Cum funcționează recuperarea și recircularea căldurii de eșapament

  • Rudolf Cole
  • 0
  • 5252
  • 1337
Acest lucru vă poate surprinde, dar există multe modalități de a utiliza evacuarea din acest vehicul pentru a crește eficiența combustibilului și a reduce efectele nocive asupra mediului. Joe Raedle / Getty Images News

Datorită rezervelor la nivel mondial de combustibili fosili în scădere treptată și a creșterii poluării aerului, inginerii auto sunt în permanență în căutarea modalităților de a face mașinile mai eficiente în materie de combustibil și de a reduce emisiile de carbon. Unul dintre cele mai surprinzătoare locuri în care au găsit energie irosită este în evacuarea mașinii. De fapt, designerii auto au exploatat puterea ascunsă a eșapamentului auto de la începutul anilor ’70. Deoarece această tehnologie reciclează evacuarea înainte de a putea ieși din vehicul, ajută la reducerea emisiilor produse de o mașină și ajută la combaterea poluării aerului.

Tehnologiile făcute pentru a maximiza eficiența evacuării vehiculului sunt cunoscute sub denumirea de colectiv recuperarea și recircularea căldurii de eșapament. Există mai multe modalități de a utiliza eșapamentul unui vehicul pentru a crește eficiența combustibilului și a face să funcționeze cu mai puține emisii. De exemplu, căldura de evacuare a mașinii poate fi folosită pentru încălzirea lichidului de răcire a motorului pentru a menține motorul funcțional, chiar și atunci când motorul a fost oprit pentru o durată semnificativă de timp. Interiorul mașinii poate fi, de asemenea, încălzit folosind căldură de evacuare, chiar și pe vreme foarte rece. Cantitatea de emisii de oxid de azot (N2O) poate fi redusă, iar evacuarea vehiculului poate fi utilizată de fapt pentru a genera energie electrică. Termenul recuperare de căldură de eșapament este utilizat pentru procesul prin care energia termică a eșapamentului este reciclată atât prin mașină, cât și prin motor, deci este o parte din toate aceste tehnologii.

Deși aceste tehnologii pot fi utilizate în orice mașină, camion sau SUV cu un motor cu combustie internă, acestea sunt deosebit de importante pentru vehiculele hibride, care trebuie să producă eficiență maximă de combustibil și emisii minime. Unele dintre cele mai avansate implementări ale acestei tehnologii pot fi găsite în Toyota Prius din 2010. În următoarele pagini, vom analiza modul în care inginerii auto au făcut posibilă această tehnologie.

cuprins
  1. Emisiile de oxid de azot
  2. Recircularea căldurii de eșapament
  3. Electricitate de la eșapament
Ai crede că micuțul său lucru poate produce atâtea deșeuri? © iStockphoto / futureimage

Motoarele cu ardere internă din autoturisme, camioane și alte vehicule produc mai multe tipuri de poluare. Una dintre cele mai frecvente sunt emisiile de dioxid de carbon, care joacă un rol semnificativ în încălzirea globală. Reducerea emisiilor de carbon a devenit unul dintre cele mai importante obiective cu care se confruntă inginerii auto. Cu toate acestea, motoarele auto produc și alte emisii. Una dintre componentele majore ale smogului este N2O -- oxid de azot -- iar aceste emisii sunt produse și de motoarele cu combustie internă.

Ca și dioxidul de carbon, oxidul de azot este un gaze cu efect de seră. Acest lucru înseamnă că captează căldura în radiațiile solare - lumina soarelui - în atmosfera noastră și o folosește pentru a încălzi suprafața Pământului. Fără căldura prinsă de gazele cu efect de seră, suprafața pământului ar fi prea rece pentru a susține viața. Cu toate acestea, echilibrul corect este important. În timp ce prea puțin ar transforma pământul într-un bal de zăpadă înghețat, prea mult l-ar transforma într-o junglă sau un deșert înfiorător. Ființele umane și tehnologia noastră au evoluat pentru a necesita un anumit climat. Orice lucru care schimbă faptul că climatul poate afecta modul în care trăim, modificând dramatic modelele agricole și topind ghețurile polare.

Este clar că reducerea emisiilor de oxid de azot din mașini este la fel de importantă ca și reducerea emisiilor de carbon, dar cum pot fi reduse emisiile? Oxidul de azot este produs la temperaturi foarte ridicate, astfel încât orice lucru care scade temperatura de funcționare a unui motor cu combustie internă ar reduce emisiile de N2O. Acolo intervine recircularea căldurii de evacuare. Vom vorbi despre acest lucru mai detaliat pe pagina următoare.

Cheia pentru recircularea căldurii de eșapament este un dispozitiv numit un recircularea gazelor de eșapament (EGR) supapa. Supapa EGR se deschide atunci când întâlnește presiune din eșapament și o canalizează în camera de ardere. V-ar putea să vă întrebați ce este bine acest lucru, deoarece aerul din cameră este amestecat cu benzină pentru a-l face combustibil. Ei bine, un lucru pe care îl face este să facă combustibilul mai cald. Combustibilul cald se încălzește mai eficient și, prin urmare, produce mai mulți kilometri pe galon. Odată ce supapa EGR sesizează că motorul este suficient de cald, redirecționează evacuarea în altă parte pentru a preveni supraîncălzirea motorului.

Încălzirea lichidului de răcire și a combustibilului nu numai că ajută motorul să-și atingă temperatura optimă mai repede la pornirea motorului, dar are și un beneficiu specific pentru hibrizi. Majoritatea hibrizilor sunt concepute astfel încât motorul cu ardere internă să se oprească la oprirea vehiculului. Dacă rămâne oprit prea mult timp, motorul poate fi rece. EGR ajută la oprirea prea rapidă a motorului.

Cum reduce recircularea gazelor de evacuare poluarea? Emisiile vizate de EGR provin din oxizi nitroși produși la temperaturi foarte ridicate. Prin amestecarea evacuării autovehiculului cu aerul de admisie, cantitatea de oxigen din amestec este redusă, iar combustibilitatea acestuia este de asemenea redusă, ceea ce determină arderea combustibilului la o temperatură mai scăzută. În majoritatea sistemelor EGR, evacuarea este de asemenea răcită înainte de a fi amestecată cu gazul. Prin urmare, combustibilul amestecat cu evacuarea arde mai rece și este mai puțin probabil să producă N2O. Temperaturile mai scăzute ajută, de asemenea, la consumul de combustibil. Cu combustibil mai puțin predispus la detonare, programatorii care scriu rutinele de sincronizare software pentru motoarele moderne au mai mult control asupra preciziei de sincronizare a motorului. Temperaturile mai scăzute ajută, de asemenea, la evitarea pierderilor de energie prin transferul de căldură, ceea ce înseamnă că o cantitate mai mare de energie a automobilului furnizează energie pentru roțile sale.

După cum am văzut, recircularea evacuării poate atât crește eficiența combustibilului, cât și reduce poluarea. Dar știați că este posibil să producă energie electrică? Vom explora acest concept în pagina următoare.

Dispozitivele termoelectrice ar ajuta la creșterea gamei unei mașini hibride prin completarea bateriilor care conduc motorul său electric. Bryan Mitchell / Getty Images News

Materiale termoelectrice, așa cum sugerează și numele, poate produce căldură din electricitate. Aceste materiale au fost descoperite în 1821 de fizicianul german Thomas Seebeck. În general, au fost prea scumpe și ineficiente pentru a fi de niciun folos inginerilor auto, dar acest lucru a început să se schimbe: Departamentul de Energie al SUA și-a exprimat interesul pentru finanțarea dezvoltării unui sistem termoelectric practic care ar putea fi utilizat în mașini.

Există multe surse de căldură irosită în mașini, inclusiv caloriferul și motorul, dar cea mai mare sursă este probabil evacuarea. Având în vedere că majoritatea autovehiculelor deja recirculează evacuarea într-o buclă EGR și că această tehnologie va fi și mai importantă în viitor, aceasta oferă o oportunitate ideală de a captura această căldură pierdută altfel și de a folosi dispozitive termoelectrice pentru a o converti în electricitate. Această energie electrică ar putea fi utilizată pentru a alimenta sistemele electrice ale mașinii, pentru a reîncărca bateriile și, cel mai important, pentru a acționa motorul electric în vehicule electrice cu baterie hibridă și plug-in. Aceasta ar fi o confluență aproape perfectă a mai multor tehnologii și ar avea efectul secundar de a ajuta la reducerea emisiilor de oxid de azot prin răcirea suplimentară a gazelor de evacuare înainte de amestecarea cu combustibilul.

Orice tip de mașină ar putea beneficia de acest impuls termoelectric, dar, din nou, ar fi cel mai util atunci când este aplicat vehiculelor hibride. El și-ar extinde gama completând bateriile care funcționează motorul electric și ar reduce timpul necesar pentru reîncărcarea acestor baterii.

Dezvoltarea tehnologiilor cu consum redus de combustibil și cu un nivel scăzut de poluare, precum recircularea gazelor de eșapament și puterea termoelectrică va face posibilă mașinile din viitor - care vor avea o utilizare redusă sau deloc pentru combustibili fosili. Este important să dezvoltăm aceste tehnologii acum, înainte ca combustibilii fosili să se epuizeze și poluarea afectează semnificativ atmosfera și clima Pământului.

Articole similare

  • Cum funcționează tehnologia Drive-By-Wire 
  • 5 moduri de îmbunătățire a pachetelor de baterii hibride
  • Cum funcționează citirea instantanee MPG
  • Cum funcționează asistența la frânare
  • Cum funcționează stațiile de alimentare cu combustibil alternativ
  • Cum funcționează vehiculele SmartWay

surse

  • Congresul mașinii ecologice. „Thermoelectrics câștigând mai multă atenție și dezvoltare.” 22 iulie 2005. (14 aprilie 2009) http://www.greencarcongress.com/2005/07/thermoelectrics.html
  • Heremans, Iosif. "Materialul poate ajuta automobilele să transforme căldura în electricitate." Alertă Eureka. 24 iulie 2008. (15 aprilie 2009) http://www.eurekalert.org/pub_releases/2008-07/osu-mmh072108.php
  • Știri thaindiene. "Reciclarea căldurii de eșapament poate alimenta mașini ecologice." 26 februarie 2008. (14 aprilie 2009) http://www.thaindian.com/newsportal/health/recycling-exhaust-heat-may-power-green-cars_10021214.html



Nimeni nu a comentat acest articol încă.

Cele mai interesante articole despre secrete și descoperiri. O mulțime de informații utile despre tot
Articole despre știință, spațiu, tehnologie, sănătate, mediu, cultură și istorie. Explicați mii de subiecte pentru a ști cum funcționează totul