Monthly Archives: Октябрь 2017

Honda FCX Clarity: добраться до серии

Эта модель была удостоена престижного титула World Green Car of the year 2009. Тогда еще перспективы водородной энергетики казались радужными. Но за прошедшее время FCX так и не пошла в серию, хотя производственная линия была построена. Всего изготовлено 220 машин, из которых на 20 провели краш-тесты, чтобы доказать безопасность хранения водорода, а оставшиеся были сданы в аренду на три года в США и Японии. Но с момента создания машины прорыва в получении водорода не произошло, поэтому FCX остается ждать лучших времен. Хотя с технической точки зрения машина совсем не плоха.

Водород, поступающий из бака в батарею топливных элементов, соединяется там с кислородом, получаемым из внешней среды. Энергия реакции преобразуется в электричество, которое питает электромотор. Дополнительная энергия, получаемая при торможении, остается в литиево-ионном аккумулятореРекуперативная тормозная система здесь — почти такая же, как и у обычного гибрида. При этом КПД водородной установки в 3 раза превышает показатель традиционного бензинового двигателя и в 2 раза — гибридной силовой установки.

Основной элемент автомобиля FCX Clarity — водородный электрогенератор V Flow FC мощностью 100 кВт. Он достаточно компактен и весит всего лишь 67 кг. Вырабатываемая им электроэнергия используется для питания ходового электромотора мощностью 136 л.с. и крутящим моментом 256 Нм. Дополнительную энергию электродвигателю при старте и разгоне обеспечивает литий-ионная батарея напряжением 288 В. Поэтому, несмотря на немаленькие габариты (длина 4835 мм, ширина 1845 мм, высота 1470 мм) и снаряженную массу в 1600 кг FCX Clarity ускоряется до 100 км/ч за 10 с. Максимальная скорость 160 км/ч. Привод от электромотора через редуктор осуществляется на передние колеса. 170 литровый бак вмещает в себя 4 килограмма водорода, которого хватает на 470 километров, то есть расход составляет 1кг примерно на 117 км. На заправку уходит 3-4 минуты.

Из электронных систем FCX Clarity оборудована системой ABS с электронным распределением тормозного усилия, системой экстренного торможения, системой стабилизации ESP. Отсутствие выхлопной системы позволило сделать днище кузова абсолютно плоским, что положительно сказывается на аэродинамике автомобиля: воздух плавно обтекает машину. Расположение бака с водородом, литий-ионной батареи и непосредственно самого электрохимического генератора обеспечивает низкий центр тяжести, улучшая управление и устойчивость.

При нынешней удельной емкости литий-ионных батарей чисто электрическая платформа годится для машин классов А+ и В+. Для более крупных машин, каковой и является FCX Clarity, более перспективной представляется технология топливных элементов.

Снижение объема ДВС как средство уменьшения вредных выбросов

Снижение рабочего объема (downsizing) – одно из направлений современного моторостроения, призванное снизить расход топлива, сохранив при этом качественные характеристики. Расчет даунсайзинга прост: меньше расход – меньше вредных выбросов, что позволяет уложиться в растущие экологические требования.

В городском цикле значительную часть времени двигатель работает на холостом ходу. При этом расход топлива пропорционален литражу двигателя. Здесь экономия налицо. А как обеспечить «тяговитость» и мощность в переменных режимах и при больших нагрузках? Рассмотрим для примера двух ярких представителей «даунсайзинга» – моторы от Фольксвагена 1,4 TSI и двухцилиндровый TwinAir от Фиата объемом всего 0,9 литра. Оба были признаны двигателями 2011 года в своих категориях.

VW 1,4 TSI — двойной наддув.

Данные немецкого мотора впечатляют: 170 л.с. и 240 Н/м в диапазоне от 1750 до 4500 об/мин. Таким образом, с литра объема снимается 121 л.с.! Секрет – в оптимальном применении двойного наддува: механическим компрессором и турбиной. Как известно, компрессор, приводимый от коленвала, снижает экономичность, но отлично работает на низких оборотах. Турбонагнетатель повышает КПД, однако начинает работать только со средних оборотов. При частичных нагрузках ни тот, ни другой не нужны.

Что же придумали конструкторы Фольксвагена? На холостом ходу привод компрессора отключен, мотор работает в «атмосферном» режиме. При увеличении оборотов подключается компрессор «Рутс», создающий давление до 170 кПа. Если водитель продолжает давить «на газ», в дело подключается и турбина. Совместно с компрессором они работают в диапазоне от 1000 до 2400 об/мин. Двухступенчатый наддув позволяет ликвидировать турбояму на частичных нагрузках, когда силы отработанных газов недостаточно для резкого ускорения. А вот когда обороты станут выше 3400 об/мин, приводной компрессор отключается. Чтобы он не создавал сопротивления на впуске, воздух поступает к лопастям турбины в обход его.

Кроме двойного наддува, в двигателе применен непосредственный впрыск топлива и регулируемы фазы газораспределения. Все это, вместе взятое, позволило создать мотор, по мощности сравнимый с «атмосферником» вдвое большего объема при гораздо меньшем потреблении топлива.

MultiAir — революция в фазовращении.

Мотор TwinAir с турбонаддувом построен с применением технологии Multiair и при объеме 875 куб.см выдает 85 л.с. и 145 Н/м! «Изюминка» итальянского мотора – в регулировании количества подаваемого в цилиндры воздуха путем изменения момента открытия и высоты подъема клапанов. При этом дроссельная заслонка во впускном тракте отсутствует. Система Multiair – электрогидравлическая. Между кулачком распредвала и впускным клапаном расположена камера с поршнем, в которой под высоким давлением находится масло. Кулачок, вращаясь, двигает шток поршня, и давление масла открывает клапана. А вот величину давления в камере, а, следовательно, и высоту подъема клапана, можно изменять с помощью электроклапана. Электроклапан, в свою очередь, управляется электронным блоком.

Алгоритм работы зависит от текущего режима работы двигателя:

  • при запуске двигателя ход клапанов минимален;
  • на низких оборотах клапаны открываются и закрываются дважды;
  • на средних режимах клапаны закрываются с опережением;
  • в режиме резкого ускорения клапаны закрываются немного раньше конца такта;
  • при оборотах максимальной мощности происходит полное открытие клапанов.

 

Таким образом, достигается наилучшая эффективность сгорания топлива и, следовательно:

  • повышаются мощность и крутящий момент;
  • снижается расход топлива;
  • снижается содержание токсических веществ в выхлопных газах.

 

Система Multiair может устанавливаться как на атмосферные, так и наддувные двигатели.

Peugeot 508 RXH

Peugeot 508 RXH — один из редко встречающихся гибридов с дизельным ДВС. За "исходник" французы взяли обычный переднеприводной универсал Peugeot 508 2,0 HDI и дополнили его универсальным модулем Hybrid 4 собственной разработки. Почему универсальным? Да потому что он будет устанавливаться на всех гибридах Peugeot и Citroen. Получилось очень удобно — практически любой автомобиль можно превратить в гибрид, добавив Hybrid 4. Модуль состоит из электромотора — генератора, мощностью 37 л.с., питающей его никельметаллгидридной батареи Sanyo и блока управления с инвертором. Он располагается над задней осью. Когда батарея заряжена, электромотор вращает задние колеса. Когда батарея разряжается, электромотор переходит в режим генератора и, уже наоборот, вращаемый задними колесами, подзаряжает батарею. Подзарядка также происходит и в режиме рекуперативного торможения.

Колеса передней оси приводятся от двухлитрового турбодизеля мощностью 163 л.с. через шестиступенчатую роботизированную КПП. Двигатель, согласно современным правилам "экологического" хорошего тона, оборудован системой старт-стоп. Суммарная мощность дизеля и электромотора составляет 200 л.с. Это позволяет разогнать почти 1800 — килограммовую машину до 213 км/ч. До "сотни" Peugeot 508 RXH ускоряется, в зависимости от режима трансмиссии, за 8,8 — 9,5 секунд. А режимов у трансмиссии целых четыре — обычный Auto, полностью электрический ZEV, динамичный Sport и даже полноприводный 4WD. В режиме ZEV, по паспорту, гибрид может проехать до четырех километров. Но включить его можно только, если степень заряда батареи превышает 50%. А вот в полноприводном режиме электромотор подключается принудительно и передает на колеса до 40% тяги. Но хотя дорожный просвет автомобиля составляет 184 мм, даже с четырьмя ведущими колесами вряд ли стоит отправляться на нем штурмовать серьезное бездорожье. В спортивном режиме "робот" работает по другой программе — меньше задействует высшие передачи.

Расположенный сзади электромодуль не только прибавляет к массе, но и уменьшает ездовой комфорт. Управляемость, к сожалению, тоже изменилась не в лучшую сторону. На извилистой дороге и "волнах" асфальта следует ехать осторожнее — автомобиль стал больше склонен к сносу и диагональной раскачке. А объем багажника стал меньше почти на треть.

А что с экономичностью — ведь ради нее все и затевалось? По паспорту в городском режиме Peugeot 508 RXH "съедает" 4 литра солярки, а в загородном — 4,2 литра. Это не ошибка, ведь "гибридные" режимы больше задействованы в городе. Автомобиль соответствует экологическому классу Евро-5 и отравляет атмосферу всего 107 граммами СО2 на километр. Реальный же расход топлива, если ехать не торопясь, около 7 литров, а в динамичном режиме — до 9 литров на 100 километров. То есть, гибрид экономичнее обычного, дизельного собрата примерно на 10%. А цена? Гибридная версия стоит примерно на 3500 евро дороже.

«Экологические» системы двигателя

Некоторые системы современного двигателя созданы лишь из соображений экологии. Они никак не улучшают его работу, а предназначены только для уменьшения выброса вредных веществ. К ним относятся система вентиляции картера и система улавливания паров бензина.

Система вентиляции картера

При работе двигателя часть отработанных газов, прорываясь через зазоры между поршневыми кольцами и стенками цилиндра, попадает в картер. В результате этого в картере повышается давление, что приводит к ускоренному окислению масла и выдавливанию его через сальники. Особенно характерна такая ситуация для изношенных моторов. Поэтому газы необходимо выводить. Но так как они токсичны, то их не просто выбрасывают в атмосферу, а смешав с воздухом, дожигают в цилиндрах. Для этого служит система принудительной вентиляции картера.

Основной ее частью является клапан. Воздух из впускного тракта через шланг системы вентиляции поступает в картер, где смешивается с картерными газами, а затем через клапан снова направляется во впускной коллектор. Производительность системы зависит от нагрузки двигателя. При малых оборотах разряжение на впуске высокое, плунжер клапана системы вентиляции открыт немного, поэтому и количество пропускаемых картерных газов невелико. С ростом оборотов разряжение падает, и клапан открывается на большую величину – соответственно и увеличивается объем пропускаемых картерных газов.

Для того, чтобы вместе с картерными газами в систему впуска не попадали частицы моторного масла, в системах вентиляции картера современных двигателей применяется маслоотделитель. Все маслоотделители, вне зависимости от конфигурации, по своей конструкции являются лабиринтными, т.е. газы, проходящие через это устройство, меняют направление своего движения, и частицы масла, как более тяжелые, оседают на стенках лабиринта, откуда стекают в поддон картера по специальным каналам.

Система улавливания паров бензина

Пары бензина токсичны не меньше выхлопных газов, и поэтому экологические нормы категорически запрещают их попадание в атмосферу. Для выполнения этого требования предназначена система улавливания паров бензина.

Основные ее части – адсорбер и электромагнитный клапан. Адсорбер представляет собой фильтр из активированного угля. Электромагнитный клапан имеет два положения: «включен» и «выключен». Он срабатывает по команде блока управления двигателем. Пары бензина из топливного бака через шланг попадают в адсорбер и задерживаются им. При работе двигателя контроллер периодически открывает электромагнитный клапан продувки. В результате пары топлива, накопленные в адсорбере, попадают во впускной коллектор и далее сжигаются в цилиндрах двигателя.

На холодном двигателе или при работе на холостом ходу адсорбер не продувается, чтобы не обогащать смесь и не вызывать тем самым нестабильную работу мотора и повышение уровня токсичных выбросов.

    

Перспективные типы батарей

Удельная энергоемкость современных литий-ионных батарей достигает 200 Вт*ч/кг. В среднем этого хватает лишь на 150 километров пробега без подзарядки, что не идет ни в какое сравнение с пробегом на одной заправке автомобилей с обычным ДВС. Чтобы электромобили стали массовыми, они должны иметь сопоставимый пробег. Для этого нужно довести удельную энергоемкость батарей хотя бы до 350-400 Вт*ч/кг. Описанные ниже перспективные типы батарей смогут ее обеспечить, хотя в каждом случае есть свои "но".

Литий-серные батареи

 

Литий-серные батареи отличает большая удельная емкость, которая является следствием того, что в процессе химической реакции каждая молекула отдает не один, а два свободных электрона. Их теоретическая удельная энергия составляет 2600 Вт*ч/кг. Кроме того, такие батареи существенно дешевле и безопаснее литий-ионных.

Базовая Li-S батарея состоит из литиевого анода, серно-углеродного катода и электролита, через который проходят ионы лития. При разряде происходит химическая реакция, в ходе которой литий анода превращается в сульфид лития, осаждающийся на катоде. Напряжение батареи составляет от 1,7 до 2,5 В, в зависимости от степени разряда батареи. Полисульфиды лития, образующиеся в ходе реакции, оказывают влияние на вольтаж батареи.

Химическая реакция в батарее сопровождается рядом негативных побочных явлений. Когда сера катода поглощает ионы лития из электролита, образуется сульфид лития Li2S, который осаждается на катоде. При этом его объем увеличивается на 76%. При заряде происходит обратная реакция, приводящая к уменьшению размеров катода. Вследствие этого катод испытывает значительные механические перегрузки, приводящие к его повреждению и потере контакта с токоприемником. Кроме того, Li2S ухудшает электрический контакт в катоде между серой и углеродом (путь, по которому движутся электроны) и препятствует протеканию ионов лития к поверхности серы.

Другая проблема связана с тем, что в процессе реакции между серой и литием Li2S образуется не сразу, а через серию превращений, в ходе которых образуются полисульфиды (Li2S8, Li2S6 и др.). Но если сера и Li2S нерастворимы в электролите, то полисульфиды – наоборот, растворяются. Это приводит к постепенному уменьшению количества серы на катоде. Еще одна неприятность — появление шероховатостей на поверхности литиевого анода при прохождении больших разрядных и зарядных токов. Все это, вместе взятое, приводило к тому, что такая батарея выдерживала не более 50-60 циклов разряда-заряда и делало ее непригодной для практического использования.

 

Однако последние разработки американцев из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли позволили преодолеть эти недостатки. Ими создан уникальный катод из нанокомпозитного материала (оксида графена и серы), целостность которого поддерживается с помощью эластичного полимерного покрытия. Поэтому изменение размеров катода в ходе разряда-заряда не приводит к его разрушению. Для защиты серы от растворения применяется ПАВ (поверхностно активное вещество). Так как ПАВ является катионным (т.е. притягивается к поверхности слоя серы), оно не препятствует литиевым анионам реагировать с серой, но не позволяет образовавшимся при этом полисульфидам растворяться в электролите, удерживая их под своим слоем. Также разработан новый электролит на основе ионной жидкости, в которой не растворяются полисульфиды. Ионная жидкость и намного безопаснее — она не горит и почти не испаряется.

В результате всех описанных нововведений значительно повышается производительность батареи. Ее начальная удельная энергия составляет 500 Вт*ч/кг, что более чем в два раза превышает показатель Li-ion батарей. После 1500 20-часовых циклов разряда-заряда (С=0,05) ее удельная энергия снизилась до уровня свежей Li-ion батареи. После 1500 1-часовых циклов (С=1) снижение составило 40-50%, но батарея по-прежнему сохранила работоспособность. Когда же батарею испытывали при большой мощности, подвергая 10-минутному циклу разряда-заряда (С=6), то даже после 150 таких циклов ее удельная энергия превышала удельную энергию свежей Li-ion батареи.

Предполагаемая цена такой Li-S батареи не превысит 100$ за каждый кВт*ч емкости. Многие инновации, предложенные командой исследователей из Беркли, могут быть использованы и для улучшения существующих Li-ion батарей. Для создания практической конструкции LiS батареи разработчики ищут партнёров, которые профинансируют окончательную ее доводку.

Литий-титанатовые батареи

Самая большая проблема современных литий-ионных батарей – это низкая эффективность, связанная в первую очередь с тем, что материалы, хранящие энергию, занимают только 25% объема аккумулятора. Остальные 75% приходятся на инертные материалы: корпус, проводящие пленки, клей и т.д. Из-за этого современные батареи слишком громоздкие и дорогостоящие. Новая технология предполагает значительное сокращение "бесполезных" материалов в конструкции аккумулятора.

Новейшие литий-титанатовые батареи помогли преодолеть еще один недостаток Li-ion аккумуляторов – их недолговечность и длительность подзарядки. В ходе исследований было обнаружено, что при зарядке большими токами ионы лития вынуждены «продираться» между микропластинками графита, тем самым постепенно разрушая электроды. Поэтому графит в электродах заменили структурами из наночастиц титаната лития. Они не мешают движению ионов, что в итоге привело к фантастическому увеличению срока службы – более 15000 циклов в течение 12 лет! Время зарядки с 6-8 часов сокращается до 10-15 минут. Дополнительные преимущества – термостабильность и меньшая токсичность.

По расчетам экспертов, новые батареи будут иметь плотность энергии, в два раза превышающую самые лучшие показатели современных литий-ионных аккумуляторов. Таким образом, при неизменной дальности хода электромобиля его аккумулятор будет легче, а при той же массе – значительно увеличится запас хода. Если удастся запустить новую батарею в серию, то пробег компактных электромобилей (которые не могут оснащаться большой тяжелой батареей) в среднем возрастет с 150 км до 300 км на одной зарядке. При этом новые батареи будут наполовину дешевле нынешних — всего 250 долл. за кВт/ч.

Гибридный «премиум»

В последние 8-10 лет Porsche постоянно шокирует автомобильный мир. Вначале появился кроссовер Cayenne, а затем еще не пришедшей в себя общественности был представлен четырехместный спортивный седан Panamera. В довершение всего оба автомобиля, которые и так не вписывались в стандарты марки, еще и снабдили гибридными силовыми установками!

Cayenne S Hybrid оснащается V-образным шестицилиндровым трехлитровым ДВС с механическим компрессором мощностью 333 л.с. и электродвигателем мощностью 47 л.с. Совместно они выдают 380 л. с. и 580 Нм. В результате динамические характеристики гибрида находятся на уровне Cayenne S с двигателем V8 – до 100 км/ч он разгоняется за 6,5 с. В движении автомобиль поражает тишиной, правда, включение и выключение ДВС сопровождается ощутимыми толчками. Особенно заметно это при езде в городе, когда мотору приходиться чаще включаться для подзарядки батареи.

Гибридная система Porsche представляет собой параллельно-последовательный тип. ДВС работает в постоянных режимах, либо когда разряжена батарея. Также он отключается при движении накатом (до скорости 160 км/ч) – достаточно отпустить педаль акселератора. При этом рулевое управление и тормоза остаются в рабочем состоянии. При нажатии на «газ» ДВС тут же запускается. Такой режим позволяет заметно экономить топливо на шоссе. А, как известно, «слабое место» гибридов – большой расход именно в загородном режиме. Электродвигатель используется в начале движения и при ускорении. При торможении и в случае разряда батареи он переходит в режим генератора. На одной электротяге автомобиль может проехать до 2 километров при скорости 50 км/ч. Система рекуперации, управляемая электроникой, распределяет тормозные усилия между электродвигателем и обычной тормозной системой. Причем в городском режиме дисковые тормоза практически не вступают в работу. Наиболее выгодный режим движения для гибрида – смешанный. В этом случае за время движения по шоссе батарея накапливает энергию, которую затем тратит в городе. Если же ездить большей частью в городе батарея успевает заряжаться лишь до уровня 25%.

Расход топлива составляет до 8,7 л/100 км в городе и 7,9 л/100 км на трассе. По сравнению с машиной первого поколения снижение составило 23%. Такого впечатляющего результата удалось добиться благодаря: новой восьмиступенчатой АКПП с функцией Auto Start Stop, передовой системе управления тепловым режимом охлаждающего контура двигателя и коробки передач, системе рекуперации, прекращением подачи топлива в режиме принудительного холостого хода, облегченной конструкции кузова и, наконец, использованием активного и легкого полного привода.

Четырехместный седан Panamera S Hybrid обладает еще более ошеломляющими характеристиками. Люди, его создавшие, совместили два, на первый взгляд, несовместимые понятия: спортивность и экономичность. На сегодняшний день Panamera S Hybrid самый экономичный из всех Porsche и самый быстрый из всех гибридов. Расход топлива составляет 7,1 литра на 100 км в смешанном цикле. Если же установить энергосберегающие шины Michelin, можно сэкономить еще 0,3 литра. В реальных условиях эксплуатации с обгонами, ускорениями, остановками и торможениями расход находится в пределах 10 л. Максимальная скорость автомобиля – 270 км/ч, разгон до 100 км/ч займет всего 6 с. Силовая установка Panamera такая же, как и у гибридного Cayenne S и работает она аналогично. На одной электротяге Panamera способна проехать до двух километров со скоростью 85 км/ч.

P.S. Между прочим, первый в мире гибрид создал Фердинанд Порше. Он изобрел электрическое мотор-колесо и построил 300 электромобилей, которые на заре ХХ века казались намного перспективнее автомобилей. Однако заряд батарей быстро кончался, и Порше дополнил конструкцию бензиновым двигателем. Этот первый гибрид под названием Semper Vivus (Вечно живой) в 1901 году произвел фурор на всемирной выставке в Париже.

Шины и экология

Может ли автомобильная шина существенно влиять на экологию? Может, утверждают специалисты шинного гиганта Michelin, и подтверждают свои слова инновационными разработками.

Философия компании звучит так: «Вся продукция, которую разрабатывает компания Michelin, призвана способствовать безопасной перевозке как можно большего числа людей и количества грузов при обеспечении как можно большей долговечности и как можно меньшем потреблении материальных ресурсов».

Шина играет существенную роль в потреблении топлива. На их долю приходится около 20% затрат энергии, необходимой для движения автомобиля с ДВС и до 30% для электромобилей в городском режиме. Каждый пятый полный топливный бак легкового автомобиля и каждый третий полный бак грузового растрачивается на преодоление сопротивления качению шин.

Топливосберегающие шины

С 1992 года компания Michelin создала пять поколений топливосберегающих шин для легковых автомобилей и три поколения таких шин для грузовых автомобилей. Благодаря их использованию потребление топлива было сокращено на 14 миллиардов литров, и более 35 миллионов тонн CO2 не было выброшено в атмосферу во всем мире.

Однако работа над улучшением топливосберегающих шин не прекращается. При этом соблюдаются следующие приоритеты: сокращение потребления энергии и объема выбросов CO2 при производстве; использование как можно меньшего количества природных ресурсов, таких как каучук; снижение массы; увеличение долговечности при сохранении безопасности шины.

Чтобы достичь этого результата, компания Michelin работает над усовершенствованием всех компонентов шины (а их более 200), над усовершенствованием ее конструкции и формы контактирующего с дорогой протектора. По сравнению с первым поколением сопротивление качению шины снизилось на 40%. При этом безопасность шин была улучшена. Так, на мокром покрытии тормозной путь шины Michelin Energy Saver сокращен на 3 метра. Ходимость шин также улучшена: на топливосберегающих шинах можно преодолеть на несколько тысяч километров больше, чем на обычных. А более долговечные шины означают меньшее количество шин, необходимых для производства и последующей утилизации.

Саморемонтирующаяся шина

Однако мало кого сейчас можно удивить топливосберегающими шинами. Из экзотики они постепенно превращаются в обыденность. А вот шина, не боящаяся проколов, — это технологический прорыв. Разработанные Michelin легковые шины могут катиться по гвоздям без снижения давления воздуха. Они изготовлены из уникальной по составу резиновой смеси, способной мгновенно закупоривать прокол, появляющийся в протекторе. При этом ни безопасность движения, ни сопротивление качению (а, значит, экономичность) не страдают. Новая резиновая смесь, защищенная 15 патентами, обладает высокой стабильностью и «не стекает» в нижнюю часть шины, что бывает, когда автомобиль находится на парковке в течение долгого времени. Следовательно, не возникает вибраций при движении.

С точки зрения охраны окружающей среды выгода получается двойная. Во-первых, уменьшается количество замен шин из-за проколов, поэтому требуется производить меньшее количество шин. Во-вторых, отпадает необходимость в запасном колесе, что дает выигрыш места во внутреннем пространстве автомобиля, и что более важно, заметное снижение массы транспортного средства. Домкрат и устройство для крепления запасного колеса также становятся ненужными. Таким образом, масса автомобиля снижается примерно на 30 килограммов, что соответствует выигрышу в объеме в 80 литров. В условиях городского вождения количество выбросов CO2 уменьшается на 2 г на каждый километр пробега.

Концепт-шины для грузовых автомобилей

На долю автомобильного транспорта приходится 73% всех наземных грузоперевозок в Европе. Поэтому проблема эффективного использования сырья также затрагивает и грузовую индустрию. Новая грузовая шина обладает грузоподъемностью до пяти тонн. Преимущества: двухосный прицеп, оснащенный такими шинами, сможет перевезти столько же груза, сколько трехосный прицеп. Благодаря снижению общей массы на 900 кг на один грузовик, обеспечивается экономия топлива и возможность перевозки большего объема грузов, тем самым повышается производительность. Благодаря улучшенным тормозным характеристикам эта новая грузовая шина обеспечивает улучшенную безопасность при сохранении общего пробега.

Новые размеры шин

Изменяя стандарты размеров шин, Michelin намерена совершить революцию в шинной индустрии. Новые шины – малоразмерные (10 дюймов) и большие (19 дюймов) позволяют экономить сырье, сохраняя при этом характеристики в области безопасности и защиты окружающей среды.

Michelin разработала очень маленькое 10-дюймовое колесо в сборе (175/70 R10), по своим дорожным характеристикам равноценное 14-дюймовым шинам (175/65 R14). Инновацией является то, что маленькая шина Michelin имеет на 15% большую грузоподъемность, чем ее традиционный (14-дюймовый) аналог. Малые габариты колеса означают, что колесные ниши будут занимать меньше места. Как следствие, не меняя габаритов автомобиля, можно будет иметь больше внутреннего пространства под размещение двигателя, а также под пассажирский салон и багажное отделение. Это предоставляет автопроизводителям большую свободу в разработке дизайна. Например, с этими шинами 4-местный автомобиль может быть легко превращен в 5-местный. Это конструктивное решение дает возможность снизить общую массу автомобиля на 40 кг.

Большая 19-дюймовая новая шина имеет диаметр больше, чем у представленных сегодня на рынке шин (155/70R19), что делает её более энергоэффективной. Запас хода увеличен на 5%, поскольку шине требуется меньше оборотов колеса для преодоления того же расстояния. Благодаря большему диаметру и меньшей ширине шины улучшаются ее аэродинамические характеристики. Благодаря такому изменению диаметра также улучшились характеристики сцепления и износостойкости шин.

Мифы и правда о топливных элементах (FCEV)

 

Последние годы продемонстрировали быстрый рост рынка топливных элементов в глобальном масштабе, особенно в США, Великобритании, Германии, Франции и Японии. Общественные и частные инвестиции, государственная поддержка развития инфраструктуры и субсидирование потребителей, снижение стоимости производства и, особенно, обещания производителей приступить к выпуску автомобилей на топливных элементах – все это ясно свидетельствует о признании этого вида транспорта. Но, несмотря на очевидный прогресс, остается немало мифов об использовании, энергоэффективности и стоимости топливных элементов. Итак, настало время развенчать ряд устоявшихся заблуждений.

Миф № 1: Водородная энергетика не энергоэффективна

Водород — самый распространенный элемент во Вселенной, но на нашей планете его необходимо извлекать из воды или органических соединений. Этот процесс не имеет больших отличий от производства бензина или дизтоплива, которые получают путем переработки или очистки нефти (причем при этом используется водород). Кроме получения водорода в промышленных масштабах из природного газа, он также производится из возобновляемых источников, таких как солнечная энергия, энергия ветра или биогаз, не требуя при этом использования ископаемого топлива. Возможность производства из возобновляемых источников так называемого «зеленого» водорода очень важна и для разгрузки существующей энергосистемы.

 

Кроме того, автомобили на топливных элементах имеют нулевой выброс CO2 и твердых частиц. Согласно исследованиям, автомобили, в которых в качестве топлива используется водород, полученный из природного газа, выделяют от 55 до 65% меньше углерода по сравнению с бензиновыми ДВС, благодаря более высокой эффективности. Топливные элементы также демонстрируют намного большую эффективность по сравнению с ДВС, работающими на природном газе. Причем, по расчетам по принципу «well-to-wheels» (т.е. на протяжении всего жизненного цикла – от начала производства до эксплуатации), это не зависит от того, получен водород из природного газа или из возобновляемых источников. И при этом FCEV еще и не выбрасывают канцерогены, твердые частицы и вещества, образующие смог, которые оказывают вредное влияние на здоровье населения в крупных городах.

Миф № 2: Водород является опасным при хранении и использовании

Одним из самых частых аргументов, которые приходится слышать при обсуждении использования водорода, — что это горючий газ, который легко воспламеняется. Поэтому его хранение весьма опасно как на заправочных станциях, так и в топливных баках высокого давления. Однако, водород не более и не менее опасен по сравнению с другими горючими топливами, батареями, используемыми в электромобилях и сжатым газом, хранящемся в баллонах. Миллионы километров дорожных испытаний, проведенных в последние годы, существующая на протяжении десятилетий многомиллиардная глобальная индустрия по производству и транспортировке водорода безусловно свидетельствуют о безопасности его хранения. Toyota не так давно получила одобрение от Министерства экономики, торговли и индустрии Японии на производство водородных баков для FCEV. Для демонстрации безопасности баков, изготовленных из углеродного волокна, их обстреливали из огнестрельного оружия. Пули либо отскакивали от бака, либо оставляли небольшие вмятины.

Водород обладает высоким коэффициентом диффузии (в 3,8 раза больше, чем у природного газа). Это означает, что попадая в атмосферу, он почти сразу же растворяется до не воспламеняемых концентраций. По этой причине он даже может считаться более безопасной альтернативой повседневно используемому бензину, который при проливе образует легковоспламеняемые очаги в течение длительного периода. Водород имеет низкий коэффициент излучения — вы можете поднести руку к горящему водородному пламени, не получив ожога. Это означает, что горящий водород не создает опасности возгорания окружающих материалов, тогда как жар, производимый горящим бензином, выше.

Миф № 3: FCEV и соответствующая инфраструктура слишком дороги и поэтому никогда не станут альтернативой на массовом рынке

 

Затраты на производство автомобилей на топливных элементах в последнее время резко снизились. Достижения в технологии изготовления топливных элементов, улучшение характеристик катализаторов привели к значительному уменьшению стоимости. По заявлению представителей Hyundai, расходы сократились на 70% по сравнению с концом 90-х годов, когда компания только начинала работать над топливными элементами. Производители продолжают настойчиво трудиться над снижением стоимости FCEV, ведь для их выхода на массовый рынок не требуется никаких новых изобретений, а всего лишь увеличение объемов производства, инжиниринговое обеспечение и развитие заправочной инфраструктуры.

Миф № 4: Заправка водородом представляет трудности и отнимает много времени

Водители не почувствуют значительных отличий в способе заправки FCEV водородом. Схожий принцип «пистолет в бак» и, в отличие от автомобилей, использующих другие виды альтернативного топлива, стандарты «водородной» заправки уже существуют. Так, модели на топливных элементах, выпускаемые Toyota, Hyundai и Honda, могут заправляться на заправочной колонке. Причем этот процесс занимает несколько минут, что выгодно отличает их от электромобилей, для заряда батареи которых требуется несколько часов. Причем на одной заправке FCEV может проехать несколько сотен километров. Водородные технологии уже опробованы на городских автобусах и могут применяться на магистральных грузовиках и других тяжелых транспортных средствах.

Миф № 5: FCEV не имеют достаточного запаса хода

Автомобили на топливных элементах при нулевом выбросе вредных веществ сохраняют производительность и диапазон обычных автомобилей с ДВС. Способность нести больший запас энергии на борту по сравнению с электромобилями на батареях означает, что FCEV имеют большую дальность езды. В то же время производительность топливных элементов постоянно улучшается. Сейчас запаса водорода, который может храниться в баке FCEV, хватает для пробега, сопоставимого с обычными автомобилями и гибридами. В одном из реальных дорожных тестов «водородный» кроссовер Toyota Highlander проехал на одном баке свыше 650 километров, показав эквивалентный расход топлива 3,4 л/100 км. Выпускаемые в настоящее время автомобили на топливных элементах имеют в три раза больший запас хода по сравнению с электромобилями на батареях, а время их заправки составляет несколько минут (вместо нескольких часов), и это еще не предел.

Литий-полимерные аккумуляторы

Работа по замене жидкого органического электролита в литий-ионных аккумуляторах на полимерныйвелась давно. Такая замена исключает утечки электролита и повышает безопасность работы. В основе идеи литий-полимерного аккумулятора (Li-pol) лежит явление перехода некоторых полимеров в полупроводниковое состояние в результате внедрения в них ионов электролита. Проводимость полимеров при этом увеличивается более чем на порядок. К настоящему времени разработаны и серийно изготавливаются литиевые источники тока с электролитами, которые могут быть подразделены на три группы: сухие полимерные электролитыгель-полимерные электролиты, которые образуются при внедрении в полимер пластификатора-растворителя; неводные растворы солей Li, сорбированные в микропористой полимерной матрице.

По сравнению с жидкими электролитами в литий-ионных аккумуляторах, полимерные электролиты имеют меньшую ионную проводимость, которая к тому же понижается при температуре ниже нуля. Поэтому проблема разработок Li-pol аккумуляторов состояла не только в поиске электролита с достаточно высокой проводимостью, совместимого с электродными материалами, но и в расширении температурного диапазона Li-pol аккумуляторов.

С гель-полимерным электролитом разрабатывают аккумуляторы и литий-ионные, и с металлическим анодом. Какая же разница между литий-ионными и литий-полимерными аккумуляторными батареями с гелиевым электролитом? Хотя их характеристики и близки, в литий-полимерных батареях вместо сепараторов используется твердый электролит. Добавленный в них гелиевый электролит предназначен просто для улучшения ионообменных процессов и, таким образом, для понижения внутреннего сопротивления.

Современные литий-полимерные аккумуляторы обеспечивают удельные характеристики, сравнимые с характеристиками литий-ионных аккумуляторов. Но благодаря отсутствию жидкого электролита они более безопасны в использовании. При всех стандартных тестах на безопасность использования (перезаряд, форсированный разряд, короткое замыкание, вибрация, раздавливание и протыкание гвоздем) Li-pol аккумуляторы имеют существенно более высокие показатели по сравнению с литий-ионными аккумуляторами с жидким электролитом. Li-pol аккумуляторы компактны и могут быть выполнены в любой конфигурации. Их контейнер может быть выполнен из металлизированного полимера. К недостаткам можно отнести меньшие рабочие плотности тока и ухудшение электрических характеристик при понижении температуры из-за кристаллизации полимера.