Wichtige Bereiche der technischen Forschung sind Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge und wasserstoffbetriebene Fahrzeuge. Wasserstofftreibstoff und andere allgemein verfügbare Technologien zur Gewinnung billiger Energie sind von den weltweiten Öl- und Industriemonopolen strengstens verboten. Der Fortschritt ist jedoch nicht aufzuhalten, und daher entwickeln einige Unternehmen und einzelne Enthusiasten weiterhin einzigartige Fahrzeuge.
Das heutige Gesprächsthema betrifft gerade pneumatische Fahrzeuge. Der Pneumocar ist gewissermaßen eine Fortsetzung des Themas des Dampfwagens, einer der vielen Anwendungsbereiche von Motoren, die aufgrund der Druckdifferenz von Gasen arbeiten. Übrigens wurde die Dampfmaschine lange vor dem Erscheinen der ersten Dampfmaschine von James Watt, vor mehr als 2000 Jahren, von Heron von Alexandria erfunden. Die Idee von Heron wurde 1668 vom Belgier Ferdinand Verbist entwickelt und in einem kleinen Karren umgesetzt
Die Entstehungsgeschichte des Autos bringt uns nicht viele Informationen über die erfolgreichen und erfolglosen Versuche der Erfinder, einen einfachen und billigen Mechanismus als Motor zu verwenden. Anfangs gab es Versuche, die Kraft der großen Feder und die Kraft des Schwungrades zu nutzen. Diese Mechanismen haben sich im Kinderspielzeug fest etabliert. Aber sie als Motor eines großen Autos zu verwenden, scheint leichtfertig zu sein. Trotzdem werden solche Versuche fortgesetzt und es scheint, dass in naher Zukunft ungewöhnliche Autos souverän mit Autos mit Verbrennungsmotor konkurrieren können. 
Trotz der scheinbaren Sinnlosigkeit dieses Arbeitsbereichs im Bereich des Straßenverkehrs hat der pneumatische Wagen viele Vorteile. Dies ist die extreme Einfachheit und Zuverlässigkeit des Designs, seine Haltbarkeit und seine geringen Kosten. Dieser Motor ist leise und verschmutzt die Luft nicht. Offenbar zieht all dies zahlreiche Anhänger dieser Transportart an.
Die Idee, Antriebe und Fahrzeuge mit Druckluft anzutreiben, entstand vor langer Zeit und wurde bereits 1799 in Großbritannien patentiert. Offenbar entstand es aus dem Wunsch heraus, die Dampfmaschine so weit wie möglich zu vereinfachen und für den Einsatz im Auto extrem kompakt zu machen. Praktischer Nutzen 
Der Luftmotor wurde 1875 in Amerika eingeführt. Sie bauten Bergwerkslokomotiven, die mit Druckluft betrieben wurden. Der erste Personenwagen mit Luftmotor wurde erstmals 1932 in Los Angeles demonstriert.
Mit dem Aufkommen der Dampfmaschine versuchten die Erfinder, sie auf "selbstlaufenden Waggons" zu installieren, aber der sperrige und schwere Dampfkessel erwies sich für diese Transportart als ungeeignet.
Es wurden Versuche unternommen, einen Elektromotor und Batterien für selbstfahrende Fahrzeuge zu verwenden, und es wurden einige Erfolge erzielt, aber der Verbrennungsmotor war zu dieser Zeit außer Konkurrenz. Durch den harten Wettbewerb zwischen ihm und der Dampfmaschine gewann der Verbrennungsmotor. 
Trotz vieler Mängel dominiert dieser Motor immer noch in vielen Bereichen des menschlichen Lebens, einschließlich aller Arten von Verkehrsmitteln. Die Unzulänglichkeiten des Verbrennungsmotors und die Notwendigkeit, einen würdigen Ersatz dafür zu finden, werden in wissenschaftlichen Kreisen zunehmend diskutiert und in verschiedenen populären Publikationen geschrieben, aber alle Versuche, neue Technologien in die Massenproduktion zu bringen, werden blockiert.
Ingenieure und Erfinder schaffen die interessantesten und vielversprechendsten Motoren, die den Verbrennungsmotor vollständig ersetzen können, aber die weltweiten Öl- und Industriemonopolisten setzen ihre Druckhebel ein, um die Aufgabe des Verbrennungsmotors und den Einsatz neuer, alternativer Energien zu verhindern Quellen. 
Und doch gehen die Versuche weiter, ein Serienauto ohne Verbrennungsmotor oder mit seiner teilweisen Zweitnutzung zu schaffen.
Das indische Unternehmen Tata Motors bereitet die Massenproduktion des kleinen Stadtautos Tata AIRPOD vor, dessen Motor mit Druckluft betrieben wird.
Auch den sechssitzigen CityCAT bereiten die Amerikaner zur Serienreife vor, 
Druckluft. Mit einer Länge von 4,1m. und einer Breite von 1,82 m wiegt das Auto 850 Kilogramm. Er kann Geschwindigkeiten von bis zu 56 km/h erreichen und eine Distanz von bis zu 60 Kilometern zurücklegen. Die Indikatoren sind sehr bescheiden, aber für die Stadt angesichts der vielen Vorteile des Autos und seiner sehr niedrigen Kosten durchaus erträglich.
Jeder, der ein Auto besitzt oder mit dem Straßenverkehr zu tun hat, weiß, wie komplex ein moderner Automobil-Verbrennungsmotor strukturell ist. Neben der Tatsache, dass der Motor selbst strukturell recht komplex ist, erfordert er ein Kraftstoffdosier- und Einspritzsystem, ein Zündsystem, einen Anlasser, ein Kühlsystem, einen Schalldämpfer, einen Kupplungsmechanismus, ein Getriebe und ein komplexes Getriebe.
All dies macht den Motor teuer, unzuverlässig, kurzlebig und unpraktisch. Ich rede gar nicht davon, dass Abgase die Luft und die Umwelt vergiften. 
Ein Druckluftmotor ist das genaue Gegenteil eines Verbrennungsmotors. Es ist extrem einfach, kompakt, leise, zuverlässig und langlebig. Bei Bedarf kann es sogar in die Räder des Autos gelegt werden. Ein wesentlicher Nachteil dieses Motors, der eine freie Verwendung in Fahrzeugen nicht zulässt, ist die begrenzte Laufleistung nach einer Betankung.
Um die Reichweite eines pneumatischen Fahrzeugs zu erhöhen, ist es notwendig, das Volumen der Luftzylinder zu erhöhen und den Luftdruck in den Zylindern zu erhöhen. Beide haben strenge Beschränkungen in Bezug auf Abmessungen, Gewicht und Festigkeit der Zylinder. Vielleicht werden diese Probleme eines Tages gelöst, aber derzeit werden sogenannte Hybridantriebe verwendet.
Insbesondere wird vorgeschlagen, einen leistungsarmen Verbrennungsmotor für einen pneumatischen Wagen zu verwenden, der ständig Luft in die Arbeitszylinder pumpt. Der Motor läuft ständig, pumpt Luft in die Zylinder und schaltet sich erst ab, wenn der Druck in den Zylindern den Maximalwert erreicht. Diese Lösung kann den Benzinverbrauch und die Kohlenmonoxid-Emissionen deutlich reduzieren und die Reichweite des pneumatischen Autos erhöhen. 
Ein solches Hybridschema ist vielseitig und wurde erfolgreich eingesetzt, auch bei Elektrofahrzeugen. Der einzige Unterschied besteht darin, dass anstelle einer Druckluftflasche ein elektrischer Akkumulator und anstelle eines Pneumatikmotors ein Elektromotor verwendet wird. Ein Verbrennungsmotor mit geringer Leistung dreht einen elektrischen Generator, der die Batterien auflädt, die wiederum die Elektromotoren speisen.
Die Essenz eines jeden Hybridsystems besteht darin, die verbrauchte Energie mithilfe eines Verbrennungsmotors aufzufüllen. Dadurch kann eine geringere Motorleistung verwendet werden. Es arbeitet im profitabelsten Modus und verbraucht weniger Kraftstoff, was bedeutet, dass es weniger giftige Substanzen emittiert. Ein Luftfahrzeug oder ein Elektroauto erhält die Möglichkeit, die Laufleistung zu erhöhen, da die verbrauchte Energie direkt während der Fahrt teilweise wieder aufgefüllt wird. 
Bei häufigen Ampelstopps, beim Rollen und bei Gefällefahrten verbraucht der Fahrmotor keine Energie und die Zylinder oder Batterien werden sauber aufgeladen. Bei längeren Stopps ist es besser, die Energiereserven an einer Standardtankstelle aufzufüllen.
Stellen Sie sich vor, Sie sind bei der Arbeit angekommen, das Auto steht, der Motor läuft weiter und füllt die Energiereserven in den Zylindern auf. Würde dies nicht alle Vorteile eines Hybridautos zunichte machen? Wird sich nicht herausstellen, dass die Benzineinsparungen nicht so deutlich ausfallen, wie wir es gerne hätten?
In den Tagen meiner fernen Jugend dachte ich auch an einen Luftmotor für ein selbstgebautes Auto. Nur die Richtung meiner Suche war chemischer Natur. Ich wollte einen Stoff finden, der mit Wasser oder einem anderen Stoff eine heftige Reaktion eingeht und dabei Gase freisetzt. Dann konnte ich nichts Passendes finden und die Idee wurde für immer aufgegeben.
Aber es kam noch eine andere Idee: Warum nicht ein Vakuum anstelle von hohem Luftdruck verwenden? Wenn die Druckluftflasche beschädigt wird oder der Luftdruck den zulässigen Wert überschreitet, ist dies mit seiner sofortigen Zerstörung, wie einer Explosion, verbunden. Dies bedroht einen Vakuumzylinder nicht, er kann einfach durch atmosphärischen Druck flachgedrückt werden.
Um einen hohen Druck im Zylinder von ca. 300 bar zu erhalten, benötigen Sie einen speziellen Kompressor. Um ein Vakuum im Zylinder zu erzeugen, reicht es aus, eine Portion gewöhnlichen Wasserdampfs einzulassen. Der abgekühlte Dampf verwandelt sich in Wasser, hat sein Volumen um das 1600-fache verringert und ... das Ziel ist erreicht, ein Unterdruck wird erreicht. Warum teilweise? Denn nicht jeder Zylinder hält einem tiefen Vakuum stand. 
Dann ist alles einfach. Damit das Auto auf einem Zylinder so weit wie möglich fahren kann, muss dem Pneumatikmotor nicht Luft, sondern Dampf zugeführt werden. Nach Abschluss der Arbeiten durchläuft der Dampf das Kühlsystem, wo er abkühlt und zu Wasser wird, in den Vakuumzylinder gelangt. Das heißt, wenn Dampf durch den Motor geleitet wird, sagen wir 1600 cm3, dann gelangt nur 1 cm3 Wasser in den Zylinder. Dadurch tritt nur eine geringe Wassermenge in den Vakuumzylinder ein und die Betriebsdauer erhöht sich um ein Vielfaches.
Kehren wir jedoch zu unseren pneumatischen Fahrzeugen zurück. Das indische Unternehmen Tata Motors will ein kompaktes Stadtauto mit Druckluftantrieb in Serie produzieren. Das Unternehmen behauptet, dass sein Luftfahrzeug in der Lage ist, auf 70 km / h zu beschleunigen und mit einer einzigen Betankung bis zu 200 Kilometer zurückzulegen.
Die Amerikaner wiederum bereiten auch den sechssitzigen CityCAT-Pneumatikwagen zur Serienreife vor. Die angegebenen Eigenschaften bedeuten, dass das Auto bis zu 80 km / h beschleunigen kann und die Reichweite 130 km beträgt. Auch ein weiterer pneumatischer Wagen der amerikanischen Firma MDI, ein kleiner dreisitziger MiniCAT, soll in Serie gehen.
Viele Unternehmen interessieren sich für Pneumo-Autos. Auch Australien, Frankreich, Mexiko und eine Reihe weiterer Länder sind bereit, mit der Produktion dieses ungewöhnlichen, aber vielversprechenden Transportmittels zu beginnen. Der Verbrennungsmotor muss immer noch die Arena verlassen und einem anderen Motor weichen, einfacher und zuverlässiger. Es ist schwer zu sagen, wann dies geschehen wird, aber es wird sicherlich passieren. Der Fortschritt kann nicht stehen bleiben.
Diese Autos haben keine Kraftstofftanks, keine Batterien oder Sonnenkollektoren. Diese Autos brauchen keinen Wasserstoff, Dieselkraftstoff oder Benzin. Zuverlässigkeit? Ja, es gibt fast nichts zu brechen. Aber wer glaubt heute schon an eine perfekte Lösung?
Australiens erstes Druckluftfahrzeug wurde kürzlich in Melbourne in Dienst gestellt.
Das Gerät wurde vom australischen Ingenieur Angelo Di Pietro (Angelo Di Pietro) der Firma Engineair gebaut.
Das Hauptproblem, über das der Erfinder nachdachte, bestand darin, die Masse des Motors bei gleichzeitig hoher Leistung und voller Nutzung der Druckluftenergie zu reduzieren.
Es gibt keine Zylinder oder Kolben, und es gibt keinen dreieckigen Rotor wie ein Wankelmotor oder ein Turbinenrad mit Schaufeln.
Stattdessen dreht sich ein Ring im Motorgehäuse. Von innen ruht er auf zwei exzentrisch auf einer Welle gelagerten Rollen.
Cutaway-Motor des australischen Italieners Di Pietro (Foto von gizmo.com.au).
6 separate variable Volumina in dieser Expansionsmaschine schneiden bewegliche halbkreisförmige Blütenblätter ab, die in den Schnitten des Körpers installiert sind.
Es gibt auch ein System zur Luftverteilung in die Kammern. Das ist fast alles.
Übrigens, der Di Pietro-Motor erzeugt sofort sein maximales Drehmoment – auch im Stand und dreht auf recht ordentliche Drehzahlen, so dass er kein spezielles Getriebe mit variabler Übersetzung benötigt.
So können Sie die Fahrt eines Pkw nach dem Di Pietro-System gestalten. Zwei rotierende Luftmotoren, einer pro Rad. Und keine Übertragung (Abbildung von gizmo.com.au).
Schlichtes Design, geringe Größe und geringes Gewicht sind ein weiterer Pluspunkt für die ganze Idee.
Was ist das Endergebnis? Hier zum Beispiel ein Pneumocar von Engineair, das in einer Lagerhalle eines Lebensmittelgeschäfts in der australischen Hauptstadt getestet wird.
Die Tragfähigkeit dieses Wagens beträgt 500 Kilogramm. Das Volumen der Luftzylinder beträgt 105 Liter. Die Laufleistung an einer Tankstelle beträgt 16 Kilometer. Das Auftanken dauert in diesem Fall einige Minuten. Das Aufladen eines ähnlichen Elektrofahrzeugs vom Stromnetz würde Stunden dauern.
Die seltsame Verbindung zwischen Kolben und Kurbelwelle in einem französischen Luftmotor ermöglicht es dem Kolben, an einem Totpunkt zu stoppen, während die Motorabtriebswelle gleichmäßig gedreht wird (Abbildung von der Website mdi.lu).
Es ist logisch, sich vorzustellen, wie eine ähnliche Installation mit größerer Leistung auf einem kleinen Personenwagen montiert werden kann, der hauptsächlich für die Fortbewegung in der Stadt bestimmt ist.
Hier ist der wichtige Vorteil von pneumatischen Fahrzeugen gegenüber Elektrofahrzeugen zu erwähnen, die auch in einer Stadt, die sich um saubere Luft kümmert, als vielversprechendes Fortbewegungsmittel gelobt werden.
Batterien, auch einfache Blei-Säure-Batterien, sind teurer als Flaschen und sind nach Ablauf ihrer Lebensdauer Umweltschadstoffe. Batterien sind schwer, Elektromotoren auch. Was den Energieverbrauch der Maschine erhöht.
Wenn die Luft in den Kompressoren der "pneumatischen Füllstation" komprimiert wird, erwärmt sie sich zwar, und diese Wärme heizt die Atmosphäre nutzlos auf. Dies ist ein Minus in Bezug auf die Gesamtkosten und den Energieverbrauch (derselbe fossile Brennstoff) für das Betanken solcher Autos.
Dennoch ist es in vielen Situationen (für Ballungszentren) besser, sich damit abzufinden und im Gegenzug ein emissionsfreies Auto zu einem vernünftigen Preis zu erhalten.
Pneumatic CityCATs Taxi und MiniCATs von Motor Development International (Foto von mdi.lu).
Daher hat Di Pietro Grund zu der Annahme, dass er derjenige sein wird, der Luftfahrzeuge in eine "große Umlaufbahn" bringen kann.
Zur Erinnerung, die Idee, Druckluft als Energieträger in einem Fahrzeug zu nutzen, ist sehr alt.
Eines dieser Patente wurde 1799 in Großbritannien erteilt. Und wie AV Moravsky in seinem Buch "The History of the Automobile" berichtet, verbreiteten sich solche Maschinen Ende des 19. -Werk technologischer Transport und sogar als städtische Lastwagen.
Der Energieverbrauch von Druckluft war jedoch, selbst wenn der Druck auf 300 Atmosphären gebracht wurde, gering. Benzin sah rentabler aus, und an Luftverschmutzung dachte damals kaum jemand.
Es dauerte mehr als hundert Jahre, bis eine neue Generation von Erfindern Luftfahrzeuge wieder auf die Straße brachte.
Bei dieser neuen „Luft“-Welle war der australische Ingenieur nicht der Erste. Nehmen wir an, wir haben bereits über den Franzosen Guy Negre gesprochen.
Sein Unternehmen - Motor Development International, das sich mit der Entwicklung und Förderung des ursprünglichen Negre-Luftmotors und darauf basierender Autos beschäftigt - ist immer noch voller Hoffnungen, aber von der Serienproduktion wurde nichts gehört, obwohl viele Prototypen hergestellt wurden.
Das Design seines Motors (und tatsächlich ist es ein Kolbenmotor) unterliegt ständigen Änderungen. Besonders hervorzuheben ist ein interessanter Kommunikationsmechanismus zwischen Kolben und Kurbelwelle, der es dem Kolben ermöglicht, für eine Weile am Totpunkt anzuhalten und dann mit Beschleunigung zusammenzubrechen - bei gleichmäßiger Drehung der Abtriebswelle.
Die Antriebseinheit der CAT-Maschinen (Abbildung von der Website mdi.lu).
Dieses "Zögern" ist notwendig, um Zeit zu haben, mehr Luft in den Zylinder zu liefern und dann seine Ausdehnung voll auszunutzen.
Übrigens, eine andere vernünftige Idee wurde von den Franzosen vorgeschlagen.
Negerautos können nicht nur direkt an der Kompressorstation, sondern auch an der Steckdose tanken – wie Elektroautos.
In diesem Fall wird der am Luftmotor installierte Generator zu einem Elektromotor und der Luftmotor selbst zu einem Kompressor.
Das weltweit erste Serienauto mit Druckluftmotor wurde von der indischen Firma Tata produziert, die weltweit für die Herstellung billiger Fahrzeuge für arme Menschen bekannt ist.
Das Auto von Tata OneCAT wiegt 350 kg und kann 130 km mit einer Druckluftversorgung mit einem Druck von 300 Atmosphären zurücklegen, während es auf 100 Stundenkilometer beschleunigt. Solche Indikatoren sind jedoch nur bei maximal gefüllten Tanks möglich. Je geringer die Luftdichte in ihnen ist, desto niedriger wird die Anzeige für die Höchstgeschwindigkeit.
4 Zylinder aus Kohlefaser mit Kevlar-Schale, 2 lang und je einen viertel Meter Durchmesser, befinden sich unter dem Boden und fassen 400 Liter Druckluft unter einem Druck von 300 bar.
Im Inneren ist alles ganz einfach:
Dies ist jedoch verständlich, da das Auto hauptsächlich für den Einsatz in Taxis positioniert ist. Die Idee ist übrigens nicht uninteressant – im Gegensatz zu Elektrofahrzeugen mit ihren problematischen recyclebaren Batterien und geringer Effizienz des Lade-Entlade-Zyklus (von 50% bis 70% je nach Lade- und Entladestrom), Luftkompression, Speicherung in ein Zylinder und die anschließende Verwendung ist recht wirtschaftlich und umweltfreundlich.
Das Befüllen eines Tata OneCAT Autos an einer Kompressorstation mit Luft dauert drei bis vier Minuten. Das „Aufpumpen“ mit Hilfe eines in die Maschine eingebauten Mini-Kompressors, der an der Steckdose arbeitet, dauert drei bis vier Stunden. "Air Fuel" ist relativ günstig: Rechnet man es in ein Benzinäquivalent um, stellt sich heraus, dass das Auto etwa einen Liter pro 100 Kilometer verbraucht.
In einem Luftfahrzeug gibt es in der Regel überhaupt kein Getriebe – schließlich liefert der Luftmotor sofort das maximale Drehmoment – auch im Stand. Der Luftmotor ist auch praktisch wartungsfrei, die Standardlaufleistung zwischen zwei technischen Inspektionen beträgt nicht weniger als 100.000 Kilometer. Und er braucht praktisch kein Öl - ein Liter "Schmiermittel" reicht für den Motor für 50.000 Kilometer (für ein normales Auto werden etwa 30 Liter Öl benötigt).
Das Geheimnis des neuen Autos liegt darin, dass sein 700-cm³-Vierzylindermotor nur 35 Kilogramm wiegt und nach dem Prinzip der Vermischung von Druckluft mit atmosphärischer Außenluft arbeitet. Dieses Triebwerk ähnelt einem herkömmlichen Verbrennungsmotor, aber seine Zylinder haben unterschiedliche Durchmesser - zwei kleine, treibende und zwei große Arbeiter. Bei laufendem Motor wird Außenluft in die kleinen Zylinder gesaugt, von Kolben verdichtet und dort erwärmt. Anschließend wird es in zwei Arbeitszylinder geschoben und dort mit kalter Druckluft aus dem Tank vermischt. Dadurch dehnt sich das Luftgemisch aus und treibt die Arbeitskolben und die Motorkurbelwelle an.
Da im Motor keine Verbrennung stattfindet, wird nur saubere Abluft seine "Abgase" sein.
Die Luftmotoren-Entwickler von MDI haben die Gesamtenergieeffizienz in der Raffinerie-Auto-Kette für drei Antriebsmodi berechnet – Benzin, Elektro und Luft. Und es stellte sich heraus, dass der Wirkungsgrad eines Luftantriebs mit 20 Prozent mehr als doppelt so hoch ist wie bei einem Standard-Benzinmotor und eineinhalbmal so hoch wie bei einem Elektroantrieb. Darüber hinaus kann Druckluft direkt für die zukünftige Nutzung mit instabilen erneuerbaren Energiequellen wie Windkraftanlagen gespeichert werden – dann ist der Wirkungsgrad noch höher.
Wenn die Temperatur auf -20 °C sinkt, verringert sich die Energiereserve des pneumatischen Antriebs um 10 % ohne weitere schädliche Auswirkungen auf den Betrieb, während sich die Energiereserve der elektrischen Batterien um etwa das 2-fache verringert.
Die Abluft des pneumatischen Motors hat übrigens eine niedrige Temperatur und kann in der heißen Jahreszeit zum Kühlen des Autoinnenraums verwendet werden, das heißt, Sie erhalten die Klimaanlage praktisch kostenlos, ohne unnötigen Energieverbrauch. Aber leider muss die Heizung autonom gemacht werden. Aber das ist viel besser als ein Elektroauto, das Energie sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen aufwenden muss.
Übrigens sind Glas-Kohlefaser-Zylinder ziemlich sicher - wenn sie beschädigt sind, explodieren sie nicht, es treten nur Risse in ihnen auf, durch die Luft entweicht.
Manchmal müssen Sie einen Motor mit geringer Leistung zur Hand haben, der die Energie der Kraftstoffverbrennung in mechanische Energie umwandelt. Zu Recht haben solche Motoren eine sehr schwierige Montage, und wenn Sie einen vorgefertigten kaufen, müssen Sie sich von einer ordentlichen Summe aus Ihrer Brieftasche verabschieden. Heute werden wir uns im Detail mit der Konstruktion und Selbstmontage eines dieser Motoren befassen. Aber unser Motor wird mit Druckluft etwas anders funktionieren. Sein Anwendungsbereich ist sehr groß (Modelle von Schiffen, Autos, wenn Sie einen Stromgenerator hinzufügen, können Sie ein kleines Kraftwerk zusammenbauen usw.).Beginnen wir, jeden Teil eines solchen Luftmotors separat zu betrachten. Dieser Motor ist in der Lage 500 bis 1000 U/min zu geben und dank der Verwendung eines Schwungrades hat er eine ordentliche Leistung. Die Druckluftzufuhr im Resonator reicht für 20 Minuten Dauerbetrieb des Motors, jedoch ist es möglich, die Betriebszeit zu verlängern, wenn ein Autorad als Speicher verwendet wird. Dieser Motor kann auch mit Dampf betrieben werden. Das Funktionsprinzip ist wie folgt - ein Zylinder mit einem an einer seiner Seiten angelöteten Prisma hat in seinem oberen Teil ein Loch, das zusammen mit einer darin im Lager der Zahnstange befestigten Achse durch das Prisma geht und schwingt.
Rechts und links vom Lager sind zwei Bohrungen angebracht, eine für die Zuluft vom Ausgleichsbehälter in den Zylinder, die andere für den Abluftaustritt. Die erste Position des Motorbetriebs zeigt den Moment des Lufteinlasses an (das Loch im Zylinder stimmt mit dem rechten Loch in der Strebe überein). Die Luft aus dem Reservoir, die in den Zylinderhohlraum eingetreten ist, drückt auf den Kolben und drückt ihn nach unten. Die Bewegung des Kolbens durch die Pleuelstange wird auf das Schwungrad übertragen, das beim Drehen den Zylinder aus der äußersten rechten Position nimmt und sich weiter dreht. Der Zylinder nimmt eine senkrechte Position ein und in diesem Moment stoppt der Lufteinlass, da die Löcher von Zylinder und Zahnstange nicht übereinstimmen.
Durch die Trägheit des Schwungrades wird die Bewegung fortgesetzt und der Zylinder ist bereits in die äußerste linke Position bewegt. Die Zylinderbohrung fluchtet mit dem linken Loch in der Zahnstange und durch dieses Loch wird die Abluft herausgedrückt. Und der Zyklus wiederholt sich immer und immer wieder.
Teile für Luftmotoren
ZYLINDER - aus Messing-, Kupfer- oder Stahlrohr mit einem Durchmesser von 10 - 12 mm. Als Zylinder kann eine Messing-Büchsenpatrone des entsprechenden Kalibers verwendet werden. Das Rohr sollte glatte Innenwände haben. Auf den Zylinder muss ein aus einem Stück Eisen geschnittenes Prisma aufgelötet werden, in dem eine Schraube mit Mutter (Schwenkachse) fest sitzt, über der Schraube im Abstand von 10 mm von ihrer Achse ein Loch mit einem Durchmesser von Für Lufteinlass und Luftauslass werden 2 mm durch das Prisma in den Zylinder gebohrt.
VERBINDUNGSSTANGE - aus einer 2 mm dicken Messingplatte geschnitten. Ein Ende der Pleuelstange ist eine Verlängerung, in die ein Loch mit einem Durchmesser von 3 mm für den Kurbelzapfen gebohrt wird. Das andere Ende der Pleuelstange ist dafür ausgelegt, in den Kolben eingelötet zu werden. Die Länge der Pleuelstange beträgt 30 mm.
KOLBEN - aus Blei direkt im Zylinder gegossen. Dazu wird trockener Flusssand in eine Blechdose gegossen. Dann stecken wir das für den Zylinder vorbereitete Rohr in den Sand und lassen einen Überstand von 12 mm außen. Um Feuchtigkeit zu zerstören, müssen ein Glas Sand und ein Zylinder in einem Ofen oder auf einem Gasherd erwärmt werden. Jetzt müssen Sie das Blei in den Zylinder einschmelzen und sofort die Pleuelstange dort eintauchen. Die Pleuelstange muss genau in der Kolbenmitte eingebaut werden. Wenn das Gussstück abgekühlt ist, wird der Zylinder aus der Sanddose genommen und der fertige Kolben aus ihm herausgedrückt. Wir glätten alle Unregelmäßigkeiten mit einer kleinen Feile.
MOTORSTRUKTUREN - müssen gemäß den auf dem Foto gezeigten Abmessungen hergestellt werden. Es besteht aus 3 mm Eisen oder Messing. Die Höhe des Hauptablaufs beträgt 100 mm. Im oberen Teil der Hauptzahnstange ist entlang der Mittelachse ein Loch mit einem Durchmesser von 3 mm gebohrt, das als Lager für die Schwingachse des Zylinders dient. Die beiden oberen Löcher mit einem Durchmesser von 2 mm werden entlang eines Kreises mit einem Radius von 10 mm gebohrt, der von der Mitte des Pendelachsenlagers aus gezogen wird. Diese Löcher befinden sich auf beiden Seiten der Mittellinie des Racks, 5 mm davon entfernt. Durch eines dieser Löcher tritt Luft in den Zylinder ein, durch das andere wird sie aus dem Zylinder gedrückt. Die gesamte Struktur des Luftmotors ist auf der Hauptstrebe montiert, die aus Holz mit einer Dicke von ca. 5 cm besteht.
MAXOVIK - Sie können ein fertiges oder aus Blei gegossenes nehmen (Autos mit Trägheitsmotor wurden früher hergestellt, es gibt das Schwungrad, das wir brauchen). Sollten Sie sich dennoch für einen Bleiguss entscheiden, vergessen Sie nicht, in der Mitte der Form eine Welle (Achse) mit einem Durchmesser von 5 mm einzubauen. Die Abmessungen des Handrades sind ebenfalls in der Abbildung dargestellt. An einem Ende der Welle befindet sich ein Gewinde zur Befestigung der Kurbel.
KRIVOSHIP - wir schneiden aus Eisen oder Messing mit einer Dicke von 3 mm laut Abbildung. Der Kurbelzapfen kann aus Stahldraht mit einem Durchmesser von 3 mm hergestellt werden und wird in das Kurbelloch eingelötet.
ZYLINDERABDECKUNG - wir fertigen auch 2 mm Messing und werden nach dem Gießen des Kolbens oben auf den Zylinder gelötet. Nachdem wir alle Teile des Motors zusammengebaut haben, bauen wir ihn zusammen. Beim Löten von Messing und Stahl sollte ein starker sowjetischer Lötkolben und Salzsäure für starkes Löten verwendet werden. Das Reservoir in meinem Design ist aus Farbe, Gummischläuchen aufgetragen. Mein Motor ist etwas anders aufgebaut, ich habe die Abmessungen geändert, aber das Funktionsprinzip ist das gleiche. Der Motor lief bei mir stundenlang, eine selbstgebaute Lichtmaschine war daran angeschlossen. Eine solche Engine kann für Modellbauer von besonderem Interesse sein. Verwenden Sie den Motor, wo immer Sie es für richtig halten, und das war's für heute. Viel Glück beim Zusammenbau - AKA
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Vor einigen Jahren verbreitete sich weltweit die Nachricht, dass das indische Unternehmen Tata ein Druckluftauto in Serie bringen wird. Die Pläne blieben nur Pläne, aber pneumatische Autos haben sich eindeutig zu einem Trend entwickelt: Jedes Jahr erscheinen mehrere durchaus tragfähige Projekte, und Peugeot plante, 2016 einen Lufthybrid auf das Förderband zu bringen. Warum kamen Pneumocars plötzlich in Mode?
Alles Neue ist gut vergessen alt. So waren Elektroautos Ende des 19. Jahrhunderts beliebter als ihre Benziner, überlebten dann ein Jahrhundert der Vergessenheit und sind dann wieder "aus der Asche auferstanden". Gleiches gilt für pneumatische Geräte. Bereits 1879 entwarf der französische Luftfahrtpionier Victor Taten die A? Flugzeug, das dank eines Druckluftmotors in die Luft gehoben werden sollte. Das Modell dieses Flugzeugs flog erfolgreich, obwohl das Flugzeug nicht in voller Größe gebaut wurde.
Der Vorfahr der Luftmotoren im Landverkehr war ein anderer Franzose, Louis Mekarski, der ein ähnliches Triebwerk für Pariser und Nantes Straßenbahnen entwickelte. In Nantes wurden in den späten 1870er Jahren Autos getestet, und um 1900 besaß Mekarski eine Flotte von 96 Straßenbahnen, was die Effizienz des Systems bewies. Anschließend wurde die pneumatische "Flotte" durch eine elektrische ersetzt, aber der Anfang wurde gemacht. Später fanden pneumatische Lokomotiven einen engen Bereich mit weit verbreiteter Verwendung - den Bergbau. Zur gleichen Zeit begannen Versuche, das Auto mit einem Luftmotor zu versehen. Bis zum Beginn des 21. Jahrhunderts blieben diese Versuche jedoch isoliert und nicht der Aufmerksamkeit wert.
Luftvorteile
Ein Luftmotor (oder, wie man sagt, ein Pneumatikzylinder) wandelt die Energie der expandierenden Luft in mechanische Arbeit um. Im Prinzip ist es ähnlich dem hydraulischen. Das "Herz" des Luftmotors ist der Kolben, an dem die Stange befestigt ist; um den Stiel ist eine Feder gewickelt. Die in die Kammer eintretende Luft überwindet mit steigendem Druck den Federwiderstand und bewegt den Kolben. In der Lösephase, wenn der Luftdruck sinkt, bringt die Feder den Kolben in seine Ausgangsposition zurück – und der Zyklus wiederholt sich. Der Pneumatikzylinder kann durchaus als "Verbrennungsmotor" bezeichnet werden.
Ein gängigeres Membranschema, bei dem die Rolle des Zylinders von einer flexiblen Membran übernommen wird, an der auf dieselbe Weise eine Stange mit einer Feder befestigt ist. Ihr Vorteil liegt darin, dass eine so hohe Passgenauigkeit der beweglichen Elemente nicht erforderlich ist, Schmiermittel nicht benötigt werden und die Dichtheit der Arbeitskammer steigt. Es gibt auch Rotations-(Flügel-)Pneumatikmotoren - Analoga des Wankel-Verbrennungsmotors.
Die Hauptvorteile des Druckluftmotors sind seine Umweltfreundlichkeit und die geringen Kosten für "Kraftstoff". Tatsächlich wurden sie aufgrund der Verschwendungslosigkeit von pneumatischen Lokomotiven im Minengeschäft weit verbreitet - beim Einsatz eines Verbrennungsmotors in einem geschlossenen Raum wird die Luft schnell verschmutzt, was die Arbeitsbedingungen stark verschlechtert. Die Abgase des Luftmotors sind gewöhnliche Luft.
Einer der Nachteile eines Pneumatikzylinders ist seine relativ geringe Energiedichte, dh die pro Volumeneinheit des Arbeitsfluids erzeugte Energiemenge. Vergleichen Sie: Luft (bei einem Druck von 30 MPa) hat eine Energiedichte von etwa 50 kWh pro Liter und normales Benzin - 9411 kWh pro Liter! Das heißt, Benzin als Kraftstoff ist fast 200-mal effizienter. Selbst unter Berücksichtigung des nicht sehr hohen Wirkungsgrades des Benziners „gibt“ dieser am Ende rund 1600 kWh pro Liter aus, was deutlich über den Indikatoren des Pneumatikzylinders liegt. Dies begrenzt alle Leistungsindikatoren von Druckluftmotoren und die von ihnen bewegten Maschinen (Reichweite, Geschwindigkeit, Leistung usw.). Darüber hinaus hat der Luftmotor einen relativ geringen Wirkungsgrad - etwa 5-7% (gegenüber 18-20% bei einem Verbrennungsmotor).
Pneumatik des XXI Jahrhunderts
Die Dringlichkeit der Umweltprobleme des 21. Jahrhunderts hat die Ingenieure gezwungen, zu der längst vergessenen Idee zurückzukehren, einen Pneumatikzylinder als Motor für ein Straßenfahrzeug zu verwenden. Tatsächlich ist ein pneumatisches Auto sogar umweltfreundlicher als ein Elektroauto, dessen Strukturelemente umweltschädliche Stoffe enthalten. Der Pneumatikzylinder enthält Luft und nichts als Luft.
Daher bestand die Hauptaufgabe der Ingenieure darin, das Pneumocar in eine Form zu bringen, in der es hinsichtlich Leistung und Kosten mit Elektrofahrzeugen konkurrieren kann. Es gibt viele Fallstricke in diesem Geschäft. Zum Beispiel das Problem der Luftaustrocknung. Wenn sich in der Druckluft mindestens ein Flüssigkeitstropfen befindet, wird das Arbeitsfluid aufgrund der starken Abkühlung beim Ausdehnen zu Eis und der Motor wird einfach abgewürgt (oder muss sogar repariert werden). Gewöhnliche Sommerluft enthält ca. 10 g Flüssigkeit pro 1 m 3 und beim Befüllen einer Flasche muss zusätzliche Energie (ca. 0,6 kWh) für die Entwässerung aufgewendet werden - und diese Energie ist unersetzlich. Dieser Faktor negiert die Möglichkeit einer hochwertigen Betankung zu Hause - Dehydrationsgeräte können nicht zu Hause installiert und betrieben werden. Und das ist nur eines der Probleme.
Dennoch erwies sich das Thema des pneumatischen Wagens als zu attraktiv, um es zu vergessen.
Direkt in die Serie?
Eine der Lösungen, um die Nachteile des Luftmotors zu minimieren, besteht darin, das Fahrzeug leichter zu machen. Zwar braucht ein urbanes Minicar keine große Reichweite und Geschwindigkeit, aber die Umweltverträglichkeit in einer Metropole spielt eine bedeutende Rolle. Genau darauf setzen die Ingenieure des französisch-italienischen Unternehmens Motor Development International, die auf dem Genfer Autosalon 2009 den Pneumatikrollstuhl MDI AIRpod und seine ernstere Version MDI OneFlowAir der Welt präsentierten. MDI begann bereits 2003, für das Pneumocar zu "kämpfen" und zeigte das Eolo Car-Konzept, aber nur zehn Jahre später kamen die Franzosen, nachdem sie viele Unebenheiten gefüllt hatten, zu einer akzeptablen Lösung für das Förderband.
MDI AIRpod ist eine Kreuzung zwischen einem Auto und einem Motorrad, ein direktes Analogon eines motorisierten Rollstuhls, wie er in der UdSSR oft genannt wurde. Dank des 5,45 PS starken Luftmotors kann der nur 220 kg leichte dreirädrige Kleinwagen auf 75 km / h beschleunigen, seine Reichweite beträgt 100 km in der Basisversion oder 250 km in der ernsthafteren Konfiguration. Interessanterweise hat der AIRpod überhaupt kein Lenkrad - das Auto wird über einen Joystick gesteuert. Theoretisch kann er sowohl auf öffentlichen Straßen als auch auf Radwegen fahren.
Der AIRpod hat alle Chancen auf Massenproduktion, da in Städten mit einer ausgebauten Radverkehrsstruktur, zum Beispiel in Amsterdam, solche Autos gefragt sein können. Eine Betankung mit Luft an einer speziell ausgestatteten Tankstelle dauert etwa eineinhalb Minuten, und die Transportkosten betragen dadurch etwa 0,5 pro 100 km – günstiger geht es einfach nirgendwo. Trotzdem ist der angekündigte Zeitraum für die Serienproduktion (Frühjahr 2014) bereits vorbei, und es geht noch. Vielleicht wird MDI AIRpod 2015 auf den Straßen europäischer Städte erscheinen.
Das zweite Vorserienkonzept ist das berühmte Projekt des indischen Riesen Tata, das MiniCAT-Auto. Das Projekt wurde gleichzeitig mit dem AIRpod gestartet, aber im Gegensatz zu den Europäern haben die Inder ein normales, vollwertiges Kleinstauto mit vier Rädern, einem Kofferraum und einem traditionellen Layout in das Programm aufgenommen (beachten Sie beim AIRpod, dass die Passagiere und die Fahrer sitzen mit dem Rücken zueinander). Der Tata wiegt etwas mehr, 350 kg, die Höchstgeschwindigkeit beträgt 100 km / h, die Reichweite beträgt 120 km, das heißt, der MiniCAT sieht insgesamt wie ein Auto aus, kein Spielzeug. Interessanterweise hat sich Tata nicht damit beschäftigt, einen Luftmotor von Grund auf zu entwickeln, sondern erwarb für 28 Millionen US-Dollar die Nutzungsrechte an den Entwicklungen von MDI (wodurch letztere über Wasser blieben) und verbesserte den Motor, um ein größeres Fahrzeug anzutreiben. Ein Merkmal dieser Technologie ist die Nutzung der beim Abkühlen der expandierenden Luft frei werdenden Wärme, um die Luft beim Befüllen der Zylinder zu erwärmen.
Tata plante ursprünglich, den MiniCAT Mitte 2012 ans Band zu bringen und rund 6.000 Einheiten pro Jahr zu produzieren. Doch der Einlauf geht weiter und die Serienproduktion wurde in bessere Zeiten verschoben. Während der Entwicklung gelang es dem Konzept, seinen Namen (früher hieß es OneCAT) und das Design zu ändern, sodass niemand weiß, welche Version davon irgendwann auf den Markt kommen wird. Es scheint sogar die Vertreter von Tata.
Auf zwei Rädern
Je leichter ein Druckluftfahrzeug ist, desto effizienter ist es in Bezug auf Betriebs- und Wirtschaftlichkeit. Die logische Schlussfolgerung aus dieser Aussage ist, warum nicht einen Roller oder ein Motorrad machen?
Daran nahm der Australier Dean Benstead teil, der 2011 der Welt das Motocross-Motorrad O 2 Pursuit mit einem von Engineair entwickelten Aggregat zeigte. Letzterer ist auf die bereits erwähnten Rotationsluftmotoren spezialisiert, die von Angelo di Pietro entwickelt wurden. Tatsächlich handelt es sich um ein klassisches Wankeli-Layout ohne Verbrennung - der Rotor wird in Bewegung gesetzt, indem den Kammern Luft zugeführt wird. Benstede ging vom Rückwärtsgang in die Entwicklung. Er bestellte zuerst einen Engineair-Motor und baute dann ein Motorrad um ihn herum, wobei er einen Rahmen und Teile der Yamaha WR250R verwendet. Das Auto erwies sich als überraschend energieeffizient: Es legt 100 km an einer Tankstelle zurück und erreicht theoretisch eine Höchstgeschwindigkeit von 140 km / h. Diese Zahlen übersteigen übrigens die vieler Elektromotorräder. Benstede spielte geschickt mit der Form des Ballons und passte ihn in den Rahmen ein - das sparte Platz; Der Motor ist doppelt so kompakt wie sein Benziner-Pendant, und der Freiraum ermöglicht den Einbau eines zweiten Zylinders, wodurch die Laufleistung des Motorrads verdoppelt wird.
Leider blieb der O 2 Pursuit nur ein Wegwerfspielzeug, obwohl er für den renommierten James Dyson Invention Award nominiert wurde. Zwei Jahre später wurde Benstedes Idee von einem anderen Australier, Darby Bicheno, aufgegriffen, der vorschlug, nach einem ähnlichen Schema kein Motorrad, sondern ein rein städtisches Fahrzeug, einen Roller, zu schaffen. Seine EcoMoto 2013 soll aus Metall und Bambus (kein Plastik) bestehen, ist aber nicht über Renderings und Blaupausen hinausgekommen.
Neben Benstede und Bicheno wurde 2010 ein ähnliches Auto von Evin Yi Yan gebaut (sein Projekt hieß Green Speed Air Motorcycle). Alle drei Konstrukteure waren übrigens Studenten des Royal Institute of Technology in Melbourne, und daher sind ihre Projekte ähnlich, verwenden den gleichen Motor und ... haben keine Chance auf eine Serien-, Rest-Forschungsarbeit.
Konzerne am Start
Das Obige bestätigt, dass es eine Zukunft für Luftfahrzeuge gibt, aber höchstwahrscheinlich nicht in "reiner Form". Dennoch haben sie ihre Grenzen. Der gleiche MDI AIRpod hat absolut alle Crashtests nicht bestanden, da sein ultraleichtes Design den Fahrer und die Passagiere nicht richtig schützen konnte.
Es ist aber durchaus möglich, pneumatische Technologien als zusätzliche Energiequelle in einem Hybridauto einzusetzen. In diesem Zusammenhang kündigte Peugeot an, dass ab 2016 einige der Peugeot 2008-Crossover in einer Hybridversion produziert werden, von der eines der Elemente die Installation des Hybrid Air sein wird. Dieses System wurde in Zusammenarbeit mit Bosch entwickelt; Im Kern wird die Energie des Verbrennungsmotors nicht in Form von Strom (wie bei herkömmlichen Hybriden) gespeichert, sondern in Zylindern mit Druckluft. Die Pläne blieben jedoch Pläne: Momentan ist der Einbau nicht bei Serienfahrzeugen verbaut.
Peugeot 2008 Hybrid Air wird in der Lage sein, sich mit der Energie des Verbrennungsmotors, des Luftantriebs oder einer Kombination aus beidem fortzubewegen. Das System erkennt selbst, welche Quelle in einer bestimmten Situation effizienter ist. Vor allem im Stadtverkehr wird zu 80 % die Energie der Druckluft genutzt – sie treibt die Hydraulikpumpe an, die bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor die Welle dreht. Die Gesamtkraftstoffeinsparungen mit diesem System werden bis zu 35 % betragen. Bei Arbeiten in sauberer Luft ist die maximale Fahrzeuggeschwindigkeit auf 70 km/h begrenzt.
Das Peugeot-Konzept sieht absolut praktikabel aus. Angesichts der Vorteile für die Umwelt könnten solche Hybride in den nächsten fünf bis zehn Jahren durchaus elektrische ersetzen. Und die Welt wird ein bisschen sauberer. Oder es wird nicht.