Реклама
Яхрома земельные участки

                                Министерство образования Украины

                             Областной отдел Народного Образования

                                        

    

                               Общеобразовательная школа-комплекс   

                            Эстетического обучения и воспитания №9

 

 

 

 

 

 

                Экологически чистый транспорт:

                             возможно ли такое?

 

 

 

 

                                                                                                    Выполнил:

                                                                                                Сухонос Роман

                                                                                                Ученик 10-А кл.

 

                                                                                                     Руководители:

                                                                                                Забигайло И. И.

                                                                                                Любышко Е. В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                      г. Запорожье

                                                             2005г.

 

 В истории человечества немало примеров, когда изобретения, призванные

облегчить жизнь человеку, порождали новые трудности.

В среднем автомобиль класса «Жигули» при сгорании 1кг бензина выбрасывает в атмосферу 465г СО, 25г CnHm, 15г NOx . Каждые 40л топлива в баке оборачиваются примерно 18кг ядовитых газов.

      В Германии, к примеру, зарегистрировано 40 млн. автомобилей на 80 млн. жителей. И если из каждого автомобиля за день вытекает, испаряется из той же поплавковой камеры карбюратора 1г бензина, то ежедневно в окружающую среду выбрасывается 40 т горючего. А за месяц, год? Будем реалистами, 1 граммом в день не обходится. Значит, на Германию ежедневно проливается 40-50 т продуктов перегонки  нефти.

      Далее. Для сгорания 1кг бензина необходимо 14,5кг воздуха. То есть ДВС в течение часа расходует около 200л кислорода - в 2,5 раза больше, чем за сутки  вдыхает человек. В общем загрязнении атмосферного воздуха токсичными выбросами автомобилей доля двигателей с искровым зажиганием составляет 93-95%, доля дизельных двигателей - 5-7% . Правда, уровень выбросов сажи у последних в 5-6 раз выше. Потому-то экологические нормативы и стандарты для автомобилей не блажь, а необходимость. Вторым шагом стала разработка и выпуск соответствующей диагностической аппаратуры.

       Нынче большинство компаний, производящих диагностическое оборудование, вводят в номенклатуру своих изделий газоанализаторы, дымометры. Без них полная техническая диагностика автомобилей немыслима. Газоанализатор - такая же неотъемлемая часть линии инструментального контроля и регулировки двигателя, как и тормозные стенды, развал-схождение, электронная диагностика двигателя. Условно всю экологическую аппаратуру можно разделить на две группы: газоаналитические системы (комплексы); автономные газоанализаторы и дымометры.

       Почти две пятых от общего количества вредных выбросов в атмосферу приходится на автомобили. В ряде городов их дыхание превышает половину вредного давления на атмосферу, а в столице государства выбросы промышленности и транспорта достигли 100кг на одного киевлянина. Фактически в каждом пятом населенном пункте страны уровень загрязнения атмосферы в 2-20 раз превышает гранично-допустимые концентрации.

Организационно-правовые меры.

       Остается только сожалеть, что в Украине до сих пор действует ГОСТ

для автомобилей с бензиновыми и дизельными силовыми агрегатами. Руководствуясь ним, бороться с выбросами СО, CH, NOx, твердыми частицами и дымностью отработавших газов - все равно,  что ловить кильку сетью с метровой ячеей.  А  ведь в

комитетах Европейской экономической Комиссией ООН уже разрабатываются директивы по ограничению выбросов даже CO2 и расходу топлива транспортными средствами. Многие страны - Великобритания, Германия, Швеция, Норвегия - давно уделяют внимание не только экологическим параметрам, но и соответствию автомобиля экологическим паспортным данным при его эксплуатации. И США и Канаде введены специальные комплексные программы таких проверок. У нас же в стране пока лишь готовят новые стандарты на выбросы вредных веществ, а в обществе до сих пор бытует мнение, что из всех неработающих  законов  самые безобидные - природоохранительные.

Совершенствование двигателей

 

Евро-1

Евро-2

США

Скандинавские

страны

Австрия

Япония

Австралия

СО

2,27

2,2

2,1

2,1

2,1

2,1

2,1

СН

  

 0,97 

 

 0,5

 

0,25

0,25

0,25

 

0,25

0,26

NOx в городе

0,62

0,62

0,63

NOx за городом

0,76

Твердые

частицы(сажа)

0,14

0,08

0,08

0,12

0,12

0,2

      -

     

 Системы впрыскивания  бензина позволяют снизить расход топлива, что само по себе уже плюс, особенно с экологической точки зрения. Они также обладают обратной связью, необходимой для нормального функционирования нейтрализаторов. Повышение   давления впрыска и сокращение его продолжительности, оптимизации формы камеры сгорания, использование электроники для управления цикловой подачей топлива и углом опережения впрыска способствуют оптимизации дизелей. Однако все эти пути и направления практически не развиваются в Украине. Потому-то экологические и экономические показатели у наших двигателей значительно ниже, чем у зарубежных.           

Традиционные и альтернативные топлива

 На 1л этилированного бензина, выпускаемого в СНГ, приходится 0,17 0,37г свинца, в то время как во многих западных странах содержание свинца в бензине сведено к минимуму. Мало того, в 12 из 17 стран-членов ЕЭК ООН - неэтилированный бензин дешевле этилированного. Клапаны из легированной стали, в отличии от чугунных, в «свинцовой смазке» не нуждаются. И потому спокойно реагируют на такие антидетонаторы, как метанол, ТБА (третичнобутиловый спирт) и МТБЭ (метилтретичнобутиловый эфир). Во «вредном выдохе» дизельного топлива больше всего повинна сера. Улучшение ее содержания с 0,43 до 0,02% практически не влияет на показания работы дизеля, зато на 27% сокращает выброс твердых частиц. Неудивительно, что в промышленно развитых странах содержание серы в дизельном топливе ограничено законодательством. В 1991г. эта  планка была установлена на уровне 1%,с 1994г. – на уровне 0,05%. В Украине, как и в других странах СНГ, допустимый предел содержания серы на порядок выше и равняется 0,5%, хотя имеющееся технологическое оборудование позволяет снизить его до 0,12-0,14%. Обеспеченность собственными нефтяными ресурсами в Украине приблизительно равна 8%. Использование альтернативных видов топлива для нас не столько дань моде, сколько насущная необходимость. В стране ежегодно добывается 18-20 млрд. куб. м газа, что позволяет расширить использование этого топлива на транспорте. При условии, что будет налажен выпуск газовой аппаратуры и создана сеть наполнительных станций. Научно-исследовательские организации Украины (НИИхимтехнология, УХИН, Гипрококс) занимаются изучением возможности получения метанола из угля и отходов коксохимического и металлургического производства. Применять этанол в смеси с бензином (газохол) очень даже перспективно. Водород – топливо более отдаленного будущего, необходимы значительные конструктивные изменения двигателей. Более реальный путь – добавлять водород в бензин. Институт проблем машиностроения НАН Украины разработал двигатели для бензиноводородных смесей. Продукт переработки сельхоз продукции – растительные масла – имеет преимущество перед традиционным дизельным топливом, так как снижает выбросы серы и сажи. Для Украины использование рапсового масла и продуктов его переработки – экономически оправдано. В этом направлении ведут исследование ИМЭСХ, НИИхиммаш, КПИ.                                               Нейтрализация  вредных веществ                                                                                        

      Для стимулирования внедрения нейтрализаторов на автомобилях, Германия, и Нидерланды на первых порах компенсировали владельцам их дополнительные расходы. А с 1989г. ЕЭС приняло постановление об обязательном применении нейтрализаторов отработавших газов на всех новых легковых автомобилях. Окислительные нейтрализаторы способны также очистить «дыхание» дизелей. Но для этого необходимо, чтобы количество серы в топливе не превышало 0,05%. Но основная нагрузка по улавливанию сажи и твердых частиц лежит на фильтрах, степень очистки в которых достигает 70-85%. Разработаны системы регенерации фильтрующих элементов, в том числе и автоматизированные.                                                             Новые двигатели и источники энергии

      Перспективным с точки зрения уменьшения давления на окружающую среду является двигатель Стерлинга. Тоже можно сказать о газотурбинном двигателе для автомобилей большой грузоподъемности. Или об адиабатном дизеле. Выбросы сажи, СО, СН у такого двигателя ниже, чем у обычного, хотя выбросы NOx  несколько  повышены. В американском штате Калифорния закон обязывает уже с 1998г. Продавать не менее 2% автомобилей «с нулевой эмиссией токсичных элементов в отработавших газах», т.е. электромобили. А три ведущих концерна США- General Motors,  

Ford и Chrysler-создали консорциум для выпуска перспективных аккумуляторных батарей для них. Не исключено, что в населенных пунктах в будущем появятся транспортные средства с инерционными двигателями - гибридными установками, состоящими из двигателя уменьшенной мощности и маховика.

Улучшение эксплуатационных факторов

       Не только экономически, но и экологически выгодны подземные переходы, транспортные развязки на двух уровнях, организация движения по принципу «зеленой волны». Национальный совет по охране окружающей среды Швеции пришел к выводу, что при уменьшении скорости на 10км/ч выбросы оксидов азота снижаются на 10%. В Украине целесообразно рекомендовать в населенных пунктах скорость движения грузовых автомобилей не выше 50км/ч, легковых- 60км/ч. В США и Канаде развитие общественного транспорта стимулируется сокращением парковочных мест, ограничением доступа в центр города, выделением специальных полос для автобусов и велосипедов. Все больше завоевывают популярность «плавающие графики» начала работы предприятий. В Украине агитировать за развитие общественного транспорта нет нужды, тут мы традиционно впереди. Теперь бы догнать по количеству транспортных средств и уровню обслуживания пассажиров. Опыт других стран убеждает: в больших городах длину автодорожной сети постепенно  сокращают. Так, согласно плану, разработанному Бюро развития Кракова, длина дорог в городе должна равняться 1824км. Следующий план обрезал и эти параметры на 9%- на 160км. И ежегодные вредные выбросы в Кракове удалось уменьшить на 4300т или 18%.

      

       Сегодня встречается три конструктивные схемы комбинированных силовых установок. Последовательная предполагает работу ДВС в паре с генератором; тягу обеспечивает электродвигатель, который может питаться от аккумуляторной батареи и(или) генератора. Фактически это- давно известная электрическая трансмиссия, широко применяющаяся на тепловозах и карьерных самосвалах, но дополненная аккумулятором и системой электронного управления. Хорошо известен главный недостаток этой схемы. Если устройство имеет размеры, приемлемые для дорожного транспорта, потери энергии при передаче ее колесам окажутся слишком велики. А потому выигрыш в экологичности и расходе топлива, получаемый при одних режимах, с лихвой покрывается потерями при других.

     Вторую схему называют параллельной. В ней выходные валы мотор-генератора и ДВС жестко связаны. Стационарного режима в этом случае не получается, а сокращение вредных выбросов и расхода топлива обусловлено лишь уменьшением рабочего объема теплового двигателя.

        

                                                           

      Третья схема называется СПЛИТ. Подобно последовательной, в ней

имеются генератор, тяговый электродвигатель и ДВС и подобно

 параллельной схеме, выходные валы всех машин связаны, но не

 жесткой конструкцией, а посредством несимметричного планетарного

дифференциала. Такой подход позволяет, с одной стороны, обеспечить

 тепловому двигателю практически постоянный режим работы, а с другой-

перераспределять поток мощности между тремя машинами и ведущими

колесами без лишних потерь  Исследованием данной схемы занимаются               специалисты кафедры «Автомобили» Московского государственного технического университета «МАМИ».                                                                      

         Первым серийным автомобилем стала Toyota Prius, появившаяся на рынке в 1997г. Подобно субмарине, Toyota Prius приводится в движение и ДВС, и электромоторами. Правда, если для подводной лодки подобный привод вызван необходимостью - ведь на глубине дизелю просто нечем «дышать», то на новой Toyota он применен по совсем иным соображениям. Первое из них – забота об окружающей среде. Второе – экономия топлива. И тут японцы, без преувеличения, добились впечатляющих успехов. Содержание вредных веществ в отработавших газах снизилось в 2 раза, причем без применения нейтрализаторов. А расход топлива при этом составил 3,5-3,8л/100км, и это в городском цикле!   Как известно, самое главное в любой машине – ее «сердце», силовая установка. У Prius это чрезвычайно сложная комбинация, исполняющая одновременно роль и двигателя, и трансмиссии, названная THS (Toyota Hybrid System). Суть ее состоит в том, что привод на ведущие колеса осуществляет, в зависимости от скорости и нагрузки, либо только электромотор, либо и электромотор, и ДВС одновременно. При трогании с места и движении с малой скоростью работает только электродвигатель, питаемый от  никель-металлгидридной батареи, состоящей из 40 банок емкостью по 6,5 ампер-часов каждая. Далее, при достижении определенной скорости сам по себе, без специальной команды водителя, заводится ДВС. Планетарный редуктор при этом направляет один поток крутящего момента через главную передачу к переднимведущим колесам, а другой – к генератору переменного тока. Энергия от него через    преобразователь поступает к электромотору  , а затем через все ту же главную передачу – к колесам. Получается своего рода автоматическая трансмиссия

– этакий электромеханический вариатор.  Если же требуется быстрый разгон,

то в дело вступает аккумулятор, заставляя работать электродвигатель полной отдачей.Таким образом, суммарная мощность силовой установки составляет 58л.с.     ДВС  плюс  40,8л.с. (30 кВт)

электродвигателя, получается почти 90л.с. Однако при весе 1515кг скорость и устойчивость гибрида вряд ли вызовут интерес, особенно у любителей продолжительной поездки, скажем по американскому хайвэю или немецкому автобану. За зарядку аккумуляторных батарей отвечает компьютер, слаживающий работу всех элементов гибридного привода. Для зарядки аккумуляторов он использует любую возможность: тормозит ли автомобиль или едет под уклон, этот электронный «капитан» выключает ДВС, а электромотор становится генератором. Сам же генератор в это время не работает. При остановке, если батарея разряжена, ДВС включается также по команде компьютера.

      Кстати, основной 4-цилиндровый бензиновый двигатель Toyota Prius тоже необычен. При рабочем объеме 1,5л он развивает всего 58л.с. – результат более чем скромный для конца 90-х годов. Впрочем, мощностью здесь намеренно пожертвовали ради экономичности, применив так называемый цикл Аткинсона. Суть его состоит в том, что при чрезвычайно высокой степени сжатия (13,5:1) впускные клапаны остаются открытыми вплоть до половины хода сжатия. Таким образом, степень расширения получается больше, чем степень сжатия. Помогает экономить горючее и электроусилитель руля, который включается только при повороте руля.

        Toyota Prius пережила второе рождение на Франкфуртском автосалоне

2003г., где состоялась премьера принципиально новой машины с тем же именем. Новизна заключается не только в модернизированном кузове (раньше был седан, а теперь -  хэтчбек) и продвинутых системах безопасности. Главное – новая силовая установка HSD (Hybrid Synergy Drive). Принцип ее работы прежний: ведущие передние колеса приводит либо ДВС (1,5л, 77л.с., вариатор), либо электродвигатель, либо оба мотора сразу. В городе новый Prius расходует 5л/100км, а за городом- 4,2л/100км: динамичный гибрид не уступает в экономичности дизельным хэтчбекам класса В. По выбросам НС и NOx  Prius c гигантским запасом удовлетворяет нормам Евро-4.

       Toyota Prius- вполне обычный современный автомобиль, оснащенный кондиционером и  подушками безопасности.  Стоит гибрид около $20 тыс., что значительно меньше себестоимости. Впрочем, Toyota Prius создана не для прибыли, а для престижа. Это своеобразная визитная карточка компании, демонстрирующая ее возможности, ее высокий технологический уровень, позволивший первой в мире поставить на конвейер автомобиль с гибридным приводом. И потому не удивительно, что Prius удостоился самой высокой из возможных наград – звания «Car of the year».

      Гибридный автомобиль, работающий от ДВС и электродвигателя, построил «Ижмаш» на базе «Орбиты». За основу взят не серийный хэтчбек, а перспективный универсал ИЖ-21261. конструкторы старались применить в новой машине агрегаты отечественного производства. Бензиновый 2-цилиндровый двигатель взяли от «Оки» (30л.с., 650 см3, максимальный крутящий момент 44Н∙м). В качестве второго мотора – тяговый электродвигатель постоянного тока ПТ-125-12. напряжение питания якоря у него – 120 В, крутящий момент – 49 Н∙м. накопителями энергии служат восемь стандартных аккумуляторов 6СТ-55.

Батареи находятся заднем свесе автомобиля, а оба двигателя вписались в моторный отсек: бензиновый справа продольно, электрический слева. Они установлены на подмоторной раме, сваренной из штампованных деталей. Для автомобиля выбрана параллельная схема соединения двигателей. Редуктор, связывающий коленчатый вал бензинового мотора и якорь электродвигателя, - оригинальная разработка. Он может передавать крутящий момент как с одного двигателя на другой, так и с обоих двигателей на трансмиссию. На выходном валу редуктора укреплен маховик со сцеплением, далее – стандартный «ижевские» коробка передач, карданный вал, задний мост. Режимы работы силовой установки переключает электронная пускорегулирующая аппаратура.

Двигатель от «Оки» без стартера весит 70 кг, электрический – 68, подрамник – 10, аккумуляторы в общей сложности – 124 кг, при этом снаряженная масса по сравнению со стандартным ИЖ-21261увеличилась только на 120 кг. Так как аккумуляторы находятся сзади, увеличилась развесовка машины. На передние колеса прототипа находится 51% полной массы, а на задние – 49%. Бензиновый двигатель не укомплектован стартером – его роль играет электродвигатель. Когда водитель проворачивает ключ зажигания, питание от аккумуляторов подается на электромотор, который, в свою очередь, через редуктор раскручивает коленчатый вал бензинового мотора. Пока двигатель «Оки» работает на холостом ходу, электрический переходит в такой режим, когда он не потребляет энергию батарей и не создает крутящего момента на выходном валу, но стабилизирует работу бензинового «соседа».

Но вот машина трогается с места. При разгоне включены оба двигателя, и на трансмиссию передается их суммарный крутящий момент. Как только автомобиль достигнет скорости, соответствующей включенной передаче к углу открытия дроссельной заслонки, электродвигатель переходит в генераторный режим и начинает заряжать аккумуляторы – мощности для двигателя хватает. При движении на подъем, встречном ветре, сильной загрузке машины и других неблагоприятных условиях сопротивления движению заметно возрастает и энергии маломощного мотора ВАЗ-1111 уже не хватает. Пускорегулирующая аппаратура подключает электрический мотор, он начинает работать в паре с бензиновым, расходуя энергию аккумуляторов.

Четкую, сложенную работу двухмоторной силовой установки обеспечивает пускорегулирующая электроника: блок управления, датчик педали акселератора, датчик частоты вращения коленчатого вала бензинового двигателя и т. д. Эта аппаратура также согласовывает работу двигателей с условными движениями. При нормальной работе всех систем прототип расходовал на 20 % меньше бензина, чем обычная «Орбита». Испытания показали, что машина хорошо вписывается в городской поток. Запас хода на одних аккумуляторах и электромоторе невелик – всего 10-15км, но удачное сочетание работы электрического и ДВС позволяет постоянно заряжать аккумуляторы, и запас хода в реальности зависит не от батарей, а от количества бензина в баке.

Итак, ижевские конструкторы создали вполне работоспособную машину. Не для серийного производства она все-таки сыровата. Многих специалистов смущает наличие на борту восьми аккумуляторов. Они, конечно, улучшили развесовку автомобиля, но при этом фактически лишили его багажника. Вызывает сомнение и пассивная безопасность: ведь содержимое батарей весьма агрессивно. Конечно, можно доработать компоновку и конструкцию кузова так, что батареи разместятся компактно, не отнимая полезного объема, и окажутся изолированными от водителя и пассажиров.

Всякая новинка имеет достоинства и недостатки. Возможно, что создатели ижевского гибрида сумели приблизиться к мировому уровню, при чем дело касается не новомодных «мелочей» или стоминутных дизайнерских «находок», а разработки серьезных передовых концепций. Идея, лежащая в основе соединения тепловой и электротяги проста. Ведь автомобиль класса «Жигули» затрачивает на перемещение из начала в конец маршрута в среднем не более 15 кВт. А значит, именно такую мощность и должен бы развивать тепловой двигатель. Если же при этом он будет работать в стационарном режиме (при постоянных оборотах и нагрузке), то не так трудно добиться и высокой экономичности, и почти полного отсутствия в отработанных газах вредных веществ.

          В то время как другие автопроизводители используют уже существующие платформы для разработки «машин будущего», работающих на экологически чистом топливе, GМ сначала создал новое шасси с собственной электронной системой управления. Вся изюминка в том, что это шасси является полностью готовым к управлению автономным транспортным средством, разве что не имеющим кузова. Впервые новинка была показана в Детройте`02 и носила название AUTOnomy. Инженеры GМ решили полностью отказаться от таких традиционных элементов конструкции как механическое рулевое управление, гидравлические тормоза и коробка переключения передач. Экспериментальный электромобиль на топливных элементах, премьера которого состоялась на моторшоу в Париже, называется Hy-wive – от англ. hybrid («гибридный») и wire («провод»). В новинке использована разработка компании SKF – система X-drive, с помощью которой водитель управляет рулевым механизмом, тормозной системой и дроссельной заслонкой. Блок управления X-drive, подающий электрические сигналы исполнительным механизмам, вмонтирован непосредственно в рулевое колесо. В центральной части руля Hy-wive расположен большой монитор, который вместе с камерами видеонаблюдения выполняет функцию зеркал заднего вида. Кстати, сам руль уже не круглый к его центральной части, сделанной в виде усеченного круга, прикреплены 2 рукоятки, каждая из которых управляет и акселератором, и тормозами. Чтобы увеличить тягу, любую из рукояток нужно повернуть – примерно как у мотоцикла. А чтобы затормозить, нужно сжать рукоятку, словно кистевой эспандер. Еще одно преимущество «управления по проводам» - простота модернизации Hy-wive под лево- и правостороннее движение. Переустановить рулевую колонку, на выходе из которой имеется только электрический разъем, гораздо проще, нежели классическую с жесткими связями.

«Автономное шасси» Hy-wive представляет собой плоскую панель толщиной всего 15см, в чрево которой упакованы батарея из 200 топливных элементов (125-120 В, до 129 кВт в пике), аккумуляторы, управляющая электроника, три композитных баллона со сжатым водородом и независимые подвески всех четырех колес. Однако вместо четырех моторчиков, размещенных непосредственно в колесах первой AUTOnomy, здесь используется один поперечный 60-киловаттный электромотор (250-360 В, 215 Н∙м), работающий от топливных ячеек, использующих в качестве «производной» водород. Точно такой двигатель устанавливается на опытном образце OPEL ZAFIRA HYDROGEN 3 в 2001 году. Особенность машины, управление при помощи электроники, позволяет устанавливать на «автономное шасси» любые кузова. Главное – чтобы электрический разъем на кузове. В кабине автомобиля нет ни педалей, ни рычагов – только универсальный штурвал X-drive и регулируемые опоры-подножки для сидящих спереди. Снаряженная масса машины – 1900кг. Электромобиль способен проехать без дозаправки около 120км, а максимальная скорость преднеприводного концепт-кара достигает 160 км/ч. Программное обеспечение позволило сделать Hy-wive максимально «интеллектуальным» автомобилем, органы управления которого автоматически подстраиваются под любой стиль вождения. Цель постройки этого прототипа – доказать, что концепция GM AUTO nomy жизнеспособна и в будущем может быть использована для выпуска массовых автомобилей. И все же подобные системы управления пока запрещено использовать в серийных автомобилях. Обусловлено это еще недостаточной возможностью электроники. Тем не менее, создатели концепта утверждают, что используемая в машине система управления имеет большой запас надежности и к тому же оснащена дополнительным источником электроэнергии на случай отказа основного.

 

Сейчас водородных электромобилей Honda FCX сделано уже более десятка, и они практически готовы к эксплуатации. Садись, заводи электрический генератор – и катись себе по дорожкам полигона, словно на обычном автомобиле. Под полом не бензобак – композитные баллоны со сжатым водородом. Под водительским креслом – батарея топливных элементов. Батарея на этой машине произведена лидирующей канадской фирмой Ballavd – пакет полимер-электролитных мембран синтезирует воду из водорода и кислорода, нагреваясь при этом до 95°С и выделяя до 80 кВт электроэнергии. Избыточное тепло рассеивается радиатором, как и у обычных автомобилей, и используется для отопления салона. А электричество считает 68 кВт электромотор, который приводит передние колеса.

В салоне – почти полная тишина. Разве что из-под капота доносится негромкое тарахтение компрессора, который подает воздух к топливным элементам (из воздуха система берет кислород для реакции синтеза). Динамика – на удивление приемлемая: до 120 км/ч Honda FCX в разгоне не уступает автомобилям с 1,5-литровыми моторами. Но максимальная скорость – всего 150 км/ч. Поддерживать неплохую динамику в городском режиме помогает не только специфическая моментная характеристика электромотора – с максимальной тягой «в нуле», - но и накопитель электроэнергии. Причем Honda использует не литий-ионные или никель-металлогидридные батареи, как все остальные, а конденсаторы – они обладают меньшей емкостью, зато быстрее заряжаются и моментально отдают энергию. При педали акселератора «в полу» заряд в батарее конденсаторов тает секунд за 10-15 – судить об этом помогает индикатор на приборной панели. Но как раз за это время электромобиль уже превышает 110 км/ч – максимально разрешенную в Японии скорости.

Но для экологически чистого, городского средства передвижения такая разгонная характеристика – то, что нужно! Кроме того, управлять водородным электромобилем ничуть не сложнее, чем обычной машиной с «автоматом» - реакции на газ и тормоз четкие, руля Honda FCX слушается беспрекословно, как хороший легковой автомобиль. Запас хода на одном «баке» - 360км. Кроме того, Honda только что объявила об окончании работы над собственной батареей топливных элементов – она мощнее и компактнее, чем батарея Ballavd, обеспечивает запас хода в 390км и способна работать на двадцатиградусном морозе!

Honda – отнюдь не единственная компания, готовая к серийному производству водородных электромобилей. Эксперименты с ними ведет даже Авто ВАЗ, не говоря уже о зарубежных автопроизводителях. Но лидерство, судя по всему, вновь за японцами. В конце 2002 года Toyota, Honda и Nissan практически одновременно подали заявки на сертификацию своих водородных автомобилей властям Калифорнии и в министерство транспорта Японии. Первой получила все сертификаты Honda. Сейчас все три японские компании начинают «ограниченный маркетинг». Речь о продаже пока не идет – «топливные» электромобили все еще стоят сумасшедших денег и нуждаются в водородных заправках, которых в мире всего несколько. Но Honda, к примеру, уже передала в лизинг около десяти электромобилей. Первые машины уже используются мэрией Лос-Анджелеса и министерством транспорта Японии. Кроме того, одна Honda FCX впервые в мире уже используется частной фирмой – это токийская химическая компания Iwatani, которая занимается производством водорода. Сам Бог велел ездить на собственной продукции. Точно такой же тактики придерживается Honda и Nissan. Причем у них, в отличие от Honda, водородные электрические автомобили сделаны на основе «паркетных» внедорожников Toyota Kluger V и Nissan X-Trail- то есть это полноценные 5-дверные и 5-местные машины. А Honda FCX 4-местная 3-дверня, объем багажника которой «съеден» батареей конденсаторов. Зато из выхлопной трубы капает чистейшая вода, Н2О!

кузов – трехдверный хэтчбек

число мест – 4

двигатель – синхронный электродвигатель переменного тока

максимальная мощность, кВт/л.с. – 60/82

максимальный крутящий момент, Нм – 272

электрохимический генератор – батарея полимер-электролитных элементов Ballavd мощностью 78 кВт

накопитель энергии – батарея электролитических конденсаторов емкостью 8 фарад

д/ш/в – 4165/1768/1645 мм

колесная база – 2530мм

колея передняя/задняя,мм – 1500/1530

снаряженная масса, кг – 1680

привод – на передние колеса

максимальная скорость, км/ч – 150

топливо – сжатый Н2 под давлением 350 атм

баки – 2 композитных баллона емкостью 68 и 88 л запас хода, км 355.

 

Как это ни парадоксально, но над конкурентом автомобиля усиленно работают автопроизводители. И не какие-нибудь, а самые известные: FIAT, Volkswagen, концерн PSA (Peugeot и Citroen) и другие. Однако и мелкие предприятия, и любители – одиночки тоже вносят свою лепту в это дело. Тем не менее, оно движется черепашьим ходом – слишком сложные проблемы приходится решать. Чем привлекателен электромобиль, наверное, представляет каждый. Тем не менее, мы еще раз напомним об этом. В первую очередь, он почти не дает выброса вредных веществ. Ядовитых газов, попадающих в атмосферу при зарядке и разрядке аккумуляторных батарей, несравненно меньше, чем при работе ДВС. Второе преимущество – простота устройства. Электродвигатель обладает очень привлекательной для транспортных средств характеристикой: на малых скоростях вращения у него большой крутящий момент, что очень важно, когда нужно тронуться с места или преодолеть трудный участок дороги. ДВС же развивает максимальный крутящий момент при средних оборотах, поэтому, его приходится увеличивать с помощью коробки передач. Троллейбусы, например, в таком агрегате не нуждаются. Не требуется он и электромобилю, поэтому управлять им проще, чем автомобилем с механической коробкой передач.

Третье преимущество вытекает из второго. Электромобиль не требует столь тщательного ухода, как обычные авто: меньше регулировок, не потребляет много масла, проще система охлаждения, а топливная вообще отсутствует.

И все же электрокар устроен не так просто, как может показаться: ему необходимы сложные преобразователи напряжения и много тяжелых и громоздких аккумуляторов, которые трудно разместить. Да и с экологией дело обстоит не столь блестяще, как это представляется с первого взгляда. Главный же недостаток электромобилей – малая энергоемкость батарей. Бак с бензином малолитражки с ДВС весит около 50 кг, обеспечивая запас хода более 500 км. Батареи же весят свыше 100 кг, а пробег не превышает 100 км, причем при движении с небольшой скоростью.

Но как бы там ни было – электромобили пользуются спросом. Более того, есть места, где они совершенно вне конкуренции. Упрощенные машины хороши на полях для гольфа, на складах, в цехах, где вредные выбросы нежелательны. Полноразмерные электромобили, предназначенные для движения по улицам городов, приживаются с трудом, но благодаря законодательству некоторых штатов США, не исключено, что в скором будущем ситуация может измениться. В Калифорнии принят закон о постепенной замене автомобилей электромобилями: в 1998 году их должно быть 2% от общего числа машин, в 2003 – 10%, а в 2010 – 15%. Посмотрим, как он будет выполняться. Шумно разрекламированное подобное начинание во Франции – проект «Ля Рошель» - постепенно затихло, хотя местные автогиганты и выпустили опытные партии электромобилей.

Как уже было сказано, многие ведущие автофирмы работают над электромобилями, тем не менее, на выставках чаще увидишь машины малоизвестного происхождения. Преимущественно это автомобили упрощенного типа. В выборе двигателя мнения конструкторов расходятся: используют и моторы постоянного тока, и переменного, например, асинхронный со специальными преобразователями и сложной системой регулирования. Напряжение питания также различно. Явное предпочтение отдают никель-кадмиевым батареям и свинцовым, в которых используется не жидкий электролит, а гель. Иногда применяют системы жидкостного охлаждения и поддержания теплового режима аккумуляторов.

Самый популярный в мире электромобиль изготавливают в Польше. И уже выпущено более 200 тыс. штук! Это очень много -  конкуренты часто не могут перешагнуть и тысячный рубеж. Электромобили Melex – упрощенного типа, на 2,4 или 6 мест, рассчитаны на индустрию спорта и развлечений (назовем хотя бы тот же гольф), для складских работ, как цеховой транспорт. При собственной массе около 880 кг полезная нагрузка – 320 кг, а с прицепом – более 900кг. Запас хода – 70 км. Максимальная скорость – до 23 км/ч – выдает назначение машины.

Один из серийно выпускаемых автомобилей – Hotzenblitz. Фирма из Германии располагает дилерской сетью в Европе, что редкость для такого рода товара. Предлагаются различные модификации машин: 2х и 4х местные, кабриолет, хардтоп и др. Цена от 35 до 45 тыс. евро. Другая фирма – тоже из Германии – TransportSistemtecnic создала 10 прототипов такси. 5и местная машина с пластиковым кузовом весит всего 600 кг, развивает 80 км/ч, имеет запас хода 140км. Батареи – никель – металлогидридные. Saxi начали выпускать серийно в 1999 году.

Из электромобилей «больших форм» назовем, прежде всего, французский Citroen-AX-electric – в кузове стандартного АХ. Максимальная скорость машины – 80 км/ч. Мотор весит 72 кг – меньше, чем бензиновый с трансмиссией, но зато батареи – 274 кг. Номинальная мощность – 11 кВт, максимальная – 20 кВт. Новая модель Citroen Saxo также удостоилась чести быть переделанной в электромобиль. Партию электромобилей выпустил и конкурент CitroenaRenault. Renault Clio Electric развивает скорость 95 км/ч, а запас хода у него – до 80 км. Батареи аккумуляторов – никель-кадмиевые. Напомним, что французские машины были созданы в рамках упомянутого проекта «Ля Рошель».

Не остался в стороне от электромобильных веяний и FIAT. Panda   Electra со свинцовыми батареями достигает скорости 70 км/ч и может проехать до 70 км. Конечно, не обошлось в этом деле без «народного автомобиля» - Volkswagen-Golf. Его 2х дверная «электрическая» модификация получила название Sitischtromer. Мест – 4, батареи свинцовые, их масса – 480кг, мощность мотора – 22 кВт, скорость – до 100 км/ч. Сохранены системы безопасности и внешний вид стандартного Golf, а потому масса машины – 1,5 т

Как ни стараются автофирмы сделать хороший электромобиль, все равно он пока не конкурент обычному автомобилю. Приведенные здесь данные по запасу хода не внушают оптимизма и на будущее. В то же время если нужно убрать источники загрязнения воздуха из исторического центра большого города, парка, производственного помещения, то вряд ли вы найдете средство передвижения лучше, чем электромобиль.

        Пару лет назад студенты университета города Кейо построили необычный восьмиколесный автомобиль KAZ (Keio AoWanced Zeroemission Vehicle). Об этом уже начали забывать, но студенты оказались упрямыми – и сделали новый вариант «многоножки», который был представлен на моторшоу Токио’03. Длинна  машины по имени Eliica – свыше пяти метров, ширина – без малого два метра. Снаряженная масса – 2400 кг! Это тело напоминает то ли огромную рыбину, то ли маленький троллейбус. Интерьера нет, поскольку кузов сделан в виде макета. Зато шасси проработано до мелочей. Это плоская платформа, внутри которой спрятаны литий-ионные батареи. По краям платформы – две 4х колесные «тележки». Каждое мотор-колесо подвешено на двойных поперечных рычагах, причем амортизационные стойки передней подвески располагаются горизонтально. Внутри каждого из восьми колес спрятан электродвигатель (схема «мотор-колесо») – это полноприводная машина! Каждое мотор-колесо обладает тягой 100 Нм. В сумме – 800 Нм. Студенты предлагают два варианта «настройки». Первый подразумевает максимальную реализацию тяговых возможностей: развиваемое на старте ускорение достигает 0,8 д, первые 400м машина проходит за 11 с, а максимальная скорость – 190 км/ч. При этом расчетный запас хода тоже велик – 320 км. Второй вариант можно назвать «автомобильным»: машина разгоняется вдвое медленнее, зато максимальная скорость – уже 400 км/ч. Запас хода в этом случае – 200 км. А на перезарядку 332 – вольтовых батарей уходит не более получаса.

При схеме силовой установки, состоящей из ДВС, электрогенератора, электродвигателя и накопителя электрической энергии можно сочетать оптимальный режим работы теплового двигателя (с минимальным расходом топлива и вредными выбросами) и накопление избыточной энергии, как от двигателя, так и от торможения автомобиля. Некоторые фирмы – изготовители используют в гибридной схеме традиционные ДВС, а другие – нетрадиционные. К последним относится шведский Volvo, который уже более 30 лет ведет научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по применению газотурбинных двигателей (ГТД) на автомобилях. Шведы совместно с фирмой Аsea Brawn Bovevi (ABB)предложили использовать ГТД со встроенным высокоскоростным генератором переменного тока на постоянных магнитах. Такой компактный и легкий агрегат устанавливается в последовательной схеме гибридного привода автомобиля, что ведет к снижению расхода топлива и вредных выбросов с отработанными газами. К тому же, нет необходимости в стандартной трансмиссии, водитель управляет только работой приводного электродвигателя. ГТД вращает ротор генератора, обеспечивая подзарядку аккумуляторных батарей, а при разгоне или преодолении подъема – подачу переменного тока непосредственно к электродвигателю. Причем для электрогенератора предусмотрена возможность работать в стартерном режиме при запуске ГТД. Были разработаны турбогенераторы мощностью 40 кВт для легковых автомобилей и 110 кВт для грузовых с частотой вращения ротора соответственно 90000 и 70000 об/мин.

Степень повышения давления осевого компрессора ГТД составила соответственно 4,0 и 4,8, а КПД – 79%. Колесо компрессора  изготовлено из высококачественных поковок титана,  турбина – из сплава на основе никеля. Набор отдельных камер сгорания обеспечивает стабильность процесса сгорания топлива, что и определило низкий урівень токсичности отработавших газов, значительно меньше норм Евро-2. После незначительных изменений конструкции камеры сгорания можно использовать любые виды жидкого и газообразного топлива, включая дизельное, а также керосин, этанол, метанол и природный газ. Установлено, что при использовании этанола содержание  наиболее токсичного компонента – оксида азота – в отработавших газах грузового автомобиля с таким приводом меньше на 90 – 95%, чем у дизеля. Теплообменник – рекуперативный, с тонкостенными отсеками без ребер между потоками, общий тепловой КПД которого составил 90%. Следует отметить низкий уровень шума и вибрации при работе ГТД. Статор трехфазного электрогенератора имеет обмотки тороидальной конфигурации на ламинированной сердцевине, а ротор – постоянный магнит из неодим-железа-бора. Отсюда – высокий КПД генератора (до 96%) и общий КПД турбогенератора при полной нагрузке (32%). К сожалению, аккумуляторные батареи, начиная со свинцово-кислотных, никель-кадмиевых и заканчивая металл-никельгидрдными мало эффективны в гибридном приводе. Кроме  высокой стоимости, массы, объема и низкого ресурса работы, они в интенсивном режиме функционирования разряд-заряд быстро теряют до 25% эффективности. Остановились на металл-никельгидридных, имеющих номинальную энергоемкость 72 кВт и удельную мощность до 165 Вт/кг при номинальном напряжении 400 В и удельную энергоемкость в два раза выше по сравнению с обычными свинцово-кислотными. Такие параметры позволяют грузовому автомобилю обеспечить запас  хода при работе от  аккумуляторов  до 25км. Максимальная мощность электродвигателя переменного тока (с КПД при полной нагрузке до 85%) для грузового автомобиля и автобуса достигает 124 кВт, а крутящий момент – 2850 Нм. Но все это только в кратковременном   режиме работы. В постоянном режиме работы мощность составляет лишь 94 кВт. Схема управления такой гибридной силовой установки позволяет осуществлять пуск ГТД за счет перевода генератора в двигательный режим. В этом случае он работает как стартер с питанием от аккумуляторных батарей. Движение автомобиля за счет питания приводного электродвигателя либо от аккумуляторных батарей, либо от высокоскоростного электрогенератора, приводимого в действие ГТД. Возможно также использование электроэнергии от обоих источников – генератора и от аккумуляторных батарей при разгоне автомобиля и для преодоления подъемов. И, наконец, рекуперация (накопление и преобразование) энергии. Энергия вращения колес при торможении автомобиля и движении капотом преобразуется генератором в электрическую и через инвертор (выпрямитель) подзаряжает аккумуляторные батареи. Процесс зарядки может быть осуществлен как от турбогенератора, так и от постороннего источника тока при стоянке автомобиля.

Для отработки предложенной гибридной схемы фирмой Volvo были изготовлены концептуальные автомобили – легковой ECC (Environmetal Concept Cav), грузовой ECT (Environmetal Concept Truck) и автобус ECB (Environmetal Concept Bus). Легковой автомобиль ECC создан на базе известного переднеприводного Volvo 850 с алюминиевым кузовом полной массой 1580 кг, коэффициентом аэродинамического сопротивления Сх=0,23 и максимальной скоростью 170 км/ч. Никель-кадмиевые аккумуляторные батареи массой 315 кг позволяют при движении в городских условиях обеспечить пробег 85 км и разгон с места до 100 км/ч за 23 сек. А с ГТД и высокоскоростным генератором мощностью 40 кВт и частотой вращения вала 90000 об/мин – за 13 сек, с запасом хода в этом случае при движении с постоянной скоростью 90 км/ч и вместимости топливного бака 35л – 670 км, т.е. с расходом топлива 5,2 л/100 км. При движении же по смешанному федеральному циклу США расход топлива – 6 л/100 км. Содержание основных токсичных компонентов в отработавших газах составило по оксидам углерода (СО) 0,82 г/км, по углеводородам  nHm) – 0,006 г/км и по оксидам азота (NOx) – 0,106 г/км, что соответствует самым жестким стандартам.

На грузовом автомобиле ЕСТ и автобусе ЕСВ устраиваются одинаковые силовые агрегаты мощностью 110 кВт и частотой вращения вала до 70000 об/мин. Грузовик при полной массе 15 т (400кг приходится на турбогенератор, 100 кг – на электродвигатель и 180кг на металл-никельгидридные аккумуляторы номинальной емкостью 3×60 А∙r) развивает максимальную скорость 80 км/ч. Удельные выбросы токсичных веществ с отработавшими газами ГТД составили (по сравнению с существующими нормами Евро-2) по СО – 0,5 (4) г/кВт∙ч, по СnHm  - 0,1 (1,1) г/кВт∙ч, по NOx – 0,3 (7,0) г/кВт∙ч, и по твердым частицам меньше 0,05 (0,15) г/кВт∙ч. Как видим, выбросы вредных веществ – на сверхнизком уровне. И грузовик,  автобус отличаются великолепным дизайном кузова из алюминиевых штампованных панелей и прекрасной эргономикой кабины водителя. На основной панели приборов – непосредственно перед водителем, в поле его зрения – установлены указатель скорости и частоты вращения вала турбины. С левой стороны от рулевой колонки – регулируемая панель – сателлит с элементами управления освещением, обогревом и т.д. С правой стороны – дисплей информационной и коммуникационной систем контроля напряжения аккумуляторных батарей, уровня топлива, температуры и уровня охлаждающей жидкости, средней скорости, загрузки и расхода топлива. С помощью портативного компьютера, находящегося с правой стороны, можно определить отказы систем и производить необходимые вычисления. Все колеса – управляемые, а рулевое управление с усилием. В одном из режимов все колеса можно повернуть в одну сторону, что позволяет при длине кузова 10м обеспечить диаметр поворота 17 м, что на 15-20% меньше, чем у обычного грузовика. С помощью управляемой активной подвески автоматически устанавливается горизонтальное положение кузова независимо от загрузки и качества дорожного покрытия, погрузочная высота – 1015мм – может быть увеличена или уменьшена на 150мм. Тормозные механизмы – дисковые, с гидравлической тормозной системой и противоблокировочными, противобуксировочными автоматами с электронной автоматизацией отказа. Такая система обеспечивает тормозной путь 59м при замедлении со скорости 100 км/ч.

        Внешне все четыре концепта GM выглядят почти одинаково. Машины созданы на основе одного и того же серийного электромобиля GM EV1. Отсюда и обозначение ЕV1, присутствующее в наименовании каждого из них. Электродвигатель и одноступенчатый редуктор, через который крутящий момент передается на передние ведущие колеса, у троих – EV1 Electric, EV1 Parallel Hybrid и EV1 Fuel Cell – совершенно одинаковы. Начнем же, пожалуй, с наиболее близкого к ним прототипа.

 

EV1 Electric.  Как видно из названия, автомобиль этот электрический. Двигатель – трехфазный асинхронный мощностью 101 кВт (137л.с.). Он снабжен новой системой управления, которая в два раза меньше и дешевле серийной. Как и на большинстве электромобилей, мотор при торможении работает в качестве генератора, возвращая сэкономленную энергию обратно в аккумуляторы. Место традиционных свинцово-кислотных заняли металл-никель-гидридные батареи, отличающееся втрое большим ресурсом и вдвое большей емкостью. Как утверждают специалисты GM, это позволит новому EV1 Electric пройти на одной зарядке около 230 км, в то время как серийный EV1 имеет запас хода только 96-144 км. К тому же, металл-никель-гидридные источники тока почти не боятся холода, а перезаряжаются гораздо быстрее. В аккумуляторах такого типа катод – это никелевое соединение, а анод представляет сложный сплав ванадия, титана, циркония, никеля и хрома, некий металлический гибрид. Электролитом служит концентрированный щелочной раствор гидроокиси калия (КОН) в воде. Оба электрода и электролит загерметизированы в специальном контейнере из нержавеющей стали. Напряжение этого элемента 1,2 В. Одиннадцать таких элементов, соединенных последовательно, образуют специальный модуль. Всего таких модулей 26. Пока неизвестно, сколько будет стоить модернизированный EV1. но, учитывая, что за серийный в прошлом году «просили» $ 34 тыс., немало.

EV1 Parallel Hybrid. В отличие от предыдущего, этот автомобиль и-местный. База, по сравнению с прототипом, удлинена на 48 см. блок аккумуляторов установлен в один ряд по центру, а электродвигатель мощностью 101 кВт дополнен 3-цилиндровым турбодизелем японской фирмы ISUZU, рабочий объем 1,3 л и мощностью 75 л.с. Установленный сзади, он передает крутящий момент на задние колеса через 5и ступенчатую автоматическую коробку передач. Таким образом, машина эта полноприводная. Кроме того, турбодизель вращает генератор постоянного тока мощностью 4,8 кВт. В зависимости от режима движения последний может работать и как стартер, и как дополнительный тяговый электродвигатель, используемый при интенсивном разгоне. В этом режиме суммарная мощность достигает 219 л. с. Что обеспечивает машине отличную динамику: разгон от 0 до 100 км/ч занимает всего 8 секунд.

EV1 Fuel Cell. Автомобиль этот очень похож на EV1 Parallel Hybrid. Он тоже оборудован стандартным электродвигателем с системой регенеративного торможения, металл-никель-гидридными батареями, находящимися посередине машины, и тоже может перевозить четверых. Однако задний отсек у него занят не дизелем, а особым реактором и контейнером с топливными элементами. Топливные элементы (Fuel Cell), несмотря на их пока что чрезмерную стоимость, считают наиболее вероятной заменой ДВС. Топливо, в данном случае метанол, в специальном реакторе, расположенном в задней части машины, преобразуется в водород и воду. Далее водород поступает к двум электродам, отделенным друг от друга особой проницаемой мембраной, проводящей ионы (протоны) водорода, но не электроны. Электрический ток образуется в результате химической реакции кислорода и водорода. При этом почти не образуется окисей азота (NOx), а то небольшое количество СО, что все же выделяется при работе реактора, доокисляется до углекислого газа с помощью каталического нейтрализатора. В результате получается экологически чистое транспортное средство с необычайно низким расходом горючего.

EV1 Natural Gas. Инженеры GM предусмотрели и еще один, четвертый вариант сверхчистого и сверхэкологичного автомобиля, также собранного на базе EV1, но ценой поменьше. Он оснащен серийным 3-цилиндровым двигателем Opel семейства ECOTEC с турбонаддувом мощностью 82 л. с. и приспособленным для работы на сжатом природном газе – метане. Баллоны, общей емкостью 26л, размещены посередине и сзади. Для большей безопасности они оборудованы специальными электромагнитными клапанами, которые перекрывают подачу топлива при выключенном зажигании. Коробка передач – бесступенчатая автоматическая, типа CVT: с двумя раздвигающимися шкивами и стальным ремнем. Расход топлива сравнительно невелик – 5,1л на 100км, что позволяет пройти на одной заправке до 500км.

        Нестандартные варианты  топлива для разнообразных двигателей использовались издавна.

        1874 – Роберт Стрит – Англия, патент №1983 «Атмосферный двигатель, работающий на продуктах сгорания горючей жидкости (спирт или терпентин)».

         1820 – Англичанин Сесиль, водород.

         1823 - Англичанин Самуэль Браун построил ДВС на светильном газе.

        1841 – Джеймс Джонстон, Англия, патент №8841 «Двигатель, работающий на смеси водорода с кислородом».

        1842 – Англия, Дрейк, патент №562, газовый двигатель с калильным зажиганием.

        1860 – Выдан патент Жану Этьену Ленуару, позже наладившему выпуск ДВС на светильном газе.

        1873 – Американец Брайтон из Филадельфии попытался создать ДВС, работающий на керосине, но из-за плохого испарения перешел на использование бензина.

       1884 – Россия, Игнатий Степанович Костович построил первый бензиновый двигатель для дирижабля, 8 цилиндров, мощность около 50 л. с. при 300 об/мин.

     

     Этанол добывается из отходов древесины и сахарного тростника, обеспечивает двигателю высокий КПД и низкий уровень выбросов и особо популярен в теплых странах. Так Бразилия после своего нефтяного кризиса 1973 года активно использует этанол – в стране более 14 млн. автомобилей ездит на этом топливе. Кроме того, концерн Ford сейчас готовит к производству модель Focus FFV, которая будет заправляться топливом под названием Е85 – смесью, состоящей из 85% эталона и 15% бензина.

    Растительное масло. С этим топливом – как в чистом виде, так и после жарки пончиков, - похоже, экспериментирует вся Германия и другие страны Северной Европы. Масло, конечно, дешевле бензина, но по уровню выбросов в атмосферу не намного чище. Сейчас в Европе есть фирмы, которые специально переделывают автомобили «под масло». Стоит это порядка 2,5 тыс. евро и обычно на такую переделку идут те, чья работа напрямую связана с машинами – таксисты и водители грузовой техники.

     Сжиженный газ (пропан - бутан). В Европе это топливо называется LPG (Liqefied petroleum gas – сжиженный бензиновый газ). В это время как сжатый газ (метан) находится в баках под давлением 200 бар, LPG сжиживается уже при 6-8 бар. В Европе сегодня насчитывается около 2,8 млн. машин, работающих на LPG. Фирмы, занимающиеся переоборудованием топливных систем автомобилей под LPG, за свою работу берут около 2 тыс. евро. Кроме того, компания Isuzu в заводских условиях под заказ устанавливает на свою 3,5-литровую модель Trooper 100-литровый баллон под этот газ.

   Уголь. По сообщениям британской прессы ученые сразу пяти институтов Англии работают над получением бензина из каменного угля. Угольное топливо дешевле бензина, а количество вредных выбросов в атмосферу у «угольного» бензина ниже, чем у обычного.

   Диметил-эфир. Представители Renault совместно с французским агентством по защите окружающей среды работают над тем, как заставить машины «потреблять» диметил-эфир – жидкий газ, который используется в аэрозолях, а продукты его сгорания мало токсичны. Этот газ можно использовать в автомобилях с дизельным двигателем, так как етановое число у него выше, чем у дизтоплива.

  Воздух. Во Франции в 2003 году стартовано производство автомобиля, в качестве топлива для которого будет использоваться сжатый воздух. Принцип работы мотора машины очень похож на принцип работы ДВС. Только в двух цилиндрах воздух-кара не бензин «встречается» с искрой, а холодный воздух с теплым. По предварительным данным, автомобиль будет стоить порядка 13 тыс. евро. Запас хода – 200км.К другим, уже привычным видам горючего можно отнести не только бензин или дизельное топливо, но и сжатый газ и электричество, даже спирт, которым уже во всю заправляют баки в Австрии и Америке.
        
В 1998 журналисты «За рулем» провели эксперимент. Они измеряли содержание окиси углевода, окиси азота и углеводородов в салоне ВАЗ-2106 (1996г. выпуска, пробег – 30 тыс. км) в разных точках Москвы. Ездили с газоанализаторами по одной из самых загруженных магистралей – Садовому кольцу. Потом отправились из центра за город. Скорость автомобиля зависела, в основном, от средней скорости транспортного потока и колебалась от 0 до70-80 км/ч за городам. На остановках двигатель не выключался в режиме холостого хода. В контрольных точках маршрута снимали показания приборов. Через пару дней, когда погода изменилась, замеры повторили: хотелось посмотреть, как влияет температура, ветер, влажность на загрязнения атмосферы. Не обманывают нас радио и телевидение, когда предупреждают об особо неблагоприятной обстановке?

           Перед заездами на «шестерке» установили пробоотборник, через который проходил тот воздух, что поступает в салон по системе вентиляции. На сменных фильтрах пробоотборника оседали взвешенные в воздухе частицы. Четыре фильтра, отработавшие по четыре часа, отправились на экспертизу. Лабораторные анализы должны были ответить, сколько и каких вредных веществ содержится в городском воздухе. Результаты всех замеров городском воздухе приведены в таблице и на графиках.

Осталось их прокомментировать. Вспомним, что ни на одном отечественном автомобиле нет фильтров для поступающего в салон воздуха. Стало быть, приточная вентиляция подобна пылесосу. Что же он засасывает, когда автомобиль едет или, того хуже, стоит в потоке транспорта?

        Опыты показали: содержание СО, NO и CnNm в салоне автомобиля во много раз превышает предельно допустимую концентрацию (ПДК) для атмосферы населенных мест. Мало того, кое-где концентрация вредных

 

 

Химическое

соединение

Канцерогенная

активность

Мутагенная

активность

Проба 1

Проба 2

Проба 3

Проба 4

 

фенантрен

    -

    -

    2,0

  2,0

  2,6

0,2

19,0

1,22

флуорантен

    -

   +

       -

   -

     -

   -

28,0

0,58

пирен

    -

    -

       -

   -

     -

   -

21,8

0,46

Бенз(а)антрацен

   +

    -

  0,6

  0,2

  12,94

 0,07

5,08

0,21

хризен

   +

   +

  0,6

  0,2

  12,9

 0,06

0,19

0,05

Бенз(е)пирен

   +

   +

  7,4

  0,13

  0,32

 0,013

0,94

0,06

Бенз(а)пирен

   ++

  ++

  7,0

  0,15

  0,3

 0,011

0,37

0,37

перилен

    -

   +

  0,94

  0,02

  0,02

 0,001

0,82

0,09

20-метилхолантрен

  +++

 +++

  1,96

  0,11

  0,3

 0,01

0,39

0,1

 

оксидов многократно «зашкаливает» даже за ПДК промышленных зон. Так что, сидя за рулем в центре города, вы не просто работаете, а трудитесь на вредном производстве. И лишь отъехав от города на порядочное расстояние, можете считать, что наконец-то выбрались из «газовой камеры». Не малый интерес представил и спектр полициклических углеводородов (ПАЧ). Пробы с фильтров после специальной обработки подвергли анализу методом газовой хроматографии.

Все эти ПАУ отличаются красивыми труднопроизносимыми названиями и на редкость вредным воздействием на организм человека. Говоря научным языком, они обладают канцерогенной и мутагенной активностью. А если попросту – канцерогены способствуют возникновению у человека злокачественных опухолей. (Канцероген – от латинского слова «рак» и греческого «рождение», то есть «рождающий рак»). Мутагены же, как видно из названия, вызывают мутации – изменения в свойствах и признаках организма, передающиеся потомству.

Исследования показали, что ПАУ всегда присутствуют в отработавших газах автомобилей. Содержание их находится в прямой зависимости от регулировок двигателя и резко возрастает, если двигатель не исправен. Для большей наглядности в ту же таблицу помещены результаты анализа вредных веществ в отработавших газах автомобилей ВАЗ-2106 и КамАЗ-5320. «Особо выдающиеся» концентрации ПАУ в таблице выделены.

«Неавтомобилизированная »часть городского населения если и может себя чувствовать спокойней, то не намного. Пешеходы ходят по тротуарам, а тротуары правило, идут по краям дороги.… А разве в салоне автобуса чище, чем в легковом автомобиле? Цифры, в самом деле, заставляют задуматься, в каком же грязном мире мы живем. Причем автомобилисты смело могут отнести себя к числу основных потребителей канцерогенных, мутагенных и прочих, на редкость «полезных веществ». Конечно, загазованность зависит от многих факторов: от места, интенсивности движения, погодных условий. Но в черте Москвы водителям и пассажирам то и дело приходится вдыхать «смесь», в которой все предельные концентрации безнадежно превышены. Безусловно, с загрязнением атмосферы надо бороться. Весь цивилизованный мир помешан на экологии неспроста – строгие требования к автомобилям появились не на пустом мете. Сейчас и московские власти вступили в борьбу за чистоту воздуха: нейтрализаторный «бум» то затихает, то разгорается вновь. Однако принудительной установкой нейтрализатора проблему вряд ли удастся решить в одночасье.

Примерно в начале 50-х годов человечество впервые, пожалуй, осознало, что его среда обитания может быть разрушена. К середине следующего десятилетия проблема встала во весь рост – невиданные ранее масштабы автомобилизации привели к тому, что в городах стали остро ощущать недостаток свежего воздуха. Родившееся тогда слово «смог» очень емко отражало типичную атмосферу больших городов, окутанных маревом автомобильных «испарений». Общественность («зеленые») забила тревогу, тема экологии бурно обсуждалась в прессе, с парламентских трибун – и, естественно, автопроизводителям пришлось реагировать, чтобы изменить ситуацию к лучшему.

Сразу определилось несколько направлений. Основное, естественно, - подвергнуть ревизии саму концепцию ДВС. Если до того времени важнейшим показателем совершенства мотора считали его тяговые характеристики, то теперь пришлось во главу угла ставить чистоту выхлопа, полноту сгорания топлива, экономичность. Конструкторы занялись фазами газораспределения, качеством подготовки смеси и, формой камеры сгорания. Стремление сжигать все более бедную смесь уперлось в порог детонации.

Вскоре появились системы впрыска топлива (пока еще во впускной коллектор) и каталитический нейтрализатор отработавших газов (катализатор). Современный катализатор – это керамический монолит, пронизанный множеством каналов, поверхность которых покрыта слоем алюминия, а на него, в свою очередь, нанесены химически активные драгоценные металлы (родий, палладий, платина). На долю последних приходится до 60% себестоимости устройства. Именно благодаря им происходят необходимые химические реакции – окисление монооксида углерода (СО) и несгоревших углеводородов (СН), а также сокращение количества окиси азота (NOx). В трехкомпонентном нейтрализаторе платина и палладий вызывают окисление СО и СН, а родий «борется» с NOx. Кстати, родий – субпродукт при получении платины – наиболее ценный в этой троице. И именно его в первую очередь «отравляет» свинец, содержащийся в бензине.

В конструкции катализатора используют другие химические элементы, повышающие эффективность трех основных, - никель, участвующий в реакции с NOx, железо, а также церий. На первый взгляд может показаться, что установка катализатора решает все экологические проблемы. Однако «зеленые» продолжили наступление, и нашли-таки в нем изъян. Температура, при которой катализатор начинает действие находится в пределах 250-350ºС. время же, необходимое для разогрева, может достигать несколько минут и зависит от типа двигателя, способа эксплуатации и температуры воздуха. Холодный катализатор практически не эффективен – следовательно, необходимо уменьшить время достижения температуры активации. И опять инженеры взялись за дело.                                            

Фирма «Эмитек» разработала технологиею разогрева катализатора

мощным электрическим сопротивлением. Основанная на этом принципе модель катализатора «Эмитэк 6С» была установлена на BMB-Alpina B12. подогреватель на металлической опоре крепится внутри катализатора. Его мощность 0,5-4 кВт, в зависимости от величины сопротивления 0,05-0,35 Ом. Для примера, элемент в 1,5 кВт разогревает катализатор до 400ºС за 10 сек. Компания ЭСИА пошла другим путем и предложила пусковой катализатор. Он размещен в специальном ответвлении выпускной системы, имеет меньше, чем основной, размеры и, стало бать, прогревается быстрее, после чего приводит в рабочее состояние «старшего брата».

Чтобы снизить вредные выбросы при пуске холодного двигателя, иногда применяют также встроенный в катализатор адсорбер углеводородов. Как только рабочая температура достигнута, последние «освобождаются» и окисляются самим катализатором. Среди подобных устройств можно назвать нейтрализатор «Эдкэт» фирмы «Делфай» или «Пума» фирмы «Корпинг». А вот еще одна проблема. Чем беднее рабочая смесь, тем ниже эффективность катализатора в отношении NOx. Для СО и СН – обратная картина: при обогащенной или богатой смеси не проходит их полного окисления. В настоящее время разрабатываются системы, адсорбирующие окиси азота, которые действуют по принципу ловушки: высвобождение NOx происходит в тот момент, когда достигается нормальное соотношение рабочей смеси (около 1:15). Так, например, работает катализатор двигателя «D4» фирмы Toyota

Конечно, доводкой катализаторов транспортных средств не ограничивается. Скажем, чтобы при равномерном движении умерить аппетит и выбросы 8-цилиндрового Porshe-928, инженеры экспериментировали с отключением цилиндров. Volkswagen пошел еще дальше – у серийного Golf-lll Ecomatic мотор и вовсе отключается при любом подходящем случае – движении капотом, остановке у светофора – и оживал с нажатием на педаль акселератора.

Обеспокоенное экологическими проблемами общество, естественно, позаботилась о подходящем инструментарии, чтобы оценить вред окружающей среде от автомобиля. Сперва появились сложные и громоздкие химические газоанализаторы, затем – более компактные и точные термохимические (их прямой потомок – лямбда-зонд – сейчас есть едва ли не на каждом европейском автомобиле), теперь вошли в употребление инфракрасные (на техосмотре в ГАИ). Для дизелей сконструировали нефелометры («дымометры»), измеряющие плотность выхлопа, то есть число несгоревших частичек сажи. Дальше начали отслеживать экологическую обстановку в масштабе крупных городов. Видимо, не за горами и общемировые исследования загрязнения воздуха.

Можно отметить определенную закономерность последних двух десятилетий. Едва, казалось бы, инженеры и автопроизводители приблизятся к решению какой-то экологической проблемы – тотчас возникают десятки новых. Удалось справиться с СО? А вот, пожалуйте – СН и NOx. Вопрос решается? Как вам канцерогены, озон, микрочастицы… У кого-то может даже возникнуть мнение, что автомобили становятся все более опасными. Между тем, это неверно: известный специалист Андре Дуо, один из руководителей Французского института нефти, заявляет: «Сегодня автомобили загрязняют окружающую среду в 7-10 раз меньше, чем раньше, но ведь прежде не существовало и столь совершенной измерительной аппаратуры».

Проблема состоит еще и в том, что тогда многие вещества вовсе не считались такими вредными, как показывают современные исследования. Вот, скажем, дизель. Пару десятков лет назад его считали чуть ли не эталоном чистоты. Потом обнаружилось, что здоровью вредят частицы сажи размером 10 микрон. Дальше – больше. В системе смазки плунжеров ТНДВ традиционно использовали свойства серы, входящей в дизельное топливо. Теперь же на нее накладывают табу: при сгорании такого топлива образуется сернистый ангидрид SO2, другие вредные соединения. Да и с сажей дело оказалось гораздо сложнее, чем виделось сначала: «Ранее полагали, что диаметр микрочастиц составляет 10 микрон, в то время как в действительности они имели размер 2 микрон», - говорит тот же Андре Дуо. А это совсем другое дело: такие частицы, не задерживаясь в верхних дыхательных путях, попадают прямиком в легкие и могут вызвать целый букет весьма опасных заболеваний.

Так опасен ли все-таки автомобиль? Специалисты предпочитают использовать в качестве единицы измерения вредного воздействия тех или иных факторов на человеческую жизнь как таковую, а непрожитые годы. Для примера возьмем французскую статистику: 300 смертей в год, причиной которых стало, как полагают, загрязнение атмосферы, составляют не более 100 непрожитых лет. Кто-то скажет: циничная арифметика. Возможно, но стоит сравнить эти данные с цифрами потерь, вызванных иными причинами: пассивное курение – 100 тыс. лет; самоубийства среди молодежи – 400 тыс. лет; активное курение – 1 миллион лет!

А что же, собственно, производители автомобилей? Может показаться, что общественность буквально выламывает им руки, заставляя делать все более экологически чистые автомобили. Вы тоже так думаете? Напрасно – ведь, по правде говоря, вся эта гонка автомобильным фирмам выгодна. Посудите сами. Надежность и ресурс современных автомобилей год от года увеличивается. Стала нормой шестилетняя гарантия на кузов, трансмиссия без какого-либо обслуживания способна работать сотни тысяч километров, двигатель, смазанный самыми современными маслами, тоже проживет не меньше. Как же стимулировать покупку нового авто? Ведь снижать общий выпуск машин нельзя: скажем, в Германии каждый седьмой работающий связан с автопромом.

Со временем написания «Капитала» оборудованный капитализм научился решать многие свои проблемы. И проблему кризиса непроизводства – тоже. Надо доказать владельцу, что его нестарая еще машина смертельно вредна для природы – и для него самого. Он не поддается на уговоры «зеленых»? Что ж, тогда неплохо подействует повышенный налог на «старье на колесах». Согласитесь – куда лучше платить проценты по кредиту и ездить на совершенно новом автомобиле, чем тратить те же деньги из-за любви к чистому воздуху. Это – плата за поддержание уровня производства и, стало быть, за отсутствие социальных потрясений.

Проявить себя на этом поприще общепонятные «зеленые» рассуждения служат таким великолепным фоном для рекламных призывов. Нет, автор вовсе не против того, чтобы автопроизводитель был кровно заинтересован в Итак, экологическая «гонка» в разгаре, и каждая фирма стремится улучшении экологических параметров своей продукции. Это просто великолепно! Выигрывают все кроме, быть может, каждого конкретного покупателя: автомобиль с катализатором, электронным впрыском, ABS, ESP и т. д. заметно дороже, чем «обычный». Один европейский журнал ядовито заметил по этому поводу: «У вас будет катализатор. Только за эту цену придется обойтись без подушек безопасности». 

Hosted by uCoz