Швидке поширення бензиново-електричного гібридного приводу призвело до того, що зараз його вважають, чи не єдиною кандидатурою автомобілям, спорядженим єдиним бензиновим двигуном. Усі сучасні серійні гібридні автовживають такі силові установкиу поєднанні з електронними моторами, енергія для яких генерується методом рекуперації енергії гальмування. Результатом такої практики є значуща економія пального та мінімізація шкідливого на навколишнє середовище. Платою за ці позитивні сторониє значне підвищення собівартості виробництва автомобілів із гібридними силовими установками.

Машина на стиснутому повітрі.

Такий стан речей призвело до того, що багато компаній приступили до пошуку альтернатив вже зробленим гібридним установкам, більш прибутковим і з точки зору експлуатації, і з точки зору виробництва. Одним з рішень, що здається цілком вдалим і дієвим, було знайдено використання автомобілів на стислому повітрі (треба побачити, що трамвай, що працює на стиснутому повітрі, з'явився ще наприкінці ХІХ століття).

Механізм роботи таких установок полягає в тому, що рекуперовану енергію гальмування передбачається акумулювати над електронну, а механічну. Акумуляторні батареїпропонується замінити ємностями для зберігання стисненого повітря, а електронні двигуни - компресорними установками.

Втім, енергії одного тільки стисненого повітря для руху автомобіля вистачило б не на довго. Сучасні автона стиснутому повітрі є такими у чистій формі. За своєю сутністю - це ті ж модифікації, основною частиною яких як і раніше є двигуни внутрішнього згоряння. Але великою їх перевагою є факт, що крім бензинових силових установок, вони не вимагають обладнання додатковими двигунами (як, наприклад, бензиново-електричні, де потрібний електродвигун). Автомобілі на повітрі, який стиснутий енергією гальмування, працюють на тих же, відомих вже другу сотню років, двигунах внутрішнього згоряння. Ось тільки значно покращеними.

Удосконалення, а точніше модифікація ДВЗполягає в тому, що всі встановлені в їх циліндри, на пальному працюють тільки при необхідності досить великої потужності(Дуже утрироване, але досить точно описує сутність опис). В решту часу в циліндри подається компресійно стиснене повітря, яке й постачає енергію, що змушує крутитися маховик.

Робота механізму подачі стисненого повітря.

Якщо ретельніше описувати роботу автомобілів на стислому повітрі, то зручніше асоціювати його роботу зі звичайним бензиновим двигуном. Отже, стандартний ДВС має у своєму робочому циклі чотири такти, які у кожному циліндрі:

• Впуск.
• Стиснення.
• Робоча хода.
• Викид.

У пневматичних моторах такти розподілені між парами циліндрів (компресійних і головних). У компресійному відбувається впуск та подальше стиснення повітря. Здебільшого ж, відповідно, робочий хід та випуск відпрацьованих газів. Стиснене повітря з компресійного циліндра надходить у головний. Для цього влаштовані спеціальні перепускні клапанита система клапанів.

Найцікавіше в роботі такого двигуна, що робочий хід у ньому може здійснюватися за рахунок енергії двох видів: згоряння пального та розширення стисненого раніше повітря.

Більш важливо також і те, що два види енергії, що споживається двигуном на стислому повітрі і паливі, не призводить до множення на два числа циліндрів, як могло б здатися спочатку. По суті, робочий хід в основному циліндрі відповідає кожному обороту валу (так само як і в двотактному моторі), а не кожному другому обороту, що є відмінною рисоючотиритактного двигуна.

Слід зазначити, що такий механізм роботи пневматичних двигунів був придуманий інженером-випробувачем Формули-1 Гаєм Негре. Заснована ним компанія MDI навіть запустила в серію кілька видів автомобілів зі схожими гібридними силовими установками. Але в компанії не гальмували на досягнутому, і на Наразізапущений у серію та випускається автомобіль OneCat, Де двигун Негрі працює тільки на стиснутому повітрі.

Крім того, такий принцип використання енергії стисненого повітря для приведення в рух автомобіля є хоч і самим «розкрученим», але далеко не єдиним. Ще наприкінці 80-х років інженер волзького автомобільного заводу Микола Пустинський винайшов і зібрав пневмодвигун, на дев'яносто 5 відсотків схожий з бензиновим двигуном, але працюючий тільки на стислому повітрі. У автомобільній промисловості винахід Пустинського застосування так і не знайшло, але воно було використане для створення силових установок до автомобілів, що перевозять вантажі в цехах заводів.

Двигун ДіП'єтро.

Але найпрекраснішим за оригінальністю рішення та ефективності залишається двигун австралійського винахідника Анджело ДіП'єтро, розроблений ним у 70-х роках двадцятого століття. Принципно нова конструкція двигуна ДіП'єтро не передбачає присутності в ньому циліндрів і поршнів у них взагалі. В спеціальному корпусі пристрою крутиться кільце, що спирається на спеціальні, закріплені на валу ролики. По колу кільця розміщені спеціальні камери, здатні змінювати свій об'єм під впливом стисненого повітря і, тим самим, крутити ротор, що передає рух на колеса.

Двигун ДіП'єтро легкий і конструктивно простий, тому їм можна оснащувати авто на стиснутому під певним тиском повітрі. Найефективніше встановлювати окремо такі силові установки на кожне колесо автомобіля. Крім того, двигун австралійського винахідника має здатність видавати максимальний крутний момент навіть на самих низьких оборотах, Що практично автоматично дозволяє створювати автомобілі на стислому в спеціальних ємностях повітрі, не споряджені коробкою.

У цих автомобілях немає ні баків із паливом, ні акумуляторів, ні сонячних батарей. Не потрібні цим машинам водень, дизпаливо, бензин. Надійність? Та тут майже нема чому ламатися. Але хто сьогодні вірить у ідеальне рішення?

Перший в Австралії автомобіль на стислому повітрі, що надійшов у реальну комерційну експлуатацію, нещодавно розпочав свої обов'язки в Мельбурні.

Апарат побудований австралійською фірмою Engineair інженера Анджело Ді Пьєтро (Angelo Di Pietro).

Головною проблемою, над якою задумався винахідник, було зниження маси двигуна за збереження високої потужності та повноти використання енергії стисненого повітря.

Тут немає жодних циліндрів і поршнів, немає трикутного ротора, як у двигуна Ванкеля, або турбінного колеса з лопатками.

Натомість у корпусі мотора обертається кільце. Зсередини воно спирається на два ролики, ексцентрично встановлені на валу.

Двигун австралійського італійця Ді П'єтро у розрізі (фото із сайту gizmo.com.au).

6 окремих змінних обсягів у цій розширювальній машинівідсікають рухомі напівкруглі пелюстки, встановлені у розрізах корпусу.

Є ще система розподілу повітря камерами. Ось майже все.

До речі, двигун Ді П'єтро видає максимальний момент, що крутить, відразу - навіть у нерухомому стані і розкручується до цілком пристойних оборотів, так що особливої ​​трансмісії зі змінним передатним числом йому не потрібно.

Так можна влаштувати привід легкового автомобіля за системою Ді П'єтро. Два роторні пневмодвигуни, по одному на колесо. І жодної трансмісії (ілюстрація із сайту gizmo.com.au).

Ну, а простота конструкції, малі розміри та низька її вага – це ще один плюс у скарбничку всієї ідеї.

Що зрештою? Ось, наприклад, пневмокар від Engineair, який проходить випробування на складі одного з продуктових магазинів австралійської столиці.

Вантажопідйомність цього візка – 500 кілограмів. Об'єм балонів з повітрям – 105 літрів. Пробіг на одній заправці – 16 кілометрів. При цьому заправка триває кілька хвилин. У той час як зарядка аналогічного електромобіля від мережі зайняла б годинник.

Дивний зв'язок поршня і колінвала у французькому пневмодвигуні дозволяє поршню зупинятися в мертвою точкоюза збереження рівномірного обертання вихідного валу двигуна (ілюстрація із сайту mdi.lu).

Логічно уявити, як подібну установку більшої потужностіможна змонтувати на невеликому легковому автомобілі, призначений для руху головним чином у межах міста.

Тут треба згадати важливу перевагу пневмомобілів перед електромобілями, яких також пророкують на роль перспективного засобу пересування в місті, що дбає про чистоту повітря.

Акумулятори, навіть прості свинцево-кислотні — дорожчі за балони і є забруднювачами довкілляпісля вироблення ресурсу. Акумулятори важкі, та й електродвигуни теж. Що підвищує витрати енергії машини.

Правда, при стисканні повітря в компресорах станції «пневмозаправки» він нагрівається, і це тепло без толку гріє атмосферу. Це мінус у плані загальних витрат та витрати енергії (того ж викопного палива) на заправку подібних машин.

Але все ж у багатьох ситуаціях (для центрів мегаполісів) краще примиритися з цим, отримавши натомість автомобіль із нульовим вихлопом за помірною ціною.

Пневматичні CityCAT's Taxi та MiniCAT's від Motor Development International (фото із сайту mdi.lu).

Отже, Ді П'єтро має підстави вважати, що саме йому вдасться вивести автомобілі, які працюють на повітрі — на «велику орбіту».

Нагадаємо, ідея використовувати стиснене повітря як енергоносій на транспортному засобі — дуже стара.

Один з таких патентів був виданий у Великій Британії в 1799 році. І, як повідомляє А. В. Моравський у книзі «Історія автомобіля», наприкінці XIX століття, зі створенням надійних балонів, розрахованих на високий тиск, такі машини набули певного поширення в Європі та США — як внутрішньозаводський технологічний транспорт і навіть як міські. вантажівки.

Однак енергоємність стисненого повітря, навіть якщо тиск доводили до 300 атмосфер, була низькою. Бензин виглядав набагато вигідніше, а про забруднення повітря навряд чи хтось тоді думав.

Потрібно було ще сто років, щоб нове покоління винахідників знову вивело пневмомобілі на дороги.

У цій новій «повітряній» хвилі австралійський інженер був першим. Скажімо, ми вже розповідали про француза Гі Негре (Guy Negre).

Його компанія — Motor Development International, зайнята розробкою та просуванням оригінального пневмодвигуна Негре та автомобілів на його основі — як і раніше сповнена райдужних надій, але про серійне виробництво поки нічого не чути, хоча досвідчених зразків зроблено чимало.

Конструкція його двигуна (а, по суті, це поршневий мотор), зауважимо, постійно зазнає змін. Зокрема, треба відзначити цікавий механізм зв'язку поршня і коленвала, що дозволяє поршню на якийсь час зупинятися в мертвій точці і потім з прискоренням зриватися вниз - при рівномірному обертанні вихідного валу.

Силовий агрегат машин CAT's (ілюстрація із сайту mdi.lu).

Ця «запинка» потрібна, щоб встигнути подати в циліндр більше повітря, а потім повніше використовувати його розширення.

До речі, ще одну здорову ідею запропоновано французами.

Автомобільники Негре можуть заправлятися не тільки безпосередньо від компресорної станції, але й від розетки як електромобілі.

При цьому генератор, встановлений на пневмодвигуні, перетворюється на електромотор, а сам пневмодвигун - на компресор.

Однією з найважливіших проблем сучасності є проблема забруднення довкілля. Щодня людство викидає в атмосферу величезну кількість вуглекислого газу. Кожна машина, що працює на двигуні внутрішнього згоряння, шкодить нашій планеті та робить екологічну ситуацію ще гіршою. На жаль, це не все. Енергетична проблема стоїть не менш гостро, адже запаси нафти не нескінченні, ціни на бензин все зростають, і немає причин для їхнього зменшення. У пошуках альтернативних джерел паливо було винайдено безліч проектів, але вони або занадто дорогі, або малоефективні. Хоча один із них виглядає дуже обіцяючим. Судячи з нього, можливо, новим паливом майбутнього стане повітря!

Звучить фантастично, чи не так? Хіба це можливо, щоби автомобіль їздив на повітрі? Звісно, ​​це можливо. Але це повітря не в такому вигляді, в якому ми їм дихаємо зараз – щоб рухати автомобіль, потрібне стиснене повітря. Стиснутий і перебуває під високим тиском, повітря рухає поршні двигуна, і автомобіль рухається! Після того, як він відпрацював у двигуні, повітря повертається в атмосферу абсолютно чистим. Бака достатньо на 200 кілометрів шляху, і швидкість теж дуже вражає – до 110 кілометрів на годину!

(Як не дивно, автомобільні двигунина стиснутому повітрі мають дуже давню історію. Вперше ця технологія була застосована ще у вісімдесятих роках дев'ятнадцятого століття, коли Луї Мекарські запатентував свій винахід, який отримав назву «пневматичний трамвай».

Цей автомобіль не тільки повністю екологічний, він також суттєво заощадить гроші свого власника! Одна повна заправка стисненим повітрям коштуватиме півтора євро, і за лічені хвилини автомобіль буде знову готовий до подорожей. Півтора євро практично рівні за ціною двом літрам бензину. Порахуйте, скільки проїде ваша машина на двох літрах - напевно, цифра буде куди менше ніж 200 кілометрів. Адже після невеликих і нескладних підрахунків, щоденне заправлення автомобіля стисненим повітрям обійдеться як мінімум у 10 разів дешевше!

Винахідник цього цікавого концепту, Невтомний француз Гі Негр (Guy Negre), колишній інженер «Формули 1», працював над своїм проектом більше десяти років. Оригінальна схема двигуна, схожа на звичайний ДВС, дозволяла рухати автомобіль за рахунок стисненого повітря, що зберігається в балонах. Ідея була запозичена Негром саме з конструкції гоночних болідів, у яких для розгону використовується турбіна, що живиться стисненим повітрям зі спеціального балона.

Почав Гі Негр із оригінальної концепції гібридного автомобіля, який на малих оборотах рухався б за рахунок повітря, а на великих – запускав звичайний двигунвнутрішнього згоряння. Цей автомобіль був розроблений у середині 90-х, проте винахідник вирішив піти ще далі. Результатом 10 років напруженої роботи стало кілька моделей, що їздили виключно на стиснутому повітрі.

В основі повітряного автомобіля Гі Негра лежить мотор, по конструкції дуже схожий на стандартний ДВС. У двигуні два робочі і два допоміжні циліндри. Тепле повітря засмоктується прямо з атмосфери та додатково підігрівається. Потім він потрапляє до камери, де змішується з охолодженим до -100 градусів Цельсія стисненим повітрям. Повітря швидко розігрівається, різко збільшується в обсязі і штовхає поршень головного циліндра, який рухає колінчастий вал.

Перші прототипи чисто повітряного автомобіля, створеного французами з фірми Гі Негра Motor Development International (MDI), були продемонстровані на початку 2000-х, а зараз, нарешті, дійшло до масштабного впровадження цієї чудової розробки. Компанія Tata Motors, найбільший виробникавтомобілів в Індії, домовилася з MDI про запуск ліцензійного виробництва невеликого тримісного екомобіля, що працює на стиснутому повітрі.

Модель MiniC.A.T оснащена балоном із вуглеволокна, що вміщує 90 куб. м. стисненого повітря. На одній заправці повітрям машина здатна проїхати від 200 до 300 км, з максимальною швидкістю 110 км/год. За допомогою компресорів, встановлених на АЗС, її можна буде заправити за 2-3 хвилини, сплативши при цьому 1,5 євро. Можливий і альтернативний варіантзаправки за допомогою вбудованого компресора, що підключається до звичайної мережі змінного струму. Щоб повністю заповнити "бак", йому знадобиться 3-4 години.

Незважаючи на те, що електрика виробляється в основному за рахунок спалювання викопної сировини, повітряний екомобіль виявляється набагато ефективнішим за автомобілі з ДВЗ. По ККД він перевершує звичайні автомобіліу 2 рази, а електромобілі – у 1,5. Крім того, його відрізняє повна відсутність шкідливих вихлопів, а також крайня невибагливість в обслуговуванні: завдяки відсутності камери згоряння масло в двигуні можна міняти не частіше ніж через кожні 50 тис. км пробігу.

Екомобіль MiniC.A.T випускатиметься у чотирьох модифікаціях. Вони включають тримісну легкову модель, п'ятимісне таксі, міні-вен та легкий вантажний пікап. Автомобілі будуть продаватися за ціною близько 5 500 фунтів (приблизно 11000 доларів), що досить доступно. У планах компанії Tata - щорічне виробництво не менше 3 тисяч "повітряних автомобілів".

Продавати їх планують у Європі та Індії, але якщо проект набуде популярності, можливо і по всьому світу.

Почин індійців підтримала американська компанія Zero Pollution Motors, яка оголосила про швидке виведення на американський ринок автомобілів, що працюють на стиснутому повітрі та побудовані за технологією Гая Негре.

Zero Pollution Motors планує виробляти автомобілі CityCAT з варіантом двигуна (6-циліндровий, 75-сильний Dual-Energy), що дозволяє працювати у двох режимах: просто на стиснутому повітрі, або зі споживанням невеликої кількості палива для підвищення температури повітря в балонах та відповідно потужності. У такому режимі автомобіль споживає близько 2.2 літрів бензину на 100 кілометрів поза містом.

CityCAT – шестимісний автомобіль з містким багажником. Кузов складається із склопластикових панелей, що кріпляться до алюмінієвого каркаса. Автомобіль зможе проїжджати у місті 60 кілометрів на одному запасі повітря, а за містом при невеликій витраті бензину – 1360 кілометрів. Швидкість авто при роботі лише на стисненому повітрі – 56 км/год, при використанні бензину – 155 км/год.

Орієнтовна вартість авто – 17.8 тисяч доларів. Перша партія має надійти на ринок у 2010 році.

Сподіватимемося, що це останній крок у розвиток екологічно чистих способів пересування.

Втім, відгуки про "повітромобілі" у ЗМІ із захоплених поступово перетворилися на скептичні. Про них – нижче.

2000 року численні ЗМІ, зокрема ВПС, пророкували, що на початку 2002 року почнеться масове виробництвоавтомобілів, які використовують повітря замість палива.

Приводом для такої сміливої ​​заяви стала презентація автомобіля під назвою e.Volution на виставці Auto Africa Expo2000, що відбулася в Йоганнесбурзі.

Здивованій громадськості повідомили, що e.Volution може без дозаправки проїхати близько 200 кілометрів, розвиваючи швидкість до 130 км/год. Або ж протягом 10 годин з середньою швидкістю 80 км/година. Було заявлено, що вартість такої поїздки коштуватиме власнику e.Volution 30 центів. При цьому важить машина лише 700 кг, а двигун – 35 кг.

Революційну новинку представила французька фірма MDI (Motor Development International), яка оголосила про намір почати серійний випуск автомобілів, обладнаних двигуном на стиснутому повітрі.

Винахідником двигуна є французький інженер-моторобудівник Гай Негр (Guy Negre), відомий як розробник пускових пристроїв для болідів «Формули 1» та авіаційних двигунів.

Негр заявив, що йому вдалося створити двигун, який працює виключно на стиснутому повітрі без будь-яких домішок традиційного палива. Своє дітище француз назвав Zero Pollution, що означає нульовий викид шкідливих речовин в атмосферу.

Девізом Zero Pollution стало "Простий, економічний і чистий", тобто упор був зроблений на його безпеку та нешкідливість для екології.

Принцип роботи двигуна, за словами винахідника, такий: «Повітря засмоктується в малий циліндр і стискається поршнем до рівня тиску 20 бар. У цьому повітря розігрівається до 400 градусів. Потім гаряче повітрявиштовхується у сферичну камеру.

У „камеру згоряння“, хоча в ній вже нічого не згорає, під тиском подається і холодне стиснене повітря з балонів, воно відразу ж нагрівається, розширюється, тиск різко зростає, поршень великого циліндра повертається і передає робоче зусилля на колінчастий вал.

Можна навіть сказати, що „повітряний“ двигун працює так само, як і звичайний двигун внутрішнього згоряння, але жодного згоряння тут немає».

Було заявлено, що викиди автомобіля не небезпечніші за вуглекислий газ, що виділяється при диханні людини, двигун можна змащувати рослинним маслом, а електрична система складається всього лише з двох проводів.

На заправку такого повітромобіля потрібно близько 3 хвилин.

Представники Zero Pollution заявили, що для заправки «повітромобіля» достатньо наповнити повітряні резервуари, розташовані під дном автомобіля, що займає близько чотирьох годин.

Втім, у майбутньому планувалося побудувати «повітрозаправні» станції, здатні наповнити 300-літрові балони лише за 3 хвилини.

Передбачалося, що продажі повітряних автомобілів почнуться в Південній Африці за ціною близько $10 тисяч. Також йшлося про будівництво п'яти фабрик у Мексиці та Іспанії та трьох – в Австралії. Ліцензію на виробництво автомобіля нібито вже отримали більше дюжини країн, а південноафриканська компанія начебто отримала замовлення на виробництво 3000 автомобілів замість запланованої експериментальної партії в 500 штук.

Але після гучних заяв і загального тріумфування щось сталося. Раптом все стихло і про «повітряномобіль» майже забули.

Тиша представляється тим більше зловісною, що якийсь час тому «заглох» офіційний сайт Zero Pollution. Причина безглузда: сторінка нібито не справляється із величезним потоком запитів. Втім, творці сайту в розпливчастій формі обіцяють його колись покращити.

Поява повітромобілів на дорогах мала стати серйозним викликом традиційному транспорту.

Є думка, що екологічну розробку саботували автомобільні гіганти: передбачивши крах, що наближається, коли бензинові двигуни, що випускаються ними, нікому не будуть потрібні, вони нібито вирішили вискочку «задушити на корені».

Цю версію частково підтверджує Deutsche Welle: «Авторемонтні підприємства та нафтові концерни одностайно вважають автомобіль із повітряним двигуном „недопрацьованим“. Втім, це можна списати на їхню упередженість.

Однак і багато незалежних експертів налаштовані швидше скептично, тим більше, що ряд великих автомобілебудівних концернів - наприклад, "Фольксваген", - вже в 70-х і 80-х роках вели дослідження в цьому напрямку, але потім згорнули їх через повну безперспективність».

Майже такої ж думки дотримуються і захисники довкілля: «Потрібно дуже багато часу, щоб переконати автомобільних виробниківрозпочати випуск „повітряних“ двигунів.

Автомобільні компанії вже витратили величезну кількість грошей на експерименти з електричними автомобілями, які виявилися незручними та дорогими. Їм більше не потрібні нові ідеї».

Zero Pollution – двигуни з нульовим викидом шкідливих речовин. Крім цього, вони легкі та компактні.

Але Deutsche Welle звертає увагу на те, що в різних публікаціях «опис двигуна і принципова схема його роботи грішать неточностями та помилками, а, крім того, версії різними мовами не тільки неабияк різняться, але часом і прямо суперечать один одному.

Чи не в кожному виданні наводяться свої, відмінні від інших, технічні характеристики. Розкид цифр настільки великий, що мимоволі запитуєш: невже вони ставляться до одного й того ж автомобіля?

Ще одна дивна закономірність полягає в тому, що з кожною наступною публікацією параметри автомобіля покращуються: то потужність підросте, то ціна впаде, то зменшиться маса, то ємність балонів збільшиться. Отже, сумніви тут цілком доречні та виправдані.

Проте чекати лишилося недовго. Ймовірно, вже наступного року ми точно дізнаємося, що таке цей розроблений фірмою MDI двигун на стиснутому повітрі - революція в автомобілебудуванні або у всіх сенсах слова «дута» сенсація».

Тим часом цілком можливо, що й у 2002 році інтрига зі «повітромобілем» не вирішиться. В результаті тривалих пошуків інформації в Мережі було виявлено один більш-менш «живий» сайт, який обіцяє серійне виробництвореволюційних автомобілів у 2003 році.

До речі, в процесі пошуку було знайдено багато цікавого на «повітряну» тему.

Цікаво, що на міжнародному ярмарку іграшок, що відбувся в лютому 2001 року в Нюрнберзі, канадська фірма Spin Master запропонувала покупцям модель літака, оснащеної двигуном, що працює на стиснутому повітрі. Міні-резервуар можна надувати будь-яким насосом, і пропелери забирають оригінальну іграшку в небеса.

Крім того, в Інтернеті є комерційна пропозиція, адресована, мабуть, уряду Москви. У цьому документі одна столична компанія пропонує чиновникам «ознайомитись із пропозицією автомобільної фірми MDI (Франція) про виробництво в Москві абсолютно екологічно чистих та економічних автомобілів».

Зустрілася і пропозиція В. А. Конощенка, який повідомляє про винайдений ним автомобіль, що працює на стисненому повітрі, додаючи опис пристрою.

Також попався на очі винахід Раїса Шаймухаметова – «Садохід», який «наводиться в рух від стисненого повітря: під капотом невеликий двигун та серійний компресор. Повітря обертає автономно один від одного два блоки (ліворуч і праворуч) ексцентричних роторів (поршнів). Ротори в блоці через ходові колеса з'єднані гусеничним ланцюгом».

У результаті склалося двояке враження: з одного боку не до кінця зрозуміла історія з французьким «повітромобілем», а з іншого - куди чіткіше відчуття, що «повітряний» транспорт давно використовується і особливо чомусь у Росії. І до того ж з позаминулого століття.

Є дані про те, що спроектований самоуком І. Ф. Александровським 33-метровий підводний човен з двигуном, що працює на стиснутому повітрі, влітку 1865 був спущений на воду, успішно пройшов ряд випробувань і тільки після цього затонув.

МАШИНА НЕГРА - ДУТА СЕНСАЦІЯ

Приголомшлива ідея - автомобіль на стиснутому повітрі - виявилася міфом

Сергій ЛЕСКОВ

Відомих Землі запасів нафти вистачить лише на 50 років. Чим тільки не намагаються замінити бензин, який є головним джерелом забруднення повітря у великих містах. І зрідженим природним газом, і різноманітних синтезованими газами і рідинами, і навіть спиртом. Довго надії покладалися на електромобіль, та його технічні характеристикиневисокі, а утилізація джерела енергії виявилася проблемою для екології. І ось нова, приголомшлива ідея - автомобіль на стиснутому повітрі.

Французький інженер Гі Негр отримав популярність в автомобільному світі своїми стартерами для болідів "Формули-1" та авіаційних моторів. У його конструкторському досьє 70 патентів. Це говорить про те, що Негр не самоучка серед тих, хто докучає своїми відкриттями всім автомобільним фірмамсвіту. Декілька років тому шановний Негр створив фірму MDI (Motor Development International), яка зайнялася розробкою двигунами на стислому повітрі. Перша реакція будь-якого експерта - марення, дурощі і знову марення. Але ще 1997 року в Мексиці парламентська комісія з транспорту зацікавилася цією розробкою, фахівці відвідали завод у Бріньолі та підписали угоду про поступову заміну всіх 87 тисяч таксі в Мехіко, найзагризенішій столиці світу, машинами з чистим "видихом".

Два роки тому на виставці Auto Africa Expo 2000 відбулася презентація створеного командою Негра концепт-кара під назвою e. Volution. Як і було обіцяно, як паливо він використовував стиснене повітря. У Йоганнесбурзі на хвилі загального інтересу було оголошено початок серійного випуску чудо-автомобіля з двигуном Zero Pollution в 2002 році. У ПАР передбачалося зробити 3 тисячі e. Volution. Призначений рік у дворі. Де ж "повітромобіль"?

Публікацій на цю тему багато, але характеристики скачуть, ніби мова не про техніку, а про арабського жеребця. Якщо всереднити всі протоколи, то вийде такий портрет: e . Volution важить 700 кг, двигун Zero Pollution - 35 кг. Автомобіль може проїхати без дозаправки 200 км. Максимальна швидкість – 130 км/год. На швидкості 80 км/год може рухатися 10 годин. Орієнтовна ціна – 10 тисяч доларів.

Щоб закачати в балони повітря, потрібна енергія, а електростанції теж джерело забруднень. Автори проекту порахували ККД у ланцюжку "нафтоперегінний завод - автомобіль" для бензинового, електричного та повітряного двигуна: 9, 13 та 20% відповідно. Тобто "повітря" лідирує з помітним відривом. Сама заправка займає близько 4 годин, а балони заховані під днище.

Принцип роботи "повітряника" не відрізняється від двигуна внутрішнього згоряння. Немає через відсутність пального лише самого згоряння. Немає, крім того, систем запалення, упорскування палива, бензобака. Повітря у балонах перебуває під тиском 200 атмосфер. Ідея конструкторів така: у малий циліндр засмоктується частина вихлопу та стискається поршнем до тиску 20 атмосфер. Розпечене до 400 градусів повітря виштовхується в камеру, яка є аналогом камери згоряння. До неї подається стиснене повітря з балонів. Він нагрівається і в результаті поршень циліндра рухається, передаючи робоче зусилля на колінчастий вал.

У міру наближення до оголошеної дати випуску в публікаціях на цю тему, різнобій все помітніше. Складається враження, що команда Гі Негра зіштовхнулася із серйозними технічними проблемами. Щоб роз'яснити ситуацію, "Известия-Наука" звернулися до найавторитетніших у нашій країні фахівців із Державного наукового центру"Науково-дослідний автомобільний та автомоторний інститут (НАМІ)".

Ми розрахували робочий цикл цього двигуна, – сказав завідувач відділу газобалонного обладнання НАМІ Владислав Лукшо. - Це чергова спроба обдурити основоположні закони природи, проскочити повз правила термодинаміки. Можна цю ідею розвинути: змусити водія хитати ногами повітря. Ідея двигуна на стиснутому повітрі безглузда, тому що його ККД дуже малий. Отримана від механічного стиску енергія на кілограм ваги у 20-30 разів поступається хімічною енергією вуглеводневого палива. У бензину конкурентів не видно. Вище показники лише в атомної енергії. Цей e. Volution зможе їздити лише на невеликі відстані, як літають іграшки із пневмодвигунами.

Скептичне ставлення до двигуна на стиснутому повітрі зовсім не означає, у цьому впевнені фахівці НАМІ, що спроби знайти альтернативу бензиновому двигуну приречені. Вже вдалося досягти стерпних характеристик у газових двигунівна пропан-бутані, які поступаються тепловіддачі палива бензиновому двигуну тільки в 1,5 рази. Робляться впродовж заповітів чонкінського приятеля Гладишева зусилля, щоб освоїти двигун на біогазі, який отримують з усіляких покидьків.

Великі перспективи у водню, причому способи його застосування дуже різноманітні - від добавок до бензину до зрідження або використання як сполук з металами (гідридів). Згідно останнім розробкамНАМІ, водень краще не спалювати: в тепловиділяючій елементі він вступає в реакцію, виникає електричний струм, який перетворюється на механічну енергію. Ще один варіант - спирт, який енергетично "сильніший" за газ, хоча і "слабший" за бензин. Двигуни на спирті набули поширення в Бразилії. Щоправда, у Росії про впровадження цієї конструкції й говорити не варто – просто безглуздо.

Автомобіль заправлять повітрям

У пошуках нових енергоносіїв автомобільні інженери розробляють двигуни, що працюють на електриці, водні, олії, спирті та інших відновлюваних носіях. Дійшла черга і до стисненого повітря - мабуть, найбільш екологічно чистого палива.

Найбільший індійський автовиробник Tata оголосив про майбутній вихід на ринок автомобіля, що працює на стиснутому повітрі. Стиснене до тиску 300 атмосфер повітря надходить із спеціального бака в силовий агрегат, що нагадує звичайний двигун внутрішнього згоряння.

Пневматичний автомобіль комплектується 4-циліндровим двигуном об'ємом 700 «кубиків». Цей двигун змішує стиснене повітря з бака з атмосферним повітрям, що дає додаткову економію. Мотор має цілком достатню для міського руху динаміку, а максимальна швидкістьперевищує 100 км/год.
Розробники досягли збільшення дистанції, яку може проїхати автомобіль без заправки – понад 300 км. У міському режимі запасу може вистачити на 200-250 км. Бак для стисненого повітря об'ємом 340 літрів містить 90 кубометрів повітря. Він виготовляється зі скловолокна, тому легкий та безпечний.

Є два способи заправлятись: на сервісній станції або біля будь-якої електричної розетки. На сервісній станції повне заправлення бака займе лише три хвилини. У будь-якому зручному водієві місці можна заправитися за допомогою вбудованого компресора, але на це доведеться витратити кілька годин. За даними розробників, повне заправлення бака коштуватиме приблизно 2–3 долари (за цінами на електрику в США та країнах ЄС). Витрати на паливо становитимуть близько 1 долара за 100 км шляху. А масло доведеться міняти лише раз на 50 тис. кілометрів – це, як мінімум, утричі рідше, ніж у двигуні внутрішнього згоряння.

Виробництво пневмомобілів на Tata Motors почнеться вже цього року, Tata планує виробляти 6000 «повітряних» автомобілів на рік. Основними ринками збуту мають стати Сполучені Штати, країни ЄС, Ізраїль та Південна Африка.
Передбачувана ціна Tata Air Car в Індії становитиме близько 11 тис. доларів. При масовому випуску повітряний двигун може бути істотно дешевшим за двигун для електромобіля.

Розробником цієї моделі стала компанія MDI, яка вже уклала контракти на випуск пневматичних автомобілів із виробниками з 12 країн. Можливість масово випускати повітряні автомобілі зараз розглядається виробниками США, Англії, Франції, Іспанії, Бразилії та інших країн.
Вже розроблено чотири варіанти кузова повітряного автомобіля: п'ятимісне купе, фургон, таксі та пікап.

Сама ідея транспортного засобу, що приводиться в рух стисненим повітрям, не така нова. Ще XIX століття цей принцип застосовувався для вагонеток на шахтах. Аналогічний принцип використовується для запуску двигуна БТР-50ПК, що перебуває на озброєнні російської армії: якщо стартер відмовився, двигун заведе стиснене повітря.

Винахідник Гай Негре з компанії MDI, який працював насамперед для команд «Формули-1», у 1991 році сконструював гібридний двигун, що працює на бензині або стиснутому повітрі. Розробки зі створення та вдосконалення повітряного двигуна ведуться ним та вченими в інших країнах уже понад 15 років.

Кілька років тому світ облетіла новина про те, що індійська компанія Tata має намір запустити в серію автомобіль, який працює на стиснутому повітрі. Плани так і залишилися планами, але пневматичні автомобілі стали трендом: щороку з'являється кілька цілком життєздатних проектів, а компанія Peugeot в 2016 році планувала поставити на конвеєр повітряний гібрид. Чому ж пневмокари раптово увійшли до моди?

Все нове – це добре забуте старе. Так, електромобілі наприкінці XIX століття були популярнішими за бензинових побратимів, потім вони пережили сторічне забуття, а потім знову «повстали з попелу». Те саме стосується і пневмотехніки. Ще 1879 року французький піонер авіації Віктор Татен спроектував літак A? roplane, який повинен був підніматися у повітря завдяки двигуну на стиснутому повітрі. Модель цієї машини успішно літала, хоча у повному розмірі літак збудований не був.

Родоначальником пневмодвигунів на наземному транспортістав інший француз, Луї Мекарскі, який розробив подібний силовий агрегат для паризьких та нантських трамваїв. У Нант машини випробували наприкінці 1870-х, а до 1900 року Мекарскі володів парком з 96 трамваїв, що доводило ефективність системи. Згодом пневматичний «флот» було замінено електричним, але початок було покладено. Пізніше пневмолокомотиви знайшли собі вузьку сферу повсюдного застосування шахтну справу. У той же час почалися спроби поставити повітряний двигун на автомобіль. Але до початку XXIстоліття ці спроби залишалися одиничними і не вартими уваги.

Плюси: відсутність шкідливих викидів, можливість заправки автомобіля в домашніх умовах, невисока вартість через простоту конструкції двигуна, можливість застосування рекуператора енергії (наприклад, стискання та накопичення додаткового повітря за рахунок гальмування автомобіля). Мінуси: низькі ККД (5-7%) та щільність енергії; необхідність у зовнішньому теплообміннику, оскільки при зменшенні тиску повітря двигун сильно переохолоджується; низькі експлуатаційні показникипневмоавтомобілів.

Переваги повітря

Пневматичний двигун (або, як кажуть, пневмоциліндр) перетворює енергію повітря, що розширюється в механічну роботу. За принципом дії він аналогічний гідравлічному. "Серце" пневмодвигуна - поршень, до якого прикріплений шток; навколо штока навита пружина. Повітря, що надходить у камеру, зі збільшенням тиску долає опір пружини та переміщає поршень. На фазі випуску, коли тиск повітря падає, пружина повертає поршень у вихідне положення- І цикл повторюється. Пневмоциліндр можна назвати «двигуном внутрішнього незгоряння».

Більш поширена мембранна схема, де роль циліндра виконує гнучка мембрана, до якої так само прикріплений шток з пружиною. Її перевага полягає в тому, що не потрібна така висока точність посадки рухомих елементів, не потрібні мастильні матеріалиа герметичність робочої камери підвищується. Існують також роторні (пластинчасті) пневмодвигуни – аналоги ДВЗ Ванкеля.

Крихітний тримісний пневмоавтомобіль французької MDI був представлений широкому загалу Женевському автосалоні 2009 року. Він має право пересуватися по виділених велодоріжках і не вимагає наявності прав водія. Мабуть, найперспективніший пневмокар.

Основні плюси пневмодвигуна - це його екологічність і низька вартість"палива". Власне, через безвідходність пневмолокомотиви і набули поширення у шахтній справі — при використанні ДВЗ у замкнутому просторі повітря швидко забруднюється, різко погіршуючи умови роботи. Відпрацьовані гази пневмодвигуна — це звичайне повітря.

Один із недоліків пневмоциліндра - відносно низька щільністьенергії, тобто кількість енергії, що виробляється на одиницю об'єму робочого тіла. Порівняйте: повітря (при тиску 30 МПа) має щільність енергії близько 50 кВт год на літр, а звичайний бензин- 9411 кВт год на літр! Тобто бензин як паливо ефективніше майже у 200 разів. Навіть з урахуванням не дуже високого ККД бензинового двигунавін «видає» в результаті близько 1600 кВт год на літр, що значно вище, ніж показники пневмоциліндра. Це обмежує всі експлуатаційні показники пневмодвигунів та рухомих ними машин (запас ходу, швидкість, потужність тощо). Крім того, пневмодвигун має відносно невеликий ККД - близько 5-7% (проти 18-20% у ДВЗ).

Пневматика XXI століття

Актуальність екологічних проблем ХХІ століття змусила інженерів повернутися до давно забутої ідеї використання пневмоциліндра як двигун для дорожнього транспортного засобу. По суті, пневмоавтомобіль екологічніший навіть за електромобіль, елементи конструкції якого містять шкідливі для навколишнього середовища речовини. У пневмоциліндрі ж повітря і нічого крім повітря.

Тому основним інженерним завданням було приведення пневмокара до виду, в якому він міг би конкурувати з електромобілями за експлуатаційними характеристиками та вартістю. Підводних каменів у цій справі безліч. Наприклад, проблема дегідратації повітря. Якщо в стислому повітрі буде хоча б крапля рідини, то через сильне охолодження при розширенні робочого тіла вона перетвориться на лід, і двигун просто затихне (або навіть вимагатиме ремонту). Звичайне літнє повітря містить приблизно 10 г рідини на 1 м 3 і при наповненні одного балона потрібно витратити додаткову енергію (близько 0,6 кВт год) на дегідратацію - причому ця енергія непоправна. Даний фактор зводить нанівець можливість якісної домашньої заправки - обладнання для дегідратації неможливо встановити та експлуатувати в домашніх умовах. І це лише одна із проблем.

Проте тема пневмоавтомобіля виявилася надто привабливою, щоб про неї забути.

На повному баку та повної заправкиповітрям Peugeot 2008 Hybrid Airможе проїхати до 1300 км.

Одразу в серію?

Одне з рішень, що дозволяють мінімізувати недоліки пневмодвигуна, – полегшення автомобіля. Справді, міській мікролітражці не потрібен великий запас ходу та швидкість, а от екологічні показники у мегаполісі відіграють значну роль. Саме на це розраховують інженери франко-італійської компанії Motor Development International, які на Женевському автосалоні 2009 року представили світові пневмоколяску MDI AIRpod та її більш серйозний варіант MDI OneFlowAir. MDI почали «боротися» за пневмокар ще в 2003-му, показавши концепт Eolo Car, але через десять років, набивши безліч шишок, французи прийшли до прийнятного для конвеєра рішення.

MDI AIRpod - це щось середнє між автомобілем і мотоциклом, прямий аналог мотоколяски-«інвалідки», як її часто називали в СРСР. Завдяки 5,45-сильному повітряному двигуну триколісна малолітражка масою всього 220 кг може розігнатися до 75 км/год, а запас її ходу становить 100 км. базовому варіантіабо 250 км у більш серйозній конфігурації. Цікаво, що AIRpod взагалі не має керма — машина керується джойстиком. Теоретично вона може пересуватися як дорогами загального користування, так і велодоріжками.

AIRpod має всі шанси на серійне виробництво, оскільки в містах з розвиненою велоструктурою, наприклад в Амстердамі, такі машинки можуть бути затребувані. Одна заправка повітрям на спеціально обладнаній станції займає близько півтори хвилини, а вартість пересування становить у результаті близько 0,5 на 100 км - дешевше просто нікуди. Тим не менш, заявлений термін серійного виробництва (весна 2014 року) вже минув, а віз і нині там. Можливо, MDI AIRpod з'явиться на вулицях європейських міст у 2015 році.

Кросовий мотоцикл, побудований австралійцем Діном Бенстедом на шасі Yamaha, здатний розганятися до 140 км/год та безупинно їхати протягом трьох годин на швидкості 60 км/год. Повітряний двигун системи Анжело ді П'єтро важить лише 10 кг.

Другий передсерійний концепт – це відомий проект індійського гіганта Tata, автомобіль MiniCAT. Проект був запущений одночасно з AIRpod, але, на відміну від європейців, індуси заклали у програму нормальний, повноцінний мікроавтомобіль із чотирма колесами, багажником та традиційним компонуванням (у AIRpod, зауважимо, пасажири та водій сидять спинами один до одного). Маса Tata трохи більша, 350 кг, максимальна швидкість – 100 км/год, запас ходу – 120 км, тобто MiniCAT загалом схожий на машину, а не на іграшку. Цікаво, що в компанії Tata не мучилися з розробкою повітряного двигуна «з нуля», а за $28 млн придбали права на використання розробок MDI (що дозволило останній утриматися на плаву) і вдосконалили двигун для руху більшого транспортного засобу. Одна з фішок цієї технології - використання тепла, що виділяється при охолодженні повітря, що розширюється, для нагріву повітря при заправці балонів.

Спочатку Tata збиралася поставити MiniCAT на конвеєр у середині 2012 року та виробляти близько 6000 одиниць на рік. Але обкатка триває, а серійне виробництво відкладено до найкращих часів. За час розробки концепт встиг змінити ім'я (раніше він називався OneCAT) та дизайн, так що яка його версія надійде у результаті у продаж, не знає ніхто. Здається навіть представники Tata.

На двох колесах

Чим легше автомобіль на стиснутому повітрі, тим ефективніший у плані експлуатаційних та економічних показників. Логічний висновок із цього твердження — чому б не зробити скутер чи мотоцикл?

Цим потурбувався австралієць Дін Бенстед, який у 2011 році продемонстрував світові кросовий мотоцикл O 2 Pursuit із силовим агрегатом, розробленим фірмою Engineair. Остання спеціалізується на вже згаданих роторних повітряних двигунахрозробки Анжело ді П'єтро. По суті, це класичного компонування «ванкелі» без згоряння — ротор наводиться в рух подачею повітря в камери. Бенстед пішов під час розробки від зворотного. Спочатку він замовив Engineair двигун, а потім побудував навколо нього мотоцикл, використавши раму та частину елементів від серійної Yamaha WR250R. Машина вийшла напрочуд енергоефективною: на одній заправці вона проходить 100 км і в теорії розвиває максимальну швидкість 140 км/год. Ці показники перевищують аналогічні у багатьох електричних мотоциклів. Бенстед дотепно зіграв на формі балона, вписавши його в раму, це дозволило заощадити місце; двигун вдвічі компактніший за свого бензинового побратима, а вільне місцедозволяє встановити другий балон, збільшивши пробіг мотоцикла вдвічі.

Але, на жаль, O 2 Pursuit залишився лише одноразовою іграшкою, хоч і був номінований на престижну винахідницьку премію, засновану Джеймсом Дайсоном. Через два роки ідею Бенстеда підхопив інший австралієць, Дарбі Бічено, який запропонував створити за схожою схемою не мотоцикл, а суто міський транспортний засіб, скутер. Його EcoMoto 2013 має бути зроблений з металу та бамбука (ніякого пластику), але далі рендерів та креслень справа поки що не просунулась.

Крім Бенстеда і Бічено, подібну машину в 2010 побудував Евін І Ян (його проект називався Green Speed ​​Air Motorcycle). Всі три конструктори, до речі, були студентами Королівського технологічного інституту Мельбурна, і тому їхні проекти схожі, використовують один і той же двигун і не мають шансу на серію, залишаючись дослідницькими роботами.

У 2011 році спортивний автомобіль Toyota Ku: Rin встановив світовий рекорд швидкості для транспортних засобів, що рухаються енергією стисненого повітря. Зазвичай пневмоавтомобілі не розганяються більш ніж до 100-110 км/год, концепт Toyota показав офіційний результат 129,2 км/год. Зважаючи на «заточеність» на швидкість, Ku: Rin на одній зарядці міг проїхати всього 3,2 км, але більше триколісного одномісного боліда і не потрібно. Рекорд встановлено. Цікаво, що до того рекорд становив лише 75,2 км/год і був встановлений у Бонневілі болідом Silver Rod конструкції американця Дерека Макліша влітку 2010 року.

Корпорації на старті

Вищесказане підтверджує, що у повітряних автомобілів майбутнє є, але, швидше за все, не в чистому вигляді». Все-таки вони мають обмеження. Той же MDI AIRpod провалив абсолютно всі краш-тести, оскільки його надлегка конструкція не дозволяла належним чином захищати водія та пасажирів.

А ось використовувати пневмотехнології як додаткове джерело енергії в гібридному автомобілі цілком реально. У зв'язку з цим компанія Peugeot оголосила про те, що з 2016 року частина кросоверів Peugeot 2008 випускатиметься в гібридному варіанті, одним із елементів якого буде встановлення Hybrid Air. Ця система розроблена у співпраці з Bosch; суть її в тому, що енергія ДВС запасатиметься не у формі електроенергії (як у звичайних гібридах), а в балонах зі стисненим повітрям. Плани, щоправда, так і залишилися планами: на даний момент серійні автомобіліустановка не встановлюється.

Peugeot 2008 Hybrid Air зможе рухатися, використовуючи енергію ДВЗ, повітряного силового агрегатуабо їх комбінації. Система сама розпізнаватиме, яке з джерел енергоефективніше в тій чи іншій ситуації. У міському циклі, зокрема, 80% часу використовуватиметься енергія стисненого повітря — він надає руху гідронасосу, який обертає вал при відключеному ДВЗ. Сумарна економія палива за такої схеми становитиме до 35%. Під час роботи на чистому повітрі максимальна швидкість автомобіля обмежується 70 км/год.

Концепт Peugeot виглядає абсолютно життєздатним. З урахуванням екологічних переваг такі гібриди цілком зможуть потіснити електричні протягом найближчих п'яти-десяти років. І світ стане трішки чистішим. Або не стане.