Автомобили и гибриды-2

В 1997 году - сначала на японский, а затем на североамериканский рынок "въехал" первый серийный легковой автомобиль с комбинированной силовой установкой, то есть - "гибридный" автомобиль 1-го поколения, "Toyota Prius". Спустя два года появилась аналогичная машина, - экономичная "Honda Insight", с комбинированной энергетической установкой. Оба варианта наиболее оптимально подходят для езды в экологически неблагополучных городах. В ближайшее время ожидается рост цен на газ. Однако, не исключено, что с созданием нового типа автомобильных двигателей рост цен на нефть прекратится, а может, даже упадет, уступив пальму первенства газу. Ведь страшно подумать о величине времени, помноженного на месяцы и количество автомобилей, помноженного на количество выхлопных газов, выброшенных в пробках, - в воздух южной столицы. Годы, тонны недогоревшего топлива, газов, и все цифры - со многими нулями! Картина удручающая. Вот почему проблема "глобального потепления" тревожит сегодня не только умы ученых, она касается всех и каждого. "Парниковый эффект" - не более, чем суммарная составляющая из выработанных газов, в том числе, и выхлопных. Более того, смог состоит не только из углекислого газа, так, например, в атмосферу южной столицы ежегодно попадает почти 200 тонн химических соединений (и это уже устаревшие данные, 80-х годов, ученые не выдают более свежую информацию). Выхлопные газы создают сильную загазованность: энная часть топлива не успевает "досжигаться", а затем улетучивается, загрязняя воздух. Тем временем, процесс внедрения "катализаторов-оптимизаторов" - на неизвестной стадии... Страны, соблюдающие "Киотский протокол", ограничили промышленные выбросы в атмосферу, но этого не достаточно. Во-первых, не все страны подписали "протокол" (те же США его не соблюдают), во-вторых, давно необходимо пересмотреть существующие стандарты требований экологической безопасности, предъявляемых к владельцам автомобилей. Существуют евростандарты - их соблюдают в Европе, но не в мире. Загазованность атмосферы сильно вредит здоровью населения, неуклонно растет уровень онкологических заболеваний, особенно в мегаполисах, что не может не вызывать тревогу, и требует новой программы работы в экологии. Исследовательские работы по созданию более рациональных, более дешевых и более практичных топливных элементов ведутся полным ходом! Как известно, проблемы настоящих электромобилей связаны с созданием для них аккумулирующих устройств, позволяющих на одной зарядке-заправке проехать необходимое, достаточное расстояние. Еще одна сторона проблемы - скорость этой самой заправки-зарядки, либо - возможность замены батареи, а также ее габариты и масса. Пока не найден оптимальный вариант, возможно, решение проблемы совсем на другой планете, где в огромных количествах - "источники нео-энергии". Альтернатива Запасы нефти, газа, угля на Земле все-таки ограничены - ресурсы не безразмерны. Существует масса вариантов, предлагающих возможности отказа от привычных энергоносителей, являющихся производным продуктом обычной нефтеперегонки. Одним из таких является создание энергетической установки с использованием электрохимических генераторов, работающих на топливных элементах, где уже обычным энергоносителем стал газообразный водород. В этих элементах водород преобразуется в электрический ток, как источник энергии для электродвигателя, движущего ведущие колеса нестандартного автомобиля. Первый экспериментальный электромобиль с литийхлорным топливным элементом "GM Electrovan" был представлен публике фирмой "Union Carbid" 28.10.1966 года. Этот электромобиль мог развивать скорость до 105 км/час, проехать без дозаправки - до 200 км. С практической точки зрения, "Electrovan" вряд ли годился для обычных поездок (рекламно-демонстрационные - исключение), ведь ресурс его силовой установки был около 1000 часов, не более. На водороде Первым электрическим "водородомобилем", пригодным уже и для практического применения, а не только для демонстрации достижений в области технической мысли, стал автомобиль на топливных элементах "NECar" ("New Electric Car"), созданный в 1994 году компанией "Daimler - Chrysler". Первый "водородомобиль" "NECar" был оснащен весьма солидной 800-килограммовой силовой установкой мощностью 50 кВт, что не мешало ему без проблем передвигаться по дорогам. Однако, как и десять лет назад, инженеры вновь заняты, уже более совершенными (с сегодняшней точки зрения, завтра и это станет вчерашним) моделями "NECar" - с индексами "4а" и "5", построенными на базе минивэна "Mercedes-Benz" А-класса. Надо сказать, что топливные элементы этого варианта спрятаны "в подполье", то есть, буквально под ногами пассажиров. Багажный отсек версии "4а" - занимает сверхпрочный баллон, но есть два места - для багажа. Скорость движения этой модели 140 км/час, запас хода - 450 км. Модель "NECar" с индексом "5" несколько отличается: баллонов с водородом нет, так как метанол заливают в штатный бак, и он практически на борту автомобиля "вырабатывает" взрывоопасный газ. Максимальную скорость этот автомобиль может развить до 150 км/час, а запас хода - 400 км, на 50 км меньше, чем у модели "4а". Мощность энергоустановки - 75 кВт. Японские варианты Разумеется, японские компании также неуклонно работают в этом направлении. Так, первая, подобного типа, экспериментальная "Honda FCX" появилась лишь в 1999 году. Она вмещала лишь двух пассажиров. Запас же водорода у этой модели хранился в гидридном накопителе. Конструкторы модернизировали автомобиль неоднократно, что дало возможность третьему поколению "FCX" в начале XXI века, в 2001-м году, разместить баллоны со сжатым водородом (емкостью 100 л) под давлением 25 МПа как у прочих аналогичных моделей - под полом багажника, где основную часть - занимает конденсатор. FCX" третьего поколения на одной заправке - способна проехать 180 км (доехать на работу, вечером - обратно домой). Однако, пятое поколение "FCX" "уехало" еще дальше: с баллоном в 156 л водорода, с модифицированным электродвигателем при 60 кВт была достигнута более оперативная разгонная динамика, запас хода достиг 355 км, объем багажника - более 100 л. После пятого - последовало шестое поколение, специалисты компании "Honda" разработали новые топливные элементы (2003 г.), способные работать на 10 % эффективнее, благодаря новым мембранам и возможности работать при более высокой температуре (раньше было +80 С), - порядка + 95 С, и более низкой - до - 20 С. Кроме того, время прогрева сократилось на 20 %. Показательно, что с тем же, прежним количеством водорода машина проходит без дозаправки уже 395 км. Однако водород, в отличие от бензина, при хранении создает целый ряд неудобств. Сверхлегкий газ способен сжижаться только при температуре - 253 С, в настоящее время его принято "сжимать", потому что при обычной температуре в даже 50-литровом баллоне, даже под давлением 25 МПа водорода вмещается чуть больше 1 кг! Поэтому многие эксперты полагают, что прежние методы использования металлогидридов и применение жидкого водорода вряд ли станут в ближайшее время популярными. "Гибриды" - для пробок Если смотреть на крупные города мира с высоты птичьего полета, то скопления автомобилей на дорогах в часы "пик" похожи на полчища муравьев, медленно ползущих по тропе, в порядке очереди, что не дает возможности "разогнаться" и помчаться на всей полной скорости, на какую способны их "лошадиные силы". Однако, "газуя", простаивая в бесконечных очередях, где порой удается "перемещаться" со скоростью 0,5 м/сек, автомобилисты в своих автомобилях, увы, не совсем рационально "отрабатывают" то топливо, которое впустую "уходит" в атмосферу, самым печальным образом коптя и без того прокопченное смогом небо. В результате, если пересчитать, то получается следующее: во-первых, весомый "перерасход" топлива, во-вторых, загрязнение воздуха, в-третьих, как результат загрязнения воздуха, плохая экология, несущая заболевания, смертность и т.д., и, в-четвертых, потеря "часов". Если все потерянные часы умножить на дни, а эту цифру - на годы, а затем полученное значение - на количество автомобилистов, то получается весьма внушительная цифра! Время - деньги, из чего следует, что потерянное время - потерянные деньги, причем не только самих автовладельцев. Первопричина банальна - она в конструкции машины, в схеме работы самого ДВС. Поэтому в мире весьма актуальны проблемы создания более "умных автомобилей", и, надо сказать, каждый уважающий себя инженер-автомобилист, впрочем, и не только автомобилист, считает святым долгом хоть как-то свою машину "доработать", "выдрессировать", "рационализировать", "довести до ума". Однако, умельцев с золотыми руками не так уж и много, а массовый выпуск авто время от времени нуждается в корректировке по части технических усовершенствований. Именно благодаря этому и движется прогресс вообще. Поэтому и потребителю следует более внимательно относиться к новинкам инженерной мысли, особенно, что касается автомобильных заводов, где запланирован выпуск огромного числа автомобилей той или иной модели. Надежная, зарекомендовавшая себя модель автомобиля, безусловно, хороша однако вряд ли следует "комплексовать" по поводу новых типов автомобилей. Ведь для тех городов, где смог угрожающе сконцентрирован в ядовитом процентном содержании, весьма важно оставить "альтернативное авто", как "форточку", продавая их по более низким ценам. Несомненно, всегда нашлись бы желающие приобрести такое экологически безопасное авто, как бы оно там уж ни называлось, пусть и "гибридное". Но в Казахстане пока нет хотя бы экспериментальной линии для выпуска таких автомобилей, созданных исключительно для (и - в духе) XXI века! Есть категория более дешевых автомобилей из классов "ноу-хау", они не столь дорогостоящие, как чистые "электромобили", или как автомобили на топливных элементах. Речь идет о более новых, комбинированных силовых установках, так называемых "гибридах", где совмещается сочетание ДВС и электромотора, что позволяет значительно снизить расход топлива и, кроме того, уменьшить токсичность отработанных газов. При торможении режим работы автомобиля, как известно, несколько иной. Поэтому очень ценно, что работа электромотора в режиме генератора (при торможении) позволяет использовать часть рассеиваемой в атмосферу энергии и "закачивать" ее … обратно в аккумуляторную батарею. Если возникает необходимость в интенсивном разгоне, электромотор помогает обычному ДВС, улучшая динамику машины. Разумеется, это сложная система, с множеством взаимосвязей, управляемых электроникой. Для инженеров создание такой конструкции считается дорогостоящей технической и технологической задачей. Но именно она выгодна, с точки зрения полноты сгорания топлива, что и позволяет улучшать экологические показатели, а также экономичность. В 2004-м году уже новая "Toyota Prius" (второго поколения) - демонстрирует более мощную, модернизированную силовую установку "THS" - второго поколения с бензиновым 1,5-литровым двигателем - в 57 кВт, в 77 лошадиных сил, с соосным с ним электромотором в 50 кВт (68 л.с.), бесступенчатой передачей (механической) "ECVT Electroshiftmatic", с электронным управлением и никельметаллогидридной батареей. Как справедливо полагают эксперты, на новой "Prius II" электрический двигатель играет главную роль. Автомобиль способен двигаться на электротяге даже при достаточно динамичном разгоне. Однако, и при средних скоростях движения, а также на некоторых режимах, когда двигатель внутреннего сгорания работает уже в неоптимальных скоростных нагрузочных режимах, электромотор также берет на себя основную нагрузку. Что важно: бензиновый двигатель вступает в работу лишь тогда, когда для реализации задаваемых (в процессе езды) водителем режимов движения - мощности электродвигателя становится уже недостаточно. Таким образом, при совместной работе двух моторов, их суммарная мощность может достигать 108 л.с., что дает возможность снизить время разгона машины при старте с места - до 100 км/час, - до быстрых секунд - 10,9 сек. На панели приборов есть кнопка "EV" ("Electric Vehicle"), это уже международный "термин", означающий "электрический автомобиль"; когда водитель нажимает эту кнопку, он задает режим работы, при котором ДВС вообще не включается. P.S. Невзирая на определенные достижения в области экспериментов современного автомобилестроения, идея автомобиля с топливными элементами, как это обычно и бывает, обрела и сторонников, и пессимистически настроенных противников. Аргументы сторонников: никаких выхлопов, никакого шума, никакого прямого расхода ископаемых ресурсов. Однако, нельзя отрицать и того, что: стоимость, как, впрочем, и эксплуатация электрического "водородомобиля", все расходы на него, значительно, в несколько раз выше, чем расходы на традиционный автомобиль. Но это не означает, что работы исследователей во всем мире в данном направлении вдруг прекратятся. Однако, перспективы создания оптимальной по цене (и другим показателям) установки на топливных элементах, пока далеки от идеальных. Безусловно, вполне очевидна и дороговизна получения газообразного водорода, экономическая эффективность от применения этого топлива возможна в том случае, если цены на нефть (и топливо) вдруг возрастут многократно, при параллельном установлении довольно жестких нормативов токсичности отработанных газов. Параллельно ведутся перспективные работы и по усовершенствованию гибридов. Продолжение следует Изображение с сайта http://steer.ru