Несколько лет назад мир облетела новость о том, что индийская компания Tata собирается запустить в серию автомобиль, работающий на сжатом воздухе. Планы так и остались планами, но пневматические автомобили явно стали трендом: каждый год появляется несколько вполне жизнеспособных проектов, а компания Peugeot в 2016 году собирается поставить на конвейер воздушный гибрид. Почему же пневмокары внезапно вошли в моду?

Все новое - это хорошо забытое старое. Так, электромобили в конце XIX века были популярнее бензиновых собратьев, затем они пережили столетнее забвение, а потом снова «восстали из пепла». То же касается и пневмотехники. Еще в 1879 году французский пионер авиации Виктор Татен спроектировал самолет A? roplane, который должен был подниматься в воздух благодаря двигателю на сжатом воздухе. Модель этой машины успешно летала, хотя в полном размере самолет построен не был. Родоначальником пневмодвигателей на наземном транспорте стал другой француз, Луи Мекарски, разработавший подобный силовой агрегат для парижских и нантских трамваев. В Нанте машины испытали в конце 1870-х, а к 1900 году Мекарски владел парком из 96 трамваев, что доказывало эффективность системы. Впоследствии пневматический «флот» был заменен электрическим, но начало было положено. Позднее пневмолокомотивы нашли себе узкую сферу повсеместного применения - шахтное дело. В то же время начались и попытки поставить воздушный двигатель на автомобиль. Но до начала XXI века эти попытки оставались единичными и не стоящими внимания. Преимущества воздуха Пневматический двигатель (или, как говорят, пневмоцилиндр) преобразует энергию расширяющегося воздуха в механическую работу. По принципу действия он аналогичен гидравлическому. «Сердце» пневмодвигателя - поршень, к которому прикреплен шток; вокруг штока навита пружина. Воздух, поступающий в камеру, с увеличением давления преодолевает сопротивление пружины и перемещает поршень. На фазе выпуска, когда давление воздуха падает, пружина возвращает поршень в исходное положение - и цикл повторяется. Пневмоцилиндр вполне можно назвать «двигателем внутреннего несгорания». Более распространена мембранная схема, где роль цилиндра выполняет гибкая мембрана, к которой точно так же прикреплен шток с пружиной. Ее преимущество заключается в том, что не нужна столь высокая точность посадки подвижных элементов, не требуются смазочные материалы, а герметичность рабочей камеры повышается. Существуют также роторные (пластинчатые) пневмодвигатели - аналоги ДВС Ванкеля. Основные плюсы пневмодвигателя - это его экологичность и низкая стоимость «топлива». Собственно, из-за безотходности пневмолокомотивы и получили распространение в шахтном деле - при использовании ДВС в замкнутом пространстве воздух быстро загрязняется, резко ухудшая условия работы. Отработанные же газы пневмодвигателя - это обычный воздух. Один из недостатков пневмоцилиндра - относительно низкая плотность энергии, то есть количество вырабатываемой энергии на единицу объема рабочего тела. Сравните: воздух (при давлении 30 МПа) имеет плотность энергии порядка 50 кВт ч на литр, а обычный бензин - 9411 кВт ч на литр! То есть бензин как топливо эффективнее почти в 200 раз. Даже с учетом не очень высокого КПД бензинового двигателя он «выдает» в итоге около 1600 кВт ч на литр, что значительно выше, чем показатели пневмоцилиндра. Это ограничивает все эксплуатационные показатели пневмодвигателей и движимых ими машин (запас хода, скорость, мощность и т.?д.). Помимо того, пневмодвигатель имеет относительно небольшой КПД - порядка 5-7% (против 18-20% у ДВС). Плюсы + Отсутствие вредных выбросов + Возможность заправки автомобиля в домашних условиях + Невысокая стоимость ввиду простоты конструкции двигателя + Возможность применения рекуператора энергии (например, сжатия и накопления дополнительного воздуха за счет торможения автомобиля) Минусы - Низкие КПД (5-7%) и плотность энергии - Необходимость во внешнем теплообменнике, поскольку при уменьшении давления воздуха двигатель сильно переохлаждается - Низкие эксплуатационные показатели пневмоавтомобилей. Пневматика XXI века Актуальность экологических проблем XXI века заставила инженеров вернуться к давно забытой идее использования пневмоцилиндра в качестве двигателя для дорожного транспортного средства. По сути, пневмоавтомобиль экологичнее даже электромобиля, элементы конструкции которого содержат вредные для окружающей среды вещества. В пневмоцилиндре же - воздух и ничего кроме воздуха. Поэтому основной инженерной задачей было приведение пневмокара к виду, в котором он мог бы конкурировать с электромобилями по эксплуатационным характеристикам и стоимости. Подводных камней в этом деле множество. Например, проблема дегидратации воздуха. Если в сжатом воздухе будет хотя бы капля жидкости, то из-за сильного охлаждения при расширении рабочего тела она превратится в лед, и двигатель просто заглохнет (или даже потребует ремонта). Обычный летний воздух содержит примерно 10 г жидкости на 1 м3, и при наполнении одного баллона нужно затратить дополнительную энергию (около 0,6 кВт ч) на дегидратацию - причем эта энергия невосполнима. Данный фактор сводит на нет возможность качественной домашней заправки - оборудование для дегидратации невозможно установить и эксплуатировать в домашних условиях. И это лишь одна из проблем. Тем не менее тема пневмоавтомобиля оказалась слишком привлекательной, чтобы о ней забыть. Сразу в серию? Одно из решений, позволяющих минимизировать недостатки пневмодвигателя, - облегчение автомобиля. Действительно, городской микролитражке не нужен большой запас хода и скорость, а вот экологические показатели в мегаполисе играют значительную роль. Именно на это рассчитывают инженеры франко-итальянской компании Motor Development International, которые на Женевском автосалоне 2009 года представили миру пневмоколяску MDI AIRpod и ее более серьезный вариант MDI OneFlowAir. MDI начали «сражаться» за пневмокар еще в 2003-м, показав концепт Eolo Car, но лишь спустя десять лет, набив множество шишек, французы пришли к приемлемому для конвейера решению.

Крошечный трехместный пневмоавтомобиль французской MDI был представлен широкой публике на Женевском автосалоне 2009 года. Он имеет право передвигаться по выделенным велодорожкам и не требует наличия водительских прав. Пожалуй, самый перспективный пневмокар.

MDI AIRpod - это нечто среднее между автомобилем и мотоциклом, прямой аналог мотоколяски-«инвалидки», как ее частенько называли в СССР. Благодаря 5,45-сильному воздушному двигателю трехколесная малолитражка массой всего 220 кг может разогнаться до 75 км/ч, а запас ее хода составляет 100 км в базовом варианте или 250 км в более серьезной конфигурации. Интересно, что у AIRpod вообще нет руля - машина управляется джойстиком. В теории она может передвигаться как по дорогам общего пользования, так и по велодорожкам. У AIRpod есть все шансы на серийное производство, поскольку в городах с развитой велоструктурой, например в Амстердаме, такие машинки могут быть востребованы. Одна заправка воздухом на специально оборудованной станции занимает около полутора минут, а стоимость передвижения составляет в итоге порядка?0,5 на 100 км - дешевле просто некуда. Тем не менее заявленный срок серийного производства (весна 2014 года) уже прошел, а воз и ныне там. Возможно, MDI AIRpod появится на улицах европейских городов в 2015-м. Второй предсерийный концепт - это известный проект индийского гиганта Tata, автомобиль MiniCAT. Проект был запущен одновременно с AIRpod, но, в отличие от европейцев, индусы заложили в программу нормальный, полноценный микроавтомобиль с четырьмя колесами, багажником и традиционной компоновкой (в AIRpod, заметим, пассажиры и водитель сидят спинами друг к другу). Масса Tata чуть побольше, 350 кг, максимальная скорость - 100 км/ч, запас хода - 120 км, то есть MiniCAT в целом похож на машину, а не на игрушку. Интересно, что в компании Tata не мучились с разработкой воздушного двигателя «с нуля», а за $28 млн приобрели права на использование разработок MDI (что позволило последней удержаться на плаву) и усовершенствовали двигатель для приведения в движение более крупного транспортного средства. Одна из фишек этой технологии - использование тепла, выделяющегося при охлаждении расширяющегося воздуха, для нагрева воздуха при заправке баллонов.

Изначально Tata собиралась поставить MiniCAT на конвейер в середине 2012 года и производить порядка 6000 единиц в год. Но обкатка продолжается, а серийное производство отложено до лучших времен. За время разработки концепт успел сменить имя (ранее он назывался OneCAT) и дизайн, так что какая его версия поступит в итоге в продажу, не знает никто. Кажется, даже представители Tata. На двух колесах. Чем легче автомобиль на сжатом воздухе, тем он более эффективен в плане эксплуатационных и экономических показателей. Логичный вывод из этого утверждения - почему бы не сделать скутер или мотоцикл?

Кроссовый мотоцикл, построенный австралийцем Дином Бенстедом на шасси Yamaha, способен разгоняться до 140 км/ч и безостановочно ехать в течение трех часов на скорости 60 км/ч. Воздушный двигатель системы Анжело ди Пьетро весит всего лишь 10 кг.

Этим озаботился австралиец Дин Бенстед, который в 2011 году продемонстрировал миру кроссовый мотоцикл O2 Pursuit с силовым агрегатом, разработанным фирмой Engineair. Последняя специализируется на уже упомянутых роторных воздушных двигателях разработки Анжело ди Пьетро. По сути, это классической компоновки «ванкели» без сгорания - ротор приводится в движение подачей воздуха в камеры. Бенстед пошел при разработке от обратного. Сперва он заказал Engineair двигатель, а потом построил вокруг него мотоцикл, использовав раму и часть элементов от серийной Yamaha WR250R. Машина получилась на удивление энергоэффективной: на одной заправке она проходит 100 км и в теории развивает максимальную скорость 140 км/ч. Эти показатели, к слову, превышают аналогичные у многих электрических мотоциклов. Бенстед остроумно сыграл на форме баллона, вписав его в раму, - это позволило сэкономить место; двигатель в два раза компактнее своего бензинового собрата, а свободное место позволяет установить второй баллон, увеличив пробег мотоцикла в два раза. Но, к сожалению, O2 Pursuit остался лишь одноразовой игрушкой, хотя и был номинирован на престижную изобретательскую премию, учрежденную Джеймсом Дайсоном. Спустя два года идею Бенстеда подхватил другой австралиец, Дарби Бичено, который предложил создать по схожей схеме не мотоцикл, а сугубо городское транспортное средство, скутер. Его EcoMoto 2013 должен быть сделан из металла и бамбука (никакого пластика), но дальше рендеров и чертежей дело пока что не продвинулось. Помимо Бенстеда и Бичено, схожую машину в 2010 году построил Эвин И Ян (его проект назывался Green Speed Air Motorcycle). Все три конструктора, к слову, были студентами Королевского технологического института Мельбурна, и потому их проекты схожи, используют один и тот же двигатель и… не имеют шанса на серию, оставаясь исследовательскими работами. Корпорации на старте. Вышесказанное подтверждает, что у воздушных автомобилей будущее есть, но, скорее всего, не в «чистом виде». Все-таки они имеют свои ограничения. Тот же MDI AIRpod провалил абсолютно все краш-тесты, поскольку его сверхлегкая конструкция не позволяла должным образом защищать водителя и пассажиров. А вот использовать пневмотехнологии в качестве дополнительного источника энергии в гибридном автомобиле вполне реально. В связи с этим компания Peugeot объявила о том, что с 2016 года часть кроссоверов Peugeot 2008 будет выпускаться в гибридном варианте, одним из элементов которого будет установка Hybrid Air. Эта система разработана в сотрудничестве с Bosch; суть ее в том, что энергия ДВС будет запасаться не в форме электроэнергии (как в обычных гибридах), а в баллонах со сжатым воздухом.

На полном баке и полной заправке воздухом Peugeot 2008 Hybrid Air может проехать до 1300 км.

Peugeot 2008 Hybrid Air сможет двигаться, используя энергию ДВС, воздушного силового агрегата или их комбинации. Система будет сама распознавать, какой из источников энергоэффективнее в той или иной ситуации. В городском цикле, в частности, 80% времени будет использоваться энергия сжатого воздуха - он приводит в движение гидронасос, который вращает вал при отключенном ДВС. Суммарная экономия топлива при такой схеме составит до 35%. При работе на чистом воздухе максимальная скорость автомобиля ограничивается 70 км/ч. Концепт Peugeot выглядит абсолютно жизнеспособным. С учетом экологических преимуществ подобные гибриды вполне смогут потеснить электрические в течение ближайших пяти-десяти лет. И мир станет немножечко чище. Или не станет. Соревнование на скорость.

В 2011 году спортивный автомобиль Toyota Ku: Rin установил мировой рекорд скорости для транспортных средств, приводимых в движение энергией сжатого воздуха. Обычно пневмоавтомобили не разгоняются более чем до 100-110 км/ч, концепт же Toyota показал официальный результат 129,2 км/ч. Ввиду «заточенности» на скорость, Ku: Rin на одной зарядке мог проехать всего 3,2 км, но больше трехколесному одноместному болиду и не требовалось. Рекорд установлен. Интересно, что до того рекорд составлял всего лишь 75,2 км/ч и был установлен в Бонневилле болидом Silver Rod конструкции американца Дерека Маклиша летом 2010 года.

Двигатели работающие на сжатом воздухе.

То, что пневмомобили смогут стать полноценной заменой бензиновому и дизельному транспорту, пока вызывает сомнения. Однако у двигателей, работающих на сжатом воздухе есть свой безусловный потенциал. В традиционном понимании пневмодвигатель - это машина, с помощью которой энергия сжатого воздуха превращается в механическую работу. Прежде всего, это основа для некоторых строительных инструментов, но пневматический привод широко применяется и в автомобилестроении. В основном в качестве привода тормозной системы грузовых машин. Но идея о том, что двигатель на сжатом воздухе способен в одиночку передвигать автомобиль, волнует умы конструкторов уже давно.

Впервые в роли двигателя пневматический привод выступил еще в конце 19-го века. Тогда во французском городе Нант на линию общественного транспорта был выпущен трамвай, который приводился в движение энергией сжатого под высоким давлением воздуха. Первый экспериментальный легковой «воздушный» автомобиль был представлен в Лос-Анджелесе в 1932 году. К этой разработке быстро охладели, поскольку об экологии тогда мало кто задумывался, тем более что пневмодвигатели с бензиновыми моторами тогда конкурировать не могли. Прямо скажем, не могут и сейчас… В конце семидесятых годов двадцатого столетия австралийский изобретатель Анджело Ди Пьетро создал принципиальной новый пневматический двигатель для автомобиля. Здесь нет цилиндров и поршней. Вместо этого в корпусе вращается кольцо, которое внутри опирается на специальные ролики, закрепленные на валу. За распределение воздуха по камерам, образованным лепестками, отвечает специальная система. Таким образом, изменяя свой объем, камеры вращают ротор, который в свою очередь предает усиление на колеса.

Двигатель Анджело Ди Пьетро имеет ряд преимуществ. Он легок и прост в конструкции: компактные пневмомоторы можно установить непосредственно на колеса. Кроме того, благодаря его способности выдавать свой максимальный крутящий момент на самых низких оборотах, отпадает необходимость в коробке передач.

Пневматический двигатель Николая Пустынского.

В конце восьмидесятых главный конструктор Заволжского моторного завода Н. Пустынский разработал свой пневматический двигатель для автомобиля. Главное отличие этого мотора от похожих разработок заключалось в том, что Пустынский создал пневмодвигатель из обычного ДВС с сохранением 95% его деталей. Общий принцип был сохранен. Сжатый под давлением 300 бар воздух подается в рабочую камеру, где расширяясь, толкает поршень и выходит наружу. Однако у автомобилестроителей двигатель на сжатом топливе по ряду причин большого интереса не вызвал, и сенсации не случилось. Но пневматическая установка применение все же нашла. На некоторых промышленных предприятиях электрокары были заменены дешевыми и практичными пневмокарами, оснащенные двигателями Пустынского.

До 1991 года инженер-испытатель Гай Негре был одним из ведущих конструкторов двигателей в Формуле-1. Каким образом идея о двигателе на сжатом воздухе заинтересовала этого человека? Возможно пригодился опыт в авиации, где большинство механизмов работают по принципу «обратный компрессор», а может будучи конструктором «Королевской гонки» и наблюдая за работой воздушной турбины, раскручивающей двигатель болида, он понял, какая большая энергия может храниться в баллонах со сжатым воздухом. Чтобы превратить пусковой режим пневматического привода в рабочий, было потрачено более 10 лет. Основанная с группой единомышленников компания стала называться Motor Development Internation. Ее первоначальный проект не был пневмомобилем в полном смысле этого слова. Первый двигатель Гая Негре мог работать не только на сжатом воздухе, но также на природном газе, бензине и дизеле. В моторе MDI процессы сжатия, воспламенения горючей смеси, а также сам рабочий ход проходят в двух цилиндрах разного объема, соединяющихся меж собой сферической камерой.

Испытывали силовую установку на хетчбэке Citroen AX. На низких скоростях (до 60 км/ч), когда потребляемая мощность не превышала 7 кВт, автомобиль мог передвигаться только на энергии сжатого воздуха, но при скорости выше указанной отметки силовая установка автоматически переходила на бензин. В этом случае мощность двигателя вырастала до 70 лошадиных сил. Расход жидкого топлива в шоссейных условиях составил всего 3 литра на 100 км - результат, которому позавидует любой гибридный автомобиль. Однако команда MDI не стала останавливаться на достигнутом результате, продолжив работу над усовершенствованием двигателя на сжатом воздухе, а именно над созданием полноценного пневмомобиля, без подпитки газового или жидкого топлива. Первым стал прототип Taxi Zero Pollution. Этот автомобиль «почему-то» не вызвал интерес у развитых стран, в то время сильно зависящих от нефтяной промышленности. Зато Мексика заинтересовалась этой разработкой, и в 1997 году заключила договор о постепенной замене таксопарка Мехико (одного из самых загрязненных мегаполисов мира) на «воздушный» транспорт. Следующим проектом стал тот самый Airpod с полукруглым стеклопластиковым кузовом и 80-килограммовыми баллонами со сжатым воздухом, полный запас которых хватал на 150-200 километров пути. Однако полноценным серийным пневмомобилем стал проект OneCat - более современная интерпретация мексиканского такси Zero Pollution. В легких и безопасных карбоновых баллонах под давлением в 300 бар может храниться до 300 литров сжатого воздуха.

Принцип работы двигателя MDI следующий: в малый цилиндр засасывается воздух, где он сжимается поршнем под давлением 18-20 бар и разогревается; подогретый воздух идет в сферическую камеру, где смешивается с холодным воздухом из баллонов, который мгновенно расширяясь и нагреваясь, увеличивает давление на поршень большого цилиндра, передающего усилие на коленвал.

Перспективы автомобилей с двигателями на сжатом воздухе.

Скептики считают пневмомашины неэффективным транспортным средством. В сравнение с традиционными автомобилями, это действительно так. Но перспектива у двигателей на сжатом воздухе все-таки есть. Во-первых, они могут успешно применяться в качестве движущей силы для муниципального и промышленного транспорта. Кроме того, пневмодвигатели могут выступать в роли помощника в гибридных системах. Так вышеописанные разработки дали толчок появлению нового типа транспортного средства - PHEV (pneumatic-hybrid electric vehicle), в котором пневматический привод сочетается с современным электродвигателем. Сегодня MDI возвращается к началу своих разработок, когда использовался универсальный двигатель, способный работать не только на воздухе, но также на жидком и газообразном топливе. Французы оснастили похожей установкой рабочий прототип CityCat - автомобиль на сжатом воздухе, который стал ближе всех к массовому производству.

Экология потребления.Мотор:Известная на весь мир производством дешевых транспортных средств индийская компания Tata выпустила первый в мире серийный автомобиль с двигателем, который работает на сжатом воздухе.

Известная на весь мир производством дешевых транспортных средств индийская компания Tata выпустила первый в мире серийный автомобиль с двигателем, который работает на сжатом воздухе.

Tata OneCAT весит 350 кг и может проезжать на одном запасе сжатого до 300 атмосфер воздух 130 км, разгоняясь при этом до 100 км в час.

Как отмечают разработчики, выйти на такие показатели можно только при максимально заполненных баках, уменьшение плотности воздуха в которых приведет к уменьшению максимальной скорости.

Для заполнения расположенных под днищем автомобиля четырех углепластиковых баллонов длиной в 2 и диаметром в четверть метра каждый необходимо 400 литров сжатого воздуха под давлением в 300 бар. Причем заправлять Tata OneCAT можно как на компрессорной станции (это займет 3-4 минуты), так и от бытовой розетки. В последнем случае "подкачка" с помощью встроенного в машине мини-компрессора продлится три - четыре часа.

Кстати, углепластиковые баллоны при повреждении не взрываются, а лишь трескаются, выпуская наружу воздуха.

В отличие от электромобилей, с аккумуляторами которых возникают проблемы по утилизации и низкого КПД заряд-разрадного цикла (от 50% до 70% в зависимости от уровня токов заряда и разряда), машина на сжатом воздухе достаточно экономически выгодна и экологическая.

"Воздушное топливо" стоит относительно дешево, если перевести его в бензиновый эквивалент, то получится, что машина расходует около литра на 100 км пути.

В пневмомобили обычно нет трансмиссии, так как пневмодвигатель выдает максимальный крутящий момент сразу - даже в неподвижном состоянии. В дополнение, воздушный двигатель практически не нуждается в профилактике: нормативный пробег между двумя техосмотрами составляет 100 тыс. км, и масел - на 50 тыс. км пробега хватит литр масла (для обычного авто нужно было бы около 30 литров масла).

Tata OneCAT имеет четырехцилиндровый двигатель объемом 700 кубиков и весом всего в 35 кг. Он работает на принципе смешивания сжатого воздуха с внешней, атмосферным воздухом. Этот силовой агрегат напоминает обычный двигатель внутреннего сгорания, но цилиндры у него разного диаметра - двое маленьких, приводных, и два больших, рабочих. При работе двигателя наружный воздух засасывается в малые цилиндры, сжимается там поршнями и нагревается, а затем выталкивается в два рабочих цилиндра, где смешивается с холодным сжатым воздухом, поступающим из бака. В результате воздушная смесь расширяется и приводит в движение рабочие поршни, которые в свою очередь запускают коленчатый вал двигателя.

Поскольку никакого сгорания в таком двигателе не происходит, на выходе получаем только отработанное чистый воздух.

Подсчитав суммарный энергетический КПД в цепочке "нефтеперерабатывающий завод - автомобиль" для трех видов привода - бензинового, электрического и воздушного, разработчики обнаружили, что КПД воздушного привода составляет 20%, что в два с лишним раза превышает КПД стандартного бензинового мотора и в полтора раза - КПД электропривода. К тому же сжатый воздух можно накапливать впрок, используя нестабильные возобновляемые источники энергии, вроде ветрогенераторов - тогда можно получить еще более высокий КПД.

Как отмечают разработчики, при понижении температуры до - 20С запас энергии пневмопривода снижается на 10% без каких-либо других вредных воздействий на его работу, в то время как запас энергии электрических батарей уменьшается примерно в 2 раза.

В дополнение, отработанное в пневмодвигатель воздуха имеет низкую температуру и может быть использовано для охлаждения салона автомобиля в жаркие дни. Владельцу Tata OneCAT придется тратить энергию только на отопление автомобиля в холодное время года.

Автомобиль Tata OneCAT, который отличается простотой в дизайне, разрабатывался в основном для использования в такси. опубликовано

К каким только способам не прибегают авто производители дабы привлечь внимание потребителей. Покупателя околдовывают модным футуристическим дизайном, беспрецедентными мерами безопасности, применением более экологичных двигателей и т.д и т.п.

Лично меня не очень трогают последние изыски различных дизайнерских студий - даже более того: для меня автомобиль был и будет оставаться неодушевлённым куском металла и пластика и все потуги маркетологов рассказать мне о том, как высоко в небо должна устремиться моя самооценка после покупки «нашей новейшей модели» есть ни что иное, как сотрясение воздуха. Ну по крайней мере лично для меня.

Более волнующая меня, как автовладельца, тема - вопросы экономичности и живучести. Топливо стоит далеко не три копейки, к тому же на просторах «великого и могучего» слишком много последователей Василия Алибабаевича из «Джентльменов удачи». Переключиться на использование альтернативных видов топлива авто производители пытаются уже давно. В США электрокары заняли довольно прочные позиции, однако позволить себе приобрести такую машинку может далеко не каждый - дорого очень. Вот если бы электрическими делали машины бюджетного класса…

Интересную цель поставили перед собой французские производители PSA Peugeot Citroen , ими инициирована интересная программа по снижению расхода топлива. Эта группа авто производителей ведёт разработки гибридной силовой установки которая смогла бы тратить всего два литра топлива на сто километров пути. Инженерам компании уже есть, что показать - сегодняшние наработки позволяют экономить до 45% топлива в сравнении с обыкновенным ДВС: пусть даже с такими показателями в два литра на сотню пока что не влезть, но к 2020 году обещают покорить и этот рубеж.

Заявления довольно смелые и интересные, однако интереснее было бы поближе взглянуть на эту столь гибридную и не менее экономичную установку. Система называется Hybrid Air и как становится понятным из её названия помимо традиционного топлива использует энергию воздуха, сжатого воздуха.

Концепция Hybrid Air не столь сложна и представляет собой гибрид трёх цилиндрового двигателя внутреннего сгорания и гидравлического двигателя - насоса. В качестве баков для альтернативного топлива в центральной части авто и под пространством багажника установлены два баллона: который побольше - для низкого давления; а тот, что поменьше, соответственно для высокого. Разгон автомобиля будет происходить на ДВС, после набора скорости в 70 км/ч в работу включается гидравлический двигатель. Посредством этого самого гидравлического двигателя и хитроумной планетарной трансмиссии энергия сжатого воздуха будет превращаться во вращательное движение колёс. Кроме того на таком авто предусмотрена и система рекуперации энергии - во время торможения гидравлический мотор выступает в роли помпы и закачивает воздух в баллон низкого давления - то есть столь желанная энергия не пропадёт даром.

Как заявляют инженеры компании автомобиль с гибридной установкой Hybrid Air, даже не смотря на большую на 100 кг по сравнению с традиционным мотором массу, будет иметь показатели топливной экономии на уровне не менее 45% и это при том, что изыски в данной области моторостроения далеки от завершения.

Ожидается, что гибридные системы первыми будут применяться на хэтчбеках Citroen C3 и Peugeot 208, а покататься на «воздухе» можно будет уже в 2016 году, причём в качестве основных рынков сбыта автомобилей с гибридом Hybrid Air французские менеджеры видят Россию и Китай.

Среди основных направлений инженерных поисков, таких как электромобили, гибридные автомобили и автомобили на водородном топливе. Водородное топливо и другие, общедоступные технологии получения дешевой энергии, находятся под строгим запретом мировых нефтяных и промышленных монополистов. Однако, прогресс не остановить и потому, некоторые предприятия и отдельные энтузиасты продолжают создавать уникальные транспортные средства.

Сегодняшняя тема разговора касается именно пневмомобилей. Пневмомобиль является как бы продолжением темы парового автомобиля, одной из многочисленных ветвей использования двигателей, работающих за счет разности давлений газов. Кстати, паровой двигатель был изобретен задолго до появления первой паровой машины Джеймса Уатта, более 2 тысяч лет назад, Героном Александрийским. Идею Герона развил и воплотил в небольшую тележку бельгиец Фердинанд Вербист, в 1668 году

История создания автомобиля доносит до нас не так много информации об успешных и неудачных попытках изобретателей применить в качестве двигателя простой и дешевый механизм. Вначале были попытки использования силы большой пружины и силы маховика. Эти механизмы прочно закрепили свои позиции в детских игрушках. Но применение их в качестве двигателя полноразмерного автомобиля кажется несерьезным. Тем не менее, такие попытки продолжаются и похоже на то, что уже в скором будущем, необычные автомобили смогут уверенно конкурировать с автомобилями, оснащенными ДВС.

Несмотря на кажущуюся бесперспективность данного направления работ в области автомобильного транспорта, пневмомобиль имеет очень много достоинств. Это чрезвычайная простота и надежность конструкции, ее долговечность и низкая стоимость. Такой двигатель бесшумен и не загрязняет воздух. Видимо все это и привлекает многочисленных сторонников такого вида транспорта.

Идея использования сжатого воздуха для привода механизмов и транспорта, возникла давно и была запатентована в Великобритании, еще в 1799 году. Видимо возникла она из желания максимально упростить паровой двигатель и сделать его предельно компактным, чтобы использовать на автомобиле. Практическое использование пневмодвигателя было осуществлено в Америке, в 1875 году. Там строили шахтные локомотивы, которые работали на сжатом воздухе. Первый легковой автомобиль с пневмодвигателем, впервые был продемонстрирован в 1932 году, в Лос-Анджелесе.

С появлением парового двигателя, изобретатели пытались установить его на «Самобеглые коляски», но громоздкий и тяжелый паровой котел оказался неприспособленным к такому виду транспорта.
Предпринимались попытки использования электродвигателя и аккумуляторных батарей для самодвижущегося транспорта, и были достигнуты определенные успехи, но двигатель внутреннего сгорания оказался вне конкуренции, на то время. В результате жестокой конкурентной борьбы между ним и паровым двигателем, победил все-таки двигатель внутреннего сгорания.

Несмотря на множество недостатков, этот двигатель и сегодня доминирует во многих сферах жизнедеятельности человечества, в том числе и во всех видах транспорта. О недостатках двигателя внутреннего сгорания и необходимости найти ему достойную замену, все чаще говорят в научных кругах и пишут в различных популярных изданиях, но все попытки запуска новых технологий в массовое производство, жеско блокируются.

Инженеры и изобретатели создают интереснейшие и перспективные двигатели, способные полностью заменить ДВС, но мировые нефтяные и промышленные монополисты используют свои рычаги давления для того, чтобы не допустить отказа от ДВС и использования новых, альтернативных источников энергии.

И все же, попытки создания серийного автомобиля без двигателя внутреннего сгорания, или с его частичным, второстепенным использованием, — продолжаются.

Индийская фирма Tata Motors готовится запустить в серийное производство небольшой городской автомобиль Tata AIRPOD, двигатель которого работает на сжатом воздухе.

Американцы тоже готовят к массовому производству шестиместный автомобиль CityCAT,
работающий на сжатом воздухе. При длинне 4.1м. и ширине 1.82м., автомобиль весит 850 килограмм. Он может развивать скорость до 56 км/час и преодолевать расстояние до 60 километров. Показатели весьма скромные, но для города вполне терпимые, с учетом многочисленных достоинств автомобиля и его весьма низкой стоимости.Каковы же они, эти достоинства?

Все, кто имеет автомобиль, или имеют отношение к автомобильному транспорту, прекрасно знают насколько сложен конструктивно современный автомобильный двигатель внутреннего сгорания. Помимо того, что сам двигатель конструктивно достаточно сложен, ему требуется система дозировки и впыска топлива, система зажигания, стартер, система охлаждения, глушитель, механизм сцепления, коробка передач и сложная трансмиссия.

Все это делает двигатель дорогим, ненадежным, недолговечным и непрактичным. Я уже не говорю о том, что выхлопные газы отравляют воздух и окружающую среду.

Пневмодвигатель — полная противоположность двигателю внутреннего сгорания. Он предельно прост, компактен, бесшумен, надежен и долговечен. При необходимости, его можно разместить даже в колесах автомобиля. Существенный минус этого двигателя, не позволяющий свободно использовать его на автотранспорте, ограниченный пробег с одной заправки.

Чтобы увеличить дальность пробега пневмомобиля, нужно увеличить объем воздушных баллонов и повысить давление воздуха в баллонах. И то, и другое имеет жесткие ограничения по габаритам, по весу и по прочности баллонов. Может быть когда нибудь эти проблемы будут решены, а пока применяются так называемые гибридные схемы двигательных установок.

В частности, для пневмомобиля предлагается использовать маломощный двигатель внутреннего сгорания, который осуществляет постоянную подкачку воздуха в рабочие баллоны. Двигатель работает постоянно, подкачивая воздух в баллоны, и выключается лишь когда давление в баллонах достигнет макисмального значения. Такое решение позволяет значительно сократить расход бензина, выброс угарного газа в атмосферу и увеличить дальность пробега пневмомобиля.

Подобная гибридная схема является универсальной и успешно применяется, в том числе и на электромобилях. Разница лишь в том, что вместо баллона со сжатым воздухом используется электрический аккумулятор, а вместо пневмодвигателя — электродвигатель. Маломощный ДВС вращает электрический генератор, который подзаряжает аккумуляторы, а те, в свою очередь, питают электродвигатели.

Суть любой гибридной схемы в том, чтобы пополнять расходуемую энергию, при помощи двигателя внутреннего сгорания. Это позволяет использовать двигатель меньшей мощности. Он работает в наивыгоднейшем режиме и потребляет меньше топлива, а значит и выбрасывает меньше токсичных веществ. Пневмомобиль, или электромобиль получают возможность увеличить пробег, ведь затраченная энергия частично пополняется, непосредственно во время движения.

Во время частых остановок у светофоров, при движении накатом и спусках с уклонов, тяговый двигатель не потребляет энергии и происходит чистая подзарядка баллонов, или аккумуляторов. Во время длительных стоянок, пополнять запасы энергии лучше от стандартной заправочной колонки.

Представьте, что Вы приехали на работу, автомобиль стоит на стоянке, а двигатель продолжает работать, пополняя запасы энергии в баллонах. Не окажется ли это сводящим на нет все преимущества гибридного автомобиля? Не получится ли, что экономия бензина окажется не столь сущестенной, как хотелось бы?

В дни своей далекой юности, я тоже подумывал о пневмодвигателе для самодельного автомобиля. Только направление моих поисков имело химический характер. Хотелось найти такое вещество, которое вступало бы в бурную реакцию с водой, или другим веществом, выделяя при этом газы. Тогда мне не удалось найти ничего подходящего и идея была навсегда заброшена.

Зато появилась другая идея — почему бы вместо высокого давления воздуха не использовать вакуум? Если баллон со сжатым воздухом подвергнется каким либо повреждениям, или давление воздуха превысит допустимое, то это чревато мгновенным его разрушением, наподобие взрыва. Вакуумному баллону такое не грозит, его может просто сплющить атмосферным давлением.

Чтобы получить высокое давление в баллоне, порядка 300 бар, нужен специальный компрессор. Чтобы получить вакуум в баллоне, достаточно впустить внутрь порцию обычного водяного пара. Остывший пар превратится в воду, уменьшившись в объеме в 1600 раз и… цель достигнута, частичный вакуум получен. Почему частичный? Да потому, что выдержать глубокий вакуум не всякий баллон сможет.

Дальше все просто. Чтобы автомобиль мог проехать на одном баллоне возможно дальше, нужно подавать в пневмодвигатель не воздух, а пар. Совершив работу, пар проходит через систему охлаждения, где остывает и превратившись в воду, попадает в вакуумный баллон. То-есть, если через двигатель пропущен пар, скажем в 1600 см.3, то в баллон попадет всего 1 см.3 воды. Таким образом, в вакуумный баллон поступает лишь незначительное количество воды и продолжительность его работы увеличивается многократно.

Вернемся, однако, к нашим пневмомобилям. Индийская компания Tata Motors собирается серийно выпускать компактный городской автомобиль, работающий на сжатом воздухе. Компания утверждает, что их пневмомобиль способен разгоняться до 70 км/час и преодолевать до 200 километров с одной заправки.

В свою очередь, американцы также готовят к серийному выпуску шестиместный пневмомобиль CityCAT. В заявленных характеристиках значится, что разгоняться автомобиль сможет до 80 км/час и дальность пробега составит 130 км. Еще один пневмомобиль американской фирмы MDI, маленький трехместный MiniCAT также планируется запустить в серию.

Пневмомобилями заинтересовались многие фирмы. Австралия, Франция, Мексика и ряд других стран готовы также начать выпускать у себя этот непривычный пока, но обнадеживающий вид транспорта. Двигателю внутреннего сгорания таки прийдется сойти с арены и уступить место другому двигателю, более простому и надежному. Когда это произойдет, пока сказать трудно, но произойдет непременно. Прогресс не может стоять на месте.

Все новое — это хорошо забытое старое. Так, электромобили в конце XIX века были популярнее бензиновых собратьев, затем они пережили столетнее забвение, а потом снова «восстали из пепла». То же касается и пневмотехники. Еще в 1879 году французский пионер авиации Виктор Татен спроектировал самолет A? roplane, который должен был подниматься в воздух благодаря двигателю на сжатом воздухе. Модель этой машины успешно летала, хотя в полном размере самолет построен не был.

Родоначальником пневмодвигателей на наземном транспорте стал другой француз, Луи Мекарски, разработавший подобный силовой агрегат для парижских и нантских трамваев. В Нанте машины испытали в конце 1870-х, а к 1900 году Мекарски владел парком из 96 трамваев, что доказывало эффективность системы. Впоследствии пневматический «флот» был заменен электрическим, но начало было положено. Позднее пневмолокомотивы нашли себе узкую сферу повсеместного применения — шахтное дело. В то же время начались и попытки поставить воздушный двигатель на автомобиль. Но до начала XXI века эти попытки оставались единичными и не стоящими внимания.

Плюсы: отсутствие вредных выбросов, возможность заправки автомобиля в домашних условиях, невысокая стоимость ввиду простоты конструкции двигателя, возможность применения рекуператора энергии (например, сжатия и накопления дополнительного воздуха за счет торможения автомобиля). Минусы: низкие КПД (5−7%) и плотность энергии; необходимость во внешнем теплообменнике, поскольку при уменьшении давления воздуха двигатель сильно переохлаждается; низкие эксплуатационные показатели пневмоавтомобилей.

Преимущества воздуха

Пневматический двигатель (или, как говорят, пневмоцилиндр) преобразует энергию расширяющегося воздуха в механическую работу. По принципу действия он аналогичен гидравлическому. «Сердце» пневмодвигателя — поршень, к которому прикреплен шток; вокруг штока навита пружина. Воздух, поступающий в камеру, с увеличением давления преодолевает сопротивление пружины и перемещает поршень. На фазе выпуска, когда давление воздуха падает, пружина возвращает поршень в исходное положение — и цикл повторяется. Пневмоцилиндр вполне можно назвать «двигателем внутреннего несгорания».

Более распространена мембранная схема, где роль цилиндра выполняет гибкая мембрана, к которой точно так же прикреплен шток с пружиной. Ее преимущество заключается в том, что не нужна столь высокая точность посадки подвижных элементов, не требуются смазочные материалы, а герметичность рабочей камеры повышается. Существуют также роторные (пластинчатые) пневмодвигатели — аналоги ДВС Ванкеля.

Крошечный трехместный пневмоавтомобиль французской MDI был представлен широкой публике на Женевском автосалоне 2009 года. Он имеет право передвигаться по выделенным велодорожкам и не требует наличия водительских прав. Пожалуй, самый перспективный пневмокар.

Основные плюсы пневмодвигателя — это его экологичность и низкая стоимость «топлива». Собственно, из-за безотходности пневмолокомотивы и получили распространение в шахтном деле — при использовании ДВС в замкнутом пространстве воздух быстро загрязняется, резко ухудшая условия работы. Отработанные же газы пневмодвигателя — это обычный воздух.

Один из недостатков пневмоцилиндра — относительно низкая плотность энергии, то есть количество вырабатываемой энергии на единицу объема рабочего тела. Сравните: воздух (при давлении 30 МПа) имеет плотность энергии порядка 50 кВт ч на литр, а обычный бензин — 9411 кВт ч на литр! То есть бензин как топливо эффективнее почти в 200 раз. Даже с учетом не очень высокого КПД бензинового двигателя он «выдает» в итоге около 1600 кВт ч на литр, что значительно выше, чем показатели пневмоцилиндра. Это ограничивает все эксплуатационные показатели пневмодвигателей и движимых ими машин (запас хода, скорость, мощность и т. д.). Помимо того, пневмодвигатель имеет относительно небольшой КПД — порядка 5−7% (против 18−20% у ДВС).

Пневматика XXI века

Актуальность экологических проблем XXI века заставила инженеров вернуться к давно забытой идее использования пневмоцилиндра в качестве двигателя для дорожного транспортного средства. По сути, пневмоавтомобиль экологичнее даже электромобиля, элементы конструкции которого содержат вредные для окружающей среды вещества. В пневмоцилиндре же — воздух и ничего кроме воздуха.

Поэтому основной инженерной задачей было приведение пневмокара к виду, в котором он мог бы конкурировать с электромобилями по эксплуатационным характеристикам и стоимости. Подводных камней в этом деле множество. Например, проблема дегидратации воздуха. Если в сжатом воздухе будет хотя бы капля жидкости, то из-за сильного охлаждения при расширении рабочего тела она превратится в лед, и двигатель просто заглохнет (или даже потребует ремонта). Обычный летний воздух содержит примерно 10 г жидкости на 1 м 3 , и при наполнении одного баллона нужно затратить дополнительную энергию (около 0,6 кВт ч) на дегидратацию — причем эта энергия невосполнима. Данный фактор сводит на нет возможность качественной домашней заправки — оборудование для дегидратации невозможно установить и эксплуатировать в домашних условиях. И это лишь одна из проблем.

Тем не менее тема пневмоавтомобиля оказалась слишком привлекательной, чтобы о ней забыть.

На полном баке и полной заправке воздухом Peugeot 2008 Hybrid Air может проехать до 1300 км.

Сразу в серию?

Одно из решений, позволяющих минимизировать недостатки пневмодвигателя, — облегчение автомобиля. Действительно, городской микролитражке не нужен большой запас хода и скорость, а вот экологические показатели в мегаполисе играют значительную роль. Именно на это рассчитывают инженеры франко-итальянской компании Motor Development International, которые на Женевском автосалоне 2009 года представили миру пневмоколяску MDI AIRpod и ее более серьезный вариант MDI OneFlowAir. MDI начали «сражаться» за пневмокар еще в 2003-м, показав концепт Eolo Car, но лишь спустя десять лет, набив множество шишек, французы пришли к приемлемому для конвейера решению.

MDI AIRpod — это нечто среднее между автомобилем и мотоциклом, прямой аналог мотоколяски-«инвалидки», как ее частенько называли в СССР. Благодаря 5,45-сильному воздушному двигателю трехколесная малолитражка массой всего 220 кг может разогнаться до 75 км/ч, а запас ее хода составляет 100 км в базовом варианте или 250 км в более серьезной конфигурации. Интересно, что у AIRpod вообще нет руля — машина управляется джойстиком. В теории она может передвигаться как по дорогам общего пользования, так и по велодорожкам.

У AIRpod есть все шансы на серийное производство, поскольку в городах с развитой велоструктурой, например в Амстердаме, такие машинки могут быть востребованы. Одна заправка воздухом на специально оборудованной станции занимает около полутора минут, а стоимость передвижения составляет в итоге порядка 0,5 на 100 км — дешевле просто некуда. Тем не менее заявленный срок серийного производства (весна 2014 года) уже прошел, а воз и ныне там. Возможно, MDI AIRpod появится на улицах европейских городов в 2015-м.

Кроссовый мотоцикл, построенный австралийцем Дином Бенстедом на шасси Yamaha, способен разгоняться до 140 км/ч и безостановочно ехать в течение трех часов на скорости 60 км/ч. Воздушный двигатель системы Анжело ди Пьетро весит всего лишь 10 кг.

Второй предсерийный концепт — это известный проект индийского гиганта Tata, автомобиль MiniCAT. Проект был запущен одновременно с AIRpod, но, в отличие от европейцев, индусы заложили в программу нормальный, полноценный микроавтомобиль с четырьмя колесами, багажником и традиционной компоновкой (в AIRpod, заметим, пассажиры и водитель сидят спинами друг к другу). Масса Tata чуть побольше, 350 кг, максимальная скорость — 100 км/ч, запас хода — 120 км, то есть MiniCAT в целом похож на машину, а не на игрушку. Интересно, что в компании Tata не мучились с разработкой воздушного двигателя «с нуля», а за $28 млн приобрели права на использование разработок MDI (что позволило последней удержаться на плаву) и усовершенствовали двигатель для приведения в движение более крупного транспортного средства. Одна из фишек этой технологии — использование тепла, выделяющегося при охлаждении расширяющегося воздуха, для нагрева воздуха при заправке баллонов.

Изначально Tata собиралась поставить MiniCAT на конвейер в середине 2012 года и производить порядка 6000 единиц в год. Но обкатка продолжается, а серийное производство отложено до лучших времен. За время разработки концепт успел сменить имя (ранее он назывался OneCAT) и дизайн, так что какая его версия поступит в итоге в продажу, не знает никто. Кажется, даже представители Tata.

На двух колесах

Чем легче автомобиль на сжатом воздухе, тем он более эффективен в плане эксплуатационных и экономических показателей. Логичный вывод из этого утверждения — почему бы не сделать скутер или мотоцикл?

Этим озаботился австралиец Дин Бенстед, который в 2011 году продемонстрировал миру кроссовый мотоцикл O 2 Pursuit с силовым агрегатом, разработанным фирмой Engineair. Последняя специализируется на уже упомянутых роторных воздушных двигателях разработки Анжело ди Пьетро. По сути, это классической компоновки «ванкели» без сгорания — ротор приводится в движение подачей воздуха в камеры. Бенстед пошел при разработке от обратного. Сперва он заказал Engineair двигатель, а потом построил вокруг него мотоцикл, использовав раму и часть элементов от серийной Yamaha WR250R. Машина получилась на удивление энергоэффективной: на одной заправке она проходит 100 км и в теории развивает максимальную скорость 140 км/ч. Эти показатели, к слову, превышают аналогичные у многих электрических мотоциклов. Бенстед остроумно сыграл на форме баллона, вписав его в раму, — это позволило сэкономить место; двигатель в два раза компактнее своего бензинового собрата, а свободное место позволяет установить второй баллон, увеличив пробег мотоцикла в два раза.

Но, к сожалению, O 2 Pursuit остался лишь одноразовой игрушкой, хотя и был номинирован на престижную изобретательскую премию, учрежденную Джеймсом Дайсоном. Спустя два года идею Бенстеда подхватил другой австралиец, Дарби Бичено, который предложил создать по схожей схеме не мотоцикл, а сугубо городское транспортное средство, скутер. Его EcoMoto 2013 должен быть сделан из металла и бамбука (никакого пластика), но дальше рендеров и чертежей дело пока что не продвинулось.

Помимо Бенстеда и Бичено, схожую машину в 2010 году построил Эвин И Ян (его проект назывался Green Speed Air Motorcycle). Все три конструктора, к слову, были студентами Королевского технологического института Мельбурна, и потому их проекты схожи, используют один и тот же двигатель и… не имеют шанса на серию, оставаясь исследовательскими работами.

В 2011 году спортивный автомобиль Toyota Ku: Rin установил мировой рекорд скорости для транспортных средств, приводимых в движение энергией сжатого воздуха. Обычно пневмоавтомобили не разгоняются более чем до 100−110 км/ч, концепт же Toyota показал официальный результат 129,2 км/ч. Ввиду «заточенности» на скорость, Ku: Rin на одной зарядке мог проехать всего 3,2 км, но больше трехколесному одноместному болиду и не требовалось. Рекорд установлен. Интересно, что до того рекорд составлял всего лишь 75,2 км/ч и был установлен в Бонневилле болидом Silver Rod конструкции американца Дерека Маклиша летом 2010 года.

Корпорации на старте

Вышесказанное подтверждает, что у воздушных автомобилей будущее есть, но, скорее всего, не в «чистом виде». Все-таки они имеют свои ограничения. Тот же MDI AIRpod провалил абсолютно все краш-тесты, поскольку его сверхлегкая конструкция не позволяла должным образом защищать водителя и пассажиров.

А вот использовать пневмотехнологии в качестве дополнительного источника энергии в гибридном автомобиле вполне реально. В связи с этим компания Peugeot объявила о том, что с 2016 года часть кроссоверов Peugeot 2008 будет выпускаться в гибридном варианте, одним из элементов которого будет установка Hybrid Air. Эта система разработана в сотрудничестве с Bosch; суть ее в том, что энергия ДВС будет запасаться не в форме электроэнергии (как в обычных гибридах), а в баллонах со сжатым воздухом. Планы, правда, так и остались планами: на данный момент на серийные автомобили установка не ставится.

Peugeot 2008 Hybrid Air сможет двигаться, используя энергию ДВС, воздушного силового агрегата или их комбинации. Система будет сама распознавать, какой из источников энергоэффективнее в той или иной ситуации. В городском цикле, в частности, 80% времени будет использоваться энергия сжатого воздуха — он приводит в движение гидронасос, который вращает вал при отключенном ДВС. Суммарная экономия топлива при такой схеме составит до 35%. При работе на чистом воздухе максимальная скорость автомобиля ограничивается 70 км/ч.

Концепт Peugeot выглядит абсолютно жизнеспособным. С учетом экологических преимуществ подобные гибриды вполне смогут потеснить электрические в течение ближайших пяти-десяти лет. И мир станет немножечко чище. Или не станет.