Nishati inayohitajika kupitisha magari ya ardhini na kuendesha mifumo yao na makusanyiko kawaida hutolewa na injini za dizeli. Kupunguza matumizi ya mafuta sio tu huongeza anuwai, lakini pia hupunguza idadi ya vifaa, ambayo imedhamiriwa na utunzaji wa akiba ya mafuta, na huongeza ulinzi wa wafanyikazi wa huduma ya nyuma katika mchakato wa kuhudumia vifaa.
Katika suala hili, vikosi vya wanajeshi wanajitahidi kupata suluhisho ambalo ufanisi mkubwa na joto maalum la mwako wa mafuta ya dizeli asili katika mifumo iliyo na gari la umeme ingefanya kazi katika "timu" moja. Ufumbuzi mpya wa mseto na injini za mwako zilizo juu zina uwezo wa kutoa faida kubwa za kiutendaji pamoja na gari moja ya umeme yenye utulivu, ufuatiliaji wa utulivu (sensorer zinazoendeshwa na betri wakati zimesimama), na uzalishaji wa nguvu kwa watumiaji wa nje.
Uwezo wa treni ya nguvu
Utafiti Canada (DRDC), kwa mfano, inachunguza uwezekano wa nguvu za mseto za umeme wa dizeli. FDA ilichapisha utafiti wake mnamo 2018, ikizingatia majukwaa mepesi kama HMMWV, DAGOR-class ultralight combat vehicles, na ATVs ndogo na viti vingi.
Ripoti Uwezekano wa Powertrains za Dizeli-Umeme kwa Magari ya Mwanga inabainisha kuwa katika njia nyingi za kuendesha gari ambapo kasi na mizigo hutofautiana sana (kawaida nje ya barabara), mahuluti yana 15% -20% ya ufanisi bora wa mafuta kwa uchumi wa mafuta. mashine za jadi zinazoendeshwa na mitambo, haswa wakati wa kutumia braking ya kuzaliwa upya. Kwa kuongezea, injini za mwako wa ndani, pamoja na injini za dizeli, hufanya vizuri wakati zinaendeshwa kwa rpm iliyochaguliwa kwa uangalifu, ambayo ni kawaida ya mifumo ya mseto mfululizo ambayo injini hufanya tu kama jenereta.
Kama ripoti inavyosema, kwa sababu nguvu ya injini inaweza kuongezewa na betri wakati wa matumizi mafupi ya nguvu, injini inaweza kupangwa ili kutoa tu wastani wa umeme unaohitajika, na mimea ndogo ya umeme kwa ujumla hutumia mafuta kidogo, vitu vingine vyote vikiwa sawa.
Ukiwa na uwezo wa kutosha wa betri, mahuluti pia yanaweza kubaki katika hali ya ufuatiliaji wa kimya kwa muda mrefu na injini imezimwa na sensorer zinazofanya kazi, mifumo ya elektroniki na mawasiliano. Kwa kuongezea, mfumo unaweza kuwezesha vifaa vya nje, kuchaji betri, na hata kuwezesha kambi ya jeshi, kupunguza hitaji la jenereta za kuvutwa.
Wakati anatoa mseto hutoa utendaji bora kwa kasi, kasi na upimaji, kifurushi cha betri kinaweza kuwa kizito na kisicho na nguvu, na kusababisha kupunguzwa kwa malipo, DRDC ilisema. Hii inaweza kuwa shida kwa magari ya mwendo wa moja kwa moja na ATVs za kuketi moja. Kwa kuongeza, kwa joto la chini, sifa za betri zenyewe zimepunguzwa, mara nyingi huwa na shida na kuchaji na kudhibiti joto.
Ingawa mahuluti mfululizo yanaondoa usambazaji wa mitambo, hitaji la injini, jenereta, umeme wa umeme na betri inawafanya iwe ngumu na ya gharama kubwa kununua na kudumisha.
Electrolyte nyingi za betri pia zinaweza kusababisha hatari wakati zinaharibiwa, kwa mfano, seli za lithiamu-ion zinajulikana kuwaka wakati zinaharibiwa. Ikiwa hii inaleta hatari kubwa kuliko kutoa mafuta ya dizeli labda ni hatua ya moot, ripoti inasema, lakini mahuluti hubeba hatari zote mbili.
Uteuzi wa mchanganyiko
Mipango miwili kuu ya kuchanganya injini za mwako wa ndani na vifaa vya umeme ni sawa na sawa. Kama ilivyoelezwa hapo juu, jukwaa la mseto wa mseto ni mashine ya umeme na jenereta, wakati sambamba kuna injini na gari la kuvuta, ambalo, kupitia usafirishaji wa mitambo iliyounganishwa nao, hupitisha nguvu kwa magurudumu. Hii inamaanisha kuwa injini au injini ya kuvuta inaweza kuendesha mashine moja kwa moja, au wanaweza kufanya kazi pamoja.
Katika aina zote mbili za mahuluti, sehemu ya umeme kawaida ni seti ya jenereta ya motor (MGU), ambayo inaweza kubadilisha nishati ya umeme kuwa mwendo na kinyume chake. Inaweza kuendesha gari, kuchaji betri, kuanza injini na, ikiwa ni lazima, kuhifadhi nishati kupitia brakti inayoweza kuzaliwa upya.
Wote mseto na mahuluti sambamba hutegemea umeme wa umeme kusimamia nguvu ya betri na kudhibiti joto la betri. Pia hutoa voltage na amperage ambayo jenereta inapaswa kusambaza kwa betri na betri kwa zamu kwa motors za umeme.
Umeme huu wa umeme huja kwa njia ya inverters za semiconductor kulingana na semiconductors ya kaboni ya silicon, hasara ambazo, kama sheria, ni pamoja na saizi kubwa na gharama, na pia upotezaji wa joto. Umeme umeme pia unahitaji udhibiti wa umeme sawa na ule unaowezesha injini ya mwako wa ndani.
Hadi sasa, historia ya magari ya kijeshi yanayotumiwa na umeme imekuwa na mipango ya maendeleo na ya kujitolea ambayo hatimaye ilifungwa. Katika operesheni halisi, bado hakuna magari ya kijeshi ya mseto, haswa, katika uwanja wa magari mepesi, shida kadhaa za kiteknolojia zisizotatuliwa bado. Shida hizi zinaweza kuzingatiwa kutatuliwa kwa magari ya raia kwani zinafanya kazi katika hali nzuri zaidi.
Magari ya umeme yamejionyesha kuwa kasi sana. Kwa mfano, viti vinne vinaweza kukimbilia kutoka 0 hadi 97 km / h kwa sekunde 4 na ina anuwai ya kilomita 241.
"Mpangilio, hata hivyo, ni moja wapo ya changamoto kubwa," inasema ripoti ya DRDC. Ukubwa, uzani na utaftaji wa joto wa vifurushi vya betri ni kubwa kabisa, na maelewano lazima yafanywe kati ya uwezo wa jumla wa nishati na nguvu ya papo hapo ambayo wanaweza kutoa kwa misa na kiasi fulani. Ugawaji wa ujazo kwa nyaya zenye nguvu nyingi, kuegemea kwao na usalama pia ni vizingiti pamoja na saizi, uzito, baridi, kuegemea na kuzuia maji ya umeme wa umeme.
Joto na vumbi
Ripoti inasema mabadiliko ya joto yanayokabiliwa na magari ya kijeshi labda ni shida kubwa, kwani betri za lithiamu-ion hazitachaji katika joto-sifuri na mifumo ya joto huongeza ugumu na inahitaji nishati. Betri ambazo hupasha joto wakati wa kutokwa zinaweza kuwa hatari, lazima zipoe au kupunguzwa kwa hali iliyopunguzwa, wakati motors na jenereta zinaweza pia kupasha moto, mwishowe, usisahau juu ya sumaku za kudumu, ambazo hukabiliwa na demagnetization.
Vivyo hivyo, kwa joto juu ya 65 ° C, ufanisi wa vifaa kama inverters za IGBT hupungua na kwa hivyo inahitaji baridi, ingawa umeme mpya wa umeme kulingana na semiconductors ya silicon carbide au nitridi ya gallium, pamoja na kufanya kazi kwa kuongezeka kwa voltage, inastahimili joto kali na, kwa hivyo, inaweza kupozwa kutoka kwa mfumo wa kupoza injini.
Kwa kuongezea, mshtuko na mtetemeko kutoka eneo lenye ardhi mbaya, pamoja na uharibifu unaoweza kusababishwa na makombora na milipuko, pia inafanya kuwa ngumu kuingiza teknolojia ya gari ya umeme na gari nyepesi za kijeshi, ripoti inabainisha.
Ripoti hiyo inahitimisha kuwa DRDC inapaswa kuagiza mwonyesho wa teknolojia. Ni gari nyepesi nyepesi la mseto mseto na gari za umeme zilizosanikishwa kwenye viti vya magurudumu au kwenye axles, injini ya dizeli imeelekezwa kwa nguvu inayofaa ya kilele, na seti ya super-au ultracapacitors imewekwa ili kuongeza kasi na kiwango. Supercapacitors au ultracapacitors huhifadhi malipo makubwa sana kwa muda mfupi na wanaweza kuitoa haraka sana ili kutoa kunde za nguvu. Gari haitakuwapo kabisa, au betri ndogo sana itawekwa, umeme utazalishwa wakati wa mchakato wa kutengeneza tena, kwa sababu hiyo, njia za harakati za kimya na uchunguzi wa kimya zimetengwa.
Kamba za umeme zinazoendeshwa kwa magurudumu peke yake, zikibadilisha usambazaji wa mitambo na shafts za kuendesha, zitapunguza kwa uzito uzito wa mashine na kuboresha ulinzi wa mlipuko, kwani kutawanyika kwa uchafu wa sekondari na vipande vimeondolewa. Bila betri, ujazo wa ndani kwa wafanyikazi na mzigo wa malipo utaongezeka na kuwa salama, na shida zinazohusiana na matengenezo na usimamizi wa joto wa betri za lithiamu-ion zitaondolewa.
Kwa kuongezea, malengo yafuatayo yamewekwa wakati wa kuunda mfano: matumizi ya chini ya mafuta ya injini ndogo ya dizeli inayofanya kazi kwa rpm kila wakati, pamoja na kupona kwa nishati, kuongezeka kwa uzalishaji wa nguvu kwa sensorer za kufanya kazi au usafirishaji wa nishati, kuongezeka kwa kuegemea na huduma iliyoboreshwa.
Matuta hayajali
Kama Bruce Brandl wa Kituo cha Utafiti cha Kivita (TARDEC) alivyoelezea wakati wa uwasilishaji juu ya ukuzaji wa injini, Jeshi la Merika linataka mfumo wa kusukuma ambao utaruhusu magari yake ya kupambana kupita katika eneo ngumu zaidi kwa kasi kubwa, ambayo itapunguza asilimia ya ardhi katika maeneo ya vita ambayo magari ya sasa hayawezi kusonga. Eneo linaloitwa lisilopitika hufanya karibu 22% ya maeneo haya na jeshi linataka kupunguza takwimu hii hadi 6%. Wanataka pia kuongeza kasi ya wastani katika eneo kubwa kutoka leo 16 km / h hadi 24 km / h.
Kwa kuongezea, Brandl alisisitiza kuwa mahitaji ya nishati kwenye bodi yamepangwa kuongezwa hadi angalau 250 kW, ambayo ni kubwa kuliko ile ambayo jenereta za mashine zinaweza kutoa, kwani mizigo imeongezwa kutoka kwa teknolojia mpya, kwa mfano, minara ya umeme na mifumo ya ulinzi, kupoza umeme wa umeme., usafirishaji wa nishati na silaha za nishati zilizoelekezwa.
Jeshi la Merika linakadiria kuwa kukidhi mahitaji haya na teknolojia ya sasa ya turbodiesel itaongeza kiwango cha injini kwa 56% na uzani wa gari kwa karibu 1400 kg. Kwa hivyo, wakati wa kukuza mtambo wake wa hali ya juu wa Injini ya Zima ya Juu (ACE), kazi kuu iliwekwa - kuongeza mara mbili jumla ya nguvu kutoka 3 hp / cu. ft hadi 6 hp / cu. mguu.
Wakati wiani mkubwa wa nguvu na ufanisi bora wa mafuta ni muhimu sana kwa kizazi kijacho cha injini za kijeshi, ni muhimu pia kupunguza pato la joto. Joto hili linalozalishwa hupoteza nishati iliyosambazwa katika nafasi inayozunguka, ingawa inaweza kutumika kukuza au kutoa nishati ya umeme. Lakini haiwezekani kila wakati kufikia usawa kamili wa vigezo hivi vyote, kwa mfano, injini ya injini ya gesi ya AGT 1500 ya tanki ya M1 Abrams yenye uwezo wa hp 1500. ina uhamishaji mdogo wa joto na wiani mkubwa wa nguvu, lakini matumizi makubwa sana ya mafuta ikilinganishwa na injini za dizeli.
Kwa kweli, injini za turbine za gesi hutoa kiwango kikubwa cha joto, lakini nyingi huondolewa kupitia bomba la kutolea nje, kwa sababu ya kiwango cha juu cha mtiririko wa gesi. Kama matokeo, mitambo ya gesi haiitaji mifumo ya kupoza ambayo injini za dizeli zinahitaji. Nguvu maalum ya injini za dizeli inaweza kupatikana tu kwa kutatua shida ya kudhibiti mafuta. Brandl alisisitiza kuwa hii ni kwa sababu ya kiwango kidogo kinachopatikana kwa vifaa vya kupoza kama vile bomba, pampu, mashabiki na radiator. Kwa kuongezea, miundo ya kinga kama vile grilles za kuzuia risasi pia huchukua kiasi na kuzuia mtiririko wa hewa, kupunguza ufanisi wa mashabiki.
Pistons kuelekea
Kama Brandl alivyobaini, mpango wa ACE unazingatia dizeli mbili / injini za mafuta anuwai na bastola zinazopingwa kwa sababu ya uharibifu wao wa joto. Katika injini kama hizo, bastola mbili zimewekwa katika kila silinda, ambayo huunda chumba cha mwako kati yao, kwa sababu hiyo, kichwa cha silinda kimeondolewa, lakini hii inahitaji viboko viwili na bandari za ulaji na kutolea nje kwenye kuta za silinda. Injini za ndondi zimeanza miaka ya 1930 na zimeendelea kuboreshwa kwa miongo kadhaa. Wazo hili la zamani halikuokolewa na kampuni ya Achates Power, ambayo, kwa kushirikiana na Cummins, ilifufua na kuboresha injini hii.
Msemaji wa Nguvu ya Achates alisema teknolojia yao ya ndondi imeboresha ufanisi wa mafuta, ambayo inatafsiriwa kuwa upotezaji mdogo wa joto, kuboresha mwako na kupunguza upotezaji wa pampu. Kuondolewa kwa kichwa cha silinda ilipunguza kwa kiasi kikubwa uwiano wa eneo-na-kiasi katika chumba cha mwako na hivyo kuhamisha na kutolewa kwa joto kwenye injini. Kwa upande mwingine, katika injini ya jadi ya kiharusi nne, kichwa cha silinda kina vitu vingi moto zaidi na ndio chanzo kikuu cha uhamishaji wa joto kwenda kwa baridi na anga iliyo karibu.
Mfumo wa mwako wa Achates hutumia sindano za mafuta pacha katika kila silinda na umbo la pistoni lenye hati miliki ili kuongeza mchanganyiko wa hewa / mafuta, na kusababisha mwako mdogo wa masizi na kupunguza uhamishaji wa joto kwenye kuta za chumba cha mwako. Chaji mpya ya mchanganyiko imeingizwa kwenye silinda, na gesi za kutolea nje hutoka kupitia bandari, ikisaidiwa na supercharger ambayo inasukuma hewa kupitia injini. Achates anasema kuwa upunguzaji huu wa ushirikiano wa sasa una athari ya faida kwa uchumi wa mafuta na uzalishaji.
Jeshi la Merika linataka familia ya ACE ya nguvu za kawaida zinazoweza kuharibika kujumuisha injini zilizo na kuzaa sawa na kiharusi na hesabu tofauti za silinda: 600-750 hp. (Mitungi 3); 300-1000 HP (4); na 1200-1500 hp. (6). Kila mmea utachukua kiasi - urefu wa 0.53 m na upana wa 1, 1 m na, ipasavyo, urefu wa 1.04 m, 1.25 m na 1.6 m.
Malengo ya kiteknolojia
Utafiti wa ndani wa Jeshi uliofanywa mnamo 2010 ulithibitisha faida za injini za ndondi, na kusababisha mradi wa Injini ya Kizazi Kizazi (NGCE), ambapo wafanyabiashara wa viwandani waliwasilisha maendeleo yao katika eneo hili. Kazi ilikuwa kufikia hp 71. kwa silinda na nguvu ya jumla ya 225 hp. Kufikia 2015, nambari hizi zote mbili zilizidi kwa urahisi kwenye injini ya majaribio iliyojaribiwa katika Kituo cha Utafiti cha Kivita.
Mnamo Februari mwaka huo huo, jeshi lilipeana kandarasi kwa Uhandisi wa Nguvu ya AVL Powertrain na Achates Power kwa injini za majaribio za silinda moja ya ACE chini ya mpango wa miaka miwili, katika mfumo ambao lengo lilikuwa kufikia sifa zifuatazo: nguvu 250 hp, moment 678 Nm, matumizi maalum ya mafuta 0, 14 kg / hp / h na utaftaji wa joto chini ya 0.45 kW / kW. Viashiria vyote vilizidi, isipokuwa uhamishaji wa joto, hapa haikuwezekana kushuka chini ya 0.506 kW / kW.
Katika msimu wa joto wa 2017, Cummins na Achates walianza kufanya kazi chini ya kandarasi ya ACE Multi-Cylinder Engine (MCE) kuonyesha injini ya silinda nne ya hp. moment ya 2700 Nm na mahitaji sawa ya matumizi maalum ya mafuta na uhamisho wa joto. Injini ya kwanza ilitengenezwa mnamo Julai 2018 na vipimo vya awali vya utendaji vilikamilishwa mwishoni mwa mwaka huo huo. Mnamo Agosti 2019, injini hiyo ilifikishwa kwa Kurugenzi ya TARDEC kwa usanikishaji na upimaji.
Mchanganyiko wa injini ya ndondi na gari la mseto la umeme litaboresha ufanisi wa magari ya aina na saizi anuwai, za kijeshi na za raia. Kwa kuzingatia hilo, Mamlaka ya Utafiti na Maendeleo ya Juu ilitoa $ 2 milioni kwa Achates kutengeneza injini ya sanduku moja ya juu ya gari la mseto la baadaye; katika mradi huu kampuni inashirikiana na Chuo Kikuu cha Michigan na Nissan.
Udhibiti wa bastola
Kwa mujibu wa dhana, injini hii kwa mara ya kwanza iliunganisha kwa karibu mfumo wa umeme na injini ya mwako wa ndani, kila moja ya viboko viwili huzunguka na inaweza kuendeshwa na seti yake ya jenereta ya magari; hakuna uhusiano wa mitambo kati ya shafts.
Achates alithibitisha kuwa injini imeundwa tu kwa mifumo ya mseto mseto, kwani nguvu zote zinazozalishwa hupitishwa kwa umeme na gensets huchaji kifurushi cha betri kupanua wigo. Bila uhusiano wa mitambo kati ya shafts, wakati haujasambazwa, ambayo inasababisha kupungua kwa mizigo. Kama matokeo, zinaweza kufanywa kuwa nyepesi, kupunguza uzito kwa jumla na saizi, msuguano na kelele, na kupunguza gharama.
Labda muhimu zaidi, viambata vilivyopunguzwa huruhusu udhibiti huru wa kila pistoni kupitia utumiaji wa umeme wa umeme. "Hii ni sehemu muhimu ya mradi wetu, ni muhimu kuamua jinsi maendeleo ya motors na udhibiti wa umeme inaweza kuboresha ufanisi wa injini ya mwako wa ndani." Msemaji wa Achates alithibitisha kuwa usanidi huu unaruhusu udhibiti wa muda wa crankshaft, ambayo inafungua uwezekano mpya. "Tunajitahidi kuboresha ufanisi wa udhibiti wa bastola, ambayo haipatikani na mawasiliano ya kitamaduni ya mitambo."
Kwa wakati huu, kuna habari kidogo inayopatikana kuhusu jinsi udhibiti wa bastola huru unaweza kutumiwa, lakini kwa nadharia inawezekana kufanya kiharusi kikubwa kuliko kiharusi cha kukandamiza, kwa mfano, na kwa hivyo kutoa nguvu zaidi kutoka kwa malipo ya hewa / mafuta mchanganyiko. Mpango kama huo unatekelezwa katika injini nne za kiharusi za Atkinson zilizowekwa kwenye magari ya mseto. Kwa Toyota Prius, kwa mfano, hii inafanikiwa kupitia muda wa valve inayobadilika.
Kwa muda mrefu, ilikuwa dhahiri kuwa maboresho makubwa katika teknolojia zilizokomaa, kama injini za mwako wa ndani, sio rahisi kufanikiwa, lakini injini za ndondi za hali ya juu zinaweza kuwa zile zinazoweza kutoa faida za kweli kwa magari ya jeshi, haswa ikiwa imejumuishwa na mifumo ya umeme. …
