Auta na různé typy pohonů

Auta na různé typy pohonů

Obsah• Co jsou automobily• Rozdělení pohonů• Historie pohonů automobilů• Pohony dnešních automobilů• Auta budoucnosti• Zdroje informací

Co jsou automobily

Co jsou automobilySlovo automobil vzniklo ze dvou slov autos (řečtina) = samostatný a mobilis (latina) = pohyb

Automobil tedy definujeme jako pozemní dopravní prostředek, který je schopný se sám pohybovat (tzn. nemusí být tažen zvířecí či lidskou silou). Pohyb mu tedy umožňuje jeho vlastní pohon.

Podle toho, jaká paliva do motoru používáme rozdělujeme motory například na parní, zážehové, vznětové …

Rozdělení pohonů

Rozdělení pohonů Klasické

Parní Spalovací zážehové s různými typy paliv

• Benzín• Biopaliva a alkoholy• LPG (Liquid Propan Gas) – kapalný ropný plyn = propan-

butan• CNG (Compressed Natural Gas) – stlačený zemní plyn• LNG (Liquid Natural Gas) – kapalný zemní plyn• Vodík

Spalovací vznětové Spalovací v kombinovaném režimu provozu

Rozdělení pohonů Alternativní

Elektrické s různými typy zdrojů elektrické energie• Baterie a akumulátory• Solární články• Palivové články (vodík)

Hybridní• Spalovací motor + elektromotor + akumulátor• Spalovací motor + elektromotor + setrvačník• Elektromotor + setrvačník + akumulátor• Plynová turbína + generátor + akumulátor + elektromotor• Spalovací motor + setrvačník

Vzduchové Nukleární

Historie pohonů automobilů


ParníHistorie sahá až do 18. st., kdy byl vynalezen parní stroj (takže první automobily byly poháněny párou – tepelná energie vodní páry je přeměněna na mechanickou).

V roce 1769 se konala první zkušební jízda parního stroje francouzského inženýra Cugnota. Jednalo se o vozidlo, které mělo usnadnit práci vojákům při vlečení těžkých děl. Sice vůz dosahoval rychlosti až 4,5 km/h, nicméně pára došla již po 12 minutách. A tak Cugnot musel svůj vůz začít zdokonalovat. Konečná verze měla celkem tři kola – dvě velká vzadu a jedno menší ozubené vpředu. Před menším kolem byl umístěn pěti tunový mosazný válec. V něm se vyráběla pára přímo za jízdy. Přední kolo bylo dále napojeno na páku, pomocí které mohlo být ovládáno. Avšak při veřejném představení došlo k první automobilové nehodě (vůz přestal být ovladatelný a narazil do zdi). Dnes si jej můžeme prohlédnout v Národním technickém muzeu na Rue Saint Martin v Paříži .



ParníCugnot nebyl jediný, kdo se snažil využít páru k pohonu automobilu.Richard Trevithick v roce 1801 zkonstruoval vůz s primitivní převodovou skříni. Velký úspěch oslavil roku 1873 Francouz Amédée Bollée se svým dvanáctimístným vozem L’Obéissante (=Poslušná). Ten měl kotel vzadu a řízení volantem vpředu.Z českých techniků, kteří se zabývali parním vozem je nejvýznamnější Josef Božek. Roku 1815 jej předvedl v pražské Stromovce.V České republice vyráběly Škodovy závody v Plzni ve 30. letech 20. století nákladní automobily s parním pohonem pod názvem Sentinel. Tyto vozy se běžně používaly ještě v 50. letech.

Historie pohonů automobilů Trevithickův vůz Bolléeova

L’Obéissante

Božkův parní vůz Škoda Sentinel, model 1925

Historie pohonů automobilůSpalovací zážehovéPrvní dvoutaktní spalovací motor vynalezl Belgičan Lenoir. Ten pracoval na principu roztahování zápalného plynu.Avšak snad nejznámějšími vynálezci spalovacího motoru se stali Němci Gottlieb Daimler a Karel Benz. Daimlerův automobil uměl dosáhnout rychlosti až 18 km/h. Benzova tříkolka 15 km/h a obsahovala již čtyřtaktní motor s palivem benzínem. Zprvu konkurenti spolu nakonec založili i automobilovou firmu (1926). Poté nastoupily další automobilky, jež začaly vozy s těmito motory vyrábět. V USA to byla např. firma Ford (zakl. Henry Ford). V Anglii Rollse – Royce založena závodníkem Ch. S. Rollsem a F. H. Roycem.Prvním českým závodem byla Tatra (“Nesseldorfer Wagenbaufabrik” - “Kopřivnická vagónka”) se svým Presidentem (1894). Nesmíme ani opomenout firmu Laurin a Klement. Tu koupily roku 1925 Škodovy závody v Plzni.

Historie pohonů automobilůSpalovací vznětové První vznětový motor poháněný uhelným mourem sestrojil roku 1893 Rudolf Diesel . Až v další fázi se palivem stal petrolej. V roce 1897 už měl Diesel připravený agregát, který mohl jako palivo používat naftu či olej z burských ořechů.Vznětové motory byly příliš velké a těžké, proto se zpočátku používaly díky nízké spotřebě na železnici a na moři.Použití v osobních automobilech se dočkaly až v roce 1936.


První Dieselův vznětový motor, 1893umístěný v hale Hmotnost několik tun

Benzův motor, 1886zabudovaný ve vozehmotnost přibližně 100 kg

Historie pohonů automobilůElektrickéLidé se snažili také vyvinout vozidla poháněna elektrickým proudem, tzv. elektromobily. Úplně první elektromobil sestavil v roce 1828 Štefan Anian Jedlík, spíše se jednalo pouze o elektromotor. Vozidlo v pravém slova smyslu zkonstruovali Nizozemec Sibrandus Stratingh a jeho asistent Christopher Becker. U nás se proslavil stavbou těchto elektrických vozidel Ing. Dr. František Křižík. Jeho elektromobil byl napájen olověným akumulátorem a poháněn stejnosměrným elektromotorem o výkonu 3,6 kW. Toto nebyl Křižíkův jediný model. Za zmínku stojí i třetí Landaulet. Dva elektromotory o výkonu 2,2 kW umístil na zadní kola a zabudoval také benzínový motor pohánějící dynamo => jedná se zároveň o první vůz na hybridní pohon. V Americe byly elektromobily ve velké oblibě (jednoduché ovládání, tichost, komfort), na rozdíl od automobilů se spalovacím motorem, které se startovaly klikou, byly hlučné a složité na údržbu. Zde také zkonstruovali elektromobil na solární pohon – Baker z roku 1912. S příchodem Henryho Forda, který zabudoval startér do aut se spalovacím motorem a se sériovou výrobou Fordu ,,T“ byly elektromobily postupně vytlačeny.

Historie pohonů automobilůJedlíkův elektromotor , 1828 Stratinghův

elektromobil , 1835

Baker electric z roku 1912se solárními články na střeše Třetí Křižíkův

elektromobil ,1895

http://www.eurooldtimers.com/turbo_images.php?file_name=440_1.jpg&set_name=historie_paragraph&zoom=2

Historie pohonů automobilů Zajímavost: Na prvních automobilových závodech

konaných roku 1899 v městečku Acheres (nedaleko Paříže) zvítězil belgický závodník Camille Jenatzy s elektromobilem jménem Jamais Contente (= Nikdy spokojená) přezdívaným Doutník. Překonal rychlost 100 km/h.

Pohony dnešních automobilů

Pohony dnešních automobilů Dva základní typy spalovacích motorů

• zážehový• vznětový


• Zážehový čtyřtaktní spalovací motor pracuje v kruhovém ději, který se skládá ze 4 fází:1. Sání2. Komprese3. Expanze4. Výfuk


• Zážehový čtyřtaktní spalovací motor

1. SáníPíst se pohybuje z horní úvratě do dolní. Po dosažení horní úvratě se uzavírá výfukový ventil. Při pohybu pístu do dolní úvrati je do válce dopravena nová palivová směs otevřeným sacím ventilem.

2. KompresePíst se pohybuje z dolní úvratě do horní. Když se píst nachází v dolní úvrati, dochází k uzavření sacího ventilu. Těsně před dosažením horní úvratě dochází k zapálení směsi od svíčky.


• Zážehový čtyřtaktní spalovací motor

3. ExpanzePíst se pohybuje z horní úvratě do dolní úvratě poháněn tlakem spalin paliva. Píst koná práci, která je převáděna na klikovou hřídel. Těsně předtím, než píst dosáhne dolní úvratě, je otevřen výfukový ventil.

4. VýfukPíst se pohybuje z dolní úvratě do horní a vytlačuje zplodiny do výfukového potrubí. Krátce před dosažením horní úvratě je otevřen sací ventil, což napomáhá odvodu spalin z válce


• Zážehový čtyřtaktní spalovací motorNázorné zobrazení cyklů motoru


• Vznětový čtyřtaktní spalovací motor pracuje podobně jako zážehový motor v kruhovém ději, který se skládá ze 4 fází:1. Sání2. Komprese3. Expanze4. VýfukNa rozdíl od zážehového motoru je palivo dopravováno do válce pod vysokým tlakem a odděleně od vzduchu.


• Vznětový čtyřtaktní spalovací motor

1. SáníPíst se pohybuje směrem dolů do dolní úvrati. Přes sací ventil je nasáván vzduch.

2. KompresePíst se pohybuje směrem nahoru k horní úvrati. Oba ventily jsou uzavřené. Nasátý vzduch zmenšuje svůj objem, zvětšuje tlak a teplotu. Těsně před horní úvratí je do válce vstříknuto palivo.


• Vznětový čtyřtaktní spalovací motor

3. ExpanzeOba ventily jsou uzavřené. Směs paliva a vzduchu zapálená samovznícením shoří. V pracovním prostoru válce se prudce zvýší teplota i tlak vzniklých plynů, které expandují a při pohybu pístu směrem dolů konají práci.

4. VýfukPíst se pohybuje nahoru směrem do horní úvrati.Výfukový ventil je otevřený. Spaliny z pracovního prostoru válce jsou vytlačovány do výfukového potrubí. Výfuk je rozdělen na dvě částí: Výfuk volný následuje ještě před dolní úvratí a Výfuk nucený v důsledku vytlačování spalin pístem.


• Vznětový čtyřtaktní spalovací motorNázorné zobrazení cyklů motoru

Pohony dnešních automobilů Spalovací zážehové s různými typy paliv

• Benzín• alkoholy• LPG (Liquid Petrol Gas) – kapalný ropný plyn =

propan-butan • CNG (Compressed Natural Gas) – stlačený zemní

plyn a LNG (Liquid Natural Gas) – kapalný zemní plyn

• Vodík Spalovací vznětové

• nafta• biopaliva

Spalovací v kombinovaném režimu provozu

Pohony dnešních automobilů Elektrické s různými typy zdrojů elektrické energie• Baterie a akumulátory• Solární články• Palivové články (vodík)

Hybridní• Spalovací motor + elektromotor + akumulátor• Spalovací motor + elektromotor + setrvačník• Elektromotor + setrvačník + akumulátor• Plynová turbína + generátor + akumulátor +

elektromotor• Spalovací motor + setrvačník

Vzduchové


Spalovací zážehové - palivo benzín olejovitá bezbarvá kapalina jedná se o směs uhlovodíků (např. toluen, benzen) a

dalších chemikálií uvolněných z ropy při frakční destilaci

při této destilaci vznikne tzv. panenský benzín, ten svým složením nevyhovuje pro použití v motorech, a proto se musí dále upravovat

oktanové číslo – udává kvalitu benzínu (odolnost vůči spalování ve válci, což se projevuje tzv. ,,klapáním“ motoru), poměr dvou látek v benzínu – izooktanu a n–heptanu (druhy uhlovodíku)


Spalovací zážehové - palivo benzín výhody

- ověřené a známé palivo s vyvinutou technologií výroby

- hustá síť čerpacích stanic nevýhody

- znečišťuje životní prostředí (emise do ovzduší)- cena je odvislá od těžby ropy- zásoby ropy, ze které se benzín vyrábí jsou

vyčerpatelné (odhaduje se asi ještě na 50 let)


Spalovací zážehové – palivo alkoholy nejčastěji se používají metanol (CH3OH) a etanol

(C2H5OH) výroba: metanol: z fosilních paliv (ropa, zemní plyn)

katalytickou hydrogenací oxidu uhelnatého (CO) a vodíku (H2) – syntézou Co a H2

etanol se z rostlin bohatých na cukry a škrob (obiloviny, řepa, brambory, cukrová třtina…) fermentací (kvačením) a následnou destilací

etanol je schopen vázat vodu a tudíž působí korozi motoru

metanol - toxický


Spalovací zážehové – palivo alkoholy výhody

- přestavba motoru bez velkých zásahů- pokles pevných částic ve spalinách

nevýhody- etanol může způsobit korozi kovů (váže vodu)- zvýšení obsahu oxidu uhlíku ve spalinách- metanol - toxický

Pohony dnešních automobilů Spalovací zážehové – palivo LPG (Liquid Petrol Gas) –

kapalný ropný plyn = propan-butan vzniká jako vedlejší produkt při těžbě ropy hlavní pozitivum – nízký obsah škodlivin (malý obsah síry, žádné

benzenové uhlovodíky a olovo) dále také obsahuje méně uhlíku, což může vést ke snížení produkci

CO (oxid uhelnatý) za normálních podmínek – plynná směs, při poměrně malém tlaku

zkapalní, avšak zmenší svůj objem (z 1m3 plynu => 4 l kapaliny) není jedovatý, je nedýchatelný (neobsahuje kyslík) je lehčí než voda, těžší než vzduch – drží se při zemi => kvůli

bezpečnosti mají vozidla s LPG vjezd do podzemních garáží zakázán automobily na plynový pohon mají téměř stejný výkon, jako na

benzín auta s tímto pohonem vyrábí např. automobilka Renault (dvojí

palivový systém => provoz na benzín nebo na plyn, přechod z jednoho druhu paliva na druhý pouze stiskem ovladače z palubní desky

Pohony dnešních automobilů Spalovací zážehové – palivo LPG (Liquid Petrol Gas) –

kapalný ropný plyn = propan-butan z plynové nádrže do výparníku je plyn vstřikován v kapalném

skupenství (pod tlakem 7x105 – 15x105 Pa) , zde dochází k přeměně na skupenství plynné, mění se zde i tlak na 96x103 Pa)

výparník je spojen se sacím potrubím v sacím potrubí je namontována ke každému válci vstřikovací

tryska, každá z nich je umístěna v blízkosti sacích ventilů ze sacího potrubí se plyn dostane do rozdělovače – zajišťuje

rozdělování plynu do válců celý systém je řízen elektronickou řídicí jednotkou při startování je palivem benzín, běhen jízdy lze kdykoli

přepnout na plyn pomocí spínače na palubní desce, ta je také vybavena kontrolkami o stavu obou paliv

jestliže dojde zásoba plynu, automobil se sám přepne na benzín

Pohony dnešních automobilů Spalovací zážehové – palivo LPG (Liquid

Petrol Gas) – kapalný ropný plyn = propan-butan do automobilu nutno umístit tlakovou nádrž:

- nádrž válcového tvaru - do zavazadlového prostoru, snižuje jeho užitný prostor

- nádrž kruhového tvaru (tzv. toroid) - je montován místo rezervního kola (to lze nahradit např. tlakovou soupravou pro opravu unikajících pneumatik)


Petrol Gas) – kapalný ropný plyn = propan-butan výhody automobilů na pohon LPG

- zvýšení výkonu motoru- jednoduchá instalace bez nutnosti většího zásahu do

konstrukce motoru- levnější provoz z důvodu nižší ceny - přibližně o 50%- celkově nižší emise do ovzduší- snadný přechod mezi palivy (benzín – LPG)

nevýhody automobilů na pohon LPG- nádrž snižuje užitný zavazadlový prostor nebo

prostor pro rezervní kolo- vyšší náklady na přestavbu (návratnost při využívání

nad 25000Km jízdy)


Petrol Gas)

Výpa

rník

s ro

zděl

ovač

em a

po

trub

ím

Typy

nád

rží L

PG

Mot

or se

za

budo

vaný

m

zaříz

ením

na

LPG

Ovl

ádac

í pan

el

zaříz

ení L

PG

zabu

dova

ný n

a pa

lubn

í des

ce

osob

ního

voz

idla


Spalovací zážehové – palivo CNG (Compressed Natural Gas) a LNG (Liquid Natural Gas) CNG = stlačený zemní plyn, zpravidla na tlak 2 x107Pa LNG = zkapalněný zemní plyn za teploty -162°C (zmenšení

objemu šestkrát) složení: metan (CH4), dusík (N), oxid uhličitý (CO2) lehčí než vzduch zápalná teplota plynů je dvakrát vyšší než benzínu tlakové nádrže vyrobeny z oceli, hliníku nebo kompozitu zařízení pro provoz s CNG nebo LNG je podobné jako

zařízení na provoz s LPG , pracuje pouze při jiných provozních tlacích


Spalovací zážehové – palivo CNG (Compressed Natural Gas) a LNG (Liquid Natural Gas) výhody

- nižší produkce škodlivin (jako oxidů uhlíku, dusíku, pevných částic…)

- nižší cena paliva oproti benzínu (dvakrát až třikrát)- bezpečnější provoz (díky nižší zápalné teplotě)

nevýhody- malý počet čerpacích stanic- vysoké náklady na přestavbu motoru (činí zhruba 60000 Kč)- malá dojezdová vzdálenost- nádrž snižuje zavazadlový prostor (pouze u přestavovaných

vozidel)

Pohony dnešních automobilů Spalovací zážehové – palivo CNG

(Compressed Natural Gas) a LNG (Liquid Natural Gas) mezi firmy, které patří k největším výrobcům

automobilů na tyto pohony řadíme Volvo a Volkswagen nejnovějším typem uvedeným do prodeje je automobil

Volkswagen Golf Variant TGI BlueMotion, který je poháněn čtyřválcovým motorem o výkonu 81 kW a 1, 4 l, pohon je zde CNG, při spotřebě a nemožnosti natankovat palivo přejde systém automaticky na benzínový pohon , cena tohoto automobilu je 468 900 Kč

Pohony dnešních automobilů Spalovací zážehové – vodík

jedná se o plyn, který se nalézá prakticky všude, takže jeho zásoby jsou nevyčerpatelné

je nejlehčí prvek a obsahuje pouze jeden elektron v obalu s jedním protonem v jádře

ve spalovacím motoru probíhá spalování s přebytkem vzduchu, ten odjímá teplo, čímž klesá teplota plamene nad kritickou mez (nehrozí tak samovznícení)

nízká teplota spalování brání vzniku oxidů dusíku (Nox)


vlastnosti vodíku- vysoká výhřevnost - nízká hustota- široký rozsah hořlavosti- nízká iniciační energie- malá vzdálenost hašení- vysoká teplota samovznícení- vysoká rychlost šíření plamene- vysoká difuzivita


Nutné úpravy motoru- nutnost vhodného vstřikovacího systému, aby se

zabránilo předčasnému zapálení směsi – ideální je motor s přímým vstřikováním

- systém zapalování musí být upraven a nastaven tak, aby měl dostatečnou energii k zapálení směsi, zejména upři použití chudých směsí, proto by měl být vybaven 2 zapalovacími svíčkami

- musí být nastaveno přesné časování zapálení směsi- v systému vstřikování paliva i v systému zapalování

musí být použity materiály, které nereagují s vodíkem

- nutnost odvětrání klikové skříně, aby se nevznítilo palivo, které prosákne přes těsnící kroužky pístu

- nutnost samostatných nádrží na skladování vodíku


Typy nádrží na uskladnění vodíku ve vozidleVodík lze skladovat 3 způsoby a to v plynné, kapalné a pevné podobě. Tomu odpovídá konstrukce nádrží.- vodík v plynné podobě

při tlaku 35MPa a energetickém obsahu 3MJ/lnově se vyvíjí nádrže na 75MPa, což ovšem přináší ztrátu energie ve výši ca 15% způsobenou stlačením plynu

- vodík v kapalné podoběkapalný vodík obsahuje až o 75% více energie než vodík stlačený při 70MPapro udržení kapalného stavu musí být teplota v nádrži min. -253°C, což vyžaduje dvouplášťovou nádrž s dokonalou izolaci nádrže (např. vakuum)


Typy nádrží na uskladnění vodíku ve vozidle

- vodík v pevné podoběuchovává se ve formě hydridůhydridy vodíku na bázi lehkých kovů jsou schopny v sobě absorbovat velké množství vodíkuvyrábějí se syntézou plynného vodíku s lehkými kovy (např. hořčík, hliník, vápník, lithium, sodík)


Typy nádrží na uskladnění vodíku ve vozidle

Nádrž na plynný vodík 70MPa z uhlíkových vláken(Honda CRV)

Řez nádrží na kapalný vodík (prototyp Linde)

Příklad nádrže na pevný vodík v podobě hydridů


výhody- téměř žádné emise do ovzduší (za podmínky

použití chudé směsi)- obnovitelný zdroj, téměř nevyčerpatelný

nevýhody- nedostatek čerpacích stanic na vodík- nebezpečí při tankování vodíku- výroba vodíku je energeticky velice náročná- použití chudé směsi má za následek nižší

výkon motoru (asi o 15% v porovnání s benzínem)

- skladování potřebného množství paliva v automobilu je stále v řešení

Pohony dnešních automobilů Spalovací vznětové - nafta

směs ropných kapalných uhlovodíků vře při teplotách od 180 - 370 °C čirá až nažloutlá hořlavá kapalina vyrábí se z ropy destilací, rafinací a dalšími složitými

procesy (jako např. krakováním – tepelný rozklad složitějších uhlovodíků na jednodušší)

podstatnou vlastností je, že při nízkých zimních teplotách zamrzá, proto se na trhu setkáme se dvěma druhy motorové nafty – letní a zimní

její kvalitu udává cetanové číslo – číslo charakterizující naftu z hlediska její vznětlivosti, čím vyšší je CČ, tím motor lépe startuje, má lepší výkon, tišší a hladší chod a také složení emisních výfukových plynů je mnohem šetrnější k životnímu prostředí. Motor spalující kvalitnější naftu má i nižší spotřebu.

Pohony dnešních automobilů Spalovací vznětové - nafta

výhody- vznětové motory jsou úspornější než

benzínové a mají stabilní točivý moment v celém rozsahu otáček

nevýhody- vyrábí se z neobnovitelných zdrojů- cena je závislí na ceně ropy- zatěžuje životní prostředí (do ovzduší CO2,

oxidy síry)

Pohony dnešních automobilů Spalovací vznětové – palivo biopaliva (=

bionafta) produkt z řepky olejky získaný vylisovaný a vyčištěný olej se dále upravuje

esterifikací (reakce, při které dochází ke štěpení molekul oleje na menší za použití alkoholu - matanolu)

vzniká tak metylester oleje (mastné kyseliny) , tedy bionafta již čistý rostlinný olej můžeme použít pro pohon v motorech,

avšak díky špatným vlastnostem (vysoká viskozita, špatná stabilita, vyšší bod vzplanutí) se upravuje podle výše uvedené reakce

existují dva druhy bionafty: bionafta 1. generace (= MEŘO = Metylester Řepkového Oleje, také RME = Rapessed Methyl Ester) = klasická bionafta

bionafta 2. generace (neboli směsná nafta) je MEŘO ( zhruba 31%) a motorová nafta

Pohony dnešních automobilů Spalovací vznětové – palivo biopaliva (=

bionafta) výhody

- není toxická- lépe hoří v motoru- neobsahuje žádné aromatické látky ani síru =>

nevypouští oxidy síry do ovzduší- je mastnější než motorová nafta a tím se snižuje riziko

rychlejšího opotřebování motoru- pro použití nemusí dojít k přestavbě původního motoru

nevýhody- nutná výměna palivových filtrů (může dojít k

zanechávání nafty a následně ucpání filtrů)- množství olejnatých plodin nestačí na výrobu tak

velkého množství paliva, aby byla uspokojena poptávka

Pohony dnešních automobilů Čerpací stanice na bionaftu

Pohony dnešních automobilů Elektrické pohony s různými typy zdrojů

elektrické energie Elektromobil

• poháněn výhradně elektrickým motorem• elektromotor může být přímo součástí kol – bez převodovky• elektromotor je umístěn mezi koly a je vybaven

jednostupňovou převodovkou• obvykle se používá třífázový střídavý elektromotor,

stejnosměrné napětí z baterie se převede na střídavé pomocí tzv. střídače

• elektromotor může být napájen:- bateriemi nebo akumulátory- solárními články- palivovými články


elektrické energie Elektromobil

• Elektromobily vznikají:- přebudováním sériových typů automobilů se

spalovacím motorem ve specializovaných dílnách – obvykle dosahuje pouze podprůměrných parametrů

- vybavením elektromotorem vozidla původně navrženého pro provoz se spalovacím motorem přímo u výrobce – dobrá konstrukce, která ovšem vykazuje nedostatky při trvalém provozu

- návrhem a výrobou vozidla již od počátku koncipovaného jako elektromobil – toto řešení přináší nejlepší parametry vozidla

Pohony dnešních automobilů Elektrické pohony s různými typy

zdrojů elektrické energie baterie a akumulátory

Rozlišujeme několik druhů baterií a akumulátorů, které jsou vhodné pro použití v elektromobilech:• NiCd akumulátor • Nikl-metal hydridový akumulátor• Lithium-ion baterie• LiFePO4 akumulátory • Olověný akumulátor



• NiCd akumulátor - druh galvanického článku

Výhody:- nejsou náchylné na úplné a

dlouhodobé vybití- dostačující počet dobíjecích

cyklů – více než 2000- schopnost dodávat vysoké

proudy

Nevýhody:- menší hustota energie ke

hmotnosti (40-60 Wh/kg)- nižší účinnost dobíjení (66%)- dražší výroba a vyšší cena (oproti

olověným)- u NiCd baterií se projevuje

paměťový efekt- rychlé samovybíjení (až 20% /

měsíc)- nutná ekologická likvidace –

toxické pro obsah Cd- nižší měrná kapacita v porovnání s

NiMH



• NiMH akumulátor - Nikl-metal hydridový akumulátor je druhem galvanického článku, dnes nejpoužívanější

Výhody:- cena – NiMH baterie jsou

celkem levné- rozumně ekologické- udržení napětí až do úplného

vybití

Nevýhody:- nižší hustota energie ke hmotnosti

(60-80 Wh/kg)- nízká účinnost dobíjení (66%)- u některých typů rychlé

samovybíjení (až 20% / měsíc)- proti NiCd akumulátorům menší

počet dobíjecích cyklů (přibližně nad 1000)

- paměťový efekt



• Lithium-ion baterie (Li-Ion)

Výhody:- málo toxické- velmi vysoká hustota energie

(160 Wh/kg)- možnost tvarovat baterii dle

potřeby- nemá paměťový efekt- malé samovybíjení- vysoké nominální napětí- dobrá účinnost dobíjení (80-

90%)


(60-80 Wh/kg)- velmi rychlé stárnutí (životnost 2-3

roky, snížení kapacity o 20%/rok při 20°C)

- snadno exploduje- při úplném vybití dojde ke zničení



• LiFePO4 akumulátory - katoda vyrobena z lithium železo fosfátu

Výhody:- téměř plochá křivka zatížení- vysoký počet dobíjecích cyklů

(až 3000)- netoxické a bezpečné

(neexplodují)- nemá paměťový efekt- vysoká životnost (3-10 let)- vynikající dobíjecí účinnost

(95%)- levné oproti jiným lithiovým

bateriím- vyšší hustota energie (až 170

Wh/kg)


(60-80 Wh/kg)- rychlé dobíjení snižuje životnost- možnost předčasného selhání při

větším množství hlubokých cyklů vybití (pod 33%)


zdrojů elektrické energie Elektromobil napájený

akumulátory

Přík

lad

šasi

elek

trom

obilu

na

páje

ného

NiM

H ak

umul

átor

y (G

ener

al

Mot

ors)


zdrojů elektrické energie Výrobci elektromobilů napájených

akumulátory• Tesla Motors• General Motors• Chevrolet• Volkswagen• a další


zdrojů elektrické energie Elektromobily napájené

akumulátory• Tesla Model SZákladní parametry:

Maximální rychlost 209 km/hZrychlení z 0 na 100 km/h 4,2 sMaximální výkon motoru 310 kWKapacita baterie (Li-Ion) 85 kWhMaximální dojezd (při rychlosti 88 km/h) 480 kmGarantovaná životnost baterie 8 let


zdrojů elektrické energie Elektromobily napájené

akumulátory• Tesla Model S

Šasi

elek

trom

obilu

TE

SLA

S

Baterie umístěná v podvozku

Elektromotor


elektrické energie solární články

• elektromobily na solární články nejsou zatím ve stádiu praktického použití

• vyrábí se pouze experimentální vozidla• současná technologie přeměny sluneční

energie na elektrickou poskytuje pouze nízké výkony

• nevýhodou je nemožnost jízdy v noci nebo za snížené viditelnosti, kdy energie dopadající na solární články nestačí pokrýt spotřebu vozidla


zdrojů elektrické energie solární články

• nazývané také fotovoltaické články• fotovoltaický článek je velkoplošná

polovodičová součástka schopná přeměňovat světlo na elektrickou energii

• využívají citlivost křemíku na světlo• účinnost přeměny energie je do 6%• výkonová hustota slunečního záření

1000 W·m-2


zdrojů elektrické energie solární články

• Elektromobily na solární článkySTELLA – konstrukce studentů z

Holandské univerzityZákladní parametry:

Maximální rychlost 120 km/hDenní dojezd až 600 kmMaximální výkon motoru 42 kWPočet cestujících 4 osobyPočet solárních článků 6

Baterie nabitá přes den ze solárních článků umožňuje jízdu i v noci


zdrojů elektrické energie palivové články

• elektrická energie ve vodíkovém palivovém článku vzniká exotermní elektrochemickou reakcí samotného vodíku s kyslíkem

• jedná se o chemickou reakci – opal elektrolýzy

• jako odpad vzniká voda, příp. vodní pára


elektrické energie palivové články

• přímá přeměna na elektrický proud v palivovém článku – na základě elektrochemických reakcí dochází k přeměně vnitřní energie paliva ne energii elektrickou

• existuje mnoho typů palivových článků, tím nejjednodušším je vodík – kyslík

• pro přívod vodíku slouží komora• na anodě (záporná elektroda) dojde k odchycení elektronu

vodíku• elektron anodu opouští a putuje do zapojeného elektrického

spotřebiče, zde přemění svou energii na záření• poté na katodu, zde vytvoří vazbu s vodíkem s protonem=>

stabilní atom vodíku• na redukční membráně se spojí s atomem kyslíku a vznikne

čistá voda



Sché

ma

činno

sti

vodí

kové

ho-

kyslí

kové

ho

paliv

ovéh

o člá

nku



Výhody:- tichý chod,- minimální údržba a obsluha,- schopnost snášet i značná

přetížení,- nízké emise škodlivin,- paliva palivových článků lze

skladovat (vodík, kyslík)

Nevýhody:- velké investiční náklady,- drahá paliva,- nízké stejnosměrné napětí jednoho

článku,- dlouhá doba potřebná na uvádění

do provozu po každém odstavení (může trvat několik minut).


zdrojů elektrické energie Elektromobily na palivové články

• jediný sériově vyráběný vůz – Hyundai ix35

• výrobu připravuje Honda, prototyp Honda FCX Clarity

• ostatní výrobci pracují na vývoji• objevují se experimenty s využitím

palivových článků v městské hromadné dopravě (Barcelona, Praha)


zdrojů elektrické energie Elektromobily na palivové článkyAutobus na palivové články TRIHYBUS

• Triple Hybrid Hydrogen Bus• na vývoji a výrobě se podílí Ústav

jaderného výzkumu Řež• energii pro elektromotor autobusu

zajišťují tři zařízení:- vodíkové palivové články- Li-ion baterie- výkonné kondenzátory (tzv. ultrakapacitory)



Základní parametry:

Palivový článek s protonvýměnnou membránou 60 kWeÚčinnost článku 35% - 50%Množství paliva (vodíku) při plném natankování 20 kg1. Baterie Li-Ion s výkonem 10 kW2. Baterie Li-Ion s výkonem 40 kWUltrakapacitory s výkonem 1,2 kWh, 200 kW



Paliv

ový

článe

k

Bate

rie L

i-Ion

Pohony dnešních automobilů hybridní pohony

automobil y na tyto typy pohonů využívají více než jeden zdroj energie

nejčastěji se jedná o kombinaci spalovacího motoru, elektromotoru a akumulátoru

elektromotor plní funkci motoru – převádí elektrickou energii na energii mechanickou a také generátoru – mechanická energie je přeměněna zpět na energii elektrickou

vůz hospodaří s energií během jízdy dnes se vyvíjí také jiné typy hybridních pohonů:

• Spalovací motor + elektromotor + setrvačník• Elektromotor + setrvačník + akumulátor• Plynová turbína + generátor + akumulátor + elektromotor• Spalovací motor + setrvačník


Hybridní pohony v kombinaci spalovacího motoru, elektromotoru a akumulátoru• první sériově vyráběné vozy na tento typ

pohonu byly Toyota Prius (od roku 1997) a Honda Insight

• Honda – dva typy – Honda Insight I (z roku 1999, pouze v USA, Kanadě a Japonsku) a Honda Insight II (poprvé v roce 2008 v Paříži, poté v roce 2009 v Los Angeles), je nejlevnějším vozidlem na hybridní pohon- motor benzínový o výkonu65 kW a

elektrický motor o výkonu 10 kW


Hybridní pohony v kombinaci spalovacího motoru, elektromotoru a akumulátoru

Rozlišujeme tyto základní typy hybridního pohonu v kombinaci spalovacího motoru, elektromotoru a akumulátoru:• Sériové uspořádání• Paralelní uspořádání• Kombinované uspořádání


Hybridní pohony v kombinaci spalovacího motoru, elektromotoru a akumulátoru• Sériové uspořádání

- spalovací motor pohání elektrický generátor- spalovací motor není mechanicky propojen s koly- kola pohání pouze elektrický motor- používá se zejména u lokomotiv- výhodou je možnost rekuperačního brzdění (s

vracením energie do akumulátoru) a nastavení optimálního pracovního bodu spalovacího motoru, který pracuje při optimálních otáčkách

- nevýhodou jsou vysoké ztráty vznikající při přeměnách energie v elektrických strojích


Hybridní pohony v kombinaci spalovacího motoru, elektromotoru a akumulátoru• Paralelní uspořádání

- paralelní pohon je tvořen klasickým přenosem výkonu- spalovací motor je mechanicky propojen s koly- elektromotor je rovněž mechanicky propojen s koly- při jízdě se energie rozděluje na pohon a dobíjení

akumulátoru- výhodou je, že elektromotor může při brzdění

pracovat v generátorovém režimu a rekuperovat (vracet) energii do akumulátoru

- samotný přenos výkonu má vyšší účinnost než sériový pohon


Hybridní pohony v kombinaci spalovacího motoru, elektromotoru a akumulátoru• Kombinované uspořádání

- využívá se v sériově vyráběných vozech- spalovací motor je mechanicky propojen s koly

spojkou- elektromotor je spojen s koly trvale- generátor je mezi elektromotorem a spalovacím

motorem- při potřebě nízkého výkonu (obvykle při malých

rychlostech se využívá pouze elektromotor, spalovací motor se nastartuje automaticky při potřebě vyššího výkonu)


Hybridní pohony v kombinaci spalovacího motoru, elektromotoru a akumulátoru

Honda Insight I Honda Insight II


Hybridní pohony v kombinaci spalovacího motoru, elektromotoru a akumulátoru• Toyota Prius

Hybridní motor1.8l Hybrid Synergy Drive

Základní parametry:

Spotřeba paliva kombinovaná 3,9 l/100 kmEmise CO2 Kombinované 89 g/kmMaximální výkon spalovacího motoru 73 kWMaximální výkon elektromotoru 60 kWKapacita akumulátoru 6,5 AhNapětí akumulátoru (28 článků Nickel-Metal ) 201,6 V

Auta budoucnosti

Auta budoucnosti auta na nukleární pohon automobily na močovinu

Auta budoucnosti auta na nukleární pohon

koncept již z roku 1958 – Ford Nucleon• automobil vybavený malým zapouzdřeným jaderným

reaktorem• princip podobný jako v jaderné elektrárně, tedy:

- malá parní turbína- elektrický generátor- pohon na elektromotor

nyní společnost Laser Power Systems pracuje na jaderném reaktoru• palivo Thorium – lehce radioaktivní těžký kov• funkční prototyp je plánován do roku 2016• kompletní nukleární pohon automobilu (malá jaderná

elektrárna) bude mít hmotnost 220 kg

Auta budoucnosti auta na nukleární pohon

koncept Ford Nucleon - maketa

Auta budoucnosti automobily na močovinu

principem je vyrobit z močoviny vodík a ten použít již známými způsoby (Univerzita OHIO)• moč (NH2)2CO• z moči se uvolní vodík pomocí elektrolytického

katalyzátoru• prototyp palivového článku má výkon 500mW• energie potřebná pro výrobu vodíku z moči je nižší

než je tomu u doposud známých způsobů• přímou výrobou vodíku z moči v palivovém článku se

vyřeší problémy se skladováním vodíku

Zdroje Text

http://cs.wikipedia.org/wiki/Automobilhttp://www.autamilda.estranky.cz/clanky/historie-automobilu.htmlhttp://www.quido.cz/objevy/automobil.htmhttp://www.odbornecasopisy.cz/index.php?id_document=44790http://auto.idnes.cz/novy-pohon-budoucnosti-staci-nacurat-do-nadrze-frn-/automoto.aspx

?c=A090725_165704_automoto_vokhttp://www.ireceptar.cz/zajimavosti/provoz-auta-na-lpg-prestavba-motoru-vykon-spotreba/http://www.denik.cz/automoto-denik/golf-variant-tgi-je-v-prodeji-plynove

-kombi-jezdi-za-korunu-na-kilometr-20140129.htmlhttp://cs.autolexicon.net/articles/oktanove-cislo/http://www.ceskarafinerska.cz/cz/motorova-nafta.aspxwww.petrol.cz/media/32985/presentace-patrik-mahnert.ppthttp://cs.wikipedia.org/wiki/Honda_Insighthttps://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php?file_id=17041http://elektromobil.vseznamu.cz/baterie-v-elektromobilech/nicd-akumulatoryhttp://ufmi.ft.utb.cz/texty/env_fyzika/EF_15.pdf

http://cs.wikipedia.org/wiki/Automobil

http://www.autamilda.estranky.cz/clanky/historie-automobilu.html






http://www.quido.cz/objevy/automobil.htm




http://www.odbornecasopisy.cz/index.php?id_document=44790







http://auto.idnes.cz/novy-pohon-budoucnosti-staci-nacurat-do-nadrze-frn-/automoto.aspx?c=A090725_165704_automoto_vok
















http://www.ireceptar.cz/zajimavosti/provoz-auta-na-lpg-prestavba-motoru-vykon-spotreba/













http://www.denik.cz/automoto-denik/golf-variant-tgi-je-v-prodeji-plynove-kombi-jezdi-za-korunu-na-kilometr-20140129.html











http://cs.autolexicon.net/articles/oktanove-cislo/

http://www.ceskarafinerska.cz/cz/motorova-nafta.aspx








http://www.petrol.cz/media/32985/presentace-patrik-mahnert.ppt






http://cs.wikipedia.org/wiki/Honda_Insight

https://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php?file_id=17041

http://elektromobil.vseznamu.cz/baterie-v-elektromobilech/nicd-akumulatory






http://ufmi.ft.utb.cz/texty/env_fyzika/EF_15.pdf

ZdrojeObrázky

http://www.ekobonus.cz/historie-elektromobilu-a-automobilu-na-cng-v-osobni-dopravehttp://www.conceptcarz.com/view/photo/1081855,11282/1911-Baker-Electric_photo.aspxhttp://www.tyden.cz/rubriky/auta/auto-tema/od-elektrickeho-doutniku-k-rychlosti-zvuku-na-kolech_147108.htmlhttp://www.lpgnovapaka.cz/nadrze/http://www.auto.cz/test-skoda-octavia-combi-lpg-1-6-mpi-22035http://autodily.lkauto.cz/multiventil-interni/multiventil-30-interni-h220225-tomasettohttp://www.denik.cz/automoto-denik/golf-variant-tgi-je-v-prodeji-plynove-kombi-jezdi-za-korunu-na-kilometr-20140129.htmlhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:06Ecomotion1.JPGhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gasoline_in_mason_jar.jpghttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:HondaInsight.jpghttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:2010_Honda_Insight_LX_--_09-14-2010.jpghttp://3pol.cz/826/printhttp://oze.tzb-info.cz/7134-akumulace-energie-z-oze-vodikove-hospodarstvihttp://4wheelonline.com/how-an-air-intake-system-works-inside-an-internal-combustion-engine.231876.0http://www.google.cz/imgres?biw=1280&bih=560&tbm=isch&tbnid=GRZ1pfM0DoSQAM%3A&imgrefurl

=http%3A%2F%2Fcarenginecooling.blogspot.com%2F&docid=rCl_TJH8Vh0VhM&imgurl=http%3A%2F%2F3.bp.blogspot.com%2F-qVqD6cuFEYE%2FUA6hrJOZSeI%2FAAAAAAAAADM%2FExL_Fgw-S7M%2Fs640%2Fengine%252B7.png&w=640&h=333&ei=GrUPU4i0M-up0AXAjIG4DA&zoom=1&iact=rc&dur=672&page=2&start=10&ndsp=16&ved=0CJABEK0DMBM

http://www.toyota.cz/cars/new_cars/prius/index.tmexhttp://www.electroauto.cz/gm.htmlhttp://en.wikipedia.org/wiki/File:Tesla_Motors_Model_S_base.JPGhttp://www.vitejtenazemi.cz/cenia/index.php?p=vodikove_pohony&site=dopravahttp://en.wikipedia.org/wiki/File:Tesla_Model_S_02_2013.jpghttp://www.gtspirit.com/2012/04/08/remarkable-cars-ford-nucleon-%E2%80%92-the-atomic-car/

http://www.ekobonus.cz/historie-elektromobilu-a-automobilu-na-cng-v-osobni-doprave






http://www.conceptcarz.com/view/photo/1081855,11282/1911-Baker-Electric_photo.aspx












http://www.tyden.cz/rubriky/auta/auto-tema/od-elektrickeho-doutniku-k-rychlosti-zvuku-na-kolech_147108.html









http://www.lpgnovapaka.cz/nadrze/





http://www.auto.cz/test-skoda-octavia-combi-lpg-1-6-mpi-22035













http://autodily.lkauto.cz/multiventil-interni/multiventil-30-interni-h220225-tomasetto












http://commons.wikimedia.org/wiki/File:06Ecomotion1.JPG

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gasoline_in_mason_jar.jpg

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:HondaInsight.jpg

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:2010_Honda_Insight_LX_--_09-14-2010.jpg

http://3pol.cz/826/print

http://3pol.cz/826/print

http://oze.tzb-info.cz/7134-akumulace-energie-z-oze-vodikove-hospodarstvi

http://4wheelonline.com/how-an-air-intake-system-works-inside-an-internal-combustion-engine.231876.0




































































http://www.electroauto.cz/gm.html




http://en.wikipedia.org/wiki/File:Tesla_Motors_Model_S_base.JPG

http://www.vitejtenazemi.cz/cenia/index.php?p=vodikove_pohony&site=doprava











http://en.wikipedia.org/wiki/File:Tesla_Model_S_02_2013.jpg

http://www.gtspirit.com/2012/04/08/remarkable-cars-ford-nucleon-%E2%80%92-the-atomic-car/













Documents

Auta na různé typy pohonů