Какие двигатели работают за счет энергии воздуха или газа

Обновлено: 15.05.2024

Что даёт больше мощности автомобилю - турбина или нагнетатель? И что они из себя представляют

Долго обсуждалось, что лучше для вашего двигателя - нагнетатели или турбокомпрессоры? Что добавляет больше энергии? И что более надежно?

Разные производители могут комплектовать свою продукцию различными системами увеличения мощности, - нагнетателями, турбокомпрессорами, двойными турбокомпрессорами или последовательными нагнетателями. В поисках большего количества лошадиных сил, установка таких систем, является одним из самых быстрых способов увеличить мощность вашего двигателя. Так, какой же из них выбрать?

Нагнетатель

Идея нагнетателя проста. Воздушный компрессор с ременным приводом прикреплен к аксессуарам двигателя и доставляет большее количество воздуха в двигатель. Звучит достаточно просто, но все немного сложнее.

Нагнетатель с ременным приводом, как и многие другие аксессуары на вашем двигателе, такие как, - генератор, помпа, компрессор кондиционера и гидроусилитель, подключен и питается, напрямую энергией вырабатываемой двигателем вашего автомобиля. И в связи с этим у вас может возникнуть вопрос: «Если он работает за счет энергии вращения коленвала, то он забирает от двигателя ту мощность, которую ему сам и создает?» Отчасти это так, поэтому чтобы нагнетатель «не забирал» всю «заработанную» им мощность, используются шкивы различного диаметра. Чем больше шкив, тем медленнее работает нагнетатель. И наоборот, чем меньше шкив, тем быстрее работает нагнетатель, а следовательно он больше увеличивает обороты крыльчатки и подачу сжимаемого им воздуха.

Нагнетатели или приводные компрессоры бывают трех типов, - роторные, винтовые и центробежные.

Роторные и винтовые нагнетатели - заменяют существующий впускной коллектор, поэтому они не создают сложностей при установке, имеют компактные размеры и занимают меньшее пространство. Проблема с такими установками заключается в том, что они менее производительны.

Центробежный тип является самым популярным, конструкция очень схожа с турбокомпрессором, и в отличии от роторных и винтовых типов, не заменяет впускной коллектор.

Расположение выхода (откуда выводится сжатый воздух) может быть «синхронизировано» (развернуто в различные стороны) для большей гибкости при установке. Большинство центробежных нагнетателей позволяют использовать интеркулеры, так как воздух сжимается за пределами двигателя. Интеркулеры обеспечивают более высокую мощность двигателя, поскольку они понижают температуру сжатого воздуха.

Нагнетатель Плюсы:

1. Простота установки

2. Ременный привод

3. Никаких изменений в выпускной системе

Нагнетатель Минусы:

1. На ременном приводе теряется часть мощности (ремень может проскальзывать, визжать или даже лопнуть). Запасные ремни могут быть достаточно дорогими.

2. Ограничен, размерами шкивов, при изменениях уровней мощности

3. Центробежные тип - это в основном сделанные на заказ комплекты, которые требуют значительных вложений

Турбокомпрессоры

Турбины отличаются от нагнетателей тем, что они работают на выхлопных газах. Турбокомпрессор устанавливается на выпускном коллекторе, и когда выхлопные газы проходят через него, они вращают крыльчатку (турбину), которая соединена через вал соседней крыльчаткой, сжимающей воздух. По этой причине турбокомпрессоры сильно перегреваются и нагревают сжатый воздух, делая его не таким плотным.

Турбина также может потребовать подключения к промежуточному охладителю - интеркулеру (не обязательно, но рекомендуется). Турбины также требуют постоянной смазки, а иногда даже используется принудительное охлаждение, которое должны быть подключено к единой системе, что может быть затруднительно.

Турбокомпрессоры Плюсы:

1. Приводится в действие «свободными» выхлопными газами

2. Форсирование (увеличение мощности) двигателя, можно менять вручную или при помощи электроники, оставляя неограниченный потенциал

3. Неограниченные варианты размеров и конфигураций

Турбокомпрессоры Минусы:

1. «Turbo lag» (Турбо-отставание или турбояма) - означает, что мощность не мгновенная, а между нажатием на педаль газа и ускорением проходит определенное время (в отличии от нагнетателя)

2. Дорогое техническое обслуживание

3. Из-за большого нагрева, высокая вероятность закоксовывания смазки, что может привести к преждевременному износу ( об этом дополнительно здесь )

4. Чтобы добавить турбину, выхлопная система должна быть изменена

И нагнетатели , и турбины , - значительно увеличивают мощность двигателей.

Что лучше, нагнетатель или турбокомпрессор?

При добавлении принудительного наддува в автомобиль, оба варианта требуют модернизации от компьютера, до топливной системы и сборочных сторон двигателя. Турбокомпрессор требует замены выпускного коллектора и трубопроводов. Нагнетатель требует замены впускного коллектора и трубопроводов промежуточного охладителя во всем моторном отсеке.

В конечном счете, выбор за вами. Если у вашего автомобиля действительно хорошая выхлопная система, а вы хотите получить гораздо больше энергии, рекомендуется использовать комплект нагнетателя.

Если вы собираете проектный автомобиль и двигатель, добавление турбокомпрессора было бы идеальным, потому что двигатель может быть построен с более низкой степенью сжатия, а изготовление трубопроводов и масляных линий может быть легко добавлено к двигателю.

Вдохнуть энергию. Почему турбированный двигатель экономичнее атмосферного?

Сила воздуха

Из курса физики мы знаем, что пламя костра горит сильнее, быстрее и при более высокой температуре, если в него надувать воздух. Стоит помахать над шашлыками веером, как угли разгорятся ярче. Если переусердствовать, то мясо даже подгорит. Так же и в моторе. Чем сильнее вкачивать воздух, тем горячее и быстрее будет горение топлива.

При большом количестве кислорода бензин сгорает быстро и почти полностью, благодаря чему остаточные газы содержат меньше вредных веществ. Топливо преобразуется в энергию, и КПД растет. И чем больше воздуха, тем меньше бензина потребуется для осуществления мотором запланированной работы. Поэтому становится возможным сделать мотор компактнее при сохранении мощности.

К примеру, 1,4-литровые турбированные двигатели сейчас развивают ту же мощность, что и 2,0-литровые атмосферные агрегаты, а по крутящему моменту существенно их превосходят. Потребление топлива у них тоже сокращается. К примеру, у кроссовера KIA Sportage 2,0-литровый атмосферный мотор в городском ритме потребляет 10,9 л бензина на 100 км пути, а у Volkswagen Tiguan турбированный 1,4-литровый агрегат при идентичной мощности съедает только 8,8 л.

Когда экономичность турбированных моторов сходит на нет?

Между тем турбонаддув — это палка о двух концах. Принято считать, что турбированные моторы имеют меньшую надежность, чем атмосферные. Отчасти это справедливо, так как деталям приходится работать при высоком давлении. Идет нагрузка на поршни, на клапанный механизм и т. д. Нагруженные высокооборотистые моторы довольно требовательны к качеству топлива и моторного масла. Они потребляют гораздо больше смазывающей жидкости, чем атмосферные. Если не уделять должного внимания смазке и затягивать со сменой масла, то турбокомпрессоры на бензиновых моторах редко ходят больше 150 000 км.

Да и к экономичности есть большие вопросы. При спокойной езде, когда турбоагрегаты не раскручиваются свыше 3 тысяч оборотов, потребление топлива действительно ниже, чем у атмосферных. Однако при динамичной езде на пике мощности и крутящего момента впрыск готовит такую смесь, чтобы обеспечить максимальную тягу. Для примера: 2,0-литровый атмосферный мотор у KIA Sportage развивает 192 Нм, а турбированный двигатель 1,4 TSI у Volkswagen Tiguan — 250 Нм. А так как моторы могут развивать гораздо больший крутящий момент, то и бензина для достижения заявленных характеристик требуется больше.

Таким образом, при активной спортивной езде турбированные моторы могут удивить: бензин в них течет рекой, а потребление топлива опережает показатели атмосферных двигателей примерно на 30%.

Как работает водородный двигатель и какие у него перспективы

С 2018 года в ЕС действует запрет на дизельные автомобили новейшего поколения в населенных пунктах [1]. Это стало поворотным моментом в развитии рынка электрокаров, а также — гибридных и водородных двигателей.

Великобритания еще в 2017-м высказывалась за полный запрет бензиновых авто к 2040 году. Тогда же, если верить исследованию Bloomberg New Energy Finance [2], на электрокары будет приходиться 35% от всех продаж автомобилей. Уже к 2030 году Jaguar и Land Rover планируют довести число электрокаров в своих линейках до 100% [3]. Часть из них тоже работает на водороде.

История развития рынка водородных двигателей

Первый двигатель, работающий на водороде, придумал в 1806 году французский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз [4]. Он получал водород при помощи электролиза воды.

Первый патент на водородный двигатель выдали в Великобритании в 1841 году [5]. В 1852 году в Германии построили двигатель внутреннего сгорания (ДВС), который работал на воздушно-водородной смеси. Еще через 11 лет французский изобретатель Этьен Ленуар сконструировал гиппомобиль [6], первые версии которого работали на водороде.

В 1933 году норвежская нефтегазовая и металлургическая компания Norsk Hydro Power переоборудовала [7] один из своих небольших грузовиков для работы на водороде. Химический элемент выделялся за счет риформинга аммиака и поступал в ДВС.

В Ленинграде в период блокады на воздушно-водородной смеси работали около 600 аэростатов. Такое решение предложил военный техник Борис Шепелиц, чтобы решить проблему нехватки бензина. Он же переоборудовал 200 грузовиков ГАЗ-АА для работы на водороде.

Первый транспорт на водороде выпустила в 1959 году американская компания Allis-Chalmers Manufacturing Company — это был трактор [8].

Первым автомобилем на водородных топливных элементах стал Electrovan от General Motors 1966 года. Он был оборудован резервуарами для хранения водорода и мог проехать до 193 км на одном заряде. Однако это был единичный демонстрационный экземпляр, который передвигался только по территории завода.

В 1979-м появился первый автомобиль BMW с водородным двигателем. Толчком к его созданию послужили нефтяные кризисы 1970-х, и по их окончании об идее альтернативных двигателей забыли вплоть до 2000-х годов.

Первой серийной моделью автомобиля с водородным двигателем стала Toyota Mirai, выпущенная в 2014 году. Сегодня такие модели есть в линейках многих крупных автопроизводителей: Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford и других.

Как работает водородный двигатель?

На специальных заправках топливный бак заправляют сжатым водородом. Он поступает в топливный элемент, где есть мембрана, которая разделяет собой камеры с анодом и катодом. В первую поступает водород, а во вторую — кислород из воздухозаборника.

Каждый из электродов мембраны покрывают слоем катализатора (чаще всего — платиной), в результате чего водород начинает терять электроны — отрицательно заряженные частицы. В это время через мембрану к катоду проходят протоны — положительно заряженные частицы. Они соединяются с электронами и на выходе образуют водяной пар и электричество.

По сути, это — тот же электромобиль, только с другим аккумулятором. Емкость водородного аккумулятора в десять раз больше емкости литий-ионного. Баллон с 5 кг водорода заправляется около 3 минут, его хватает до 500 км.

Где применяют водородное топливо?

В автомобилях с водородными и гибридными двигателями. Такие уже выпускают Toyota, Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford, Nissan, Daimler;
В поездах. Первый такой был выпущен в Германии компанией Alstom и ходит по маршруту Букстехуде — Куксхафен;
В автобусах: например, в городских низкопольных автобусах марки MAN.
В самолетах. Первый беспилотник на водороде выпустила компания Boeing, внутри — водородный двигатель Ford;
На водном транспорте. Siemens выпускает подводные лодки на водороде, а в Исландии планируют перевести на водородное топливо все рыболовецкие суда;
Во вспомогательном транспорте. Водород используют в электрокарах для гольфа, складских погрузчиках, сервисных автомобилях логистических компаний и аэропортов;
В энергетике. Электростанции мощностью от 1 до 5 кВт, работающие на водороде, могут обеспечивать теплом и энергией небольшие города и отдельные здания. Например, после аварии на Фукусиме в 2018 году Япония активнее начала переходить на водородную энергетику [9], планируя перевести на водород 1,4 млн электрогенераторов;
В смесях с обычным топливом. Например, с дизельным или газовым — чтобы удешевить производство.

Плюсы водородного двигателя

Экологичность при использовании. Водородный транспорт не выбрасывает в атмосферу диоксид углерода;
Высокий КПД. У двигателя внутреннего сгорания (ДВС) он составляет около 35%, а у водородного — от 45%. Водородный автомобиль сможет проехать на 1 кг водорода в 2,5-3 раза больше, чем на эквивалентном ему по энергоемкости и объему галлоне (3,8 л) бензина;
Бесшумная работа двигателя;
Более быстрая заправка — особенно в сравнении с электрокарами;
Сокращение зависимости от углеводородов. Водородным двигателям не нужна нефть, запасы которой не бесконечны и к тому же сосредоточены в нескольких странах. Это позволяет нефтяным государствам диктовать цены на рынке, что невыгодно для развитых экономик.

Минусы водородного двигателя

Высокая стоимость. Галлон бензина в США стоит около $3,1 [10], а эквивалентный ему 1 кг водорода — $8,6. Водородные батареи содержат платину — один из самых дорогих металлов в мире. Дополнительные меры безопасности также делают двигатель дорогим: в частности, специальные системы хранения и баки из углепластика, чтобы избежать взрыва.
Проблемы с инфраструктурой. Для заправки водородом нужны специальные станции, которые стоят дороже, чем обычные.
Не самое экологичное производство. До 95% сырья для водородного топлива получают из ископаемых [11]. Кроме того, при создании топлива используют паровой риформинг метана, для которого нужны углеводороды. Так что и здесь возникает зависимость от природных ресурсов.
Высокий риск. Для использования в двигателях водород сжимают в 850 раз [12], из-за чего давление газа достигает 700 атмосфер. В сочетании с высокой температурой это повышает риск самовоспламенения.

Водород обладает высокой летучестью, проникает даже в небольшие щели и легко воспламеняется. Если он заполнит собой весь капот и салон автомобиля, малейшая искра вызовет пожар или взрыв. Так, в июне 2019 года утечка водорода привела к взрыву на заправке в Норвегии. Сила ударной волны была сопоставима с землетрясением в радиусе 28 км. После этого случая водородные АЗС в Норвегии запретили

Водород для топлива можно получать разными способами. В зависимости от того, насколько они безвредны, итоговый продукт называют [13] «желтым» или «зеленым». Желтый водород — тот, для которого нужна атомная энергия. Зеленый — тот, для которого используют возобновляемые ресурсы. Именно на этот водород делают ставку международные организации.

Самый безвредный способ — электролиз, то есть, извлечение водорода из воды при помощи электрического тока. Пока что он не такой выгодный, как остальные (например, паровая конверсия метана и природного газа). Но проблему можно решить, если сделать цепочку замкнутой — пускать электричество, которое выделяется в водородных топливных элементах для получения нового водорода.

Водородный транспорт в России

В России в 2014 году появился свой производитель водородных топливных ячеек — AT Energy. Компания специализируется на аккумуляторных системах для дронов, в том числе военных. Именно ее топливные ячейки использовали для беспилотников, которые снимали Олимпиаду-2014 в Сочи.

В 2019 году Россия подписала Парижское соглашение по климату, которое подразумевает постепенный переход стран на экологичные виды топлива.

Чуть позже «Газпром» и «Росатом» подготовили совместную программу развития водородной технологии на десять лет.

Главный фактор, который может обеспечить России преимущество на рынке водорода — это богатые запасы пресной воды [14] за счет внутренних водоемов, тающих ледников Арктики и снегов Сибири. Вблизи последних уже есть добывающая инфраструктура от «Роснефти», «Газпрома» и «Новатэка».

В конце 2020 года власти Санкт-Петербурга анонсировали [15] запуск каршеринга на водородном топливе совместно с Hyundai. В случае успеха проект расширят и на другие крупные города России.

Перспективы технологии

Вокруг водородных двигателей немало противоречивых заявлений. Одни безоговорочно верят в их будущее — например, Арнольд Шварценеггер еще в 2004 году, будучи губернатором Калифорнии, обещал [16], что к 2010 году весь его штат будет покрыт «водородными шоссе». Но этого так и не произошло. В этом отчасти виноват глобальный экономический кризис: автопроизводителям пришлось выживать в тяжелейших финансовых условиях, а подобные технологии требуют больших и долгосрочных вложений.

Другие, напротив, критикуют технологию за ее очевидные недостатки. Так, основатель Tesla Илон Маск назвал водородные двигатели «ошеломляюще тупой технологией» [17], которая по эффективности заметно уступает электрическим аккумуляторам. Отчасти он прав: сегодня водородным автомобилям приходится конкурировать с электрокарами, гибридами, транспортом на сжатом воздухе и жидком азоте. И пока что до лидерства им очень далеко.

Но у водородного топлива есть существенное преимущество перед электрическими аккумуляторами — долговечность. Если аккумулятора в электрокаре хватает на три-пять лет, то водородной топливной ячейки — уже на восемь-десять лет. При этом водородные аккумуляторы лучше приспособлены для сурового климата: не теряют заряд на морозе, как это происходит с электрокарами.

Есть еще одна перспективная сфера применения водородного топлива — стационарное резервное питание: ячейки с водородом могут снабжать энергией сотовые вышки и другие небольшие сооружения. Их можно приспособить даже для энергоснабжения небольших автономных пунктов вроде полярных станций. В этом случае можно раз в год наполнять газгольдер, экономя на обслуживании и транспорте.

Основной упрек критиков — дороговизна водородного топлива и логистики. Однако Международное энергетическое агентство прогнозирует, что цена водорода к 2030 году упадет минимум на 30% [20]. Это сделает водородное топливо сопоставимым по цене с другими видами [21].

Если вспомнить, как развивался рынок электрокаров, то его росту способствовали три главных фактора:

Лобби со стороны развитых государств: в США [22], ЕС [23], Японии [24], России [25] и других странах приняты законы в поддержку экологичного транспорта.
Удешевление аккумуляторов: согласно исследованию Bloomberg New Energy Finance, за последние десять лет цены на литий-ионные аккумуляторы упали с $1200 до $137 за кВт·ч.
Развитие инфраструктуры: специальные электрозарядные станции и зарядки в крупных бизнес-центрах, на парковках ТЦ и аэропортов.

Водородные двигатели ждет примерно тот же сценарий. В Toyota видят главные перспективы [26] для водородных двигателей в компактных автомобилях, а также в среднем и премиум-классе. Пока что производство не вышло на тот уровень, чтобы бюджетные модели работали на водороде и оставались рентабельными. Современные водородные машины стоят вдвое дороже обычных [27] и на 20% больше, чем гибридные.

Согласно прогнозу Markets&Markets [28], к 2022 году объем мирового производства водорода вырастет со $115 до $154 млрд. Остается главный вопрос: как быть с инфраструктурой? Чтобы водородные двигатели стали массовыми, нужны сети заправок, трубопроводы для топлива, отлаженные логистические цепочки. Все это пока только зарождается. Но и тут есть позитивные сдвиги: например, канадская Ballard Power по заказу китайского Министерства транспорта запустила пилотный проект, в рамках которого водородное топливо можно будет заливать в обычные АЗС.

Воздушный “компресс”. Что нужно знать о современных видах наддува

За долгие годы такие термины, как турбина, наддув, компрессор, нагнетатель, успели плотно войти в обиход практически любого автолюбителя. Давайте разберемся, для чего в цилиндры нужно “вдувать” воздух под давлением и какие устройства для этого вообще используют.

Не секрет, что для работы ДВС нужно закачать смесь из топлива и воздуха в каждый цилиндр, а затем воспламенить ее, чтобы произошел микровзрыв, который, в свою очередь, толкнет поршень и запустит циклический процесс. Как же увеличить отдачу? Да просто устроить взрыв помощней. А вот тут нюанс: если топлива мы можем подать сколько угодно, то вот закачать больше воздуха можно только при помощи специального нагнетателя наддува.

Турбонаддув

Самым популярным и простым таким устройством является классический турбонагнетатель, работающий за счет энергии выхлопных газов. Он состоит из двух частей (“улиток”), внутри которых на одном валу стоят две крыльчатки: турбинная в “горячей” части (контактирует с отработавшими газами) и компрессорная в отдельном “холодном” корпусе. Турбинное колесо вращается за счет энергии выхлопных газов двигателя, раскручивая тем самым крыльчатку компрессорного колеса. Вот оно, в свою очередь, всасывает в “холодный” корпус разреженный воздух, сжимает его и направляет прямиком в цилиндры: чем больше обороты мотора, тем выше давление на впуске. Если же воздуха образуется в избытке, то специальный клапан стравливает лишнюю порцию в атмосферу (“блоу-офф“) или направляет его обратно на впуск (“байпас“).

Вроде бы получается, что увеличивать давление наддува с турбиной на выхлопных газах можно до бесконечности: поставил здоровенный нагнетатель и получил большую порцию сжатого воздуха. Но не так все просто. Ведь большая турбина имеет широкие каналы и крыльчатку, которую можно раскрутить только на высоких оборотах мотора. А маленький нагнетатель, наоборот, на низких оборотах работает отменно, но на высоких просто не успевает прокачивать через себя большую порцию воздуха. Именно поэтому автомобильные инженеры “играют” с размерами улиток, устанавливают сразу несколько турбин (большую и маленькую) и используют разные хитрые конструкции, чтобы обеспечить компромисс - хорошую тягу турбомотора во всем диапазоне оборотов без задержек и турбоямы. К слову, последним именуют так называемый провал в работе наддувного двигателя на низких оборотах, когда турбина еще не получает достаточно отработавших газов, чтобы раскрутиться и добавить двигателю дополнительных “лошадок”.

Твинскрольная турбина

Так выглядит турбонагнетатель твинскрольного типа. Красный канал - помогает турбине “раздуваться” с низких оборотов, а желтый - эффективен на "верхах".

Одним из видов компромиссного наддува можно назвать турбину типа Twin Scroll. Она имеет двойную “горячую” часть, внутри которой есть пара параллельных каналов разного диаметра. Каждый из них соединен со своей половиной цилиндров и воспринимает от них персональную порцию выхлопных газов для раскрутки единой крыльчатки турбинного колеса: одна доза выхлопов вращает турбинное колесо на низких оборотах (за счет узкого сечения канала первого “горячего” контура), а другая - подает выхлоп в более крупную улитку, которая эффективно работает на повышенных оборотах. В основном твинскрольные нагнетатели нашли применение на малообъемных современных двигателях, где важно получать оптимальный подхват при любой частоте вращения мотора, а также экономить вес и место под капотом. Из недостатков твинскрольной турбины можно отметить сложность конструкции, дороговизну и низкую эффективность работы на высоких оборотах из-за ограничений размера горячей части.

Турбина с изменяемой геометрией

Специальные активные лопатки вокруг крыльчатки "горячей" части турбины, позволяют нагнетателю эффективно работать практически во всем диапазоне оборотов двигателя. В народе такое устройство наддува называют "супертурбиной".

Самым совершенным видом традиционного наддува, который применяется на автомобилях, можно назвать турбокомпрессор с изменяемой геометрией рабочей части (Variable Geometry Turbocharger). Называется он так, поскольку имеет подвижные лопатки вокруг крыльчатки “горячей улитки”. В зависимости от оборотов двигателя специальный электропривод меняет их угол атаки, имитируя маленькую и большую турбины: на низких оборотах лопатки делают впускной канал “горячки” узким, помогая турбинному колесу быстрее раскрутиться, а по мере увеличения оборотов двигателя тракт приоткрывается, чтобы турбина могла получать необходимую для эффективного наддува порцию выхлопных газов. В отличие от твинскрольного нагнетателя турбокомпрессор с изменяемой геометрией может одинаково эффективно работать на всех уровнях оборотов. Поначалу такой тип наддува устанавливали только на турбодизели, поскольку те выделяют меньше тепла, которое компрессор с изменяемой геометрией не любит. Сейчас же турбину VNT научились использовать и на бензиновых двигателях, в частности, на моторе высокофорсированного спорткара Porsche 911 Turbo.

Механический нагнетатель

Еще до того, как начали применять энергию отработавших газов, для наддува использовали механический нагнетатель (чаще всего его называют просто компрессором или “суперчарджером”). В классическом виде это устройство представляет собой корпус, в котором продолговатые роторы-лопасти расположены параллельно друг другу и соединены ременным приводом с коленчатым валом двигателя. Воздух, проходящий между этими винтообразными роторами, сжимается и направляется в цилиндры.

Основное преимущество механического нагнетателя над традиционной турбиной - давление наддува присутствует даже на холостых оборотах двигателя и растет прямо пропорционально частоте вращения коленвала. Вот поэтому турбоямы у двигателей с компрессором попросту не бывает. Плюс стоит отметить звук: так как отработавшие газы в процессе наддува не участвуют, звучание двигателя не искажается и сохраняет свой первозданный вид.

Впрочем, не так все прекрасно, поскольку механический нагнетатель отбирает львиную долю мощности у двигателя (порой до 30%) и гораздо тяжелее турбины, а сам наддув с ростом оборотов получается неравномерным (высокая эффективность достигается только на высоких частотах). Именно поэтому в наше время компрессоры наддува - вещь немного устаревшая и на серийных автомобилях встречается редко. Сейчас моторы c механическими нагнетателями можно встретить на некоторых моделях Toyota, Land Rover, Cadillac и Audi, которые имеют под капотом объемные двигатели (более двух литров).

Различают три вида механических нагнетателей: кулачковый (типа Roots), винтовой (Lysholm) и центробежный. В первых двух для сжатия всасываемого воздуха используются специальные продолговатые роторы-лопасти (у кулачкового их два, у винтового - один), а в последнем типе за это отвечает холодная часть традиционного турбокомпрессора.

Электрический наддув

В эпоху развития электрокаров и различных электронных систем грех не использовать электрическую тягу и для наддува. Конструкция электрического нагнетателя проста: электромотор, который питается от аккумулятора, соединен с валом “холодной” компрессорной части классической турбины. По сути, такая конструкция - идеальный источник нагнетаемого воздуха, поскольку в любой момент может обеспечить максимальное давление на впуске.

Электрокомпрессор Valeo, который устанавливается на двигатель от Audi SQ7, питается от 48 вольтовой батареи, а крыльчатка раскручивается до 70 000 об/мин всего за 250 миллисекунд (глазом моргнуть не успеешь).

Из-за многочисленных трудностей по части бесперебойного питания устройства, на серийные автомобили электротурбину начали ставить только с недавнего времени. В частности, впервые она появилась на “заряженном” кроссовере Audi SQ7, который оснащен 435-сильным четырехлитовым турбодизелем. Электронагнетатель на этом моторе “надувает” воздух в цилиндры только на низких оборотах, а дальше подключаются в работу две классические турбины. Такая схема позволяет получить 900 Нм крутящего момента уже в диапазоне от 1000 (!) до 3 250 об/мин.

Кстати, в автоспорте тоже используют электрическую турбину, но немного для других нужд. Система MGU-H (устаравливается на силовые установки современных болидов Формулы-1) представляет собой электрическое устройство на валу классического турбокомпрессора, которое при необходимости помогает держать турбокомпрессор раскрученным, чтобы в первую очередь избавится от турболага (не путать с турбоямой) - так называемой задержки между нажатием педали газа и попаданием наддувного воздуха в двигатель.

Составные схемы наддува

В погоне за максимальной эффективностью турбодвигателей автомобильные инженеры применяют схемы с несколькими турбинами, а порой даже смешивают вместе разные системы наддува. И все это ради одной цели - получить в одном “коктейле” как можно больше преимуществ и избавится от недостатков.

Отдельного обсуждения заслуживает система Twin turbo или просто - двойной турбонаддув. Все его разновидности можно разбить на три типа (двухступенчатый, параллельный и последовательный), каждый из которых подбирается инженерами для конкретного мотора с учетом его конструкции, характеристик и режимов работы.

Двойной параллельный турбонаддув

Самая простая и популярная схема Twin Turbo представляет собой пару одинаковых турбин, каждая из которых подключена к своей половине цилиндров. Оба турбокомпрессора работают параллельно и отдельно друг от друга, но надувают воздух в единый впускной коллектор.

Бензиновый V-образный двигатель с двойным параллельным наддувом. Оба нагнетателя расположены в развале блока цилиндров для улучшения отклика на нажатие педали акселератора.

За счет того, что каждая турбина раскручивается от “своих” цилиндров, параллельная схема наддува работает линейно практически во всем диапазоне оборотов, создавая эффект атмосферного двигателя большего объема. Данный вид турбонаддува можно встретить на большинстве V-образных двигателях (BMW N74 V12 TwinPower Turbo или Mercedes-Benz M278 V8 Biturbo), где нагнетатели чаще всего устанавливаются в развале блока цилиндров для более быстрого отклика турбомотора на нажатие педали газа. Причем на более современных моторах (например, BMW S63TU от X5 M) обе турбины могут быть твинскрольного типа.

Последовательный Twin turbo

Следующая система также имеет два идентичных турбонагнетателя, но подключены они к одному каналу и включаются по очереди, друг за другом. Одна турбина работает постоянно, а вторая активируется электроникой при определенных условиях (нагрузка на двигатель, частота вращения коленвала, положение педали газа и т.д.). Когда блок управления дает команду включить вторую турбину, специальная заслонка открывается и два нагнетателя работают вместе.

При двойном последовательном наддуве сначала работает только один нагнетатель, а потом к нему присоединяется второй по команде электронных "мозгов". Также стоит обратить внимание на промежуточный охладитель (интеркулер), который применяется на моторах с турбонаддувом и необходим для охлаждения воздуха после его сжатия (холодный воздух имеет более высокую плотность и эффективность)

Правда, бывает, что двумя турбонагнетателями некоторые автопроизводители не ограничиваются. В частности, компания BMW несколько лет назад установила на свой дизельный мотор сразу три турбины, а двигатели Bugatti Veyron (W16 на восемь литров) и вовсе имеют целый квартет из турбонагнетателей.

Двухступенчатый турбонаддув

Данный схема агрегатного наддува является наиболее сложной и в то же время самой эффективной. Тут две турбины разного размера установлены последовательно (большая идет следом за маленькой), а процессом наддува руководят специальные перепускные клапана. Сначала отработавшими газами раскручивается малая турбина, обеспечивающая тягу двигателя на “низах”, а большой нагнетатель параллельно просто пропускает через себя газы и сжатый воздух, находясь в “боевой” готовности.

Авиационные газотурбинные двигатели

Всем привет! В этой статье я хочу рассказать о том, как работают авиационные газотурбинные двигатели (ГТД). Я постараюсь сделать это наиболее простым и понятным языком.

Авиационные ГТД можно можно разделить на:

турбореактивные двигатели (ТРД)
двухконтурные турбореактивные двигатели (ТРДД)
Турбовинтовые двигатели (ТВД)
Турбовальные двигатели (ТВаД)

Начнём с турбореактивных двигателей.

Турбореактивные двигатели

Такой тип двигателей был создан в первой половине 20-го века и начал находить себе массовое применение к концу Второй мировой войны. Первым в мире серийным турбореактивным самолетом был немецкий Me.262. ТРД были популярны вплоть до 60-ых годов, после чего их стали вытеснять ТРДД.

Современная фотография Me-262, сделанная в 2016 году

Самый простой турбореактивный двигатель включает в себя следующие элементы:

*здесь и дальше мы будем говорить про дозвуковые скорости. На сверхзвуковой скорости физика меняется, и там все совсем не так.

Компрессор — это устройство, в котором происходит повышение давление воздуха. Компрессор можно характеризовать такой величиной, как степень повышения давления. В современных двигателях оно уже начинает переступать за 40 единиц. Кроме того, в нем увеличивается температура (может быть, где-то до 400 градусов Цельсия).

Камера сгорания — устройство, в котором к сжатому воздуху (после компрессора) подводится тепло из-за горения топлива. Температура в камере сгорания очень высокая, может достигать 2000 градусов Цельсия. Вам может показаться, что давление газа в камере тоже сильно увеличивается, но это не так. Теоретически принято считать, что подвод тепла осуществляется при постоянном давлении. В реальности оно немного падает из-за потерь (проблема несовершенства конструкции).

Турбина — устройство, превращающее часть энергии газа после камеры сгорания в энергию привода компрессора. Так как турбины используются не только в авиации, можно дать более общее определение: это устройство, преобразующее внутреннюю энергию рабочего тела (в нашем случае рабочее тело — это газ) в механическую работу на валу. Как вы могли понять, турбина и компрессор находятся на одном валу и жестко связаны между собой. Если в компрессоре происходит повышение давления газа, то в турбине, наоборот, понижение, то есть газ расширяется.

Сопло — суживающийся канал, в котором происходит преобразование потенциальной энергии газа в кинетическую (оставшийся запас энергии газа после турбины). Как и в турбине, в сопле происходит расширение газа. Образуется струя, которая, вытекая из сопла, движет самолёт.

С основными элементами разобрались. Но все равно не очень понятно как оно работает? Тогда давайте ещё раз и коротко.

Воздух из атмосферы попадает во входное устройство, где немного сжимается и поступает в компрессор. В компрессоре давление воздуха растёт ещё сильнее, растёт и температура. После компрессора воздух поступает в камеру сгорания и, смешиваясь там с топливом, воспламеняется, что приводит к сильному возрастанию температуры, при, можно сказать, постоянном давлении. После камеры сгорания горячий сжатый газ попадает в турбину. Часть энергии газа расходуется на вращение компрессора турбиной (чтобы он мог выполнять свою функцию, описанную выше), другая часть энергии расходуется на, нужное нам, движение самолёта, из-за того, что газ, пройдя турбину, превращается в реактивную струю в сопле и вырывается из него (сопла) в атмосферу. На этом цикл завершается. Конечно, в реальности все процессы цикла проходят непрерывно.

Такой цикл называется циклом Брайтона, или термодинамическим циклом с непрерывным характером рабочего процесса и подводом тепла при постоянном давлении. По такому циклу работают все ГТД.

Цикл Брайтона в P-V координатах

Н-В — процесс сжатия во входном устройстве
В-К — процесс сжатия в компрессоре
К-Г — изобарический подвод тепла
Г-Т — процесс расширения газа в турбине
Г-С — процесс расширения газа в сопле
С-Н — изобарический отвод тепла в атмосферу

Схематичная конструкция турбореактивного двигателя, где 0-0 — ось двигателя

ТРД может иметь и два вала. В таком случае компрессор состоит из компрессора низкого давления (КНД) и компрессора высокого давления (КВД), а подвод работы будут осуществлять турбина низкого давления (ТНД) и турбина высокого давления (ТВД) соответственно. Такая схема более выгодная газодинамически.

Реальный двигатель такого вида в разрезе

Мы рассмотрели принцип работы самой простой схемы авиационного газотурбинного двигателя. Естественно, на современных «Эйрбасах и Боингах» устанавливаются ТРДД, конструкция которых заметно сложнее, но работает все по таким же законам. Давайте рассмотрим их.

Двухконтурный турбореактивный двигатель

ТРДД, прежде всего, отличается от ТРД тем, что имеет два контура: внешний и внутренний. Внутренний контур содержит в себе то же самое, что и ТРД: компрессор (разделенный на КНД и КВД), камеру сгорания, турбину (разделенную на ТВД и ТНД) и сопло. Внешний контур представляет собой канал, с соплом в конце. В нем нет ни камеры сгорания, ни турбины. Перед обоими контурами (сразу после входного устройства двигателя) стоит ступень компрессора, работающая на оба контура.

Не очень понятная картина выходит, да? Давайте разберемся как оно работает.

Схематичная конструкция двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя

Воздух, попадающий в двигатель, пройдя через первую ступень компрессора низкого давления, разбивается на два потока. Одна часть воздуха идет по внутреннему контуру, где происходят те же процессы, которые были описаны, когда мы разбирали ТРД. Вторая часть воздуха попадает во внешний контур, получив энергию от первой ступени КНД (та, которая работает на два контура). Во внешнем контуре энергия воздуха тратится только на преодоление гидравлических потерь (за счёт трения). В конце этот воздух попадает в сопло внешнего контура, создавая огромную тягу. Тяга, созданная внешним контуром, может составлять 80% тяги всего двигателя.

Одной из важнейших характеристик ТРДД является степень двухконтурности. Степень двухконтурности — это отношение расхода воздуха во внешнем контуре, к расходу воздуха во внутреннем контуре. Это число может быть как больше, так и меньше единицы. На современных двигателях это число переступает за значение в 12 единиц.
Двигатели, степень двухконтурности которых больше двух, принято называть турбовентиляторными, а первую ступень компрессора (ту, что работает на оба контура) вентилятором.

ТРДД самолета Boeing 757-200. На переднем плане видно входное устройство и вентилятор

На некоторых двигателях вентилятор приводится в движение отдельной турбиной, которая ставится ближе всего к соплу внутреннего контура. Тогда двигатель получается трехвальным. Например, по такой схеме выполнены двигатели Rolls Royce RB211 (устанавливались на L1011, B747, B757, B767), Д-18Т (Ан-124), Д-36 (Як-42)

Д-18Т в разрезе изнутри

Главное достоинство ТРДД заключается в возможности создания большой тяги и хорошей экономичности, по сравнению с ТРД.

На этом я хотел бы закончить про ТРДД и перейти к следующему виду двигателей — ТВД.

Турбовинтовые двигатели

Турбовинтовой двигатель, как и турбореактивный, относится к газотурбинным двигателям. И работает он почти как турбореактивный. Элементарный турбовинтовой двигатель состоит из уже знакомых нам элементов: компрессора, камеры сгорания, турбины и сопла. К ним добавляются редуктор и винт.

Принцип работы работы такой же, как у турбореактивного, с разницей в том, что практически вся энергия газа расходуется на турбине на вращение компрессора и на вращение винта через редуктор (здесь винт и редуктор находятся на одном валу с компрессором). Винт создаёт основную долю тяги. Оставшаяся, после турбины, часть энергии направляется в сопло, образуя реактивную тягу, но она мала, может составлять десятую часть от общей. Редуктор в этой схеме нужен для того, чтобы понизить обороты и передать момент, так как турбина может вращаться с очень высокой частотой, например, 10000 оборотов в минуту, а винту нужно только 1500. И винт достаточно тяжелый.

Схематичная конструкция ТВД

Но бывает и другая схема турбовинтовых двигателей: со свободной турбиной.
Её суть в том, что за обычной турбиной компрессора ставится отдельная турбина, которая механически не связана с турбиной компрессора. Такая турбина называется свободной. Связь между турбиной компрессора и свободной турбиной только газодинамическая. От свободной турбины идёт отдельный вал, на который устанавливаются редуктор с винтом. Все остальное работает так же, как и в первом случае. Большинство современных двигателей выполняют именно по такой схеме. Одним из плюсов такой схемы является возможность использования двигателя на земле, как вспомогательную силовую установку (ВСУ), не приводя винт в движение.

Схематичная конструкция ТВД со свободной турбиной

Хочу отметить, что не нужно смотреть на турбовинтовые двигатели как на малоэффективный пережиток прошлого. Я несколько раз слышал такие высказывания, но они неверны.
Турбовинтовой двигатель в некоторых случаях обладает наивысшим КПД, как правило, на самолетах с не очень большими скоростями (например, на 500 км/ч), притом, самолет может быть внушительных размеров. В таком случае, турбовинтовой двигатель может быть в разы выгоднее, рассмотренного ранее, турбореактивного двигателя.

На этом про турбовинтовые двигатели можно заканчивать. Мы потихоньку подошли к понятию турбовального двигателя.

Турбовальный двигатель

Должно быть, большинство читателей здесь вообще впервые слышат такое название. Такой тип двигателей устанавливается на вертолёты.

Турбовальный двигатель очень схож с турбовинтовым двигателем со свободной турбиной. Он также состоит из компрессора, камеры сгорания, турбины компрессора, далее идёт свободная турбина, связанная со всем предыдущем только газодинамически. А вот реактивную тягу такой двигатель не создаёт, реактивного сопла у него нет, только выхлоп. Свободная турбина имеет свой вал, который соединяется к главному редуктору вертолёта (несущего винта). Да, у всех известных мне вертолетов есть такой редуктор, и, как правило, он внушительных размеров. Дело в том, что обороты несущего винта вертолёта очень низкие. Если у самолета, как я писал выше, они могут достигать 1500 об/мин, то у вертолёта, например у Ми-8, всего 193 об/мин.
А обороты двигателя у вертолёта зачастую очень высокие (из-за небольших размеров), и понижать их приходится в сотню и более раз. Бывает такое, что редуктор стоит и на двигателе, и на самом вертолете, например, у Ми-2 и его двигателя ГТД-350.

Схематичная конструкция турбовального двигателя

Двигатель ТВ3-117 от вертолета Ми-8. Справа видны выхлопная труба и приводной вал

Итак, мы рассмотрели четыре типа газотурбинных двигателей. Надеюсь, мой текст был понятен и полезен для вас. Все вопросы и замечания можете писать в комментариях.

Какие двигатели работают за счет энергии воздуха или газа

Пневматические двигатели существовали во многих формах за последние два столетия, варьируя от ручных двигателей до двигателей до нескольких сотен лошадиных сил. Некоторые типы полагаются на поршни и цилиндры; другие на щелевых роторах с лопастями (лопастные двигатели) и другие используют турбины. Многие двигатели сжатого воздуха улучшают свои рабочие характеристики, нагревая поступающий воздух или сам двигатель. Пневматические двигатели получили широкое распространение в ручном инструментальном производстве, но также используются в широком спектре промышленных применений. Постоянно предпринимаются попытки расширить их использование в транспортной отрасли. Тем не менее, пневматические двигатели должны преодолевать неэффективность, прежде чем рассматривать их как жизнеспособный вариант в транспортной отрасли.

линейный
Для достижения линейного движения из сжатого воздуха наиболее часто используется система поршней. Сжатый воздух подается в воздухонепроницаемую камеру, в которой находится вал поршня. Также внутри этой камеры пружина наматывается вокруг вала поршня, чтобы полностью закрыть камеру, когда воздух не закачивается в камеру. Когда воздух подается в камеру, сила на поршневом валу начинает преодолевать силу, действующую на пружину. Когда в камеру поступает больше воздуха, давление увеличивается, и поршень начинает двигаться вниз по камере. Когда он достигает максимальной длины, давление воздуха выходит из камеры, а пружина завершает цикл, закрывая камеру, чтобы вернуться в исходное положение.

Поршневые двигатели наиболее часто используются в гидравлических системах. По сути, поршневые двигатели такие же, как и гидравлические двигатели, за исключением того, что они используются для преобразования гидравлической энергии в механическую энергию.

Поршневые двигатели часто используются в серии из двух, трех, четырех, пяти или шести цилиндров, которые заключены в корпус. Это позволяет увеличить мощность поршней, поскольку несколько двигателей синхронно друг с другом в определенное время их цикла.

Эти пневматические двигатели представляют собой пневматические цилиндры или стержни. В последнем линейное смещение стержня получается под действием сжатого воздуха на одной поверхности поршня, а другая сторона поршня находится под более низким давлением, обычно близким к атмосферному. Гнездо позволяет вам проявлять максимальную силу

Цилиндры одностороннего действия имеют только одну камеру, а возврат поршня в исходное положение обеспечивается пружиной. Цилиндры двойного действия имеют две камеры с обеих сторон поршня, которые поочередно поставляются с сжатым воздухом или истощены.

Эти цилиндры позволяют получать высокие скорости перемещения, которые, как требуется, требуют правильной калибровки впускных и выпускных клапанов и подачи сжатого воздуха.

Линейное перемещение может быть преобразовано в ограниченное угловое вращение механическим устройством.

Ротационные лопастные двигатели
Тип пневматического двигателя, известного как двигатель с вращающейся лопастью, использует воздух для создания вращательного движения на валу. Вращающийся элемент представляет собой щелевой ротор, который установлен на приводном валу. Каждый слот ротора оснащен свободно скользящей прямоугольной лопастью. Лопасти выдвигаются на стенки корпуса с использованием пружин, кулачкового действия или давления воздуха, в зависимости от конструкции двигателя. Воздух накачивается через вход двигателя, который толкает лопасти, создавая вращательное движение центрального вала. Скорости вращения могут варьироваться от 100 до 25 000 об / мин в зависимости от нескольких факторов, которые включают в себя количество давления воздуха на входе двигателя и диаметра корпуса.

Эти двигатели могут быть простыми цилиндрами для непосредственного получения вращения оси с ограниченной амплитудой или устройствами, обеспечивающими непрерывное вращение оси, которое может быть заменено на электродвигатели, особенно для приложений, требующих большой гибкости в работе, и особенно высоких крутящий момент при низкой скорости или ноль. Эти двигатели могут быть турбиной или поршнем.

операция
Работа газораспределительного двигателя соответствует двигателю парового двигателя, оба относятся к поршневым двигателям. Впускной клапан открывается, оставляя газ высокого давления в расширительной камере (цилиндре). После закрытия впускного клапана газ расширяется до конечной точки расширения. Как правило, газ остывает, d. H. его температура падает сама по себе. Температура окружающей среды обычно выше, чем температура газа, и газ может поглощать некоторое количество тепла через стенку лампы, т. Е. Тепловую энергию, что немного увеличивает выход (= механическая энергия на выходное давление x объем газа давления). Газ протекает через выпускной клапан с требуемым остаточным давлением. Двигатель может быть сконструирован как поршневой двигатель с одним или двумя действиями. В диапазоне малой мощности также доступны вращающиеся поршни.

Механическая работа, производимая газораспределительным двигателем, возникает из-за энтальпии, хранящейся в газе в случае адиабатического расширения. При изотермической релаксации высвобождающаяся механическая работа увеличивается вокруг поглощенной эксергии.

Другой способ изменить энтальпию, содержащуюся в сжатом газе, на вращательное движение, которое предлагает лопастной мотор.

С конца 19-го века были построены газовые двигатели, работающие с диоксидом углерода из баллонов давления. С этими так называемыми «углеродными двигателями» были, например, воздушные лестницы, и Отто Лилиенталь экспериментировал с ними как двигатель для своих самолетов.

В качестве регуляторов давления могут использоваться газораспределительные двигатели. Областью применения больших двигателей расширения газа (> 5 кВт) является извлечение энергии при добыче газа из газопроводов.

Наиболее распространенным является использование небольших газовых расширительных двигателей, работающих на сжатом воздухе, которые управляют ручными инструментами. Также относительно распространено использование свободно-поршневых машин, работающих в качестве насоса.

В принципе, пневматический двигатель также может использоваться в качестве источника привода транспортного средства, но в прошлом в него были помещены напорные резервуары с такой энтропией настолько малыми, а общая эффективность была настолько низкой, что использование было неэкономичным. Для торпед воздушные двигатели использовались в течение длительного времени.

Воздушные двигатели использовались и используются в подземной разработке. В суровом, влажно-пыльном климате под землей в замкнутых туннелях, проводники и токоприемники трудно реализовать. Особенно в угольной промышленности происходит выброс горючего метана. Метан и / или угольная пыль образуют взрывоопасные смеси с воздухом, которые должны быть сохранены от искр, когда они происходят в электрических цепях.

С 1990-х годов и до 2002 года были проекты и объявления о том, что должен быть готовый к производству автомобиль с пневматическим приводом, Aircar или пневматический автомобиль. Эти объявления были возобновлены французской фирмой из Люксембурга, объявив, что она намерена производить OneCat с 2009 года. Объявление не было выполнено.

Исторически многие люди пытались применить пневматические двигатели к транспортной отрасли. Гай Негре, генеральный директор и основатель Zero Pollution Motors, впервые начал заниматься этим полем с конца 1980-х годов. Недавно Engineair также разработал роторный двигатель для использования в автомобилях. Engineair немедленно помещает двигатель рядом с колесом транспортного средства и не использует промежуточных частей для передачи движения, что означает, что почти вся энергия двигателя используется для вращения колеса.

История в транспорте
Пневматический двигатель впервые был применен к транспортному средству в середине 19 века. Хотя мало известно о первом записанном пневматическом транспортном средстве, говорят, что французы Андроуд и Тесси Мотей провели 9 июля 1840 года автомобиль, который был оснащен пневматическим двигателем на испытательном треке в Шайло, Франция. Хотя автомобиль тест, как сообщалось, был успешным, пара не исследовала дальнейшее расширение дизайна.

Первым успешным применением пневматического двигателя при транспортировке был воздушный двигатель системы Mekarski, используемый в локомотивах. Инновационный двигатель Mekarski преодолел охлаждение, которое должно сопровождаться расширением воздуха путем нагревания воздуха в маленьком котле до его использования. Трамвай де Нант, расположенный в Нанте, Франция, был отмечен за то, что он первым использовал двигатели Мекарски для управления своим флотом локомотивов. 13 декабря 1879 года трамвай начал свою работу и продолжает функционировать сегодня, хотя в 1917 году были заменены пневматические трамваи более эффективными и современными электрическими трамваями.

Американский Чарльз Ходжес также нашел успех с пневматическими двигателями в локомотивной промышленности. В 1911 году он разработал пневматический локомотив и продал патент Х.К. Porter в Питтсбурге для использования в угольных шахтах. Поскольку пневматические двигатели не используют сжигание, они были гораздо более безопасным вариантом в угольной промышленности.

Многие компании утверждают, что разрабатывают компрессорные автомобили, но ни один из них не доступен для покупки или даже независимого тестирования.

инструменты
Ударные гайковерты, импульсные инструменты, гайковерты, шуруповерты, сверла, шлифовальные машины, шлифовальные станки, шлифовальные станки, зубные сверла и другие пневматические инструменты используют различные воздушные двигатели. К ним относятся лопастные двигатели, турбины и поршневые двигатели.

Торпеды
Наиболее успешные ранние формы самоходных торпед использовали сжатый воздух под высоким давлением, хотя это было заменено двигателями внутреннего или внешнего сгорания, паровыми двигателями или электродвигателями.

Железнодорожные пути
Двигатели сжатого воздуха использовались в трамвае и шунтерах, и в итоге нашли успешную нишу в горных локомотивах, хотя в итоге их заменили электропоездами, подземными. В течение многих лет конструкции увеличивались по сложности, что приводило к созданию трехтактного двигателя с воздухоочистителями между каждой ступенькой. Для получения дополнительной информации см. Беспомощный локомотив и система Мекарски.

Рейс
Транспортные самолеты категории, такие как коммерческие авиалайнеры, используют пускатели сжатого воздуха для запуска основных двигателей. Воздух подается от компрессора нагрузки вспомогательного силового агрегата самолета или наземного оборудования.

Водные ракеты используют сжатый воздух для питания своей струи воды и создания тяги, они используются как игрушки.

Air Hogs, игрушечный бренд, также использует сжатый воздух для питания поршневых двигателей в игрушечных самолетах (и некоторых других игрушечных машинах).

автомобильный
В настоящее время наблюдается некоторый интерес к разработке авиационных автомобилей. Для них было предложено несколько двигателей, хотя ни один из них не продемонстрировал производительность и долгую жизнь, необходимые для личного транспорта.

Energine
Корпорация Energine была южнокорейской компанией, которая заявила, что доставляет полностью собранные автомобили, работающие на гибридном сжатом воздухе и электрическом двигателе. Сжиженный двигатель используется для активации генератора переменного тока, который расширяет автономную рабочую мощность автомобиля. Генеральный директор был арестован за мошенничество в продвижении воздушных двигателей с ложными утверждениями.

EngineAir
MotorAir, австралийская компания, производит роторный двигатель, работающий на сжатом воздухе под названием The Di Pietro motor. Концепция двигателя Di Pietro основана на роторном поршне. В отличие от существующих роторных двигателей, двигатель Ди Пьетро использует простой цилиндрический роторный поршень (привод вала), который катится с небольшим трением внутри цилиндрического статора.

Его можно использовать в лодках, автомобилях, грузовиках и других транспортных средствах. Для преодоления трения требуется только 1 psi (≈ 6,8 кПа) давления. Двигатель был также показан в программе ABC New Inventors в Австралии 24 марта 2004 года.

Люди должны отметить, что, тем временем, команда признала физическую невозможность использования встроенного сжатого воздуха на борту из-за его плохой энергетической емкости и тепловых потерь, вызванных расширением газа.

В 2008 году сообщалось, что индийский производитель автомобилей Tata рассматривал двигатель сжатого воздуха MDI как вариант на своих недорогих автомобилях Nano. Tata объявила в 2009 году, что автомобиль с пневматическим двигателем оказался трудноразвивающимся из-за его низкого диапазона и проблем с низкой температурой двигателя.

квазитурбинного
Пневматический квазитурбинный двигатель представляет собой бесколлекторный роторный двигатель сжатого воздуха с использованием ромбовидного ротора, стороны которого шарнирно соединены с вершинами.

Quasiturbine продемонстрировал как пневматический двигатель, используя запасенный сжатый воздух

Он также может воспользоваться преимуществами усиления энергии, которые можно использовать при использовании доступного внешнего тепла, такого как солнечная энергия.

Квазитурбина вращается от давления до 0,1 атм (1,47 фунта на квадратный дюйм).

Regusci
Версия авиационного двигателя Armando Regusci соединяет трансмиссию непосредственно с колесом и имеет переменный крутящий момент от нуля до максимума, повышая эффективность. Патенты Regusci датируются 1990 годом.

Командный психо-активный
Psycho-Active разрабатывает многотопливное / воздушно-гибридное шасси, которое призвано служить основой для линии автомобилей. Заявленная производительность составляет 50 л.с. / литр. Двигатель сжатого воздуха, который они используют, называется двигателем DBRE или Ducted Blade Rotary Engine.

Конструкции неработающих воздушных двигателей

Конжекторный двигатель
Мильтон М. Конгер в 1881 году запатентовал и предположительно построил двигатель, который убегал от сжатого воздуха или пара, используя гибкую трубку, которая образует клиновидную или наклонную стенку или абатмент в задней части тангенциального подшипника колеса и продвигает его с большей или меньшей скоростью в соответствии с давлением движущей среды.

Читайте также: