Тепловозы в городе

Каждый хоть раз путешествовал на поезде. Обычно из города в город нас доставляют на вот таком вот локомотиве:

А такую штуку видели? Чаще всего встретить монстра с наддписью ЧМЭЗ можно на железнодорожных вокзалах или сортировках.

Это маневровый локомотив. Им двигают составы.

Что это за машина такая и чем отличается от паровоза? Почему оно дышит жаром и сверху идет дым? Почему  обороты двигателя вроде и не меняются, но он движется плавно? Где же у машиниста коробка передач, педаль сцепления или там коробка-автомат? Почему цена билета на поезд чаще дешевле автобуса? Как такая "малютка" тянет два десятка вагонов и сколько же топлива она кушает?

Как ни странно, но первый паровоз был паровозом. Сжигаем уголь, нагреваем воду, получаем пар. Пар толкает поршень, кривошипный механизм преобразовывает возвратно-поступательную энергию во вращательную. Колеса крутятся, поезд едет. В кино мы все видели, что когда паровоз трогается, то колеса буксуют, плавности хода достичь не получилось.

С изобретением двигателя внутреннего сгорания, стали применять и их. . Однако же ДВС выдает максимальный момент в очень узком диапазоне оборотов. Поэтому вместе с ДВС нужно применять и коробки передач. Так появились тепловозы с механической передачей. Она и является узким местом: постоянные поломки и рывки при переключении являются большим минусом. Коробка попросту не выдерживает такой нагрузки.

Еще есть локомотивы на электрической тяге. Это когда над железной дорогой натягивают трос, подают по нему электрический ток. А локомотив приводится в движение электрическим двигателем. Трамвай - это электровоз в городе. Плюсов много: постоянная тяга, плавное изменение оборотов, достаточно высокое КПД. Из минусов: нужно тянуть тросы, много тросов, обслуживать их и все такое.

А вот если перенести электростанцию в локомотив и использовать электродвигатель для движения? Эта хорошая идея! Мы только что изобрели тепловоз с электрической передачей. Именно к этой категории относятся махины с первых двух изображений. В них установлен дизельный двигатель (или газовый), который вращает генератор, который производит ток, который приводит в движение электродвигатели. Ах да, традиционной коробки там передач нет.
Такие тепловозы могут двигаться там где нет контактной сети (а могут работать и от контактной сети), при этом электродвигатель обеспечивает хорошую плавность хода и надежность. Вся эта конструкция имеет хороший КПД. Первичный двигатель работает в оптимальном режиме.

На железной дороге дизель-генераторы оценили, но вернемся к названию статьи. Тепловозы ведь в городе не ездят? К сожалению, нет.
В городе у нас ездят на автомобилях, автобусах, троллейбусах, трамваях и поездах в метро. Можно провести аналогии с железнодорожным транспортом.

Автомобили производят выхлоп. Много разных автомобилей в городе, в совершенно разном техническом состоянии. Техосмотра уже давно нет.

Большое скопление автомобилей создает пробки. Большое количество автомобилей обезображивает город: мало пешеходных зон, заставленные машинами тротуары, широкие дороги, куча парковок и много дыма. При этом КПД автомобиля крайне низко.

Трамваи и поезда в метро ездят по рельсам. Рельсы нужно прокладывать. Однако нас они сейчас не интересуют.

Троллейбусы ездят по дорогам. Дороги уже проложены, это хорошо. Троллейбусам нужна контактная сеть: она есть кое где в городе, но нет в пригороде.

Автобусы кушают топливо, и производят выхлоп. Поскольку ДВС работает не в оптимальном режиме, то и токсичность выхлопа нужно учитывать. Зато автобусы умеют ездить везде, где есть дорога.

Если в троллейбус установить генератор и ДВС, то получится теплоэлектробус. Такие теплоэлектробусы могут обслуживать пригороды и межгород. Достаточно универсальный вид транспорта получается. В СССР даже такой сделали - ЗИС-154. Но из-за недоработок дизеля он получил множество нареканий и тема почему то была закрыта навсегда. А вот в Беларуси сейчас такие делают:

  

Этот теплоэлектробус экономичнее автобуса на 40%, и экономичнее троллейбуса на 10% за счет использования энергии торможения для зарядки буферных батарей.

Почему дизель-генераторные, газо-генераторные транспортные средства не распространены за пределами железной дороги? Я имею ввиду как теплоэлектробусы, так и легковой и грузовой автотранспорт. Плюсы очевидны. КПД - высокое, токсичность - крайне низкая: первичный двигатель всегда работает в оптимальных оборотах и нагрузке. Гибкость выше: может двигаться за счет электросети, автономно на генераторе, автономно на батарее. Генератор можно выключить в пробке и продолжать движение на батарее.
А ведь буферные батареи могут выдавать гораздо больший ток, чем позволяет генератор, тем самым обеспечивая кратковременный, но очень интенсивный разгон, что актуально для автотранспорта. Зимой печка сразу же нагреет салон автомобиля - вам не нужно ждать прогрева двигателя. А если все это автоматизировать - получится идеальное авто.

Так почему же? Ведь цена сравнима, а плюсы - неоспоримы.