Monthly Archives: Декабрь 2017

Сверхэкономичный «народный автомобиль»

Работы над созданием сверхэкономичной модели Volkswagen начал еще в 1998 году, когда Фердинанд Пих (председатель совета директоров) поставил задачу разработать автомобиль, потребляющий не больше 1 литра топлива на 100 километров. В 2002 году был представлен концепт Volkswagen 1-litre. Однако внешне он мало походил на автомобиль для повседневного использования, а скорее напоминал спорткар. Чтобы снизить коэффициент лобового сопротивления, кузов 1-litre сделали очень узким, всего 1,25 метра. Длина его равнялась 3,47 метра, а высота – чуть более метра. Пассажирское сиденье расположили не рядом с водительским, а за ним. В качестве основы для кузова использовалась пространственная рама из магния, который легче алюминия. Сам же кузов был сделан из композитного углеродного волокна. Двери типа «крыло чайки» позволяют легко попасть в салон и выйти из него. Двигатель расположен поперечно, перед задней осью (среднемоторная компоновка). Одноцилиндровый безнаддувный дизель с непосредственным впрыском объемом 0,3 литра развивает мощность 8,5 л.с. Ее вполне достаточно, чтобы наделить 290 – килограммовый автомобиль довольно живым характером. Бака объемом 6,5 литра хватает на 650 км пробега. Для Volkswagen 1-litre была специально разработана очень компактная автоматизированная шестиступенчатая коробка передач. Подвеска автомобиля – на двойных поперечных рычагах спереди и Де Дион сзади, выполнена из легкосплавных материалов. Не забыта и безопасность — Volkswagen 1-litre оборудован ABS, ESP и подушкой безопасности водителя. Наружных зеркал нет, обзор обеспечивается камерами заднего вида. Для поклажи выделен 80 — литровый отсек в задней части автомобиля.

Обновленное видение сверхэкономичного автомобиля немцы представили спустя 7 лет. В 2009 году был показан концепт Volkswagen L1. Внешне он почти не изменился – такой же низенький и узкий, с коэфицциентом лобового сопротивления 0,195. Вместо дверей – полностью откидывающийся «фонарь» кабины – как у истребителя. А вот «начинка» стала принципиально другой – это был уже не дизель, а параллельный гибрид. Его силовая установка состоит из двухцилиндрового дизельного двигателя объемом 0,8 литра, развивающего 39 л.с., и 10 киловаттного электромотора. Усилие на колеса передается через 7-ступенчатый «робот» DSG. Этого вполне хватает, чтобы разогнать легчайшую 380 – килограммовую машинку до 100 км/ч за 14,3 секунды и достичь максимальной скорости в 160 км/ч. При среднем расходе в 1,38 л/100 км запаса топлива хватает на 670 км пути. Все вроде бы хорошо, но вот в желанный 1 литр расхода не уложились!

И вот в 2011 году состоялась премьера третьего поколения сверхэкономичной серии Volkswagen. Новинка с кодовым названием XL1 существенно отличается от своих предшественников. Первое внешнее отличие — сиденье пассажира расположено рядом с водительским, а не за ним. Естественно, что автомобиль стал шире, но вот парадокс – коэффициент лобового сопротивления стал ниже и составляет всего 0,186! Существенно возрос вес – до 795 кг, почти в два раза тяжелее L1. Откуда же столько взялось? 227 кг приходятся на гибридную силовую установку, 153 кг – на ходовую часть, выполненную из алюминия, керамики и карбона, на 80 кг потянула отделка салона и на 105 кг – электрооборудование. Оставшиеся 230 кг весит изготовленный из углепластика кузов.

Увеличение веса потребовало усиления энерговооруженности. Теперь гибрид приводится в движение двухцилиндровым турбодизелем объемом 0,8 литра, развивающим 48 л.с. и 27-сильным электромотором. Совокупный крутящий момент составляет 140 Нм, что позволяет разгоняться до «сотни» за 12,7 с и достигать «максимума» в 160 км/ч. В качестве КПП используется фирменная разработка — семиступенчатая DSG. Средний расход топлива составляет желанные 0,9 литра, а на одном 10-литровом баке XL1 может проехать почти 500 км. Причем гибрид может двигаться и на «чистом» электричестве – до 50 км. Питает его литий-ионная батарея емкостью 5,5 кВт*ч.

У читателя, мыслящего рационально, после прочтения материала вполне может возникнуть вопрос: почему же мы до сих пор не ездим на таких машинах? Да потому что высокая стоимость композитных материалов, используемых для их изготовления, делает массовый выпуск нерентабельным. А вот здесь мы подошли к самому главному. Благодаря технологии Resin Transfer Moulding, разработанной Volkswagen, стоимость кузова XL1 позволяет приступить к серийному производству. Именно эту новость и озвучило в марте 2013 года руководство Volkswagen на проходившем в Женеве международном автосалоне. Изначально продажи Volkswagen XL1 планируется начать лишь в Европе. Но цены пока не объявлены. Вначале планируется собрать опытную партию в 50 экземпляров, после чего будут выпускать XL1 по предварительному заказу.

Энергосберегающие масла: меньше трение — чище воздух

Уменьшение расхода топлива – один из путей снижения вредных выбросов автомобилей. Уменьшить расход помогают энергосберегающие моторные и трансмиссионные масла. При работе двигателя часть вырабатываемой им энергии идет на преодоление сил трения в нем самом. Так, в городских условиях потери составляют в среднем 35%. Еще больше они возрастают при езде с непрогретым двигателем или при низких температурах (зимой).

Наибольшие потери происходят в подшипниках коленвала, клапанном механизме и цилиндро-поршневой группе. Но режимы смазки в этих парах трения различны. Подшипники смазываются в гидродинамическом режиме, когда трущиеся поверхности разделены достаточным слоем масла. Снизить трение здесь можно путем уменьшения вязкости масла. В парах же «кулачок-толкатель» и «цилиндр-поршень» (вблизи мертвых точек) режим смазки – граничный. Это значит, что масляная пленка настолько тонка, что она не в состоянии разделить трущиеся детали. В таких условиях потери не зависят от вязкости масла, и снизить их можно за счет присадок – модификаторов трения.

Таким образом, главное отличие энергосберегающих масел – меньшая вязкость. Это позволяет снизить трение в гидродинамическом режиме. Они также имеют высокий индекс вязкости, то есть, их вязкость с изменением температуры меняется в узких пределах. А чтобы вязкость изначально жидкого энергосберегающего масла при высоких рабочих температурах не снизилась ниже допустимого предела, в него добавляют загущающие присадки. При повышении температуры молекулы таких присадок «раскрываются» и масло становится более густым. Для работы в граничных условиях в энергосберегающие масла добавляют модификаторы трения. Они представляют собой твердые (графит, дисульфид молибдена) или жидкие химические соединения. Благодаря ним на трущихся поверхностях образуется покрытие, напоминающее мягкий ворс, легко сминающийся в любом направлении. Это помогает существенно снизить коэффициент трения.

В маркировке энергосберегающих масел согласно американской классификации API после указания класса вязкости по SAE и категории по условиям применения ставят буквы ЕС (Energy Conserving). Все масла, имеющие индекс по API не ниже SL, должны обладать энергосберегающими свойствами. В европейской классификации АСЕА энергосберегающие масла выделены в отдельные категории, обозначаемые А1-02, А5-02 (для бензиновых двигателей) и В1-02, В5-02 (для легковых дизелей). По американско — японской классификации ILSAC все масла, обозначаемые GF-I, GF-2 и GF-3, относятся к энергосберегающим.

Энергосберегающие масла могут изготавливаться на любой основе – минеральной, полусинтетической и синтетической. Современные малозольные масла позволяют увеличить срок службы каталитических нейтрализаторов и сажевых фильтров в дизелях. Существует ошибочное мнение, что энергосберегающие масла обладают увеличенным сроком службы. На самом деле это не так. Для «долгоиграющих» масел нужен другой пакет присадок, прежде всего противоокислительных. Поэтому неверно и обратное мнение о том, что масло с увеличенным сроком службы является энергосберегающим.

Требования Всемирной топливной хартии к автомобильным бензинам

Октановое число – это мера способности бензина сопротивляться самовоспламенению; самовоспламенение может вызвать детонацию в двигателе. Имеется два метода лабораторных испытаний для измерения октановых чисел: один из них определяет октановое число по исследовательскому методу (ОЧИ), а другой определяет октановое число по моторному методу (ОЧМ). ОЧИ наилучшим образом коррелирует с условиями низкой скорости и средней детонации, а ОЧМ коррелирует с условиями высокотемпературной детонации и частичной работы дросселя. Значения ОЧИ обычно больше, чем значения ОЧМ.

Автомобили проектируются и настраиваются на определенное октановое число. Когда потребитель использует бензин с октановым числом меньшим, чем требуемое октановое число, возникает детонация, которая может привести к серьезному повреждению двигателя. Двигатели, снабженные датчиками детонации, могут работать при более низких октановых числах, уменьшая угол опережения зажигания; однако, увеличится расход горючего и снизится мощность, а при очень низких октановых числах детонация не исчезнет. Использование бензина с октановым числом большим, чем требуется, не улучшит качество работы автомобиля. Топливная хартия устанавливает три сорта бензина по октановому числу в каждой категории (91, 95 и 98 по ОЧИ).

Сера является природным компонентом сырой нефти. Если серу не удалить во время процесса переработки нефти, она будет загрязнять автомобильное топливо. Сера оказывает существенное влияние на автомобильные выбросы, снижая производительность катализатора и негативно влияя на датчики кислорода. Уменьшение концентрации серы приводит к уменьшению выбросов из всех автомобилей, оборудованных катализаторами.

Производители усиленно работают над снижением расхода топлива при сниженных выбросах углекислого газа. Работа на обедненной топливно-воздушной смеси – это наиболее перспективный способ достичь этого снижения в автомобилях, работающих на бензине. Однако возникает новая проблема, связанная с качеством очистки отработавших газов. В то время как несгоревшие углеводороды и СО эффективно удаляются с помощью существующих катализаторов во время работы на обедненной смеси, NOx удаляются только во время работы на стехиометрической или богатой смеси.

Катализаторы “Lean NOx absorber” работают, химически улавливая NOx во время работы на обедненной смеси. Затем NOx выделяются и разлагаются катализатором за несколько секунд работы на богатой смеси. Однако оксиды серы адсорбируются сильней и снижают поглотительную способность адсорбента по оксидам азота. Удаление серы требует более длительной работы на богатой смеси, что сводит на нет выгоды топливной экономичности, основанной на сжигании обедненной смеси. Однако, при использовании бензинов, не содержащих серу, будет сохраняться необходимая активность разложения NOx.

Свинец. Алкилсвинцовые топливные присадки ранее использовались как недорогие антидетонаторы для бензина. Однако их вредное влияние на здоровье привело к тому, что на многих рынках перестали использовать этилированный бензин. Следует все-таки обратить внимание на существующий автомобильный парк, так как для более старых автомобилей требуется наличие в топливе свинца (или топливных присадок, замещающих свинец) для защиты двигателя. Бензины с низким содержанием свинца (0.05 г/дм3) продаются на рынках этилированного бензина. Это снижает риск загрязнения и обеспечивает достаточную защиту двигателя. В то время как эффективность автомобильных катализаторов возрастает, стойкость к свинцовому отравлению остается очень низкой, так что даже слабое загрязнение свинцом может привести к разрушению современного катализатора. Следовательно, рынок бензина, не содержащего свинец, очень важен в долгосрочном плане.

Золообразующие топливные присадки могут негативно и необратимо повлиять на работу катализаторов и других компонентов (например, кислородного датчика), что приведет к увеличению выбросов. Таким образом, следует использовать высококачественный бензин, а использования золообразующих топливных присадок необходимо избегать.

МТМ (метилциклопентадиенил трикарбонил марганца) – это соединение на основе марганца, поставляемое как топливная присадка, увеличивающая октановое число, для бензина и топливная присадка, улучшающая сгорание, для дизельного топлива. Продукты горения МТМ образуют отложения на внутренних деталях двигателя, таких как свечи зажигания, приводя к перебоям зажигания, нарушению работы двигателя и повышенным выбросам. В результате растет число нареканий со стороны потребителей и гарантийных расходов производителя.

Продукты горения также накапливаются на катализаторе. Как только катализатор покрывается или забивается ими, время жизни и эффективность его уменьшаются. Продукты горения МТМ накапливаются на поверхности катализатора, но бортовая система диагностики может ошибочно показывать, что катализатор работает нормально. Таким образом, неисправность катализатора не будет замечена и устранена, в то время как автомобиль будет работать с повышенными выбросами загрязняющих веществ в атмосферу.

Ферроцен использовался как замена свинца для увеличения октанового числа для неэтилированных топлив на некоторых рынках. Он содержит железо, которое накапливается на катализаторах и других частях выхлопной системы в виде оксида железа. Оксид железа действует как физический барьер между катализатором/кислородным датчиком и отработавшими газами. В результате система очистки отработавших газов не способна функционировать, как требуется, что приводит к увеличению выбросов. Таким образом, использования ферроцена необходимо избегать в составе неэтилированного бензина.

Кремний не является естественным компонентом бензина. Однако иногда он появляется в товарном бензине при попадании отработанных растворителей, содержащих соединения кремния, используемых на нефтеперерабатывающих заводах. Такое загрязнение оказывает существенное негативное влияние на системы очистки отработавших газов. Кремний, даже в небольших концентрациях, может вызвать сбой работы кислородных датчиков и высокие уровни отложений в двигателе и катализаторах. Это может привести к отказу двигателя при использовании даже менее чем одного бака такого загрязненного горючего. Следовательно, в бензине не должно присутствовать обнаруживаемых концентраций кремния, а также он не должен использоваться как компонент какой-либо топливной присадки для улучшения характеристик бензина и двигателя.

Оксигенаты, такие как МТБЭ и этанол, часто добавляются в бензин для увеличения октанового числа или чтобы вызвать изменение в стехиометрии в сторону обеднения смеси для уменьшения выбросов оксида углерода. Работа на более обедненной смеси снижает выбросы оксида углерода на автомобилях с карбюраторами и топливными системами без электронного управления с обратной связью. Эти выгоды снижения выбросов не реализуются в полной мере в современных автомобилях, использующих электронное управление с обратной связью, потому что эффект обеднения имеет место только во время работы на холодном двигателе или во время быстрого ускорения. Это переобеднение может вызвать рост выбросов. Так как этанол имеет более высокую теплоту парообразования, чем эфиры, снижение ездовых характеристик автомобиля, использующего бензин с этанолом, происходит за счет дополнительной теплоты, необходимой для испарения бензина. Если используются оксигенаты, предпочтительно использовать эфиры. Использование метанола не допускается. Метанол – это агрессивное вещество, которое может вызвать коррозию металлических деталей топливных систем и разрушение полимеров.

Олефиновые углеводороды – это ненасыщенные углеводороды, которые являются высокооктановыми компонентами бензина. Однако они могут привести к образованию отложений и повышенным выбросам химически активных углеводородов, способствующих образованию озона и токсичных соединений. Олефиновые углеводороды термически нестабильны и могут привести к образованию смол и отложений в во впускной системе двигателя.

Ароматические углеводороды – это молекулы топлива, которые содержат, по крайней мере, одно бензольное кольцо. Они являются высокооктановыми и высокоэнергетическими компонентами бензина. Сгорание ароматических углеводородов может привести к увеличению содержания канцерогенного бензола в выхлопных газах и увеличению отложений в камере сгорания. Снижение объемной доли ароматических углеводородов в бензине существенно снижает выбросы токсичного бензола и углекислого газа.

Бензол – это природный компонент сырой нефти, являющийся высокооктановым продуктом каталитического риформинга. Для человека он является сильным канцерогеном. В атмосферу выделяется в результате испарения и с отработавшими газами.

Давление насыщенных паров бензина должно контролироваться по сезонам с учетом различных уровней испаряемости, необходимых при различных температурах. Давление насыщенных паров должно строго контролироваться при высоких температурах, чтобы снизить вероятность проблем, связанных с горячим топливом, таких как паровая пробка или перегрузка угольного фильтра (адсорбера). Контроль над давлением насыщенных паров при высоких температурах также важен для снижения выбросов за счет испарения. При более низких температурах более высокое давление насыщенных паров необходимо, чтобы позволить легкий запуск и прогрев двигателя.

Фракционный состав задается либо как ряд температур «Т» (Т50 – это температура, при которой выкипает 50% бензина), либо как ряд величин «И» (И100 – процент бензина, испарившегося при 100 градусах). Избыточно высокая температура Т50 (или низкий процент И100) может привести к плохому запуску и плохим рабочим характеристикам во время прогрева при умеренных температурах окружающей среды. Контроль над индексом пускового периода (ИПП), рассчитываемым по температурам, при которых выкипает 10%, 50% и 90% бензина, и объемной доле кислорода, может также использоваться как гарантия надежного холодного пуска и прогрева двигателя.

Паровая пробка. Излишне высокая испаряемость бензина может вызвать проблемы при нагревании топлива, такие как образование паровой пробки, перегрузка угольного фильтра и повышенные выбросы. Паровая пробка возникает, когда слишком много пара образуется в топливной системе и снижается подача топлива в двигатель. Это может привести к потере мощности, неустойчивой работе двигателя или к тому, что двигатель заглохнет. Так как давление насыщенных паров и фракционный состав не достаточны для того, чтобы гарантировать устойчивую работу автомобиля, необходимо установить некоторое соотношение паровой и жидкой фаз (показатель паровой пробки).

Топливные присадки для защиты от отложений. Сгорание даже очень качественного бензина может привести к образованию отложений. Такие отложения будут увеличивать выбросы из двигателя и негативно влиять на рабочие характеристики автомобиля. Высококачественное топливо содержит топливные присадки для защиты от отложений на форсунках и клапанах.

Однако моющие присадки обычно увеличивают уровень отложений в камере сгорания (ОКС) по сравнению с базовым горючим. Поэтому необходимо создавать оптимальные топливные присадки для максимального снижения ОКС, что позволит конструкторам двигателей улучшить конструкции камер сгорания для снижения выбросов и расхода горючего. Удаление ОКС может снизить углеводородные выбросы из двигателя на величину до 10%, СО – до 4% и NOx – до 15%.

OSCar — теперь и гибрид

Автомобильный мир, как и кинематографический, тоже имеет свой OSCar. Первый в мире гибридный автомобиль OSCar eO, предназначенный для участия в ралли-рейдах, создан латвийской компанией Ogres Servisa Centrs (OSC). Она основана в 1993 году инженером, изобретателем и автогонщиком Андрисом Дамбисом и распологается в городе Огре. В начале это была обычная СТО, и только через 10 лет Андрис сконструировал собственный автомобиль для участия в Дакаре. Это был OSCar, вышедший на старт ралли-рейда в 2004 году. В 2006 был создан абсолютно новый автомобиль OSCar O3. Именно на его базе в 2011 году и строится последовательный гибрид OSCar eO.

По замыслу, OSCar eO должен был стать электромобилем. Полноприводную машину весом 2800 кг движет синхронный электромотор постоянного тока с неодимовыми магнитами. Он развивает мощность 285 л.с. и крутящий момент 440 Нм. Для преодоления особо сложных участков, например, песчаных дюн, предусмотрен "пиковый" режим, при котором двигатель способен кратковременно, до 45 секунд, выдавать 455 л.с. и 800 Нм. Питает электромотор специально созданная китайской компанией Winston Batteries (которая является генеральным техническим спонсором проекта) литий-ионная батарея емкостью 51,2 Квт*ч и напряжением 512 В. 160 элементов, из которых состоит батарея, занимают все подкапотное пространство и часть салона. Такая солидная энерговооруженность позволяет OSCar eO ехать в "чистом" электрическом режиме около 400 км, развивая максимальную скорость 140 км/ч. Но это в идеальных условиях, а в песках Дакара эта цифра уменьшается, как минимум, вдвое. Выхода было два: либо возить с собой запасной комплект аккумуляторов, либо оснащать машину собственной "подзарядной станцией". Выбрали второй вариант. В задней части установили бензиновый мотор Nissan объемом 3,5 литра и 200-литровый топливный бак. Двигатель не связан с колесами. Единственное его предназначение — вращать 60-киловаттный генератор, который прямо на ходу может заряжать батареи. В течении получаса он способен восстановить 80% заряда. Но такое решение превратило электромобиль в классический последовательный гибрид. Зато реальная "внедорожная" автономность хода выросла до 600 км, а в идеальных дорожных условиях может достигать 800 км. Как и каждый "зеленый" автомобиль, OSCar eO для дополнительной подзарядки имеет систему рекуперации.

И вот, в январе 2012 года, впервые в истории гонок Париж-Дакар, на старт вышел гибридный автомобиль. Организаторы с энтузиазмом восприняли этот факт. Ведь, согласно техническому регламенту, класс автомобилей с альтернативными источниками питания существует уже несколько лет, но до Андриса Дамбиса никто не решался в нем выступать. Дебют можно считать успешным, так как OSCar eO сумел преодолеть более 8000 км дистанции и занял в общем зачете 77 место. Кстати, базовый бензиновый OSCar O3, также входивший в состав латвийской команды, занял 79 место.

С учетом опыта Дакара OSCar eO подвергся модернизации. Были внесены изменения в трансмиссию, конструкцию электродвигателей, систему управления силовой установкой и в систему охлаждения. В результате максимальная скорость повысилась до 150 км/ч. Летом 2012 года экипаж Андриса Дамбиса, выступая на российском ралли "Шелковый путь", завоевал Гран-При в категории Green Challenge (для автомобилей с альтернативными источниками питания), а в общем зачете OSCar eO занял 21 место. Прогресс налицо!

Природный газ – топливо ближайшего будущего

Эксперты говорят, что количество автомобилей, использующих в качестве топлива природный газ, к 2020 году достигнет 34,9 миллиона. Этот рост будет обусловлен низкой стоимостью природного газа на фоне постоянного роста цен на бензин и дизтопливо.

Стоимость природного газа составляет в среднем 41% от стоимости бензина. Однако газобаллонное оборудование для сжатого природного газа (СПГ) добавляет от 10 до 40% к стоимости автомобиля. Оборудование же для сжиженного природного газа добавляет от 60 до 80% к цене из-за более дорогих баллонов для хранения газа. Поэтому окупаемость ГБО составляет в настоящее время от 2,5 до 6 лет (в зависимости от автомобиля).

Другими факторами в пользу использования природного газа являются: тенденция к снижению стоимости автомобилей; уменьшение запасов нефти; ужесточение норм вредных выбросов; стремление развитых стран уменьшить зависимость от поставок нефти. Почти 95% легких коммерческих автомобилей сегодня работают на СПГ. Увеличивается количество грузовиков и автобусов, использующих этот вид топлива. Ожидается, что к 2020 году 9% парка будет работать на газе.

Азиатско-Тихоокеанский регион лидирует по продажам автомобилей на СПГ (1,2 миллионов экземпляров, как ожидается, будет продано в 2013 году). Среди стран лидируют Китай и Пакистан, их быстро догоняют Таиланд и Индия. Основными причинами являются доступность таких автомобилей и государственная поддержка.

Североамериканский рынок – самый быстрорастущий (17% за год). Продажи легковых автомобилей растут несколько медленнее (14%) из-за недостаточного предложения и не развитости заправочной инфраструктуры. Количество же грузовиков (22%) и автобусов (19%) на СПГ растет гораздо быстрее.

В Европе самыми крупными рынками являются Италия и Украина, однако темпы их роста самые низкие (3% и 4% соответственно) из-за насыщенности. Самым динамично развивающимся является рынок Германии (30% в год) и эксперты предсказывают увеличение продаж автомобилей на СПГ с 7331 штук в 2013 году до 46275 в 2020, во многом благодаря развитию заправочной инфраструктуры (ожидается свыше 1000 АГНКС к 2018 году).

Что касается развития рынка грузовиков, работающих на сжиженном природном газе (LNG), самым крупным является, опять же, Азиатско-Тихоокеанский регион. По прогнозам, ежегодный рост составит 25%, достигнув 11245 экземпляров. На втором месте – США, где, как ожидается, к 2020 году число грузовиков на LNG достигнет 4128 штук.

В январе 2013 года Европейская комиссия представила план развития альтернативных видов топлива с целью уменьшения зависимости от поставок нефти и снижения вредных выбросов. В нем утверждается, что ведущим альтернативным топливом в Европе в ближайшие годы будет природный газ. В настоящее время около одного миллиона автомобилей на континенте использует этот вид топливо, что составляет около 0,5% парка. План предусматривает увеличение этого количества в десять раз к 2020 году. В настоящее время развитие рынка транспортных средств, использующих природный газ, сдерживается их сравнительно высокой стоимостью, низким спросом и отсутствием заправочных станций. Получается порочный круг. Сеть АГНКС не создается из-за малого количества автомобилей. Транспортные средства не продаются по конкурентоспособным ценам, потому что нет достаточного спроса. Потребители не покупают автомобили, потому что они дороги и нет достаточного количества заправок. Поэтому комиссия предлагает пакет обязательств индивидуально для каждой страны, входящей в Евросоюз по развитию заправочной инфраструктуры для экологически чистых видов топлива. Так, согласно этому плану, к 2020 году в Европе должна быть, как минимум, одна заправка для сжатого природного газа на каждые 150 километров.

Видимо, совсем не случайно титул "Зеленый двигатель года" в 2013 году был присужден двухцилиндровому мотору Fiat TwinAir Turbo, который в качестве топлива использует метан. Моторчик объемом всего лишь 0,9 литра развивает 80 л.с. и 140 Нм крутящего момента, расходуя 3,1 кг метана на 100 км и выбрасывая при этом 86 грамм СО2 на каждый километр.

«Водородная» история Hyundai

26 февраля 2013 года произошло знаменательное событие – с конвейера завода Hyundai в Ульсане сошел первый в мире серийный «водородомобиль» ix35 Fuel Cell. К этому дню корейцы шли целых 13 лет. Еще в 2000 году Hyundai запустил свою программу по созданию электромобиля на топливных элементах. К октябрю этого же года был создан первый прототип такого автомобиля на базе модели Santa Fe. Чтобы снизить общий вес, стальную раму заменили алюминиевой. Однако это не помогло существенно улучшить динамику – максимальная скорость едва превышала 120 км/ч, а разгон до «сотни» занимал целых 18 секунд. Да и дальность хода не впечатляла: на одном баке машина могла проехать лишь 160 км. Но усилия Hyundai по созданию экологичного автомобиля были по достоинству оценены в Калифорнии – лакомом куске для любого автопроизводителя. Участие в экосоревнованиях, организованных Калифорнийским обществом топливных элементов, принесло Santa Fe первые места за нулевые выбросы и низкую шумность и второе место за топливную экономичность.

Вторым этапом программы стало создание в 2005 году Tucson FCEV, который впервые был представлен опять же в США – колыбели автомобильной экологии. Автомобиль заметно превосходил предшественника благодаря использованию топливных элементов второго поколения, новой 152 – вольтовой батареи и 80 – киловаттному электродвигателю. Максимальная скорость составила уже 150 км/ч, а увеличенный вдвое бак позволял проехать без дозаправки целых 300 км. Кроме того, Tucson FCEV, в отличие от предшественника, стал легко переносить отрицательные температуры за бортом. В 2008 году «водородомобиль» успешно преодолел 6900 км пробега Hydrogen Road Tour, в котором приняли участие еще 7 крупнейших автопроизводителей США, Японии и Европы.

В марте 2010 года в корейцы презентовали новую, третью модель своей «воодородной» серии — ix35 (на корейском рынке Tucson) Fuel Cell. 100 – киловаттные топливные элементы вкупе с литий-ионной батарей емкостью 24 кВт*ч обеспечивают запас хода в 650 км. Батарея используется как дополнительный источник энергии при разгоне, а так же для движения при отсутствии водорода в баке. Автомобиль разгоняется до 100 км/ч за 12,5 секунды, а максимальная скорость увеличилась до 160 км/ч. Водород хранится в двух баллонах под давлением в 700 бар. В них помещается 5,6 килограмма водорода, а его потребление составляет 0,95 кг/100 км – на 15% меньше, чем у водородного Tucson предыдущего поколения. В пересчете на бензин это соответствует расходу в 3,2 л/100 км. К вопросу о безопасности. Водородные баллоны, армированные углеводородным волокном, пуленепробиваемые. В ходе одного из тестов специалисты Hyundai оценивали взрывоопасность. Для сравнения взяли обычный бензиновый ix35 и его водородного близнеца. В пепельнице обеих машин оставили горящий окурок. Бак бензиновой машины взорвался через 40 минут, система же безопасности ix35 FCEV заблаговременно стравила водород из баллонов, предотвратив взрыв.

В 2011 году Hyundai ix35 FCEV был выбран в качестве демонстрационной модели для тестирования в реальных условиях эксплуатации с целью продвижения технологии водородных топливных элементов. Автомобили ix35 FCEV предлагались для испытаний членам Европарламента, специальным уполномоченным и другим европейским законодателям. Кроме Hyundai, над водородными технологиями активно работают специалисты Toyota, General Motors и Daimler. Главным преимуществом автомобилей на топливных элементах по сравнению с «обычными» электромобилями на литий-ионных батареях является гораздо больший пробег без дозаправки и существенно меньшее время для заправки водородом по сравнению со временем, необходимым для подзарядки батарей. А больший пробег потребует гораздо меньшую сеть заправочных водородных станций. То есть, по потребительским качествам «водородомобиль» ни в чем не уступает обычному автомобилю, но при этом практически не загрязняет окружающую среду. Но где же взять столько водорода? Специалисты Hyundai подсчитали, что 20% от производимого в Корее водорода хватит для заправки 500 000 автомобилей на топливных элементах в течение года.

Итак, серийный выпуск начат. За два года Hyundai планирует произвести 1000 экземпляров ix35 FCEV, которые разойдутся в основном по государственным структурам в Европе. Цена автомобиля составляет 88550 $ без учета налоговых льгот. В 2015 году планируется начало массового выпуска для всех желающих в объеме 10 тысяч экземпляров в год. Предполагаемая цена – 50 000 $, которая с учетом скидок и льгот для конечного потребителя должна составить 30 000 $. К этому времени, как расчитывают в Hyundai, и автомобиль удастся доработать, и в наиболее развитых странах мира будет создана сеть заправочных станций.

Фазы и экология

В теории для наполнения цилиндра горючей смесью и выпуска отработанных газов клапаны должны открываться точно в верхней или нижней мертвых точках. На практике же это приходится делать заблаговременно. Причем на разных оборотах двигателя время открытого состояния должно быть разным. Но время и высота подъема клапанов раз и навсегда заданы формой кулачков распредвала, представляя собой компромисс между высоким крутящим моментом на низких оборотах и высокой мощностью на высоких оборотах. Чтобы оптимизировать наполнение и очистку цилиндров двигателя в разных режимах работы были созданы системы изменения фаз газораспределения.

Как двигают фазы

У разных производителей существуют различные конструкции таких систем. Одни изменяют время подъема клапанов, другие – высоту подъема, а третьи – и то, и другое. Системы изменения фаз могут устанавливаться только для впускных клапанов или и для впускных, и для выпускных. В настоящее время используется три способа изменения фаз газораспределения.

Первый способ — поворот распредвала по ходу вращения с ростом оборотов двигателя. Таким образом, обеспечивается более раннее открытие клапанов. Основная деталь таких систем – фазовращатель (другое название – гидроуправляемая муфта). Он представляет собой ротор, смонтированный в шкиве распредвала, между которыми есть полости. Эти полости по сигналу контроллера двигателя через электромагнитный клапан заполняются маслом, что приводит к повороту распредвала. Угол поворота зависит от того, какая именно полость заполнена. Фазовращатель в большинстве случаев устанавливается только на впускной распредвал, на некоторых системах – и на выпускной.

Описанный способ используется в системах VANOS и Double VANOS от BMW, VVT-i и Dual VVT-i(Variable Valve Timing with intelligence) от Toyota, VVT(Variable Valve Timing) от Volkswagen, VTC(Variable Timing Control) от Honda, CVVT(Continuous Variable Valve Timing) от Hyundai, Kia, Volvo, General Motors, VCP(Variable Cam Phases) от Renault.

Второй способ – применение кулачков разного профиля на разных режимах работы. На малых оборотах используются кулачки, обеспечивающие «узкие» фазы, то есть малые высоту подъема и время открытия клапанов. С ростом оборотов по команде блока управления происходит переключение на «широкофазные» кулачки. Таким образом, фазы меняются ступенчато, а не плавно, как в предыдущей системе. Зато, кроме фаз, регулируется и высота подъема клапана.

Разнопрофильные кулачки используют в своих системах: VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control) от Honda, VVTL-i (Variable Valve Timing and Lift with intelligence) от Toyota, MIVEC (Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control) от Mitsubishi.

Третья, самая совершенная группа систем, плавно регулирует высоту подъема клапанов. Главное достоинство таких систем в том, что они позволяют отказаться от дроссельной заслонки на впуске. Тем самым существенно снижаются насосные потери и расход топлива. Впервые такая система под названием Valvetroniс была применена BMW. В ней между распредвалом и клапаном расположен дополнительный рычаг, один конец которого давит на коромысло клапана, а второй соединен с эксцентриковым валом. Проворачивая этот вал с помощью электромотора, система управления тем самым меняет наклон рычага и его плечо. Увеличение плеча приводит к увеличению подъема клапана и количества воздуха, попадающего в цилиндры. Высота подъема регулируется в пределах от 0,5 до 12 мм.

Вслед за BMW аналогичные системы создали Valvematic от Toyota, VEL (Variable Valve Event and Lift System) от Nissan, MultiAir от Fiat, VTI (Variable Valve and Timing Injection) от Peugeot.

В системе MultiAir используется один распредвал, который приводит и впускные, и выпускные клапана. Но если выпускные клапана механически управляются кулачками, то на впускные воздействие от кулачков передается через специальную электрогидравлическую систему. Именно в ней и состоит новизна. Впускные кулачки нажимают на поршни, а те через электромагнитный клапан передают усилие на рабочие гидроцилиндры, которые уже воздействуют на впускные клапана. Главный узел – именно клапан, регулирующий давление в системе. Он имеет только два положения: открыт-закрыт. Если он открыт, давление в системе отсутствует, и усилие на клапан не передается. Поэтому, управляя моментом и длительностью открытия электромагнитного клапана за то время, пока кулачок воздействует на поршенек, можно добиться любого алгоритма открытия впускных клапанов. А значит, ширину фаз можно плавно регулировать от 0 до 100%. Максимальная ширина фазы определяется профилем впускного кулачка распредвала.

А какое отношение все вышеописанное имеет к экологии? Системы изменения фаз газораспределения, оптимизируя процесс сгорания топлива, тем самым снижают его расход, а, значит и количество вредных выбросов.

Вдогонку за солнцем

Идея передвижения на транспортных средствах, использующих солнечную энергию, очень заманчива. Ведь такой электромобиль имеет только солнечные батареи, электромотор и аккумулятор для сохранения выработанной электроэнергии. Ломаться практически нечему! Главное препятствие на пути их широкого распространения – отсутствие эффективных солнечных элементов. И хотя в лабораторных условиях удается достичь КПД в 40%, эффективность лучших коммерчески выпускаемых элементов не превышает 22 %. Кроме того, около 90% всех солнечных модулей изготавливаются из кремния, а его производство экологически небезопасно.

Практические конструкции "солнцемобилей"

Внешне все электромобили, питающиеся от солнечных элементов, похожи. Большинство из них выполнены по одной схеме: напоминающий крыло плоский корпус, практически весь покрытый солнечными панелями, каплевидная обтекаемая кабина, три колеса, закрытые обтекателями. Заднее колесо — ведущее, со встроенным в ступицу электромотором. Такая концепция позволяет улучшить аэродинамику и уменьшить вес.

Победитель гонок 2011 года World Solar Challenge японский солнцемобиль Tokai Challenger 2 полностью соответствует этой концепции. Он представляет цельную трёхколёсную конструкцию с небольшой кабиной в задней части и плоским кузовом, покрытым фотоэлектрическими панелями. Общая площадь солнечных батарей составляет 6 кв.м. КПД батареи 22%, выходная мощность 1,32 кВт. Излишки энергии запасаются в литий-ионном аккумуляторе мощностью 5 кВт*ч и весом 21 кг. Максимальная скорость солнцемобиля — 160 км/ч, а среднее значение 90 км/ч. При габаритах 4,9*1,59*0,88 масса электромобиля составляет всего 140 кг.

Солнцемобиль Nuna7, созданный голландской командой Nuon Solar Team, также относится к лучшим достижениям в своем классе. Но он, в отличие от предшественника Nuna 6, имеет четыре колеса, а не три (из-за изменений в правилах проведения соревнований). В гонках World Solar Challenge 2013 Nuna7 стал победителем, показав среднюю скорость 90,71 км/ч. Габаритные размеры: длина 4,5 метра, ширина 1,8 метра, высота 1,12 метра при весе 150 кг. Доводка формы кузова производилась в аэродинамической трубе, в ходе которой удалось снизить сопротивление воздушному потоку на 10 %. Общая площадь солнечных элементов составляет 6 кв.метров. Источником питания служит литий-ионная батарея емкостью 5,3 Квт*ч весом 21 кг.

Несколько отличается от общей концепции солнцемобиль SolarTaxi. Он также представляет собой трицикл, собранный на трубчатой раме, обклеенной кузовными панелями. Но, в отличие, от собратьев, он двухместный. Рулевое колесо и педали сделаны передвижными, так что машина может быстро превращаться из лево- в праворульную. А самое главное отличие – в размещении батарей. Так как габариты машинки малы, что не позволяло разместить достаточное количество солнечных элементов, было принято решение разместить солнечную батарею на прицепе. Таким образом, площадь батареи довели до 6 кв. метров, значительно увеличив дальность хода. Вместе с прицепом SolarTaxi весит 750 кг. Солнечные батареи питают 20-сильный электромотор, который способен разогнать машину до 90 км/ч. Полученная энергия запасается в натрий-никель-хлоридных аккумуляторах. Такие батареи могут заряжаться от бытовой электросети за 30 минут до половины емкости, а на полную зарядку необходимо от 6 до 8 часов. Кроме того, они намного дешевле литий-ионных и легко утилизируются. При скорости 50 км/ч энергии солнечных и аккумуляторных батарей хватит на 350 км пробега. Без прицепа и с одной полностью заряженной АКБ солнцемобиль может проехать до 200 км. Минимальный же пробег на солнечных батареях при езде в солнечную погоду составляет 100 км. Швейцарский энтузиаст солнцемобилей Луи Палмер совершил в 2007 году кругосветное путешествие на SolarTaxi протяженностью 57000 км. За все время пути с автомобилем случились только две поломки.