoby zasilać nie tylko samochody (prywatne, taksówki) ale również autobusy, łodzie, wodoloty oraz – nie zawsze - samoloty.

[edytuj] Bezpieczeństwo

Podobnie jak z benzyną, skompresowane powietrze ma swoje względy bezpieczeństwa. Najważniejsza obawa dotyczy katastroficznego rozerwania pojemnika, które może nastąpić podczas przekroczenia ciśnienia przy napełnianiu, podczas jazdy i – co najbardziej prawdopodobne – podczas wypadku. Takiemu ryzyku zaradza się poprzez zachowanie rezerwy wytrzymałości pojemnika wobec stosowanego ciśnienia oraz poprzez użycie nie-odłamkowych materiałów na pojemniki gazowe.