Peter Tucker
0 
2506
205
To vás možná překvapí, ale existuje mnoho způsobů, jak využít výfuk z tohoto vozidla ke zvýšení palivové účinnosti a snížení jeho škodlivých účinků na životní prostředí. Novinky Joe Raedle / Getty Images Vzhledem k postupnému snižování celosvětových zásob fosilních paliv a zvyšování znečištění ovzduší hledají automobiloví inženýři stále nové způsoby, jak zvýšit efektivitu pohonných hmot a snížit emise uhlíku. Jedním z nejpřekvapivějších míst, kde našli ztracenou energii, je výfuk automobilu. Automobiloví konstruktéři od počátku sedmdesátých let využívali skrytou sílu automobilových výfukových plynů. Protože tato technologie recykluje výfukový plyn dříve, než může vystoupit z vozidla, pomáhá také snižovat emise produkované automobilem a pomáhá v boji proti znečištění ovzduší.
Technologie vyrobené pro maximalizaci účinnosti výfuku vozidla jsou souhrnně označovány jako rekuperace a recirkulace odpadního tepla. Existuje několik způsobů, jak využít výfuk vozidla, aby se zvýšila jeho palivová účinnost a aby byl provozován s nižšími emisemi. Například teplo výfukových plynů automobilu může být použito k zahřátí chladicí kapaliny motoru, aby byl motor v chodu, i když byl motor vypnut po značnou dobu. Interiér automobilu lze také zahřívat výfukovým teplem, a to i za velmi chladného počasí. Množství emisí oxidu dusného (N2O) může být sníženo a výfuk vozidla může být skutečně použit k výrobě elektřiny. Termín rekuperace odpadního tepla se používá pro proces, při kterém se tepelná energie výfukových plynů recykluje autem i motorem, takže je součástí všech těchto technologií.
Ačkoli lze tyto technologie použít v jakémkoli automobilu, kamionu nebo SUV s motorem s vnitřním spalováním, jsou zvláště důležité pro hybridní vozidla, která musí produkovat maximální účinnost paliva a minimální emise. Některé z nejpokrokovějších implementací této technologie lze nalézt v roce 2010 Toyota Prius. Na několika následujících stránkách se podíváme na to, jak automobiloví inženýři tuto technologii umožnili.
Obsah- Emise oxidu dusného
- Recirkulace odpadního tepla
- Elektřina z výfuku
Věřili byste, že jeho drobná maličkost by mohla způsobit tolik odpadu? © iStockphoto / futureimage Spalovací motory v osobních, nákladních a jiných vozidlech způsobují několik druhů znečištění. Jedním z nejčastějších jsou emise oxidu uhličitého, které hrají významnou roli v globálním oteplování. Snížení emisí uhlíku se stalo jedním z nejdůležitějších cílů automobilových inženýrů. Automobilové motory však produkují i jiné emise. Jednou z hlavních složek smogu je N2O -- oxid dusičitý -- a tyto emise také produkují spalovací motory.
Stejně jako oxid uhličitý je oxid dusný a skleníkový plyn. To znamená, že zachycuje teplo v slunečním záření - sluneční světlo - v naší atmosféře a používá jej k ohřevu zemského povrchu. Bez tepla zachyceného skleníkovými plyny by byl povrch Země příliš chladný, aby podporoval život. Správná rovnováha je však důležitá. I když příliš málo by proměnilo Zemi ve zmrzlou sněhovou kouli, příliš mnoho by ji proměnilo v ohnivou džungli nebo poušť. Lidé a naše technologie se vyvinuli tak, že vyžadují určité klima. Cokoli, co změní toto klima, může ovlivnit způsob, jakým žijeme, dramaticky měnící se zemědělské vzorce a roztavuje polární ledovce.
Je jasné, že snižování emisí oxidu dusného z automobilů je stejně důležité jako snižování emisí uhlíku, ale jak lze emise snížit? Oxid dusný se vyrábí při velmi vysokých teplotách, takže cokoli, co sníží provozní teplotu spalovacího motoru, by snížilo emise N2O. Tam přichází recirkulace odpadního tepla. O tom si povíme podrobněji na následující stránce.
Klíčem k recirkulaci odpadního tepla je zařízení zvané Recirkulace výfukových plynů (EGR) ventil. Ventil EGR se otevře, když narazí na protitlak z výfuku automobilu a nasměruje ho zpět do spalovací komory. Možná se divíte, co je to dobré, protože vzduch v komoře se mísí s benzínem, aby byl hořlavý. Jedna věc, kterou dělá, je, aby bylo palivo teplejší. Teplé palivo se zahřívá efektivněji, a proto produkuje více kilometrů na galon. Jakmile ventil EGR zjistí, že je motor dostatečně teplý, přesměruje výfuk jinam, aby zabránil přehřátí motoru.
Zahřívání chladicí kapaliny a paliva nejen pomáhá motoru dosáhnout jeho optimální teploty rychleji při prvním spuštění motoru, ale má také zvláštní výhodu pro hybridy. Většina hybridů je navržena tak, aby se motor s vnitřním spalováním po zastavení vozidla vypnul. Pokud zůstane příliš dlouho vypnutá, může se motor ochladit. EGR pomáhá zabránit příliš rychlému ochlazování motoru.
Jak recirkulace výfukových plynů snižuje znečištění? Emise, na které se zaměřuje EGR, pocházejí z oxidů dusíku, které se vyrábějí při velmi vysokých teplotách. Smícháním výfuku automobilu s nasávaným vzduchem se sníží množství kyslíku ve směsi a také se sníží jeho hořlavost, což způsobí, že palivo bude hořet při nižší teplotě. Ve většině systémů EGR je výfuk také ochlazován, než je smíchán s plynem. Proto palivo smíchané s výfukovými plyny hoří chladněji a méně pravděpodobně produkuje N2O. Nižší teploty také pomáhají šetřit palivo. Vzhledem k tomu, že palivo je méně náchylné k výbuchu, mají programátoři, kteří píší softwarové časovací rutiny pro moderní motory, větší kontrolu nad přesností načasování motoru. Nižší teploty také pomáhají vyhýbat se ztrátám energie přenášejícím teplo, což znamená, že více energie automobilu jde do poskytování energie pro jeho kola.
Jak jsme viděli, recirkulace výfukových plynů může zvýšit účinnost paliva i snížit znečištění. Věděli jste však, že může vyrábět elektřinu? Prozkoumáme tento koncept na další stránce.
Termoelektrická zařízení by pomohla zvýšit dosah hybridního automobilu tím, že se doplní baterie, které pohánějí jeho elektrický motor. Bryan Mitchell / Novinky Getty Images Termoelektrické materiály, jak název napovídá, může vyrábět teplo z elektřiny. Tyto materiály objevil v roce 1821 německý fyzik Thomas Seebeck. Obecně byly příliš drahé a neúčinné na to, aby mohly být použity pro automobilové inženýry, ale to se začalo měnit: Americké ministerstvo energetiky projevilo zájem o financování vývoje praktického termoelektrického systému, který by mohl být použit v automobilech.
V autech je mnoho zdrojů plýtvání, včetně chladiče a motoru, ale největším zdrojem je pravděpodobně výfuk. Vzhledem k tomu, že většina automobilů již recirkuluje výfuk ve smyčce EGR a že tato technologie bude v budoucnu ještě důležitější, poskytuje to ideální příležitost k zachycení tohoto jinak zbytečného tepla a k přeměně na elektřinu pomocí termoelektrických zařízení. Tato elektřina by mohla být použita k napájení elektrických systémů automobilu, k dobití baterií a co je nejdůležitější, k provozování elektrického motoru v hybridních a plug-in bateriových elektrických vozidlech. To by bylo téměř dokonalé spojení několika technologií a mělo by to vedlejší účinek, který by pomohl snížit emise oxidu dusného dalším ochlazením výfukového plynu dříve, než se smísí s palivem..
Těmto termoelektrickým vylepšením by mohl těžit jakýkoli typ automobilu, ale opět by bylo nejužitečnější, kdyby se použilo na hybridní vozidla. Rozšířil by se jejich dosah doplněním baterií, které pohánějí elektromotor, a zkrácení doby potřebné k jejich dobití.
Vývoj palivově úsporných technologií a technologií s nízkým znečištěním, jako je recirkulace výfukových plynů a termoelektrická energie, umožní vozidlům budoucnosti - která budou mít fosilní paliva jen málo nebo vůbec -. Je důležité, abychom tyto technologie vyvíjeli nyní, dříve než dojde fosilní paliva a znečištění způsobí značné poškození atmosféry a klimatu Země.
Související články
- Jak funguje technologie Drive-By-Wire
- Hybridní baterie se 5 způsoby vylepšují
- Jak funguje okamžité čtení MPG
- Jak brzdový asistent funguje
- Jak fungují alternativní čerpací stanice paliva
- Jak fungují vozidla SmartWay
Prameny
- Kongres zelených aut. "Termoelektrika získává větší pozornost a zaměření na vývoj." 22. července 2005. (14. dubna 2009) http://www.greencarcongress.com/2005/07/thermoelectrics.html
- Heremans, Joseph. "Materiál může pomoci autům přeměnit teplo v elektřinu." Výstraha Eureka. 24. července 2008 (15. dubna 2009) http://www.eurekalert.org/pub_releases/2008-07/osu-mmh072108.php
- Thaindian News. „Recyklace odpadního tepla může pohánět zelená auta.“ 26. února 2008 (14. dubna 2009) http://www.thaindian.com/newsportal/health/recycling-exhaust-heat-may-power-green-cars_10021214.html