Альтернатива для альтернативы
Существует ли другая альтернатива автомобилям с ДВС кроме электромобилей с питанием от аккумуляторных батарей? Да, существует. Разработки продолжаются в самых разных направлениях.
Иван Ильин Фото By Kokhan Anton (а также из открытых источников).
Водородный ДВС
Toyota, Kawasaki и Yamaha недавно объявили о совместных усилиях по расширению применения альтернативных топливных технологий. Включая водородные двигатели внутреннего сгорания. Исследования базируются на использовании «Тойотой» водородных двигателей в гонках. В первой половине года автопроизводитель представил хэтчбек Corolla Sport с водородным двигателем.
По факту созданный с помощью Yamaha в японской серии Super Taikyu. И машина очень неплохо себя показала в 24-часовом состязании на выносливость. Проехав в общей сложности 358 кругов со средней скоростью 67 км/ч. На ней стоял модернизированный 3-цилиндровый 1,6-литровый двигатель от GR Yaris с измененной системой подачи топлива, впрыска и зажигания.
В свою очередь Kawasaki и Yamaha изучат возможность совместного производства водородных двигателей внутреннего сгорания. Причем, как для двухколесных, так и для четырехколесных транспортных средств. Эти две компании, наряду с Honda и Suzuki, уже объединили свои усилия в поисках технологических решений, способных заменить аккумуляторные батареи электрических мотоциклов.
Сжигание водорода в двигателе внутреннего сгорания вместо бензина или дизельного топлива – не новая идея. Как известно знатокам, BMW в середине 2000-х гг. выпустила Hydrogen 7. Всего было собрано около 100 машин. Это была версия флагмана 7-й серии. Она оснащалась 6,0-литровым двигателем внутреннего сгорания V12, работающим на бензине или водороде. Протестированное КПД на водороде составляло около 40%. Тогда данный проект не получил дальнейшего развития. Однако, в последнее время серьезный интерес к водородным ДВС вернулся.
Помимо японских брендов в игру вступил и китайский автопроизводитель GAC. Недавно производитель объявил, что успешно испытал свой водородный двигатель. Хотя пока неясно, поступит ли он в серийное производство. Агрегат имеет довольно высокий тепловой КПД, равный 44%. Он отличается от обычного ДВС особой конструкцией камеры сгорания. А также усиленными поршнями, поршневыми кольцами и шатунами.
Инженеры компании собираются продолжить калибровку двигателя. А кроме того работу над созданием цепочки поставок водорода, основанной на возобновляемых источниках энергии. Но никаких производственных планов не декларируют. Стоит отметить, что сжигание водорода сопряжено со многими проблемами. В том числе с хранением достаточного количества газа на борту автомобиля для достижения оптимального запаса хода. Кроме того, остаются и выбросы из выхлопных труб. И они не позволяют называть такие транспортные средства в соответствии с принятой классификации: «ТС с нулевым уровнем выбросов». Ну, и, естественно, никуда не исчезают инфраструктурные проблемы. Например, связанные с отсутствием развитой системы выработки, транспортировки и продажи экологически чистого водорода.
Солнечная энергия
Не стоит сбрасывать со счетов и солнечную энергию. Современные автомобили на солнечных батареях уже не выглядят так неказисто, как их предшественники. Это наглядно подтверждает Aptera Motors. Компания берет на себя смелость утверждать, что большинству водителей никогда не понадобится заряжать ее трехколесный автомобиль на солнечной энергии. Его запас хода доходит до 1000 миль. И он якобы будет «самым эффективным автомобилем, когда-либо доступный для потребителей».
У модели и другие фантастические показатели. Разгон до 100 км/ч всего за 3,5 секунды. Максимальная скорость – около 180 км/ч. Достичь таких характеристик помогают колесные двигатели Elaphe на всех трех колесах. Они же обеспечивают рекуперацию тормозной энергии.
Помимо прочего так называемый «лосиный тест» показал хорошую управляемость электромобиля. Его сбалансированность и высокую устойчивость. Причем после положительного решения вопроса о добавлении стабилизатора поперечной устойчивости, дополнительной настройке подвески и двигателя производительность будет только улучшаться.
Aptera позиционирует свою трехколесную «электричку» как «никогда не заряжаемый» электромобиль. Поскольку ожидается, что он может обходиться исключительно солнечной энергией в большинстве случаев повседневного использования. На машине установлено 180 солнечных элементов, встроенных в корпус и занимающих площадь 3 кв. м. Вырабатываемого ими электричества, по мнению конструкторов, должно вполне хватать для удовлетворения стандартных потребностей жителей современных мегаполисов в мобильности. Цены на Aptera начинаются с 25900 долларов, первые серийные автомобили станут доступны, по заявлению компании, в 2022 году.
Ближайшими коллегами Aptera являются четырехколесные автомобили Sono Sion и Lightyear One. Первый из них представляет собой хэтчбек с солнечной батареей, который будет производиться в Швеции и позиционируется в первую очередь для Европы. Второй – голландский проект, задуманный ветеранами World Solar Challenge. Однако для обеих моделей солнце – не основной источник энергии, а лишь дополнительный, позволяющий увеличить пробег.
Газотурбинный электропривод
Пожалуй, до конца 70-х годов автомобильная промышленность всерьез задумывалась о создании серийного автомобиля с газотурбинной силовой установкой под капотом. Казалось, что более эффективный газотурбинный двигатель (ГТД) поможет облегчить топливный кризис. Однако, несмотря на его компактность и производительность этого сделать не удалось ввиду целого ряда проблем. Одна из ключевых – такой агрегат очень не любит работать при частичной нагрузке. Турбина поглощает воздух для горения лучше, чем поршневой двигатель, но когда дроссельная заслонка не достигает расчетного положения, эффективность падает практически стремительно.
Тем не менее, в XXI веке мысли о широком применение газотурбинных установок в гражданском автомобилестроении возникли снова. И мысли эти лежат в области достижений электротехники и управления, которые произошли всего за последние лет десять-пятнадцать. Если наиболее критичная проблема в контексте ГТД частичная нагрузка, то, может быть, стоит рассмотреть вопрос о добавлении газотурбинного двигателя к современному гибридному автомобилю?
В гибридном автомобиле двигатель на ископаемом топливе должен работать только на фиксированной скорости и, в идеальном мире, на почти постоянном уровне мощности, чтобы генерировать электроэнергию, которая либо немедленно используется для питания электродвигателя/ей, либо хранится в бортовых аккумуляторах. Это прекрасное применение для газотурбинного двигателя. О лучшем и мечтать сложно.
Описанная концепция нашла воплощение в спорткаре AT96 китайского производителя Techrules, использующем оригинальную технологию TREV –Turbine-Recharged Electric Vehicle. То есть «Электромобиль с турбонаддувом». В основе его конструкции микротурбина, приводящая в действие генератор, вырабатывающий электроэнергию для шести электродвигателей (двух передних и четырех задних), которые фактически вращают колеса.
Мощность автомобиля – 1030 л. с., разгон до 100 км/ч – за 2,5 секунды, максимальная скорость – 350 км/ч.
Поскольку ГТД всегда были очень малопродуктивным способом преобразования химической энергии в полезную механическую энергию вращения колеса, лишь немногие пытались использовать турбину в системе трансмиссии. И ни кто из них никогда не добивался коммерческого успеха. Но в электромобилях для привода колес используется электрический двигатель, поэтому большинство проблем снимается само собой. Это важное условие, позволяющее использовать высокоэффективный газотурбинный двигатель в качестве источника энергии для электромобиля.