1.32. Принцип роботи поршневого пневматичного двигуна

П оршневий пневматичний двигун можна отримати у результаті невеликого переобладнання поршневого двигуна внутрішнього згоряння, який має при наймі два циліндра.

Якщо до впускних клапанів двигуна підвести з ресивера (пневматичного балона) повітря під тиском, то у тому циліндрі, де впускний клапан відкрито (назвемо його першим циліндром), повітря заповнить надпоршневу порожнину і тиснутиме на поршень, провертаючи колінчастий вал – див. рис.

Після надходження поршня у нижню мертву точку відкриється випускний клапан, надлишок повітря вийде через випускну трубу у атмосферу. Поршень другого циліндра у цей час знаходитиметься у верхній мертвій точці, його впускний клапан відкриється і під дією тиску повітря на цей поршень колінчастий вал провертатиметься далі, а поршень першого циліндра підніматиметься уверх, витісняючи з циліндра решту повітря – див. рис.

При надходженні поршня першого циліндра у верхню мертву точку випускний клапан закриється, а впускний відкриється – і робочий цикл повториться.

Як бачимо, робочий цикл такого пневматичного двигуна складається всього з двох процесів і здійснюється за два ходи поршня, тобто за один оборот колінчастого вала. Таким чином пневматичний поршневий двигун є двотактним.

Потужність двигуна можна регулювати за допомогою дросельної заслінки, яка змінює кількість повітря, що надходить до двигуна.

Заправка автомобіля з таким двигуном полягатиме у заповненні ресивера стисненим повітрям. Це можна робити на спеціальних пневмозаправних станціях або за допомогою невеликого пневматичного компресора з електроприводом, встановленого на автомобілі.

«Відпрацьовані гази» такого двигуна являтимуть собою чисте повітря. Тобто даний двигун є екологічно чистим.

До його переваг слід віднести і безпечність у пожежному та електричному відношеннях.

Недоліком пневматичних двигунів є низький ефективний ККД, який дорівнює приблизно 0,25, а також малу питому енергоємність пневмоакумуляторів. Тобто для великого пробігу автомобіля потрібно мати великий об’єм повітряних ресиверів, який у кілька разів перевищує об’єм паливного бака автомобілів з двигуном внутрішнього згоряння.

До речі, перший автомобіль, який працює на стиснутому повітрі, був спроектований ще у 1838 році і показаний у 1940 році у Парижі.

І ндійський автовиробник Таta Motors розробив автомобіль Air Pod з пневматичним двигуном потужністю 5 кВт, призначений для експлуатації у місті (див. рис.). Його власна маса – 220 кг, довжина – 2,1 м, ширина – 1,6 м, а радіус розвороту – 1,9 м. Запас ходу в умовах міста від 120 до 150 км. Стиснуте повітря зберігається у 260- літровому балоні з композитного матеріалу під максимальним тиском 250 бар (25 МПа). Це сама важка частина автомобіля.

Двигун, який розвиває потужність 5 кВт при 1500 об/хв (див. рис), має масу лише 24 кг і дозволяє автомобілеві розвивати швидкість до 70 км/год. Його конструкцію розробив француз Гай Негре, колишній інженер з розробки двигунів для автомобілів Формули-1, а ліцензію на виробництво двигуна продав компанії Таta за 20 млн. євро.

За попередніми підрахунками, вартість 100 км пробігу складає 0,5 євро. Серійний випуск планується розпочати з 2014 року.