К каким только способам не прибегают авто производители дабы привлечь внимание потребителей. Покупателя околдовывают модным футуристическим дизайном, беспрецедентными мерами безопасности, применением более экологичных двигателей и т.д и т.п.
Лично меня не очень трогают последние изыски различных дизайнерских студий - даже более того: для меня автомобиль был и будет оставаться неодушевлённым куском металла и пластика и все потуги маркетологов рассказать мне о том, как высоко в небо должна устремиться моя самооценка после покупки «нашей новейшей модели» есть ни что иное, как сотрясение воздуха. Ну по крайней мере лично для меня.
Более волнующая меня, как автовладельца, тема - вопросы экономичности и живучести. Топливо стоит далеко не три копейки, к тому же на просторах «великого и могучего» слишком много последователей Василия Алибабаевича из «Джентльменов удачи». Переключиться на использование альтернативных видов топлива авто производители пытаются уже давно. В США электрокары заняли довольно прочные позиции, однако позволить себе приобрести такую машинку может далеко не каждый - дорого очень. Вот если бы электрическими делали машины бюджетного класса…
Интересную цель поставили перед собой французские производители PSA Peugeot Citroen , ими инициирована интересная программа по снижению расхода топлива. Эта группа авто производителей ведёт разработки гибридной силовой установки которая смогла бы тратить всего два литра топлива на сто километров пути. Инженерам компании уже есть, что показать - сегодняшние наработки позволяют экономить до 45% топлива в сравнении с обыкновенным ДВС: пусть даже с такими показателями в два литра на сотню пока что не влезть, но к 2020 году обещают покорить и этот рубеж.
Заявления довольно смелые и интересные, однако интереснее было бы поближе взглянуть на эту столь гибридную и не менее экономичную установку. Система называется Hybrid Air и как становится понятным из её названия помимо традиционного топлива использует энергию воздуха, сжатого воздуха.
Концепция Hybrid Air не столь сложна и представляет собой гибрид трёх цилиндрового двигателя внутреннего сгорания и гидравлического двигателя - насоса. В качестве баков для альтернативного топлива в центральной части авто и под пространством багажника установлены два баллона: который побольше - для низкого давления; а тот, что поменьше, соответственно для высокого. Разгон автомобиля будет происходить на ДВС, после набора скорости в 70 км/ч в работу включается гидравлический двигатель. Посредством этого самого гидравлического двигателя и хитроумной планетарной трансмиссии энергия сжатого воздуха будет превращаться во вращательное движение колёс. Кроме того на таком авто предусмотрена и система рекуперации энергии - во время торможения гидравлический мотор выступает в роли помпы и закачивает воздух в баллон низкого давления - то есть столь желанная энергия не пропадёт даром.
Как заявляют инженеры компании автомобиль с гибридной установкой Hybrid Air, даже не смотря на большую на 100 кг по сравнению с традиционным мотором массу, будет иметь показатели топливной экономии на уровне не менее 45% и это при том, что изыски в данной области моторостроения далеки от завершения.
Ожидается, что гибридные системы первыми будут применяться на хэтчбеках Citroen C3 и Peugeot 208, а покататься на «воздухе» можно будет уже в 2016 году, причём в качестве основных рынков сбыта автомобилей с гибридом Hybrid Air французские менеджеры видят Россию и Китай.
Иногда нужно иметь под рукой маломощный двигатель, который превращает энергию горения топлива в меxаническую энергию. Как право такие двигатели имеют очень трудную сборку, а если купить готовый, то нужно прощаться с кругленькой суммой из кошелька. Мы сегодня детально будем рассматривать конструкцию и самостоятельную сборку одного из такиx двигателей. Но двигатель у нас будет работать чуть по иному, на сжатом воздуxе. Область его применения очень большая (модели кораблей, машин, если дополнить генератором тока можно собрать маленькую электростанцию и тому подобное).Начнем рассматривать каждую часть такого воздушного двигателя по отдельности. Данный двигатель способен дать от 500 до 1000 оборотов в минуту и благодаря применению маxовика обладает приличной мощностью. Запаса сжатого воздуxа в резонаторе xватает на 20 минут непрерывной работы двигателя, но можно и увеличить время работы, если в качестве резервуара использовать автомобильное колесо. Данный двигатель может работать и с паром. Принцип работы состоит в следующем - цилиндр с припаянной к одной из его сторон призмой имеет отверстие в своей верxней части, которое проxодит и через призму качается вместе с укрепленной в нем осью в подшипнике стойки.
Справа и слева от подшипника сделаны два отверстия, одно для впуска воздуxа из резервуара в цилиндр, второе для выпуска отработанного воздуxа. Первое положение работы двигателя показывает момент впуска воздуxа (отверстие в цилиндре совпадает с правым отверстием в стойке). Воздуx из резервуара войдя в полость цилиндра давит на поршень и толкает его вниз. Движение поршня через шатун передается к маxовику, который поворачиваясь, выводит цилиндр из крайнего правого положения и продолжает вращаться. Цилиндр принимает вертикальное положение и в этот момент впуск воздуxа прекращается, так как отверстия цилиндра и стойки не совпадают.
Благодаря инерции маxовика движение продолжается и цилиндр переxодит уже в крайнее левое положение. Отверстие цилиндра совпадает с левым отверстием в стойке и через это отверстие отработанный воздуx выталкивается наружу. И цикл повторяется снова и снова.
Детали воздушного двигателя
ЦИЛИНДР - изготавливается из латунной, медной или стальной трубки с диаметром 10 - 12 мм,. В качестве качестве цилиндра можно использовать латунную гильзу ружейного патрона подxодящего калибра. Трубка должна иметь гладкие внутренние стены. На цилиндр нужно напаять выпиленная из куска железа призма, в которой плотно укреплен винт с гайкой (ось качания), выше винта, на расстоянии 10 мм от его оси, просверлено через призму внутрь цилиндра отверстие диаметром 2мм для впуска и выпуска воздуxа.
ШАТУН - выпиливают из латунной пластинки толщиной 2 мм. один конец шатуна расширение в котором сверлят отверстие с диаметром 3 мм для пальца кривошипа. Другой конец шатуна, предназначен для впайки в поршень. Длина шатуна 30 мм.
ПОРШЕНЬ - отливают из свинца непосредственно в цилиндре. Для этого в жестяную банку насыпают суxой речной песок. Затем заготовленную для цилиндра трубку вставляем в песок, оставляя снаружи выступ 12мм. Для уничтожения влаги, банку с песком и цилиндр нужно прогреть в печи или на газовой плите. Теперь нужно расплавлять свинец в цилиндр и сразу же нужно погружать туда шатун. Шатун нужно установить точно в центре поршня. Когда отливка остынет, из банки с песком вынимают цилиндр и выталкивают из него готовый поршень. Все неравномерности сглаживаем мелким напильником.
СТОЙКИ ДВИГАТЕЛЯ - нужно изготовить согласно размерам которые указаны на фотографии. Его делаем из 3 - миллиметрового железа или латуни. Высота основной стоки 100 мм. В верxней части основной стойки сверлят по центральной осевой линии отверстие диаметром 3мм, которое служит подшипником для оси качания цилиндра. Два самыx верxниx отверстия диаметром по 2 мм сверлим по окружности радиусом 10 мм, проведенной от центра подшипника оси качания. Эти отверстия расположены по обе стороны от осевой линии стойки на расстоянии 5 мм от нее. Через одно из этиx отверстий воздуx поступает в цилиндр, через другое - выталкивается из цилиндра. Вся конструкция воздушного двигателя собрана на основной стойке, которая сделана из дерева с толщиной примерно 5 см.
МАXОВИК - можно подобрать готовый или отлить из свинца (раньше выпускались машинки с инерционным двигателем, там присутствует нужный нам маxовик). Если вы все же решили отлить его из свинца, то не забудьте в центре формы установить вал (ось) с диаметром 5мм. Размеры маxовика также указаны на рисунке. Для крепления кривошипа на одном конце вала имеется резьба.
КРИВОШИП - выпиливаем из железа или латуни с толщиной 3 мм по рисунку. Палец кривошипа можно изготовить из стальной проволки с диаметром 3 мм и впаивается в отверстие кривошипа.
КРЫШКА ЦИЛИНДРА - изготовливаем и 2-х миллиметровой латуни и после отливки поршня припаивают к верxней части цилиндра. После сборки всеx частей двигателя собираем его. В пайке латуни и стали следует использовать мощный советский паяльниик и соленую кислоту для прочной пайки. Резервуар в моей конструкции применен от краски, трубки резиновые. Мой двигатель собран чуть по иному, размеры я поменял, но принцип работы тоже самое. Двигатель раньше у меня работал часами, к нему был подключен самодельный генератор переменного тока. Такой двигатель особенно может заинтересовать моделистов. Используйте двигатель там, где сочтете нужным и на сегодня все. Удачи в сборке - АКА
Обсудить статью ВОЗДУШНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
В большинстве стран мира автомобили с двигателями внутреннего сгорания пока являются основным средством передвижения. В странах «золотого миллиарда», где требования к авто намного выше, ситуация выглядит иначе – там автомобили, работающие на электричестве и других альтернативных видах топлива, сейчас становятся ведущим направлением в производстве.
Однако становление электромобиля как нового стандарта автопромышленности не остановило инициативу ученых и разработчиков новых видов транспортных средств.
За последние двадцать лет в мире было создано множество различных прототипов автомобилей: на водородном топливе, биотопливе, солнечных батареях и т.д. Однако нельзя с уверенностью заявить, что какая либо из этих альтернатив имеет реальные перспективы конкурировать с «традиционными» бензиновыми авто и электромобилями.
Проблема тут в том, что решающим фактором всегда является простота и дешевизна производства, и если альтернативный вариант нерентабелен, то все остальные его достоинства уже не имеют особого значения.
В такой ситуации эксперименты крупных автомобильных компаний имеют гораздо больше шансов на признание и массовое производство. Примером такой разработки является Air Hybrid, инновационная гибридная установка, состоящая из усовершенствованного двигателя внутреннего сгорания и гидравлического компрессора, спроектированная и созданная специалистами PSA Peugeot Citroen.
Этот французский концерн, объединивший в себе потенциал двух известных автомобильных компаний, ставил своей целью создание нового типа двигателя, в котором вместо электричества будет использоваться сжатый воздух. Air Hybrid стал успешным завершением очередного этапа программы компании, которая направлена на уменьшения расхода топлива в автомобилях марки до рекордных 2 литров на 100 километров пути.
Революционность Air Hybrid в том, что такой двигатель может работать сразу в трех режимах – только на сжатом воздухе, на бензине, а также одновременно на воздухе и на бензине. Одно из главных достоинств такого решения – это существенное снижение веса, которое само по себе так же является важным фактором в экономии топлива.
Гидравлическая система не только меньше весит, но и намного дешевле в производстве, чем традиционная система, включающая в себя аккумуляторные батареи. Кроме этого гидравлика надежнее – с ней становятся ненужными многие сложные электронные системы, которых в обычном автомобиле слишком много и которые управляют всем – от пуска двигателя до встроенного алкотестера.
Стоит отметить, что встроенные профессиональные алкотестеры, тестирующие водителя перед пуском двигателя – это популярное решение у многих европейских производителей автомобилей.
Новый гибридный двигатель от Peugeot Citroen состоит из бензинового двигателя, адаптированной трансмиссии эпициклического типа, где вместо электрического мотора будет применяться гидравлический компрессор.
В прототипе под полом автомобиля размещены два баллона, содержащие сжатый воздух – в одном воздух низкого, а в другом высокого давления.
На сжатом воздухе такой автомобиль может передвигаться со скоростью до 70 км/час, что является оптимальным для поездок по городу. Когда понадобится увеличить скорость, то можно будет переключиться на бензиновый двигатель, а для экстремального ускорения двигатели будут работать вместе.
Одной из самых значительных проблем современности является проблема загрязнения окружающей среды. Каждый день человечество выбрасывает в атмосферу огромное количество углекислого газа. Каждая машина, работающая на двигателе внутреннего сгорания, вредит нашей планете и делает экологическую ситуацию еще хуже. К сожалению это не все. Энергетическая проблема стоит не менее остро, ведь запасы нефти не бесконечны, цены на бензин все растут, и нет причин для их уменьшения. В поисках альтернативных источников топливо было изобретено множество проектов, но все они либо слишком дорогостоящи, либо малоэффективны. Хотя один из них выглядит весьма обещающим. Судя по нему, возможно, новым топливом будущего станет… воздух!
Звучит фантастично, не правда ли? Разве это возможно, чтобы автомобиль ездил на воздухе? Конечно, это возможно. Но это воздух не в таком виде, в котором мы им дышим сейчас - чтобы двигать автомобиль, нужен сжатый воздух. Сжатый, и находящийся под высоким давлением, воздух двигает поршни двигателя, и автомобиль движется! После того как он отработал в двигателе, воздух возвращается в атмосферу абсолютно чистым. Бака достаточно на 200 километров пути, и скорость тоже весьма впечатляет - до 110 километров в час! (Как ни странно, автомобильные двигатели на сжатом воздухе имеют очень давнюю историю. Впервые эта технология была применена еще в восьмидесятых годах девятнадцатого века, когда Луи Мекарски запатентовал свое изобретение, получившее название «пневматический трамвай».) Этот автомобиль не только полностью экологичен, он также существенно сэкономит деньги своему владельцу! Одна полная заправка сжатым воздухом обойдется в полтора евро, и за считанные минуты автомобиль будет снова готов к путешествиям. Полтора евро практически равны по цене двум литрам бензина. Посчитайте, сколько проедет ваша машина на двух литрах - наверняка цифра будет куда меньше чем 200 километров. Ведь после небольших и несложных подсчетов, ежедневная заправка автомобиля сжатым воздухом обойдется как минимум в 10 раз дешевле! Изобретатель этого интересного концепта, неутомимый француз Ги Нэгр (Guy Negre), бывший инженер «Формулы 1», работал над своим проектом более десяти лет. Оригинальная схема двигателя, похожая на обычный ДВС, позволяла приводить в движение автомобиль за счет сжатого воздуха, хранящегося в баллонах. Идея была позаимствована Нэгром именно из конструкции гоночных болидов, в которых для разгона используется турбина, питаемая сжатым воздухом из специального баллона. Начал Ги Нэгр с оригинальной концепции гибридного автомобиля, который на малых оборотах двигался бы за счет воздуха, а на больших - запускал обычный двигатель внутреннего сгорания. Этот автомобиль был разработан в середине 90-х, однако изобретатель решил пойти еще дальше. Результатом 10 лет напряженной работы стало несколько моделей, ездящих исключительно на сжатом воздухе. В основе “воздушного автомобиля” Ги Нэгра лежит мотор, по конструкции весьма похожий на стандартный ДВС. В двигателе два рабочих и два вспомогательных цилиндра. Теплый воздух засасывается прямо из атмосферы и дополнительно подогревается. Затем он попадает в камеру, где смешивается с охлажденным до -100 градусов Цельсия сжатым воздухом. Воздух быстро разогревается, резко увеличивается в объеме и толкает поршень главного цилиндра, который приводит в движение коленчатый вал. Первые прототипы чисто воздушного автомобиля, созданного французами из фирмы Ги Нэгра Motor Development International (MDI), были продемонстрированы в начале 2000-х, а сейчас, наконец, дело дошло до масштабного внедрения этой замечательной разработки. Компания Tata Motors, крупнейший производитель автомобилей в Индии, договорилась с MDI о запуске лицензионного производства небольшого трехместного экомобиля, работающего на сжатом воздухе. Модель MiniC.A.T оснащена баллоном из углеволокна, вмещающим 90 куб. м. сжатого воздуха. На одной заправке воздухом машина способна проехать от 200 до 300 км, с максимальной скоростью в 110 км/ч. С помощью компрессоров, установленных на АЗС, ее можно будет заправить за 2-3 минуты, уплатив при этом каких-то 1,5 евро. Возможен и альтернативный вариант заправки при помощи встроенного компрессора, подключаемого к обычной сети переменного тока. Чтобы полностью заполнить “бак”, ему потребуется 3-4 часа. Несмотря на то, что электричество производится в основном за счет сжигания ископаемого сырья, воздушный экомобиль оказывается гораздо эффективнее автомобилей с ДВС. По КПД он превосходит обычные автомобили в 2 раза, а электромобили - в 1,5. Кроме того, его отличает полное отсутствие вредных выхлопов, а также крайняя неприхотливость в обслуживании: благодаря отсутствию камеры сгорания масло в двигателе можно менять не чаще, чем через каждые 50 тыс. км пробега. Экомобиль MiniC.A.T будет выпускаться в четырех модификациях. Они включают в себя трехместную легковую модель, пятиместное такси, мини-вэн и легкий грузовой пикап. Автомобили будут продаваться по цене около 5 500 фунтов (примерно 11000 долларов) , что весьма доступно.. В планах компании Tata - ежегодное производство не менее 3 тысяч “воздушных автомобилей”.Продавать их планируют в Европе и Индии, но если проект обретет популярность, возможно и по всему миру. Почин индийцев поддержала американская компания Zero Pollution Motors, которая объявила о скором выводе на американский рынок автомобилей, работающих на сжатом воздухе и построенных по технологии Гая Негре. Zero Pollution Motors планирует производить автомобили CityCAT с вариантом двигателя (6-цилиндровый, 75-сильный Dual-Energy), позволяющего работать в двух режимах: просто на сжатом воздухе, либо с потреблением небольшого количества топлива для повышения температуры воздуха в баллонах и соответственно мощности. В таком режиме автомобиль потребляет около 2.2 литров бензина на 100 километров вне города. CityCAT – шестиместный автомобиль с вместительным багажником. Кузов состоит из стеклопластиковых панелей, крепящихся к алюминиевому каркасу. Автомобиль сможет проезжать в городе 60 километров на одном запасе воздуха, а за городом при небольшом расходе бензина – 1360 километров. Скорость авто при работе только на сжатом воздухе – 56 км/ч, при использовании бензина – 155 км/ч. Ориентировочная стоимость авто – 17.8 тысяч долларов. Первая партия должна поступить на рынок в 2010 году. Будем надеяться, что это не последний шаг для развития экологически чистых способов передвижения. Впрочем, отзывы о "воздухомобиле" в СМИ из восторженных постепенно превратились в скептические.О них - ниже.
В 2000 году многочисленные СМИ, в том числе ВВС, пророчили, что в начале 2002 года начнётся массовое производство автомобилей, использующих воздух вместо топлива.
Поводом для такого смелого заявления послужила презентация автомобиля под названием e.Volution на выставке Auto Africa Expo2000, которая состоялась в Йоханнесбурге.
Изумлённой общественности сообщили, что e.Volution может без дозаправки проехать около 200 километров, развивая при этом скорость до 130 км/час. Или же в течение 10 часов со средней скоростью 80 км/час. Было заявлено, что стоимость такой поездки обойдётся владельцу e.Volution в 30 центов. При этом весит машина всего 700 кг, а двигатель - 35 кг. Революционную новинку представила французская фирма MDI (Motor Development International), которая тут же объявила о намерении начать серийный выпуск автомобилей, оборудованных двигателем на сжатом воздухе. Изобретателем двигателя является французский инженер-моторостроитель Гай Негр (Guy Negre), известный, как разработчик пусковых устройств для болидов «Формулы 1» и авиационных двигателей. Негр заявил, что ему удалось создать двигатель, работающий исключительно на сжатом воздухе без каких бы то ни было примесей традиционного топлива. Своё детище француз назвал Zero Pollution, что означает нулевой выброс вредных веществ в атмосферу. Девизом Zero Pollution стало «Простой, экономичный и чистый», то есть упор был сделан на его безопасность и безвредность для экологии. Принцип работы двигателя, по словам изобретателя, таков: «Воздух засасывается в малый цилиндр и сжимается поршнем до уровня давления в 20 бар. При этом воздух разогревается до 400 градусов. Затем горячий воздух выталкивается в сферическую камеру. В „камеру сгорания“, хотя в ней уже ничего не сгорает, под давлением подаётся и холодный сжатый воздух из баллонов, он сразу же нагревается, расширяется, давление резко возрастает, поршень большого цилиндра возвращается и передаёт рабочее усилие на коленчатый вал. Можно даже сказать, что „воздушный“ двигатель работает так же, как и обычный двигатель внутреннего сгорания, но только никакого сгорания тут нет». Было заявлено, что выбросы автомобиля не опаснее углекислого газа, выделяемого при дыхании человека, двигатель можно смазывать растительным маслом, а электрическая система состоит всего лишь из двух проводов. На заправку такого воздухомобиля требуется около 3 минут. Представители Zero Pollution заявили, что для заправки «воздухомобиля» достаточно наполнить воздушные резервуары, расположенных под днищем автомобиля, что занимает около четырёх часов. Впрочем, в будущем планировалось построить «воздухозаправочные» станции, способные наполнить 300-литровые баллоны всего за 3 минуты. Предполагалось, что продажи «воздухомобилей» начнутся в Южной Африке по цене около $10 тысяч. Также говорилось о строительстве пяти фабрик в Мексике и Испании и трёх - в Австралии. Лицензию на производство автомобиля якобы уже получили больше дюжины стран, а южноафриканская компания вроде бы получила заказ на производство 3000 автомобилей, вместо запланированной экспериментальной партии в 500 штук. Но после громких заявлений и всеобщего ликования что-то произошло. Внезапно всё стихло и о «воздухомобиле» почти забыли. Тишина представляется тем более зловещей, что некоторое время назад «заглох» официальный сайт Zero Pollution. Причина нелепая: страница якобы не справляется с огромным потоком запросов. Впрочем, создатели сайта в расплывчатой форме обещают его когда-нибудь «улучшить». Появление воздухомобилей на дорогах должно было стать серьезным вызовом традиционному транспорту. Есть мнение, что экологичную разработку саботировали автомобильные гиганты: предвидев приближающийся крах, когда выпускаемые ими бензиновые двигатели никому не будут нужны, они якобы решили выскочку «задушить на корню». Эту версию отчасти подтверждает Deutsche Welle: «Авторемонтные предприятия и нефтяные концерны единодушно считают автомобиль с воздушным двигателем „недоработанным“. Впрочем, это можно списать на их предвзятость. Однако и многие независимые эксперты настроены скорее скептически, тем более что ряд крупных автомобилестроительных концернов - например, „Фольксваген“, - уже в 70-х и 80-х годах вели исследования в этом направлении, но затем свернули их ввиду полной бесперспективности». Почти такого же мнения придерживаются и защитники окружающей среды: «Потребуется очень много времени, чтобы убедить автомобильных производителей начать выпуск „воздушных“ двигателей. Автомобильные компании уже потратили огромное количество денег на эксперименты с электрическими автомобилями, которые оказались неудобными и дорогими. Им больше не нужны новые идеи». Zero Pollution - двигатели с нулевым выбросом вредных веществ. Кроме этого, они легки и компактны. Но Deutsche Welle обращает внимание на то, что в различных публикациях «описание двигателя и принципиальная схема его работы грешат неточностями и ошибками, а, кроме того, версии на разных языках не только изрядно различаются, но порой и прямо противоречат друг другу. Чуть ли не в каждом издании приводятся свои, отличные от прочих, технические параметры. Разброс цифр столь велик, что невольно задаёшься вопросом: неужели они относятся к одному и тому же автомобилю? Ещё одна странная закономерность состоит в том, что с каждой следующей публикацией параметры автомобиля улучшаются: то мощность подрастёт, то цена упадёт, то масса уменьшится, то ёмкость баллонов увеличится. Так что, сомнения тут вполне уместны и оправданы. Однако ждать осталось недолго. Вероятно, уже в наступающем году мы точно узнаем, что же такое этот разработанный фирмой MDI двигатель на сжатом воздухе - революция в автомобилестроении или во всех смыслах слова „дутая“ сенсация». Между тем, вполне возможно, что и в 2002 году интрига с «воздухомобилем» не разрешится. В результате продолжительных поисков информации в Сети был обнаружен один более-менее «живой» сайт, который обещает серийное производство революционных автомобилей в 2003 году. Кстати, в процессе поисков было найдено много интересного на «воздушную» тему. Любопытно, что на состоявшейся в феврале 2001 года в Нюрнберге международной ярмарке игрушек канадская фирма Spin Master предложила покупателям модель самолета, оснащённой двигателем, работающим на сжатом воздухе. Мини-резервуар можно надувать любым насосом, и пропеллеры уносят оригинальную игрушку в небеса. Кроме того, в Интернете имеется коммерческое предложение, адресованное, по всей видимости, правительству Москвы. В этом документе одна столичная компания предлагает чиновникам «ознакомиться с предложением автомобильной фирмы MDI (Франция) о производстве в Москве абсолютно экологически чистых и экономичных автомобилей». Встретилось и предложение В. А. Конощенко, который сообщает об изобретённом им автомобиле, работающем на сжатом воздухе, прилагая описание устройства. Также попалось на глаза изобретение Раиса Шаймухаметова - «Садоход», который «приводится в движение от сжатого воздуха: под капотом небольшой двигатель и серийный компрессор. Воздух вращает автономно друг от друга два блока (слева и справа) эксцентрических роторов (поршней). Роторы в блоке через ходовые колеса соединены гусеничной цепью». В итоге сложилось двоякое впечатление: с одной стороны не до конца понятная история с французским «воздухомобилем», а с другой - куда более чёткое ощущение, что «воздушный» транспорт давно используется и в особенности почему-то в России. И притом с позапрошлого века. Есть данные о том, что спроектированная самоучкой И. Ф. Александровским 33-метровая подводная лодка с двигателем, работающим на сжатом воздухе, летом 1865 года была спущена на воду, успешно прошла ряд испытаний и только после этого затонула. МАШИНА НЕГРА - ДУТАЯ СЕНСАЦИЯОшарашивающая идея - автомобиль на сжатом воздухе - оказалась мифом Сергей ЛЕСКОВ Известных на Земле запасов нефти хватит не более чем на 50 лет. Чем только не пытаются заменить бензин, который, ко всему прочему, является главным источником загрязнения воздуха в больших городах. И сжиженным природным газом, и всякого рода синтезированными газами и жидкостями, и даже спиртом. Долго надежды возлагались на электромобиль, но его технические характеристики невысоки, а утилизация источника энергии оказалась проблемой для экологии. И вот новая, ошарашивающая идея - автомобиль на сжатом воздухе. Французский инженер Ги Негр заработал известность в автомобильном мире своими стартерами для болидов "Формулы-1" и авиационных моторов. В его конструкторском досье 70 патентов. Это говорит о том, что Негр не самоучка из числа тех, кто досаждает своими открытиями всем автомобильным фирмам мира. Несколько лет назад уважаемый Негр создал фирму MDI (Motor Development International), которая занялась разработкой двигателями на сжатом воздухе. Первая реакция любого эксперта - бред, блажь и опять бред. Но еще в 1997 году в Мексике парламентская комиссия по транспорту заинтересовалась этой разработкой, специалисты посетили завод в Бриньоле и подписали соглашение о постепенной замене всех 87 тысяч такси в Мехико, самой загрызенной столице мира, машинами с чистым "выдохом". Два года назад на выставке Auto Africa Expo 2000 состоялась презентация созданного командой Негра концепт-кара под названием e . Volution . Как и было обещано, в качестве топлива он использовал сжатый воздух. В Йоханнесбурге на волне всеобщего интереса было объявлено о начале серийного выпуска чудо-автомобиля с двигателем Zero Pollution в 2002 году. В ЮАР предполагалось сделать 3 тысячи e . Volution . Назначенный год на дворе. Где же "воздухомобиль"? Публикаций на эту тему много, но характеристики скачут, будто речь не о технике, а об арабском жеребце. Если усреднить все протоколы, то выйдет такой портрет: e . Volution весит 700 кг, мотор Zero Pollution - 35 кг. Автомобиль может проехать без дозаправки 200 км. Максимальная скорость - 130 км/ч. На скорости 80 км/ч он может двигаться 10 часов. Ориентировочная цена - 10 тысяч долларов. Чтобы закачать в баллоны воздух, нужна энергия, а электростанции - тоже источник загрязнений. Авторы проекта посчитали КПД в цепочке "нефтеперегонный завод - автомобиль" для бензинового, электрического и воздушного двигателя: 9, 13 и 20% соответственно. То есть "воздушник" лидирует с заметным отрывом. Сама заправка занимает около 4 часов, а баллоны спрятаны под днище. Принцип работы "воздушника" не отличается от двигателя внутреннего сгорания. Нет по причине отсутствия горючего только самого сгорания. Нет, кроме того, систем зажигания, впрыска топлива, бензобака. Воздух в баллонах находится под давлением 200 атмосфер. Идея конструкторов такова: в малый цилиндр засасывается часть выхлопа и сжимается поршнем до давления 20 атмосфер. Раскаленный до 400 градусов воздух выталкивается в камеру, которая является аналогом камеры сгорания. В нее подается сжатый воздух из баллонов. Он нагревается - и в результате поршень цилиндра движется, передавая рабочее усилие на коленчатый вал. По мере приближения к объявленной дате выпуска в публикациях на эту тему разнобой все заметнее. Создается впечатление, что команда Ги Негра столкнулась с серьезными техническими проблемами. Чтобы разъяснить ситуацию, "Известия-Наука" обратились к самым авторитетным в нашей стране специалистам из Государственного научного центра "Научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт (НАМИ)". - Мы рассчитали рабочий цикл этого двигателя, - сказал заведующий отделом газобалонного оборудования НАМИ Владислав Лукшо. - Это очередная попытка обмануть основополагающие законы природы, проскочить мимо правил термодинамики. Можно эту идею развить: заставить водителя качать ногами воздух. Идея двигателя на сжатом воздухе несуразна, потому что его КПД очень мал. Полученная от механического сжатия энергия на килограмм веса в 20-30 раз уступает химической энергии углеводородного топлива. У бензина конкурентов не видно. Выше показатели только у атомной энергии. Этот e . Volution сможет ездить только на небольшие расстояния, как летают игрушки с пневмодвигателями. Скептическое отношение к двигателю на сжатом воздухе вовсе не означает, в этом уверены специалисты НАМИ, что попытки найти альтернативу бензиновому двигателю обречены. Уже удалось добиться сносных характеристик у газовых двигателей на пропан-бутане, которые уступают по теплоотдаче топлива бензиновому двигателю только в 1,5 раза. Предпринимаются в продолжение заветов чонкинского приятеля Гладышева усилия, дабы освоить двигатель на биогазе, который получают из всяческих отбросов. Большие перспективы у водорода, причем способы его применения весьма разнообразны - от добавок к бензину до сжижения или использования в виде соединений с металлами (гидридов). Согласно последним разработкам НАМИ, водород лучше не сжигать: в тепловыделяющем элементе он вступает в реакцию, возникает электрический ток, который преобразуется в механическую энергию. Еще один вариант - спирт, который энергетически "сильнее" газа, хотя и "слабее" бензина. Двигатели на спирте получили распространение в Бразилии. Правда, в России о внедрении этой конструкции и говорить не стоит - просто глупо.
Несколько лет назад мир облетела новость о том, что индийская компания Tata собирается запустить в серию автомобиль, работающий на сжатом воздухе. Планы так и остались планами, но пневматические автомобили явно стали трендом: каждый год появляется несколько вполне жизнеспособных проектов, а компания Peugeot в 2016 году планировала поставить на конвейер воздушный гибрид. Почему же пневмокары внезапно вошли в моду?
Все новое — это хорошо забытое старое. Так, электромобили в конце XIX века были популярнее бензиновых собратьев, затем они пережили столетнее забвение, а потом снова «восстали из пепла». То же касается и пневмотехники. Еще в 1879 году французский пионер авиации Виктор Татен спроектировал самолет A? roplane, который должен был подниматься в воздух благодаря двигателю на сжатом воздухе. Модель этой машины успешно летала, хотя в полном размере самолет построен не был.
Родоначальником пневмодвигателей на наземном транспорте стал другой француз, Луи Мекарски, разработавший подобный силовой агрегат для парижских и нантских трамваев. В Нанте машины испытали в конце 1870-х, а к 1900 году Мекарски владел парком из 96 трамваев, что доказывало эффективность системы. Впоследствии пневматический «флот» был заменен электрическим, но начало было положено. Позднее пневмолокомотивы нашли себе узкую сферу повсеместного применения — шахтное дело. В то же время начались и попытки поставить воздушный двигатель на автомобиль. Но до начала XXI века эти попытки оставались единичными и не стоящими внимания.
Преимущества воздуха
Пневматический двигатель (или, как говорят, пневмоцилиндр) преобразует энергию расширяющегося воздуха в механическую работу. По принципу действия он аналогичен гидравлическому. «Сердце» пневмодвигателя — поршень, к которому прикреплен шток; вокруг штока навита пружина. Воздух, поступающий в камеру, с увеличением давления преодолевает сопротивление пружины и перемещает поршень. На фазе выпуска, когда давление воздуха падает, пружина возвращает поршень в исходное положение — и цикл повторяется. Пневмоцилиндр вполне можно назвать «двигателем внутреннего несгорания».
Более распространена мембранная схема, где роль цилиндра выполняет гибкая мембрана, к которой точно так же прикреплен шток с пружиной. Ее преимущество заключается в том, что не нужна столь высокая точность посадки подвижных элементов, не требуются смазочные материалы, а герметичность рабочей камеры повышается. Существуют также роторные (пластинчатые) пневмодвигатели — аналоги ДВС Ванкеля.
Основные плюсы пневмодвигателя — это его экологичность и низкая стоимость «топлива». Собственно, из-за безотходности пневмолокомотивы и получили распространение в шахтном деле — при использовании ДВС в замкнутом пространстве воздух быстро загрязняется, резко ухудшая условия работы. Отработанные же газы пневмодвигателя — это обычный воздух.
Один из недостатков пневмоцилиндра — относительно низкая плотность энергии, то есть количество вырабатываемой энергии на единицу объема рабочего тела. Сравните: воздух (при давлении 30 МПа) имеет плотность энергии порядка 50 кВт ч на литр, а обычный бензин — 9411 кВт ч на литр! То есть бензин как топливо эффективнее почти в 200 раз. Даже с учетом не очень высокого КПД бензинового двигателя он «выдает» в итоге около 1600 кВт ч на литр, что значительно выше, чем показатели пневмоцилиндра. Это ограничивает все эксплуатационные показатели пневмодвигателей и движимых ими машин (запас хода, скорость, мощность и т. д.). Помимо того, пневмодвигатель имеет относительно небольшой КПД — порядка 5−7% (против 18−20% у ДВС).
Пневматика XXI века
Актуальность экологических проблем XXI века заставила инженеров вернуться к давно забытой идее использования пневмоцилиндра в качестве двигателя для дорожного транспортного средства. По сути, пневмоавтомобиль экологичнее даже электромобиля, элементы конструкции которого содержат вредные для окружающей среды вещества. В пневмоцилиндре же — воздух и ничего кроме воздуха.
Поэтому основной инженерной задачей было приведение пневмокара к виду, в котором он мог бы конкурировать с электромобилями по эксплуатационным характеристикам и стоимости. Подводных камней в этом деле множество. Например, проблема дегидратации воздуха. Если в сжатом воздухе будет хотя бы капля жидкости, то из-за сильного охлаждения при расширении рабочего тела она превратится в лед, и двигатель просто заглохнет (или даже потребует ремонта). Обычный летний воздух содержит примерно 10 г жидкости на 1 м 3 , и при наполнении одного баллона нужно затратить дополнительную энергию (около 0,6 кВт ч) на дегидратацию — причем эта энергия невосполнима. Данный фактор сводит на нет возможность качественной домашней заправки — оборудование для дегидратации невозможно установить и эксплуатировать в домашних условиях. И это лишь одна из проблем.
Тем не менее тема пневмоавтомобиля оказалась слишком привлекательной, чтобы о ней забыть.
Сразу в серию?
Одно из решений, позволяющих минимизировать недостатки пневмодвигателя, — облегчение автомобиля. Действительно, городской микролитражке не нужен большой запас хода и скорость, а вот экологические показатели в мегаполисе играют значительную роль. Именно на это рассчитывают инженеры франко-итальянской компании Motor Development International, которые на Женевском автосалоне 2009 года представили миру пневмоколяску MDI AIRpod и ее более серьезный вариант MDI OneFlowAir. MDI начали «сражаться» за пневмокар еще в 2003-м, показав концепт Eolo Car, но лишь спустя десять лет, набив множество шишек, французы пришли к приемлемому для конвейера решению.
MDI AIRpod — это нечто среднее между автомобилем и мотоциклом, прямой аналог мотоколяски-«инвалидки», как ее частенько называли в СССР. Благодаря 5,45-сильному воздушному двигателю трехколесная малолитражка массой всего 220 кг может разогнаться до 75 км/ч, а запас ее хода составляет 100 км в базовом варианте или 250 км в более серьезной конфигурации. Интересно, что у AIRpod вообще нет руля — машина управляется джойстиком. В теории она может передвигаться как по дорогам общего пользования, так и по велодорожкам.
У AIRpod есть все шансы на серийное производство, поскольку в городах с развитой велоструктурой, например в Амстердаме, такие машинки могут быть востребованы. Одна заправка воздухом на специально оборудованной станции занимает около полутора минут, а стоимость передвижения составляет в итоге порядка 0,5 на 100 км — дешевле просто некуда. Тем не менее заявленный срок серийного производства (весна 2014 года) уже прошел, а воз и ныне там. Возможно, MDI AIRpod появится на улицах европейских городов в 2015-м.
Второй предсерийный концепт — это известный проект индийского гиганта Tata, автомобиль MiniCAT. Проект был запущен одновременно с AIRpod, но, в отличие от европейцев, индусы заложили в программу нормальный, полноценный микроавтомобиль с четырьмя колесами, багажником и традиционной компоновкой (в AIRpod, заметим, пассажиры и водитель сидят спинами друг к другу). Масса Tata чуть побольше, 350 кг, максимальная скорость — 100 км/ч, запас хода — 120 км, то есть MiniCAT в целом похож на машину, а не на игрушку. Интересно, что в компании Tata не мучились с разработкой воздушного двигателя «с нуля», а за $28 млн приобрели права на использование разработок MDI (что позволило последней удержаться на плаву) и усовершенствовали двигатель для приведения в движение более крупного транспортного средства. Одна из фишек этой технологии — использование тепла, выделяющегося при охлаждении расширяющегося воздуха, для нагрева воздуха при заправке баллонов.
Изначально Tata собиралась поставить MiniCAT на конвейер в середине 2012 года и производить порядка 6000 единиц в год. Но обкатка продолжается, а серийное производство отложено до лучших времен. За время разработки концепт успел сменить имя (ранее он назывался OneCAT) и дизайн, так что какая его версия поступит в итоге в продажу, не знает никто. Кажется, даже представители Tata.
На двух колесах
Чем легче автомобиль на сжатом воздухе, тем он более эффективен в плане эксплуатационных и экономических показателей. Логичный вывод из этого утверждения — почему бы не сделать скутер или мотоцикл?
Этим озаботился австралиец Дин Бенстед, который в 2011 году продемонстрировал миру кроссовый мотоцикл O 2 Pursuit с силовым агрегатом, разработанным фирмой Engineair. Последняя специализируется на уже упомянутых роторных воздушных двигателях разработки Анжело ди Пьетро. По сути, это классической компоновки «ванкели» без сгорания — ротор приводится в движение подачей воздуха в камеры. Бенстед пошел при разработке от обратного. Сперва он заказал Engineair двигатель, а потом построил вокруг него мотоцикл, использовав раму и часть элементов от серийной Yamaha WR250R. Машина получилась на удивление энергоэффективной: на одной заправке она проходит 100 км и в теории развивает максимальную скорость 140 км/ч. Эти показатели, к слову, превышают аналогичные у многих электрических мотоциклов. Бенстед остроумно сыграл на форме баллона, вписав его в раму, — это позволило сэкономить место; двигатель в два раза компактнее своего бензинового собрата, а свободное место позволяет установить второй баллон, увеличив пробег мотоцикла в два раза.
Но, к сожалению, O 2 Pursuit остался лишь одноразовой игрушкой, хотя и был номинирован на престижную изобретательскую премию, учрежденную Джеймсом Дайсоном. Спустя два года идею Бенстеда подхватил другой австралиец, Дарби Бичено, который предложил создать по схожей схеме не мотоцикл, а сугубо городское транспортное средство, скутер. Его EcoMoto 2013 должен быть сделан из металла и бамбука (никакого пластика), но дальше рендеров и чертежей дело пока что не продвинулось.
Помимо Бенстеда и Бичено, схожую машину в 2010 году построил Эвин И Ян (его проект назывался Green Speed Air Motorcycle). Все три конструктора, к слову, были студентами Королевского технологического института Мельбурна, и потому их проекты схожи, используют один и тот же двигатель и… не имеют шанса на серию, оставаясь исследовательскими работами.
Корпорации на старте
Вышесказанное подтверждает, что у воздушных автомобилей будущее есть, но, скорее всего, не в «чистом виде». Все-таки они имеют свои ограничения. Тот же MDI AIRpod провалил абсолютно все краш-тесты, поскольку его сверхлегкая конструкция не позволяла должным образом защищать водителя и пассажиров.
А вот использовать пневмотехнологии в качестве дополнительного источника энергии в гибридном автомобиле вполне реально. В связи с этим компания Peugeot объявила о том, что с 2016 года часть кроссоверов Peugeot 2008 будет выпускаться в гибридном варианте, одним из элементов которого будет установка Hybrid Air. Эта система разработана в сотрудничестве с Bosch; суть ее в том, что энергия ДВС будет запасаться не в форме электроэнергии (как в обычных гибридах), а в баллонах со сжатым воздухом. Планы, правда, так и остались планами: на данный момент на серийные автомобили установка не ставится.
Peugeot 2008 Hybrid Air сможет двигаться, используя энергию ДВС, воздушного силового агрегата или их комбинации. Система будет сама распознавать, какой из источников энергоэффективнее в той или иной ситуации. В городском цикле, в частности, 80% времени будет использоваться энергия сжатого воздуха — он приводит в движение гидронасос, который вращает вал при отключенном ДВС. Суммарная экономия топлива при такой схеме составит до 35%. При работе на чистом воздухе максимальная скорость автомобиля ограничивается 70 км/ч.
Концепт Peugeot выглядит абсолютно жизнеспособным. С учетом экологических преимуществ подобные гибриды вполне смогут потеснить электрические в течение ближайших пяти-десяти лет. И мир станет немножечко чище. Или не станет.