Grupa naszych specjalistów pracuje nad rozwojem napędów pneumatycznych w zakresie ich zastosowania w transporcie samochodowym i napędach różnych pracujących maszyn. Wykonali świetną robotę w tym kierunku, ale najpierw możemy powiedzieć kilka słów o dzisiejszym globalnym trendzie w tej dziedzinie pracy.
Samochody napędzane sprężonym powietrzem.
Badając możliwość stworzenia super przyjaznego dla środowiska samochodu osobowego napędzanego sprężonym powietrzem, indyjski koncern samochodowy Tata podpisał umowę z francuską firmą MDI, która opracowuje przyjazne dla środowiska silniki wykorzystujące wyłącznie sprężone powietrze jako paliwo. Tata nabyła prawa do tych technologii dla Indii i teraz bada, gdzie i jak z nich korzystać. Tata od dawna przygotowuje społeczeństwo do transportu przyjaznego dla środowiska, który staje się coraz bardziej rozpowszechniony w Indiach, gdzie panuje prawdziwy boom samochodowy.
„Ta koncepcja sposobu prowadzenia samochodu jest bardzo interesująca” - mówi Ravi Kant, dyrektor zarządzający indyjskiej firmy. Firma szukała możliwości wykorzystania technologii „sprężonego powietrza” do celów mobilnych i stacjonarnych, dodaje Kant.
A teraz kolejna sensacja od indyjskich producentów. Rozpoczynają masową produkcję modelu Nano o nazwie OneCAT, w którym nie będzie już benzyny, lecz silnik pneumatyczny zasilany sprężonym powietrzem. Deklarowana cena rewolucyjnej nowości wynosi około pięciu tysięcy dolarów. Pod siedzeniem kierowcy Nano znajduje się akumulator, a pasażer z przodu siedzi tuż przy zbiorniku paliwa. Jeśli napełnisz samochód powietrzem na stacji kompresorowej, zajmie to od trzech do czterech minut. „Wymiana” za pomocą minisprężarki działającej w gniazdku ściennym trwa od trzech do czterech godzin. „Paliwo lotnicze” jest stosunkowo tanie: jeśli zamienisz je na ekwiwalent gazu, okaże się, że samochód wydaje około litra na 100 kilometrów.
Eko-ciężarówka Engineator Gator, pierwszy komercyjnie dostępny pojazd na sprężone powietrze w Australii, niedawno podjął obowiązki w Melbourne. Ładowność tego wózka wynosi 500 kg. Objętość butli z powietrzem wynosi 105 litrów. Przebieg na jednej stacji benzynowej - 16 km. Jednocześnie tankowanie zajmuje kilka minut. Podczas ładowania podobnego samochodu elektrycznego z sieci zajmie to wiele godzin. Ponadto akumulatory są droższe niż cylindry, znacznie cięższe od nich i są zanieczyszczeniami środowiska po wyczerpaniu się i podczas pracy.
Tego rodzaju samochody pracują już w klubach golfowych. Nie można znaleźć lepszego sposobu na przemieszczanie graczy po boisku, ponieważ to samo powietrze działa jak gazy spalinowe w samochodzie pneumatycznym.
Idea napędu pneumatycznego jest prosta - mieszanka benzyny, która nie pali się w cylindrach silnika, wprawia w ruch silny strumień powietrza z cylindra (ciśnienie w cylindrze wynosi około 300 atmosfer). Te samochody nie mają zbiorników paliwa, akumulatorów ani paneli słonecznych. Nie potrzebują ani wodoru, ani oleju napędowego, ani benzyny. Niezawodność Tak, prawie nie ma nic do złamania.
Możesz więc zorganizować jazdę samochodem zgodnie z systemem Di Pietro. Dwa obrotowe silniki pneumatyczne, jeden na koło. I nie ma przekładni - w końcu silnik pneumatyczny natychmiast zapewnia maksymalny moment obrotowy - nawet w stanie stacjonarnym i obraca się do całkiem przyzwoitych obrotów, więc nie potrzebuje specjalnej przekładni ze zmiennym przełożeniem. Cóż, prostota projektu to kolejny plus w skarbonce całego pomysłu.
Silnik powietrzny ma jeszcze jedną ważną zaletę: praktycznie nie wymaga zapobiegania, standardowy przebieg między dwiema inspekcjami technicznymi wynosi nie mniej niż 100 tysięcy kilometrów.
Dużym plusem samochodu pneumatycznego jest to, że praktycznie nie potrzebuje on oleju - litr „smaru” na 50 tysięcy kilometrów wystarcza na silnik (w przypadku zwykłego samochodu potrzeba około 30 litrów oleju). Nie ma potrzeby pneumatycznego samochodu i klimatyzacji - powietrze wywiewane przez silnik ma temperaturę od zera do piętnastu stopni Celsjusza. To wystarczy, aby schłodzić kabinę, co jest ważne w gorących Indiach, gdzie planują wyprodukować samochód.
W Stanach Zjednoczonych należy zbudować model CityCAT. To sześcioosobowy samochód osobowy z dużym bagażnikiem. Ciężar maszyny wyniesie 850 kilogramów, długość - 4,1 m, szerokość - 1,82 m, wysokość - 1,75 m. Samochód ten będzie mógł poruszać się po mieście do 60 kilometrów za pomocą tylko jednego sprężonego powietrza i może przyspieszyć do 56 kilometrów na godzinę.
4 cylindry wykonane z włókna węglowego z powłoką Kevlar, każda o długości 2 metrów i średnicy ćwierć metra, znajdują się pod dnem i utrzymują 400 litrów sprężonego powietrza pod ciśnieniem 300 barów. Powietrze pod wysokim ciśnieniem jest albo pompowane do nich na specjalnych stacjach sprężarkowych, albo wytwarzane przez pokładową sprężarkę, gdy jest ona podłączona do standardowej sieci elektrycznej o napięciu 220 woltów. W pierwszym przypadku tankowanie zajmuje około 2 minut, w drugim - około 3,5 godziny. Zużycie energii w obu przypadkach wynosi około 20 kW / h, co przy obecnych cenach energii elektrycznej odpowiada kosztowi półtora litra benzyny. Samochód ma wiele zalet w zakresie sprężonego powietrza i samochodu elektrycznego: jest znacznie lżejszy, ładuje się dwukrotnie szybciej i ma podobną rezerwę mocy.
Pneumatyczne CityCAT Taxi i MiniCAT od Motor Development International.
Twórcy silnika powietrznego z MDI obliczyli całkowitą wydajność w łańcuchu „rafineria ropy naftowej - samochód” dla trzech rodzajów napędu - benzyny, elektryczności i powietrza. Okazało się, że sprawność napędu pneumatycznego wynosi 20 procent, czyli ponad dwa razy więcej niż wydajność standardowego silnika benzynowego i półtora raza wyższa niż wydajność napędu elektrycznego. Ponadto równowaga środowiskowa wygląda jeszcze lepiej w przypadku korzystania z odnawialnych źródeł energii.
Tymczasem według MDI w samej Francji zebrano już ponad 60 tysięcy zamówień na pojazd lotniczy. Austria, Chiny, Egipt i Kuba zamierzają budować fabryki do produkcji. Władze meksykańskiej stolicy wykazały duże zainteresowanie nowym produktem: jak wiecie, Mexico City jest jednym z najbardziej zagazowanych megalopoli na świecie, więc ojcowie miasta zamierzają jak najszybciej zastąpić wszystkie 87 tysięcy taksówek benzynowych i diesla przyjaznymi dla środowiska samochodami francuskimi.
Analitycy uważają, że samochód na sprężone powietrze, bez względu na to, kto go stworzył (Tata, Engineair, MDI lub inni), może równie dobrze zajmować wolną niszę na rynku, jak samochody elektryczne, które inni producenci już opracowali lub testują.
Napęd pneumatyczny, zalety i wady. Wnioski oparte na pracy naszych specjalistów
Maszyny z napędem pneumatycznym - ten temat nie jest tak obiecujący, jak mówią o nim „eksperci” z Indii, Francji czy Ameryki, choć nie bez pewnych zalet.
Sam napęd pneumatyczny nie rozwiązuje problemu z paliwem. Faktem jest, że dopływ energii do sprężonego powietrza jest bardzo mały i taki napęd może skutecznie rozwiązać problem z paliwem tylko w przypadku niektórych rodzajów samochodów: minibusów osobowych i towarowych, ładowarek i najlżejszych samochodów miejskich (na przykład taksówki specjalne). I nic więcej, jeśli mówimy o czystym pneumatycznym, a nie hybrydowym napędzie (napęd hybrydowy jest równoległy, ale całkowicie odrębny temat).
Opracowując napęd pneumatyczny maszyny, nie jest konieczne zajmowanie się silnikiem pneumatycznym, a mianowicie napędem pneumatycznym - całym układem, w którym silnik pneumatyczny jest tylko integralną częścią. Dobry siłownik pneumatyczny powinien zawierać kilka oddzielnych elementów:
1. Sam silnik pneumatyczny jest tłokowym lub obrotowym silnikiem wielomodowym (być może oryginalnej konstrukcji), który zapewnia wysoki i zmienny ciąg właściwy (moment obrotowy) przy dowolnej prędkości i przy zachowaniu stabilnie wysokiej wydajności objętościowej (80-90%).
2. System przygotowania wlotu sprężonego powietrza do cylindrów silnika, który zapewnia automatyczną instalację ciśnienia, dozowania i fazowania porcji powietrza przesyłanych do cylindrów silnika.
3. Automatyczna jednostka sterująca obciążeniem i prędkością pojazdu pneumatycznego - steruje silnikiem pneumatycznym i systemem przygotowania wlotu sprężonego powietrza do cylindrów zgodnie z żądaniami operatora maszyny dotyczącymi jego prędkości i obciążenia na napęd pneumatyczny.
Taki pneumatyczny siłownik nie będzie miał żadnych stałych właściwości. Wszystkie jego cechy - moc, moment obrotowy, prędkość - automatycznie zmieniają się od zera do maksimum, w zależności od warunków pracy i obciążenia do pokonania. Ponadto może mieć odwracalność skoku i pneumatyczny mechanizm hamowania siły, taki jak zwalniacz.
Tylko takie zintegrowane podejście do rozwiązania problemu napędu pneumatycznego sprawi, że będzie on jak najbardziej wydajny, wyjątkowo ekonomiczny i nie będzie wymagał użycia różnych układów pomocniczych, takich jak sprzęgło lub skrzynia biegów. Jest także w stanie zwiększyć wydajność układu pneumatycznego o 15-30% w porównaniu ze światowymi analogami.
W przypadku maszyny pilotowej z napędem pneumatycznym najlepiej jest użyć do tego specjalnie zaprojektowanego wózka widłowego. Ta maszyna będzie mogła się pokazać w ruchu i pracy. Wózkowi widłowemu łatwiej jest wykonać panele okładzinowe niż nadwoziu samochodu, a ponadto wózek jest zasadniczo ciężką maszyną, a ciężar stalowych cylindrów na sprężone powietrze nie przeszkodzi, a lekkie cylindry z kevlaru z węgla na pierwszym etapie pracy będą kosztować więcej niż cała maszyna. Istotną rolę odegra fakt, że możemy korzystać z poszczególnych elementów maszyny z szeregowych automatycznych ładowarek, co przyspieszy pracę.
Ponadto wózek widłowy jest jedną z niewielu maszyn, które mają sens z napędem pneumatycznym, zwłaszcza jako prototyp.
Taka maszyna z napędem pneumatycznym ma pewne zalety w porównaniu z odpowiednikami z silnikiem Diesla i elektrycznymi: - w produkcji seryjnej produkcja będzie tańsza, - rezerwa energii w cylindrach jest taka sama jak rezerwa energii w akumulatorach elektrycznych elektrycznego wózka widłowego, - czas ładowania cylindra wynosi kilka minut, a czas ładowania akumulatora wynosi 6-8 godzin, - siłownik pneumatyczny jest praktycznie niewrażliwy na zmiany temperatury otoczenia - gdy temperatura wzrośnie do + 50º, podaż energii wzrasta o 10%, a przy dalszym wzroście temperatura otoczenia, rezerwa energii napędu pneumatycznego wzrasta tylko bez żadnych szkodliwych skutków (jak silnik wysokoprężny, który jest podatny na przegrzanie). Gdy temperatura spadnie do -20º, dopływ energii do napędu pneumatycznego zmniejsza się o 10% bez żadnych innych szkodliwych skutków dla jego działania, podczas gdy rezerwa energii akumulatorów elektrycznych zmniejsza się 2 razy, a silnik wysokoprężny może nie uruchomić się w tak niskiej temperaturze. Gdy temperatura otoczenia spadnie do -50º, akumulatory i silnik wysokoprężny praktycznie nie działają bez specjalnych sztuczek, a napęd pneumatyczny traci tylko około 25% energii. - taki napęd pneumatyczny może zapewnić znacznie większy zakres trakcji i prędkości działania niż elektryczne silniki trakcyjne elektrycznych wózków widłowych lub przemienniki momentu obrotowego ładowarek diesla.
Infrastrukturę do tankowania i serwisowania maszyn z napędem pneumatycznym można stworzyć znacznie prościej niż podobna infrastruktura dla maszyn konwencjonalnych.
Tankowanie powietrza nie wymaga transportu i przetwarzania paliwa - jest wokół nas i jest całkowicie bezpłatne. Wymagany jest tylko zasilacz.
Tankowanie samochodów w każdym domu jest absolutnie prawdziwe, tylko koszt tankowania w domu będzie nieco wyższy niż na głównej stacji lotniczej.
Jeśli chodzi o ładowanie pneumatycznego samochodu podczas hamowania lub ruszania z góry (tak zwany odzysk energii), z przyczyn technicznych jest to albo bardzo trudne, albo ekonomicznie nieopłacalne.
Problem odzyskiwania energii w samochodach z napędem pneumatycznym jest znacznie trudniejszy do rozwiązania niż w pojazdach elektrycznych.
Jeśli energia jest odzyskiwana (podczas hamowania samochodem lub hamowania podczas jazdy w dół) za pomocą generatora i sprężarki, łańcuch odzyskiwania jest znacznie dłuższy: generator - akumulator - przetwornik - silnik elektryczny - sprężarka. Jednocześnie pojemność rekuperatora (systemu rekuperacji jako całości i wszystkich jego elementów osobno) powinna wynosić około połowy mocy silnika pneumatycznego maszyny.
W pojeździe pneumatycznym mechanizm odzyskiwania energii jest znacznie bardziej skomplikowany i droższy niż w pojeździe elektrycznym. Faktem jest, że generator pojazdu elektrycznego związany z odzyskiem energii, niezależnie od trybu hamowania samochodu, zwraca energię do akumulatorów przy stałym napięciu. W takim przypadku aktualna siła zależy od trybu hamowania i nie odgrywa specjalnej roli w ładowaniu akumulatora. Proces ten jest bardzo trudny do przeprowadzenia w napędzie pneumatycznym.
W przypadku odzyskiwania energii z napędu pneumatycznego ciśnienie jest analogiczne do napięcia, a wydajność sprężarki jest analogiczna do siły prądu. Obie te wielkości są zmienne w zależności od trybu hamowania.
Aby to wyjaśnić, odzysk nie nastąpi, jeśli ciśnienie w cylindrach wynosi 300 atmosfer, a sprężarka w wybranym trybie hamowania wytwarza tylko 200 atmosfer. Jednocześnie tryb hamowania jest wybierany indywidualnie przez kierowcę w każdym konkretnym przypadku i dostosowuje się do warunków jazdy, a nie pod sprawną pracą rekuperatora.
Istnieją inne problemy związane z odzyskiwaniem energii z pojazdów pneumatycznych.
Tak więc napęd pneumatyczny może być dość ograniczony w rozwoju bardzo wąskiej gamy małych samochodów - takich samych samochodów dostawczych, lekkich minibusów miejskich i klubowych.
Model otwartego minivana lub mikrocaru ładunkowego pracującego na sprężonym powietrzu. Idealny pojazd dla małych miast i miasteczek w gorącym klimacie. Absolutnie czysty wydech - czyste chłodne powietrze, które można wykorzystać do stworzenia mikroklimatu dla pasażerów. Wysoce ekonomiczny zautomatyzowany pneumatyczny napęd skoku zapewnia maksymalną wydajność i automatyzację sterowania jego ruchem niezależnie od zmiany wielkości obciążenia zewnętrznego - odporności na ruch. Oryginalny silnik pneumatyczny o zmiennym momencie obrotowym nie potrzebuje przekładni. Wydajność tego napędu pneumatycznego jest o 20% wyższa niż w przypadku istniejących podobnych napędów pneumatycznych innych producentów i jest jak najbardziej zbliżona do teoretycznego limitu wykorzystania energii zmagazynowanej w sprężonym powietrzu w cylindrach maszyny.
Opracowana przez francuską firmę Motor Development International (MDI) maszyna o nazwie AIRPod napędzana jest sprężonym powietrzem. Chociaż produkowany jest od 2009 roku, przez długi czas wywoływał u wszystkich protekcjonalny uśmiech (z wyjątkiem fanów ochrony środowiska). Rzeczywiście, początkowo mógł być eksploatowany tylko w ciepłym klimacie: pneumatyczny silnik śmigłowy opracowany na początku lat 90. XX wieku nie uruchamiał się w niskich temperaturach. I chociaż dziś opracowano system ogrzewania na sprężone powietrze, który rozszerza geografię AIRPod, można go kupić tylko na Hawajach (USA).
Road show
Wiosną 2015 roku niezależna firma ZPM (Zero Pollution Motor - „Zero Pollution Engines”) zorganizowała publiczny pokaz drogowy w czasie największej oglądalności amerykańskiego kanału telewizyjnego ABC - prezentację, która przyciągnęła inwestorów (dosłownie przetłumaczona na rosyjski jako „road show”). ZPM kupił od Francuzów prawo do produkcji i sprzedaży nowego modelu AIRPod - jak dotąd tylko na Hawajach, jako „rynek początkowy”.
Dwóch akcjonariuszy ZPM zaprezentowało projekt zakładu produkcji samochodów przyjaznych środowisku - słynny amerykański piosenkarz Pat Boone (szczyt jego kariery przyszedł w latach 50.) i producent filmowy Eitan Tucker (Shrek, Seven Years in Tibet i inni). Zaoferowali potencjalnym inwestorom (tzw. „Aniołom biznesu”) 50% udziałów w ZPM za 5 milionów USD.
Inwestorzy nie spieszyli się z ostrzałem. Jednocześnie Robert Heriavets, właściciel i założyciel kanadyjskiej firmy informatycznej Herjavec Group, która została uznana za najbardziej obiecującą z nich, powiedział, że jest zainteresowany sprzedażą AIRPod nie w jednym konkretnym stanie, ale w całych Stanach Zjednoczonych. Obecnie zarząd ZPM negocjuje z Francuzami w celu rozszerzenia obszaru sprzedaży.
Te samochody nie mają zbiorników paliwa, akumulatorów ani paneli słonecznych. Do tych maszyn nie jest potrzebny ani wodór, ani olej napędowy, ani benzyna. Niezawodność Tak, prawie nie ma nic do złamania. Ale kto dziś wierzy w idealne rozwiązanie?
Pierwszy komercyjnie dostępny w Australii pojazd na sprężone powietrze podjął ostatnio obowiązki w Melbourne.
Urządzenie zbudował australijski inżynier Engineair Angelo Di Pietro (Angelo Di Pietro).
Głównym problemem, o którym myślał wynalazca, było zmniejszenie masy silnika przy jednoczesnym zachowaniu dużej mocy i pełnego wykorzystania energii sprężonego powietrza.
Nie ma cylindrów i tłoków, nie ma trójkątnego wirnika, takiego jak silnik Wankla lub wirnik turbiny z łopatkami.
Zamiast tego pierścień obraca się w obudowie silnika. Od wewnątrz spoczywa na dwóch rolkach mimośrodowo zamontowanych na wale.
Silnik australijskiego włoskiego Di Pietro w kontekście (zdjęcie z gizmo.com.au).
6 oddzielnych zmiennych objętości w tej maszynie rozprężającej odciąło ruchome półokrągłe płatki zainstalowane w sekcjach korpusu.
Istnieje również system dystrybucji powietrza przez komory. To prawie wszystko.
Nawiasem mówiąc, silnik Di Pietro natychmiast wytwarza maksymalny moment obrotowy - nawet w stanie stacjonarnym i obraca się do całkiem przyzwoitych zakrętów, więc nie potrzebuje specjalnej przekładni ze zmiennym przełożeniem.
Możesz więc zorganizować jazdę samochodem zgodnie z systemem Di Pietro. Dwa obrotowe silniki pneumatyczne, jeden na koło. I brak transmisji (ilustracja z gizmo.com.au).
Cóż, prostota projektu, mały rozmiar i niska waga to kolejny plus w skarbcu całego pomysłu.
Jaki jest wynik? Oto na przykład pneumatyczny samochód od Engineair, który jest testowany w magazynie jednego ze sklepów spożywczych w stolicy Australii.
Nośność tego wózka wynosi 500 kilogramów. Objętość butli z powietrzem wynosi 105 litrów. Przebieg na jednej stacji benzynowej - 16 kilometrów. Jednocześnie tankowanie zajmuje kilka minut. Podczas ładowania podobnego samochodu elektrycznego z sieci zajmie to wiele godzin.
Dziwne połączenie między tłokiem i wałem korbowym we francuskim silniku pneumatycznym pozwala tłokowi zatrzymać się w punkcie martwym, zachowując równomierny obrót wału wyjściowego silnika (ilustracja z mdi.lu).
Logiczne jest wyobrażenie sobie, jak podobną instalację o większej mocy można zamontować na małym samochodzie osobowym, zaprojektowanym do poruszania się głównie po mieście.
W tym miejscu należy wspomnieć o ważnej przewadze pojazdów pneumatycznych nad pojazdami elektrycznymi, które również mają być obiecującym środkiem transportu w mieście dbającym o czyste powietrze.
Baterie, nawet zwykłe kwasowo-ołowiowe, są droższe niż cylindry i są zanieczyszczeniami środowiska po wyczerpaniu zasobów. Baterie są ciężkie, a także silniki elektryczne. Co zwiększa zużycie energii przez maszynę.
To prawda, że \u200b\u200bgdy powietrze jest sprężane w sprężarkach stacji „stacji benzynowej”, nagrzewa się, a to ciepło bezużytecznie ogrzewa atmosferę. Jest to minus pod względem całkowitych kosztów i zużycia energii (tego samego paliwa kopalnego) do tankowania takich maszyn.
Niemniej jednak w wielu sytuacjach (w przypadku centrów megamiast) lepiej się z tym pogodzić, mając w zamian samochód z zerowym układem wydechowym za rozsądną cenę.
Pneumatic CityCAT Taxi i MiniCAT od Motor Development International (zdjęcie z mdi.lu).
Dlatego Di Pietro ma powody sądzić, że to on będzie w stanie sprowadzić samochody pracujące w powietrzu - na „wielką orbitę”.
Przypomnijmy, że pomysł wykorzystania sprężonego powietrza jako źródła energii w pojeździe jest bardzo stary.
Jeden z tych patentów został przyznany w Wielkiej Brytanii w 1799 r. I, jak pisze A.V. Moravsky w książce „The History of the Car”, pod koniec XIX wieku, dzięki stworzeniu niezawodnych cylindrów zaprojektowanych do wysokiego ciśnienia, takie maszyny zyskały pewną dystrybucję w Europie i USA - jako wewnętrzny transport technologiczny, a nawet jako miejski ciężarówki.
Jednak intensywność energetyczna sprężonego powietrza, nawet jeśli ciśnienie zostało podniesione do 300 atmosfer, była niska. Benzyna wyglądała na bardziej opłacalną, ale mało kto myślał o zanieczyszczeniu powietrza.
Kolejne sto lat trwało, zanim nowa generacja wynalazców ponownie wprowadziła samochody pneumatyczne na drogi.
W tej nowej fali „powietrznej” australijski inżynier nie był pierwszy. Powiedzmy, że już rozmawialiśmy o Francuzie Guy Negre.
Jego firma - Motor Development International, która zajmuje się opracowywaniem i promocją oryginalnego silnika powietrznego Negre i opartych na nim pojazdów - wciąż jest pełna nadziei, ale jak dotąd nic nie słyszano o produkcji seryjnej, chociaż wykonano wiele prototypów.
Zauważamy, że konstrukcja silnika (a tak naprawdę jest to silnik tłokowy) stale się zmienia. W szczególności należy zauważyć interesujący mechanizm łączenia tłoka i wału korbowego, który pozwala tłokowi zatrzymać się na chwilę w martwym punkcie, a następnie rozpaść się z przyspieszeniem - przy równomiernym obrocie wału wyjściowego.
Układ napędowy maszyn CAT (ilustracja z mdi.lu).
Ten „potknięcie” jest potrzebne, aby mieć czas na dostarczenie większej ilości powietrza do cylindra, a następnie pełne wykorzystanie jego rozszerzalności.
Nawiasem mówiąc, inny pomysł na dźwięk został zaproponowany przez Francuzów.
Samochody Negre można tankować nie tylko bezpośrednio ze stacji kompresorowej, ale także z gniazdka - jak samochody elektryczne.
W tym przypadku generator zamontowany na silniku pneumatycznym zamienia się w silnik elektryczny, a sam silnik pneumatyczny w sprężarkę.
Pierwszy na świecie samochód produkcyjny z silnikiem na sprężone powietrze został wydany przez indyjską firmę Tata, znaną na całym świecie z produkcji tanich pojazdów dla biednych ludzi.
Samochód Tata OneCAT waży 350 kg i może przejechać 130 km sprężonego powietrza do ciśnienia 300 atmosfer, przyspieszając do 100 kilometrów na godzinę. Ale takie wskaźniki są możliwe tylko przy możliwie pełnych zbiornikach. Im niższa gęstość powietrza w nich, tym niższy wskaźnik prędkości maksymalnej.
4 cylindry wykonane z włókna węglowego z powłoką Kevlar, każda o długości 2 metrów i średnicy ćwierć metra, znajdują się pod dnem i utrzymują 400 litrów sprężonego powietrza pod ciśnieniem 300 barów.
Wewnątrz wszystko jest bardzo proste:
Jest to jednak zrozumiałe, ponieważ samochód jest ustawiony głównie do użytku na taksówkach. Nawiasem mówiąc, pomysł nie jest nieciekawy - w przeciwieństwie do pojazdów elektrycznych z problematycznymi akumulatorami i niską wydajnością cyklu ładowania-rozładowania (od 50% do 70% w zależności od poziomu prądów ładowania i rozładowania), sprężanie powietrza, jego przechowywanie w cylindrze i późniejsze użycie są dość ekonomiczne i przyjazny dla środowiska.
Napełnianie Tata OneCAT powietrzem na stacji sprężania zajmuje od trzech do czterech minut. „Pompowanie” za pomocą minikompresora wbudowanego w maszynę, pracującego z gniazdka, trwa od trzech do czterech godzin. „Paliwo lotnicze” jest stosunkowo tanie: jeśli zamienisz je na ekwiwalent gazu, okaże się, że samochód wydaje około litra na 100 kilometrów.
W samochodzie pneumatycznym przeważnie nie ma przekładni - w końcu silnik pneumatyczny natychmiast daje maksymalny moment obrotowy - nawet podczas postoju. Silnik powietrzny praktycznie również nie wymaga zapobiegania, standardowy przebieg między dwiema inspekcjami technicznymi wynosi nie mniej niż 100 tysięcy kilometrów. I praktycznie nie potrzebuje oleju - litr „smaru” na 50 tysięcy kilometrów wystarcza na silnik (w zwykłym samochodzie potrzeba około 30 litrów oleju).
Sekret nowego samochodu polega na tym, że czterocylindrowy silnik o pojemności 700 sześcianów i wadze zaledwie 35 kilogramów działa na zasadzie mieszania sprężonego powietrza z powietrzem atmosferycznym z zewnątrz. Ta jednostka napędowa przypomina konwencjonalny silnik spalinowy, ale ma cylindry o różnych średnicach - dwa małe, napędzane i dwa duże, pracujące. Gdy silnik pracuje, powietrze zewnętrzne jest zasysane do małych cylindrów, sprężane tam przez tłoki i podgrzewane. Następnie jest wpychany do dwóch cylindrów roboczych i tam mieszany z zimnym sprężonym powietrzem pochodzącym ze zbiornika. W rezultacie mieszanina powietrza rozszerza się i napędza tłoki robocze, które są wałem korbowym silnika.
Ponieważ w silniku nie dochodzi do spalania, jego „gazy spalinowe” będą stanowić tylko czyste powietrze wywiewane.
Twórcy silnika powietrznego z MDI obliczyli całkowitą efektywność energetyczną w łańcuchu „rafineria ropy naftowej - samochód” dla trzech rodzajów napędu - benzyny, elektryczności i powietrza. Okazało się, że wydajność napędu pneumatycznego wynosi 20 procent, czyli ponad dwa razy więcej niż wydajność standardowego silnika benzynowego i półtora raza wyższa niż wydajność napędu elektrycznego. Ponadto sprężone powietrze może być bezpośrednio magazynowane do wykorzystania w przyszłości przy użyciu niestabilnych odnawialnych źródeł energii, takich jak generatory wiatrowe - wtedy wydajność jest jeszcze wyższa.
Gdy temperatura spadnie do –20 ° C, dopływ energii do siłownika pneumatycznego zmniejsza się o 10% bez żadnych innych szkodliwych skutków dla jego działania, a rezerwa energii akumulatorów elektrycznych zmniejszy się około 2 razy.
Nawiasem mówiąc, powietrze wywiewane z silnika pneumatycznego ma niską temperaturę i może być używane do chłodzenia wnętrza samochodu w gorącym sezonie, to znaczy, że klimatyzacja jest praktycznie bezpłatna, bez niepotrzebnych kosztów energii. Ale grzejnik, niestety, będzie musiał działać autonomicznie. Jest to jednak znacznie lepsze niż samochód elektryczny - który musi wydawać energię na ogrzewanie i chłodzenie.
Nawiasem mówiąc, cylindry z włókna szklanego są dość bezpieczne - po uszkodzeniu nie wybuchają, pojawiają się w nich tylko pęknięcia, przez które wydostaje się powietrze.
Wśród głównych obszarów badań inżynieryjnych, takich jak samochody elektryczne, samochody hybrydowe i samochody napędzane wodorem. Paliwo wodorowe i inne powszechnie dostępne technologie wytwarzania taniej energii są surowo zabronione przez światowych monopoli naftowych i przemysłowych. Postępu nie można jednak zatrzymać, dlatego niektóre przedsiębiorstwa i indywidualni entuzjaści nadal tworzą unikalne pojazdy.
Dzisiejszy temat rozmowy dotyczy w szczególności pojazdów pneumatycznych. Pneumatyczny samochód jest niejako kontynuacją tematu samochodu parowego, jednej z wielu gałęzi wykorzystywania silników działających z powodu różnicy ciśnień gazu. Nawiasem mówiąc, silnik parowy został wynaleziony na długo przed pojawieniem się pierwszego silnika parowego przez Jamesa Watta, ponad 2 tysiące lat temu, przez Herona z Aleksandrii. Idea Gerona została opracowana i wcielona w mały wózek przez belgijskiego Ferdynanda Verbista w 1668 r.
Historia powstania samochodu dostarcza nam nie tyle informacji o udanych i nieudanych próbach wynalazców zastosowania prostego i taniego mechanizmu jako silnika. Początkowo próbowano wykorzystać moc dużej sprężyny i siłę koła zamachowego. Mechanizmy te ugruntowały swoją pozycję w zabawkach dla dzieci. Ale ich użycie jako silnika pełnowymiarowego samochodu wydaje się niepoważne. Niemniej jednak takie próby są kontynuowane i wydaje się, że już w niedalekiej przyszłości niezwykłe samochody będą mogły śmiało konkurować z samochodami wyposażonymi w ICE.
Pomimo pozornej bezcelowości tej dziedziny pracy w transporcie drogowym, samochód pneumatyczny ma wiele zalet. Jest to niezwykle prosta i niezawodna konstrukcja, jej trwałość i niski koszt. Taki silnik jest cichy i nie zanieczyszcza powietrza. Najwyraźniej wszystko to przyciąga wielu zwolenników tego rodzaju transportu.
Pomysł wykorzystania sprężonego powietrza do napędzania mechanizmów i pojazdów narodził się dawno temu i został opatentowany w Wielkiej Brytanii w 1799 roku. Najwyraźniej zrodziła się z chęci uproszczenia silnika parowego w jak największym stopniu i uczynienia go wyjątkowo kompaktowym w użyciu w samochodzie. Praktyczne zastosowanie 
silnik powietrzny przeprowadzono w Ameryce w 1875 roku. Tam zbudowali kopalnie lokomotyw, które pracowały na sprężonym powietrzu. Pierwszy samochód osobowy z silnikiem powietrznym zademonstrowano po raz pierwszy w 1932 roku w Los Angeles.
Wraz z pojawieniem się silnika parowego wynalazcy próbowali zainstalować go na „samobieżnych wagonach”, ale obszerny i ciężki kocioł parowy nie nadawał się do tego rodzaju transportu.
Podjęto próby zastosowania silnika elektrycznego i akumulatorów w pojazdach z własnym napędem i osiągnięto pewien sukces, ale silnik spalinowy nie był wówczas konkurencyjny. W wyniku zaciętej rywalizacji między nim a silnikiem parowym silnik spalinowy nadal wygrywał. 
Pomimo wielu niedociągnięć silnik ten nadal dominuje w wielu dziedzinach życia ludzkiego, w tym we wszystkich rodzajach transportu. Wady naukowe silnika spalinowego i konieczność znalezienia godnego zamiennika są coraz częściej omawiane w kręgach naukowych i pisane w różnych popularnych publikacjach, ale wszelkie próby wprowadzenia nowych technologii do masowej produkcji są blokowane.
Inżynierowie i wynalazcy tworzą ciekawe i obiecujące silniki, które mogą całkowicie zastąpić ICE, ale światowi monopoliści naftowi i przemysłowi używają dźwigni nacisku, aby zapobiec odrzuceniu ICE i zastosowaniu nowych, alternatywnych źródeł energii. 
Niemniej jednak kontynuowane są próby stworzenia samochodu produkcyjnego bez silnika spalinowego lub z jego częściowym, wtórnym wykorzystaniem.
Indyjska firma Tata Motors przygotowuje się do uruchomienia masowej produkcji małego samochodu miejskiego Tata AIRPOD, którego silnik pracuje na sprężonym powietrzu.
Amerykanie przygotowują także sześciomiejscową CityCAT do masowej produkcji, 
działa na sprężonym powietrzu. O długości 4,1 m. i szerokość 1,82 m., samochód waży 850 kilogramów. Może osiągać prędkości do 56 km / hi pokonywać odległości do 60 kilometrów. Wskaźniki są bardzo skromne, ale całkiem akceptowalne dla miasta, biorąc pod uwagę liczne zalety samochodu i jego bardzo niski koszt. Jakie są te zalety?
Każdy, kto ma samochód lub jest związany z transportem samochodowym, doskonale wie, jak skomplikowany jest strukturalnie nowoczesny samochodowy silnik spalinowy. Oprócz tego, że sam silnik jest wystarczająco skomplikowany konstrukcyjnie, potrzebuje układu dozowania i wtrysku paliwa, układu zapłonowego, rozrusznika, układu chłodzenia, tłumika, mechanizmu sprzęgła, skrzyni biegów i złożonej przekładni.
Wszystko to sprawia, że \u200b\u200bsilnik jest drogi, zawodny, krótkotrwały i niepraktyczny. Nie wspominając o tym, że spaliny zatruwają powietrze i środowisko. 
Silnik pneumatyczny jest dokładnym przeciwieństwem silnika spalinowego. Jest niezwykle prosty, kompaktowy, cichy, niezawodny i trwały. W razie potrzeby można go umieścić nawet w kołach samochodu. Znaczącym minusem tego silnika, który nie pozwala na swobodne korzystanie z niego w pojazdach, jest ograniczony przebieg jednego tankowania.
Aby zwiększyć zasięg samochodu pneumatycznego, musisz zwiększyć objętość cylindrów powietrznych i zwiększyć ciśnienie powietrza w cylindrach. Zarówno to, jak i drugie ma poważne ograniczenia dotyczące wymiarów, ciężaru i trwałości cylindrów. Być może kiedyś problemy te zostaną rozwiązane, ale na razie stosowane są tak zwane hybrydowe schematy układów napędowych.
W szczególności proponuje się zastosowanie silnika spalinowego o niskiej mocy do samochodu pneumatycznego, który stale pompuje powietrze do cylindrów roboczych. Silnik pracuje w sposób ciągły, pompując powietrze do cylindrów, i wyłącza się dopiero, gdy ciśnienie w cylindrach osiągnie maksymalną wartość. To rozwiązanie może znacznie zmniejszyć przebieg gazu, emisję tlenku węgla do atmosfery i zwiększyć zasięg samochodu pneumatycznego. 
Taki obwód hybrydowy jest uniwersalny i jest z powodzeniem stosowany, także w pojazdach elektrycznych. Jedyną różnicą jest to, że zamiast cylindra ze sprężonym powietrzem stosuje się akumulator elektryczny, a zamiast silnika pneumatycznego silnik elektryczny. Niskonapięciowy ICE obraca generator elektryczny, który ładuje akumulatory, a te z kolei zasilają silniki elektryczne.
Istotą każdego schematu hybrydowego jest uzupełnienie energii zużywanej przez silnik spalinowy. Pozwala to na zastosowanie silnika o niższej mocy. Działa w najlepszym możliwym trybie i zużywa mniej paliwa, co oznacza, że \u200b\u200bemituje mniej toksycznych substancji. Samochód pneumatyczny lub elektryczny ma możliwość zwiększenia przebiegu, ponieważ zużyta energia jest częściowo uzupełniana, bezpośrednio podczas ruchu. 
Podczas częstych postojów na światłach, podczas wybiegania i schodzenia ze zboczy silnik trakcyjny nie zużywa energii i następuje ładowanie netto cylindrów lub akumulatorów. Podczas parkowania długoterminowego lepiej jest uzupełnić energię ze standardowej stacji benzynowej.
Wyobraź sobie, że przyjechałeś do pracy, samochód jest zaparkowany, a silnik kontynuuje pracę, uzupełniając rezerwy energii w cylindrach. Czy to zniweczy wszystkie zalety samochodu hybrydowego? Czy to możliwe, że oszczędność benzyny nie jest tak znaczna, jak byśmy tego chcieli?
W czasach mojej dalekiej młodości myślałem także o silniku powietrznym do prowizorycznego samochodu. Jedynie kierunek moich poszukiwań miał charakter chemiczny. Chciałem znaleźć substancję, która reagowałaby gwałtownie z wodą lub inną substancją, emitując gazy. Wtedy nie mogłem znaleźć niczego odpowiedniego i pomysł został porzucony na zawsze.
Ale pojawił się inny pomysł - dlaczego nie zastosować próżni zamiast wysokiego ciśnienia powietrza? Jeśli pojemnik ze sprężonym powietrzem ulegnie uszkodzeniu lub ciśnienie powietrza przekroczy dopuszczalne, wówczas jest to obarczone jego natychmiastowym zniszczeniem, jak eksplozja. Cylinder próżniowy nie zagraża temu; można go po prostu spłaszczyć pod wpływem ciśnienia atmosferycznego.
Aby uzyskać wysokie ciśnienie w cylindrze, około 300 barów, potrzebujesz specjalnej sprężarki. Aby uzyskać próżnię w cylindrze, wystarczy wpuścić część zwykłej pary wodnej. Schłodzona para zamieni się w wodę, po zmniejszeniu objętości o 1600 razy i ... cel został osiągnięty, uzyskano częściową próżnię. Dlaczego częściowy? Tak, ponieważ nie każdy cylinder może wytrzymać głęboką próżnię. 
Wtedy wszystko jest proste. Aby samochód mógł jechać na jednym cylindrze tak daleko, jak to możliwe, konieczne jest dostarczenie pary zamiast powietrza do silnika pneumatycznego. Po zakończeniu pracy para przechodzi przez układ chłodzenia, gdzie ochładza się i zamienia w wodę, wchodzi do cylindra próżniowego. Oznacza to, że jeśli para przepłynie przez silnik, powiedzmy 1600 cm3, wtedy tylko 1 cm3 wody dostanie się do cylindra. Tak więc tylko niewielka ilość wody dostaje się do cylindra próżniowego, a jego czas trwania wielokrotnie wzrasta.
Wróćmy jednak do naszych pojazdów pneumatycznych. Indyjska firma Tata Motors zamierza masowo produkować kompaktowy samochód miejski na sprężone powietrze. Firma twierdzi, że ich samochód pneumatyczny może przyspieszyć do 70 km / hi pokonać nawet 200 kilometrów od jednej stacji benzynowej.
Z kolei Amerykanie przygotowują się również do seryjnej produkcji sześciomiejscowego pneumatycznego samochodu CityCAT. Deklarowane właściwości oznaczają, że samochód może przyspieszyć do 80 km / h, a zasięg wyniesie 130 km. Kolejny pneumatyczny samochód amerykańskiej firmy MDI, mały potrójny MiniCAT, również ma zostać wprowadzony na rynek w serii.
Wiele firm zainteresowało się samochodami pneumatycznymi. Australia, Francja, Meksyk i wiele innych krajów są również gotowe do rozpoczęcia produkcji tego niezwykłego, ale zachęcającego środka transportu. Silnik spalinowy nadal będzie musiał opuścić arenę i ustąpić miejsca innemu silnikowi, prostszemu i bardziej niezawodnemu. Kiedy tak się dzieje, trudno powiedzieć, ale na pewno tak się stanie. Postęp nie może stać w miejscu.