/ 11
найгірший кращий

Те, що пневмомобілі зможуть стати повноцінною заміною бензиновому і дизельному транспорту, поки викликає сумніви. Однак у двигунів, що працюють на стиснутому повітрі є свій безумовний потенціал.Автомобілі на стислому повітрі використовують електричний насос - компресор для стиснення повітря до високого тиску (300 - 350 Атм.) І акумулюють його в резервуарі. Використовуючи його для руху поршнів, на подобі двигуна внутрішнього згоряння, виконується робота і автомобіль рухається на екологічно чистої енергії.

1. Новизна технології

Незважаючи на те, що автомобіль з повітряним двигуном здається інноваційної та навіть футуристичної розробкою, сила повітря використовувалася в управлінні автомобілями ще в кінці дев'ятнадцятого - початку двадцятого століття. Однак точкою відліку в історії розвитку повітряних двигунів потрібно вважати сімнадцяте століття і розробки Дені Батькова для Академії наук Великобританії. Таким чином, принцип роботи повітряного двигуна відкритий більше трьохсот років тому, і тим більше дивним здається той факт, що ця технологія так довго не знаходила застосування в автомобільній промисловості.

2. Еволюція автомобілів з повітряним двигуном

Спочатку двигуни, що працюють на стиснутому повітрі, використовувалися в громадському транспорті. У 1872 році Луї Мекарскі створив перший пневматичний трамвай. Потім, в 1898 році Хоудлі і Найт вдосконалили конструкцію, продовживши цикл роботи двигуна. У числі батьків-засновників двигуна на стислому повітрі також нерідко згадують ім'я Чарльза Портера.

3. Роки забуття

Беручи до уваги довгу історію повітряного двигуна, може здатися дивним, що ця технологія не набула значного розвитку в двадцятому столітті. У тридцятих роках був спроектований локомотив з гібридним двигуном, що працював на стисненому повітрі, проте домінуючою тенденцією в автомобілебудуванні стала установка двигунів внутрішнього згоряння. Деякі історики прозоро натякають на існування «нафтового лобі»: на їхню думку, могутні компанії, зацікавлені в зростанні ринку збуту продуктів нафтопереробки доклали всіх можливих зусиль, щоб дослідження і розробки в сфері створення і удосконалення повітряних двигунів ніколи не були опубліковані.

4. Переваги двигунів, що працюють на стиснутому повітрі

У характеристиках повітряних двигунів легко помітити безліч переваг в порівнянні з двигунами внутрішнього згоряння. В першу чергу, це дешевизна і очевидна безпеку повітря, як джерела енергії. Далі, спрощується конструкція двигуна і автомобіля в цілому: в ньому відсутні свічки запалювання, бензобак і система охолодження двигуна; виключається ризик протікання зарядних батарей, а також забруднення природи автомобільними вихлопами. В кінцевому рахунку, за умови масового виробництва, вартість двигунів на стисненому повітрі, швидше за все, виявиться нижче, ніж вартість бензинових двигунів.

Однак не обійдеться і без ложки дьогтю: згідно з проведеними експериментів, двигуни на стислому повітрі в роботі виявилися більш гучними, ніж бензинові двигуни. Але це не головний їх недолік: на жаль, за своєю продуктивністю вони також відстають від двигунів внутрішнього згоряння.

5. Майбутнє автомобілів з повітряним двигуном

Нова ера для автомобілів, що працюють на стиснутому повітрі, почалася в 2008-му році, коли колишній інженер Формули 1 Гай Негре представив своє дітище під назвою CityCat - автомобіль з повітряним двигуном, який може розвивати швидкість до 110 км / год і долати без підзарядки відстань в 200 кілометрів Щоб перетворити пусковий режим пневматичного приводу в робочий, було витрачено понад 10 років. Заснована з групою однодумців компанія стала називатися Motor Development Internation. Її початковий проект не був пневмомобілем в повному розумінні цього слова. Перший двигун Гая Негре міг працювати не тільки на стислому повітрі, але також на природному газі, бензині і дизелі. В моторі MDI процеси стиснення, займання горючої суміші, а також сам робочий хід проходять в двох циліндрах різного об'єму, що з'єднуються між собою сферичної камерою.

Відчували силову установку на хетчбек Citroen AX. На низьких швидкостях (до 60 км / ч), коли споживана потужність не перевищувала 7 кВт, автомобіль міг пересуватися тільки на енергії стисненого повітря, але при швидкості вище зазначеної відмітки силова установка автоматично переходила на бензин. У цьому випадку потужність двигуна виростала до 70 кінських сил. Витрата рідкого палива в шосейних умовах склав всього 3 літра на 100 км - результат, якому позаздрить будь-який гібридний автомобіль.

Однак команда MDI не стала зупинятися на досягнутому результаті, продовживши роботу над удосконаленням двигуна на стислому повітрі, а саме над створенням повноцінного пневмомобіля, без підживлення газового або рідкого палива. Першим став прототип Taxi Zero Pollution. Цей автомобіль «чомусь" не викликав інтерес у розвинених країн, в той час сильно залежать від нафтової промисловості. Зате Мексика зацікавилася цією розробкою, і в 1997 році уклала договір про поступову заміну таксопарку Мехіко (одного з найбільш забруднених мегаполісів світу) на «повітряний» транспорт.

Наступним проектом став той самий Airpod з напівкруглим стеклопластіковим кузовом і 80-кілограмовими балонами зі стисненим повітрям, повний запас яких хапав на 150-200 кілометрів шляху. Однак повноцінним серійним пневмомобілем став проект OneCat - більш сучасна інтерпретація мексиканського таксі Zero Pollution. У легких і безпечних карбонових балонах під тиском в 300 бар може зберігатися до 300 літрів стисненого повітря.

Принцип роботи двигуна MDI наступний: в малий циліндр засмоктується повітря, де він стискається поршнем під тиском 18-20 бар і розігрівається; підігріте повітря йде в сферичну камеру, де змішується з холодним повітрям з балонів, який миттєво розширюючись і нагріваючись, збільшує тиск на поршень великого циліндра, що передає зусилля на колінвал.

Група наших фахівців працює над розробкою пневматичних приводів руху в області їх застосування на автомобільному транспорті та в приводах різних робочих машин. Ними виконана величезна робота в цьому напрямку, але спочатку можна сказати кілька слів про сьогоднішній світовій тенденції в цьому напрямку робіт.

Автомобілі, що працюють на стиснутому повітрі.

Індійський автоконцерн Tata вивчаючи можливість створення суперекологічного легкового транспорту, що працює на стисненому повітрі, підписав угоду з французькою компанією MDI, яка розробляє екологічно чисті двигуни, що використовують в якості палива тільки стиснене повітря. Tata придбала права на ці технології для Індії і тепер вивчає, де і як їх можна використовувати. Таtа вже давно готувала громадськість до екологічно чистого транспорту, який набуває все більшого поширення в Індії, де спостерігається справжній автомобільний бум.

"Ця концепція як спосіб управління автомобілем дуже цікава", - говорить керуючий директор індійської компанії Раві Кант. Компанія шукала можливості для застосування технології "стисненого повітря" для мобільних і стаціонарних цілей, додає Кант.

І ось чергова сенсація від індійських виробників. Вони запускають в серійне виробництво модель «Нано» по імені OneCAT, який буде мати вже не бензиновий, а Пневмомотор, що працює на стисненому повітрі. Заявлена ​​ціна революційної новинки - близько п'яти тисяч доларів. Під водійським сидінням «Нано» коштує акумулятор, а передній пасажир сидить прямо на паливному баку. Якщо заправляти автомобіль повітрям на компресорній станції, це займе три-чотири хвилини. «Підкачка» за допомогою міні-компресора, що працює від розетки, триває три-чотири години. «Повітряне паливо» коштує відносно дешево: якщо перевести його в бензиновий еквівалент, то вийде, що машина витрачає близько літра на 100 км шляху.

Екологічно чистий мікрогрузовічок Gator від компанії Engineair - перший в Австралії автомобіль на стисненому повітрі, що надійшов в реальну комерційну експлуатацію, недавно приступив до своїх обов'язків в Мельбурні. Вантажопідйомність цієї візки - 500 кг. Обсяг балонів з повітрям - 105 літрів. Пробіг на одній заправці - 16 км. При цьому заправка займає кілька хвилин. У той час, як зарядка аналогічного електромобіля від мережі зайняла б годинник. Крім того, акумулятори дорожче балонів, набагато важче їх і є забруднювачами навколишнього середовища після вироблення ресурсу і в процесі експлуатації.

Такого роду авто вже працюють і в гольф-клубах. Для пересування гравців по полю кращого засобу не знайти, адже в ролі вихлопних газів у пневмомобіля виступає все той же повітря.

Ідея пневмопривода проста - в рух машину призводить не згорає в циліндрах двигуна бензинова суміш, а потужний потік повітря з балона (тиск в балоні - близько 300 атмосфер). У цих автомобілях немає ні баків з паливом, ні акумуляторів, ні сонячних батарей. Не потрібні їм ні водень, ні дизпаливо, ні бензин. Надійність? Так тут майже нема чому ламатися.

Так можна влаштувати привід легкового автомобіля за системою Ді П'єтро. Два роторних пневмодвигателя, по одному на колесо. І ніякої трансмісії - адже пневмодвигун видає максимальний крутний момент відразу - навіть в нерухомому стані і розкручується до цілком пристойних оборотів, так що особливої ​​трансмісії зі змінним передавальним числом йому не потрібно. Ну, а простота конструкції - це ще один плюс в скарбничку всієї ідеї.

Повітряний двигун має і ще одна важлива перевага: він практично не вимагає профілактики, нормативний пробіг між двома техоглядами становить ні багато ні мало 100 тисяч кілометрів.

Великий плюс пневмомобіля і в тому, що він практично не потребує в олії - мотору вистачить літра «мастила» на 50 тисяч кілометрів пробігу (для звичайного авто буде потрібно близько 30 літрів масла). Чи не потрібен пневмомобілю і кондиціонер - відпрацьований мотором повітря має температуру від нуля до п'ятнадцяти градусів Цельсія. Цього цілком достатньо для охолодження салону, що для спекотної Індії, де планують випускати машину, важливо.

У Штатах повинні будувати модель CityCAT. Це шестимісна легковик з великим багажником. Вага машинки складе 850 кілограмів, довжина - 4,1 м, ширина - 1,82 м, висота - 1,75 м. Це авто зможе проїжджати в місті до 60 кілометрів тільки на одному стислому повітрі і зможе розганятися до 56 кілометрів на годину.

4 балони, виконані з вуглепластика з кевларовой оболонкою, довжиною в 2 і діаметром в чверть метра кожен, розташовані під днищем, вміщають 400 літрів стисненого повітря під тиском в 300 бар. Повітря високого тиску або закачується в них на спеціальних компресорних станціях, або виробляється бортовим компресором при його підключенні до стандартної електромережі напругою в 220 вольт. У першому випадку заправка займає близько 2-х хвилин, у другому - близько 3,5 годин. Енерговитрати в обох випадках складають близько 20 кВт / год, що при нинішніх цінах на електроенергію еквівалентно вартості півтора літрів бензину. Чимало переваг має автомобіль на стисненому повітрі і перед електромобілем: він значно легше, заряджається вдвічі швидше і має аналогічну запасом ходу.

Пневматичні CityCAT's Taxi і MiniCAT's від Motor Development International.

Розробники повітряного двигуна з компанії MDI підрахували сумарний ККД в ланцюжку "нафтоперегінний завод - автомобіль" для трьох видів приводу - бензинового, електричного і повітряного. І виявилося, що ККД повітряного приводу становить 20 відсотків, що в два з гаком рази перевищує ККД стандартного бензинового мотора і в півтора рази - ККД електроприводу. Крім того, екологічний баланс виглядає і ще краще, якщо використовувати поновлювані джерела енергії.

Тим часом, за даними фірми MDI, в одній лише Франції вже зібрано понад 60-ти тисяч попередніх замовлень на повітряний автомобіль. Побудувати у себе заводи з його виробництва мають намір Австрія, Китай, Єгипет і Куба. Величезний інтерес до новинки виявили влади мексиканської столиці: як відомо, Мехіко є одним з найбільш загазованих мегаполісів світу, тому батьки міста мають намір якомога швидше замінити всі 87 тисяч бензинових і дизельних таксі екологічно чистими французькими автомобілями.

Аналітики вважають, що автомобіль на стисненому повітрі, неважливо ким він створений (Tata, Engineair, MDI або іншими), цілком може зайняти вільну нішу на ринку подібно електромобілів, які вже розробили або тільки тестують інші виробники.

Пневмопривод, за і проти. Висновки, зроблені на основі роботи наших фахівців

Пневмопривідною машини - це тема, насправді, не так перспективна, як про неї говорять індійські, французькі чи американські «експерти», хоча і не позбавлена ​​деяких плюсів.

Сам пневмопривід не вирішує проблеми з паливом. Справа в тому, що запас енергії стисненого повітря дуже невеликий і такий привід здатний ефективно вирішувати паливну проблему лише для деяких типів машин: пасажирських і вантажних міні-карів, навантажувачів і найбільш легких міських автомобілів (наприклад - спеціальних таксі). І не більше того, якщо говорити про чистому пневматичному, а не про гібридний привід (гібридний привід - це паралельна, але абсолютно окрема тема).

Розробляючи пневмопривід машини, потрібно займатися не пневмодвигуном, а саме пневмоприводом - цілою системою, в якій пневмодвигун є лише складовою частиною. Хороший пневмопривід повинен включати в себе кілька окремих вузлів:

1. Власне пневмодвигун - поршневий або роторний багаторежимний двигун (можливо, оригінальної конструкції), що забезпечує високу і змінну питому тягу (момент обертання) при будь-яких оборотах і при збереженні стабільно високої об'ємного ККД (80-90%).

2. Систему підготовки впуску стисненого повітря в циліндри двигуна, яка забезпечує автоматичну установку тиску, дозування і фазировки порцій повітря, що направляється в циліндри двигуна.

3. Автоматичний блок контролю навантаження і швидкості пневмомобіля - управляє пневмодвигуном і системою підготовки впуску стисненого повітря в його циліндри відповідно до запитів оператора машини на швидкість її руху і навантаженням на пневмоприводе.

Такий пневмопривід не матиме жодної постійної характеристики. Всі його характеристики - потужність, момент обертання, частота обертання - автоматично змінюються від нуля до максимуму в залежності від умов роботи і може здолати навантаження. Крім того він може володіти реверсивністю ходу і пневматичним механізмом примусового гальмування типу ретардера.

Тільки такий комплексний підхід до вирішення проблеми пневмопривода дозволить зробити його максимально ефективним, гранично економічним і не вимагає застосування різних допоміжних систем, таких як муфта зчеплення або коробка передач. Він же в змозі підвищити економічність пневмосистеми на 15-30% в порівнянні зі світовими аналогами.

За дослідну машину з пневмоприводом найкраще використовувати спеціально сконструйований для цього автонавантажувач. Ця машина зможе показати себе і в русі і в роботі. Для автонавантажувача простіше зробити облицювальні панелі, ніж виготовити кузов легкового автомобіля, а крім того навантажувач - машина принципово важка і вага сталевих балонів під стиснене повітря їй не завадить, а легкі углепласт-кевларові балони на першому етапі робіт обійдуться дорожче ніж вся машина. Свою роль зіграє і те, що окремі вузли машини ми зможемо використовувати від серійних автонавантажувачів, а це дозволить прискорити роботу.

Крім того, автонавантажувач - це одна з небагатьох машин, яку є сенс робити з пневмоприводом, тим більше - в якості досвідченого зразка.

Така машина з пневмоприводом має деякі переваги перед своїми дизельними і електричними аналогами: - при серійному виготовленні вона виявиться дешевше у виробництві, - запас енергії в балонах аналогічний запасу енергії в акумуляторах електронавантажувача, - час зарядки балонів - кілька хвилин, а час зарядки акумуляторних батарей - 6-8 годин, - пневмопривід практично не чутливий до зміни температури навколишнього повітря - при підвищенні температури до + 50º запас енергії збільшується на 10% і з подальшим підвищенням температури навколишнього середовища запас енергії пневмопривода тільки зростає, не надаючи шкідливого впливу (як у дизеля, який схильний до перегріву). При зниженні температури до -20º запас енергії пневмопривода знижується на 10% без будь-яких інших шкідливих впливів на його роботу, в той час, як запас енергії електричних батарей зменшиться в 2 рази, а дизель на такому холоді може і не завестися. При зниженні температури навколишнього середовища до -50º акумуляторні батареї і дизеля практично не працюють без спеціальних хитрувань, а пневмопривід лише втрачає близько 25% запасу енергії. - такий пневмопривід може забезпечувати набагато більший тягово-швидкісний діапазон роботи, ніж тягові електродвигуни електронавантажувачів або гідротрансформатори дизельних навантажувачів.

Інфраструктура заправки і обслуговування машин з пневмоприводом може бути створена набагато простіше, ніж подібна інфраструктура для звичайних машин.

Пневмозаправка не вимагає підвезення і переробки палива - воно знаходиться навколо нас і абсолютно безкоштовно. Потрібно лише підвід електроенергії.

Заправки пневмомобілей в кожному будинку - річ абсолютно реальна, тільки собівартість домашньої заправки пневмомобіля буде трохи вище, ніж на магістральній пневмостанціі.

Що ж стосується дозарядки пневмомобіля при гальмуванні або русі з гори (так звана рекуперація енергії), то з технічних причин це зробити або дуже складно або економічно не вигідно.

Проблему рекуперації енергії у пневмопривідною машин вирішити набагато складніше, ніж у електромобілів.

Якщо рекуперировать енергію (використовуючи гальмування автомобіля або його пригальмовування при русі з ухилу) за допомогою генератора і компресора, то ланцюжок рекуперації виходить значно довше: генератор - акумулятор - перетворювач - електродвигун - компресор. При цьому потужність рекуператора (системи рекуперації в цілому і всіх її складових окремо) повинна становити близько половини потужності пневмодвигателя машини.

У пневмомобіля механізм рекуперації енергії значно складніше і дорожче ніж у електромобіля. Справа в тому, що генератор електромобіля, пов'язаний з рекуперацією енергії, незалежно від режиму гальмування автомобіля, повертає в акумулятори енергію при стабільному напрузі. При цьому сила струму залежить від режиму гальмування і особливої ​​ролі в підживлення акумулятора не грає. Саме цей процес дуже важко забезпечити в пневмоприводе.

У рекуперації енергії пневмопривода аналогом напрузі є тиск, а аналогом силі струму - продуктивність компресора. І обидві ці величини є змінними, залежними від режиму гальмування.

Щоб було зрозуміліше, рекуперація не відбуватиметься, якщо тиск в балонах становить 300 атмосфер, а компресор в обраному режимі гальмування створює тільки 200 атмосфер. У той же час режим гальмування вибирається водієм індивідуально в кожному конкретному випадку і підлаштовується під умови руху, а не під ефективну роботу рекуператора.

Існують і інші проблеми, пов'язані з рекуперацією енергії у пневмомобілей.

Так що пневмопривід може бути досить обмежено застосований при розробці дуже вузької гами невеликих автомобильчиков - тих же розвізних візків-карів, легких міських і клубних мініавтомобілів.

Модель відкритого мікроавтомобіля або вантажного мікрокара, що працюють на стиснутому повітрі. Ідеальний засіб пересування для невеликих міст і селищ в зонах жаркого клімату. Абсолютно чистий вихлоп - чисте прохолодне повітря, який може бути направлений на створення мікроклімату пасажирам. Високоекономічний автоматизований пневмопривід її ходу забезпечує максимальну ефективність і автоматизацію управління її рухом не залежно від зміни величини зовнішнього навантаження - опору руху. Оригінальний пневматичний двигун із змінним моментом обертання не потребує застосування коробки передач. Ефективність цього пневматичного приводу на 20% вище, ніж у існуючих аналогічних пневматичних приводів інших розробників і максимально наближена до теоретичної межі використання енергії, запасеної в стислому повітрі в балонах машини.

З усіх сучасних альтернатив автомобілям з двигуном внутрішнього згоряння найбільш незвично і цікаво виглядають транспорті засоби, що працюють на стислому повітрі. Парадоксально, але в світі вже існує чимало подібних засобів пересування. Про них ми і розповімо в сьогоднішньому огляді.

Австралієць Дарбі Бічено (Darby Bicheno) створив незвичайний мотоцикл-скутер з назвою EcoMoto 2013. Цей транспортний засіб працює не від двигуна внутрішнього згоряння, а від імпульсу, який дається стисненим повітрям з балонів.

При виробництві EcoMoto 2013 Дарбі Бічено намагався використовувати виключно екологічно чисті матеріали. Ніякого пластику - тільки метал і листковий бамбук, з якого зроблені більшість деталей цього транспортного засобу.

- це ще не автомобіль, але вже і не мотоцикл. Даний транспортний засіб також працює на стисненому повітрі і має при цьому відносно високі технічні характеристики.

Триколісний візок AIRpod важить 220 кілограмів. Вона розрахована на перевезення до трьох осіб, а управління здійснюється за допомогою джойтіка на лицьовій панелі цього напівавт.

AIRpod може проїжджати на одному повному запасі стисненого повітря 220 кілометрів, розвиваючи при цьому швидкість до 75 кілометрів на годину. Заправка баків «паливом» здійснюється всього за півтори хвилини, а вартість пересування становить 0,5 євро за 100 км.
А перший в світі серійний автомобіль з двигуном, що працює на стисненому повітрі, випустила індійська компанія Tata, відома на весь світ виробництвом дешевих транспортних засобів для небагатих людей.

Автомобіль Tata OneCAT важить 350 кг і може проїжджати на одному запасі стисненого повітря 130 км, розганяючись при цьому до 100 кілометрів на годину. Але такі показники можливі тільки при максимально заповнених баках. Чим менше щільність повітря в них, тим нижче стає середній показник швидкості.

А рекордсменом за швидкістю серед існуючих нині автомобілів на стиснутому повітрі є авто. На випробуваннях, що пройшли у вересні 2011 року, цей транспортний засіб розігналося до показника 129,2 кілометра на годину. Правда, проїхати йому при цьому вдалося лише відстань в 3,2 км.

Слід також зазначити, що Toyota Ku: Rin - це не серійне пасажирський транспортний засіб. Дану машину створили спеціально для того, щоб в показових заїздах продемонструвати все збільшуються швидкісні можливості машин з двигунами на стислому повітрі.
Французька компанія Peugeot надає нового значення терміну «гібридний автомобіль». Якщо раніше таким вважалося авто, що сполучає в собі двигун внутрішнього згоряння з електромотором, то в майбутньому останній може бути замінений на двигун на стиснутому повітрі.

Автомобіль Peugeot 2008 в 2016 році стане першим в світі серійним авто, оснащеним інноваційної силовою установкою Hybrid Air. Вона дозволить поєднувати їзду на рідкому паливі, на стислому повітрі і в комбінованому режимі.

Yamaha WR250R - перший мотоцикл на стислому повітрі

Австралійська компанія Engineair вже багато років займається розробкою і виробництвом двигунів, що працюють на стиснутому повітрі. Саме їх продукцію і використовували інженери з місцевого відділення компанії Yamaha для створення першого в світі мотоцикла подібного типу.

Правда, в поїздах Aeromovel немає власного двигуна. Потужні струмені повітря виходять від рейкової системи, по якій він пересувається. При цьому відсутність силової установки всередині самого складу робить його дуже легким.

Зараз поїзди Aeromovel ходять в аеропорту бразильського міста Порту-Алегрі і в тематичному парку Taman Mini в Джакарті, Індонезія.

Екологія потребленія.Мотор: Відома на весь світ виробництвом дешевих транспортних засобів індійська компанія Tata випустила перший в світі серійний автомобіль з двигуном, що працює на стисненому повітрі.

Відома на весь світ виробництвом дешевих транспортних засобів індійська компанія Tata випустила перший в світі серійний автомобіль з двигуном, що працює на стисненому повітрі.

Tata OneCAT важить 350 кг і може проїжджати на одному запасі стисненого до 300 атмосфер повітря 130 км, розганяючись при цьому до 100 км на годину.

Як відзначають розробники, вийти на такі показники можна тільки при максимально заповнених баках, зменшення щільності повітря в яких призведе до зменшення максимальної швидкості.

Для заповнення розташованих під днищем автомобіля чотирьох вуглепластикових балонів довжиною в 2 і діаметром в чверть метра кожен необхідно 400 літрів стисненого повітря під тиском в 300 бар. Причому заправляти Tata OneCAT можна як на компресорній станції (це займе 3-4 хвилини), так і від побутової розетки. В останньому випадку "підкачка" за допомогою вбудованого в машині міні-компресора триватиме три - чотири години.

До речі, углепластіковиє балони при пошкодженні не вибухають, а лише тріскаються, випускаючи назовні повітря.

На відміну від електромобілів, з акумуляторами яких виникають проблеми з утилізації та низького ККД заряд-разрадного циклу (від 50% до 70% в залежності від рівня струмів заряду і розряду), машина на стислому повітрі досить економічно вигідна і екологічна.

"Повітряне паливо" коштує відносно дешево, якщо перевести його в бензиновий еквівалент, то вийде, що машина витрачає близько літра на 100 км шляху.

У пневмомобілі зазвичай немає трансмісії, так як пневмодвигун видає максимальний крутний момент відразу - навіть в нерухомому стані. На додаток, повітряний двигун практично не потребує профілактики: нормативний пробіг між двома техоглядами становить 100 тис. Км, і масел - на 50 тис. Км пробігу вистачить літр олії (для звичайного авто потрібно було б близько 30 літрів масла).

Tata OneCAT має чотирициліндровий двигун об'ємом 700 кубиків і вагою всього в 35 кг. Він працює на принципі змішування стисненого повітря з зовнішньої, атмосферним повітрям. Цей силовий агрегат нагадує звичайний двигун внутрішнього згоряння, але циліндри у нього різного діаметра - двоє маленьких, приводних, і два великих, робочих. При роботі двигуна зовнішнє повітря засмоктується в малі циліндри, стискується там поршнями і нагрівається, а потім виштовхується в два робочих циліндра, де змішується з холодним стисненим повітрям, що поступає з бака. В результаті повітряна суміш розширюється і приводить в рух робочі поршні, які в свою чергу запускають колінчастий вал двигуна.

Оскільки ніякого згоряння в такому двигуні не відбувається, на виході отримуємо тільки відпрацьований чисте повітря.

Підрахувавши сумарний енергетичний ККД в ланцюжку "нафтопереробний завод - автомобіль" для трьох видів приводу - бензинового, електричного і повітряного, розробники виявили, що ККД повітряного приводу становить 20%, що в два з гаком рази перевищує ККД стандартного бензинового мотора і в півтора рази - ККД електроприводу. До того ж стиснене повітря можна накопичувати про запас, використовуючи нестабільні поновлювані джерела енергії, на зразок вітрогенераторів - тоді можна отримати ще більш високий ККД.

Як відзначають розробники, при зниженні температури до - 20С запас енергії пневмопривода знижується на 10% без будь-яких інших шкідливих впливів на його роботу, в той час як запас енергії електричних батарей зменшується приблизно в 2 рази.

На додаток, відпрацьований в пневмодвигун повітря має низьку температуру і може бути використано для охолодження салону автомобіля в спекотні дні. Власнику Tata OneCAT доведеться витрачати енергію тільки на опалення автомобіля в холодну пору року.

Автомобіль Tata OneCAT, який відрізняється простотою в дизайні, розроблявся в основному для використання в таксі. опубліковано

Кілька років тому світ облетіла новина про те, що індійська компанія Tata збирається запустити в серію автомобіль, що працює на стисненому повітрі. Плани так і залишилися планами, але пневматичні автомобілі явно 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 в моду?

Все нове - це добре забуте старе. Так, електромобілі в кінці XIX століття були популярнішими бензинових побратимів, потім вони пережили столітнє забуття, а потім знову «повстали з попелу». Те ж стосується і ПНЕВМОТЕХНІКА. Ще в 1879 році французький піонер авіації Віктор Татен спроектував літак A? roplane, який повинен був підніматися в повітря завдяки двигуну на стислому повітрі. Модель цієї машини успішно літала, хоча в повному розмірі літак побудований не був.

Родоначальником Пневмодвигуни на наземному транспорті став інший француз, Луї Мекарскі, який розробив подібний силовий агрегат для паризьких і Нантського трамваїв. У Нанті машини випробували в кінці 1870-х, а до 1900 року Мекарскі володів парком з 96 трамваїв, що доводило ефективність системи. Згодом пневматичний «флот» був замінений електричним, але початок був покладений. Пізніше пневмолокомотіви знайшли собі вузьку сферу повсюдного застосування - шахтне справу. У той же час почалися і спроби поставити повітряний двигун на автомобіль. Але до початку XXI століття ці спроби залишалися одиничними і не вартими уваги.

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

переваги повітря

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

Більш поширена мембранна схема, де роль циліндра виконує гнучка мембрана, до якої точно так же прикріплений шток з пружиною. Її перевага полягає в тому, що не потрібна така висока точність посадки рухомих елементів, не потрібні мастильні матеріали, а герметичність робочої камери підвищується. Існують також роторні (пластинчасті) пневмодвигатели - аналоги ДВС Ванкеля.

Крихітний тримісний пневмоавтомобіль французької MDI був представлений широкій публіці на Женевському автосалоні 2009 року. Він має право пересуватися по виділеним велодоріжкам і не вимагає наявності водійських прав. Мабуть, найперспективніший пневмокар.

Основні плюси пневмодвигателя - це його екологічність і низька вартість «палива». Власне, через безвідходності пневмолокомотіви і набули поширення в шахтному справі - при використанні ДВС в замкнутому просторі повітря швидко забруднюється, різко погіршуючи умови роботи. Відпрацьовані ж гази пневмодвигателя - це звичайне повітря.

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

Пневматика XXI століття

Актуальність екологічних проблем XXI століття змусила інженерів повернутися до давно забутої ідеї використання пневмоцилиндра в якості двигуна для дорожнього транспортного засобу. По суті, пневмоавтомобіль екологічніше навіть електромобіля, елементи конструкції якого містять шкідливі для навколишнього середовища речовини. У пневмоцилиндре ж - повітря і нічого крім повітря.

Тому основний інженерним завданням було приведення пневмокара до виду, в якому він міг би конкурувати з електромобілями за експлуатаційними характеристиками і вартості. Підводних каменів в цій справі безліч. Наприклад, проблема дегідратації повітря. Якщо в стислому повітрі буде хоча б крапля рідини, то через сильний охолодження при розширенні робочого тіла вона перетвориться на лід, і двигун просто затихне (або навіть потребують ремонту). Звичайний літній повітря містить приблизно 10 г рідини на 1 м 3, і при наповненні одного балона потрібно затратити 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 і експлуатувати в домашніх умовах. І це лише одна з проблем.

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

На повному баку і повній заправці повітрям Peugeot 2008 Hybrid Air може проїхати до 1300 км.

Відразу в серію?

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

MDI AIRpod - це щось середнє між автомобілем і мотоциклом, прямий аналог мотоколяскі- «інвалідки», як її часто називали в СРСР. Завдяки 5,45-сильному повітряному двигуну трехколесная малолітражка масою всього 220 кг може розігнатися до 75 км / год, а запас її ходу складає 100 км в базовому варіанті або 250 км в більш серйозної конфігурації. Цікаво, що у AIRpod взагалі немає керма - машина управляється джойстиком. У теорії вона може пересуватися як по дорогах загального користування, так і по велодоріжках.

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

Кросовий мотоцикл, побудований австралійцем Діном Бенстедом на шасі Yamaha, здатний розганятися до 140 км / год і безупинно їхати протягом трьох годин на швидкості 60 км / ч. Повітряний двигун системи Анжело ді П'єтро важить всього 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 в програму нормальний, повноцінний мікроавтомобіль з чотирма колесами, багажником і традиційною компоновкою (в AIRpod, зауважимо, пасажири і водій сидять спинами один до одного). Маса Tata трохи більше, 350 кг, максимальна швидкість - 100 км / год, запас ходу - 120 км, тобто MiniCAT в цілому 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 останньої утриматися на плаву) і вдосконалили двигун для приведення в рух більшого транспортного засобу. Одна з фішок цієї технології - використання тепла, що виділяється при охолодженні розширюється повітря, для нагріву повітря при заправці балонів.

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

На двох колесах

Чим легше автомобіль на стисненому повітрі, тим він більш ефективний в плані експлуатаційних і економічних показників. Логічний висновок з цього твердження - чому б не зробити скутер або мотоцикл?

Цим перейнявся австралієць Дін Бенстед, який в 2011 році продемонстрував світові кросовий мотоцикл O 2 Pursuit з силовим агрегатом, розробленим фірмою Engineair. Остання спеціалізується на вже згаданих роторних повітряних двигунах розробки Анжело ді П'єтро. По суті, це класичної компоновки «Ванкелем» без згоряння - ротор приводиться в рух подачею повітря в камери. Бенстед пішов при розробці від зворотного. Спершу він замовив Engineair двигун, а потім побудував навколо нього мотоцикл, використавши раму і частина елементів від серійної Yamaha WR250R. Машина вийшла напрочуд енергоефективної: на одній заправці вона проходить 100 км і в теорії розвиває максимальну швидкість 140 км / ч. Ці показники, до слова, перевищують аналогічні у багатьох електричних мотоциклів. Бенстед дотепно зіграв на формі балона, вписавши його в раму, - це дозволило заощадити місце; двигун в два рази компактніше свого бензинового побратима, а вільне місце дозволяє встановити другий балон, збільшивши пробіг мотоцикла в два рази.

Але, на жаль, O 2 Pursuit залишився лише одноразової іграшкою, хоча 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 схемі не мотоцикл, а суто міське транспортний засіб, скутер. Його EcoMoto 2013 повинен бути зроблений з металу і бамбука (ніякого пластику), але далі рендерів і креслень справа поки що не просунулася.

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

У 2011 році спортивний автомобіль Toyota Ku: Rin встановив світовий рекорд швидкості для транспортних засобів, що приводяться в рух енергією стисненого повітря. Зазвичай пневмоавтомобілі не розганяють більш ніж до 100-110 км / год, концепт же Toyota показав офіційний результат 129,2 км / ч. З огляду на «заточеного» на швидкість, Ku: Rin на одній зарядці міг проїхати всього 3,2 км, але більше триколісний одномісному боліду і не було потрібно. Рекорд встановлений. Цікаво, що до того рекорд становив всього лише 75,2 км / год і був встановлений в Бонневілль болідом Silver Rod конструкції американця Дерека Маклиша 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 свої обмеження. Той же MDI AIRpod провалив абсолютно все краш-тести, оскільки його надлегка конструкція не дозволяла належним чином захищати водія та пасажирів.

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

Peugeot 2008 Hybrid Air зможе рухатися, використовуючи енергію ДВС, повітряного силового агрегату або їх комбінації. Система буде сама розпізнавати, який з джерел енергоефективніше в тій чи іншій ситуації. У міському циклі, зокрема, 80% часу буде використовуватися енергія стисненого повітря - він надає руху гидронасос, який обертає вал при відключеному ДВС. Сумарна економія палива при такій схемі складе до 35%. При роботі на чистому повітрі максимальна швидкість автомобіля обмежується 70 км / год.

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