Архив за Февраль 2018

22 февраля

Направления развития автомобильной экологии

Бюро автомобильных технологий США (VTO), входящее в Министерство энергетики США (DOE), совместно с другими заинтересованными организациями разработало широкую программу по улучшению топливной экономичности автомобилей.

Программа включает краткосрочные и долгосрочные мероприятия, целью которых являются:

  • снижение к 2020 году ежедневного потребления топлива на 12,5%;
  • улучшение топливной экономичности новых транспортных средств для достижения среднего корпоративного уровня выбросов СО2 90 г/км (3,8 л/100 км) для легковых автомобилей и 126 г/км (4,3 л/100 км) для пикапов.

 

Направления улучшения топливной экономичности автомобилей с ДВС включают в себя:

  1. Разработка высокоэффективных низкотемпературных катализаторов отработанных газов. Ставится задача создания новых технологий, которые позволят преобразовывать выхлопные газы с эффективностью не менее 90% при рабочей температуре около 150° С. Усилия должны быть сосредоточены на снижении выбросов оксидов азота (NOx), неметановых органических газов (NMOG), углеводородов (HC), оксида углерода (CO) и твердых частиц (сажи).
  2. Двухтопливные технологии. Ставится задача разработать технологии, которые позволят снизить потребление нефти, по меньшей мере, на 50% путем заменения ее другими видами топлива и повышения эффективности ее использования. Это касается легковых автомобилей с ДВС как с искровым зажиганием (бензиновых), так и с воспламенением от сжатия (дизелей). Такие двигатели должны обладать способностью работать на 100% бензине или дизтопливе, на 100% альтернативном топливе, а также на их смеси в любой пропорции. При этом они должны удовлетворять действующим нормам выбросов загрязняющих веществ и быть совместимыми с существующими системами очистки выхлопных газов и системами бортовой самодиагностики.
  3. Улучшение свойств топлива. Повышение октанового и цетанового числа топлив широко обсуждалось в последние годы как средство улучшения процесса сгорания горючей смеси в цилиндрах ДВС. Предполагается снизить таким способом потребление нефти не менее, чем на 25%.
  4. Снижение потерь на трение в трансмиссии и уменьшение износа. Как ожидается, с помощью этих мер можно добиться снижения расхода топлива не менее, чем на 2% для современных автомобилей, и на 4% для будущих.
  5. Разработка и внедрение передовых технологий двигателей и трансмиссий. Это направление включает исследования в области улучшения процесса сгорания топливной смеси, механики двигателя, снижения трения, контроля выбросов, свойств топлива, применямых материалов, электрических цепей, уменьшение дополнительной нагрузки. Двигатели могут разрабатываться для работы в гибридных системах, в паре с вариаторами и передовыми трансмиссиями. Все эти меры должны привести к снижению потребления топлива бензиновыми автомобилями не менее, чем на 35%, а дизельными – не менее, чем на 50%. При этом новые автомобили должны укладываться в грядущие нормы выбросов загрязняющих веществ.
  6. Содействие развитию и коммерциализации новых автомобилей, которые имеют высокую общую энергоэффективность и топливную экономичность.
22 февраля

Гибриды в F-1

Экологические ограничения неумолимо наступают на автомобилестроение, в том числе и на автоспорт. С 2014 года FIA вводит новый регламент для F-1. Согласно новым правилам все болиды должны оснащаться двигателями V6 объемом 1,6 литра с одним турбокомпрессором. Но для улучшения разгона допускается применение электродвигателей. Сильный акцент сделан на топливную экономичность: объем топлива на одну гонку ограничен 100 килограммами (на 35% меньше, чем допускал старый регламент), а массовый расход топлива установлен 100 кг/час (старый регламент не лимитировал этот параметр). Применение системы рекуперации энергии (ERS) разрешается. То есть, новые правила недвусмысленно подталкивают конструкторов к созданию гибридных силовых агрегатов.

«Первой ласточкой» стал Renault, представивший свой Energy F1-2014. Он состоит из 1,6-литрового шестицилиндрового V-образного ДВС и двух электрических мотор – генераторов, а его суммарная мощность достигает 600 л.с. Мотор – генератор (motor generator unit) – это обратимая электрическая машина, которая может работать и как электродвигатель, и как электрический генератор. Один из мотор — генераторов (MGU-H) преобразует энергию выхлопных газов в электроэнергию, другой (MGU-K) преобразует в электричество кинетическую энергию торможения.

MGU-H соединен с валом турбокомпрессора. Работая в режиме генератора, он питает либо MGU-K, работающий в режиме электродвигателя, либо запасает энергию в батарее для дальнейшего использования. В качестве электромотора MGU-H используется для управления скоростью вращения турбины, регулируя количество поступающего в ДВС воздуха. Например, он может замедлять ее, заменяя перепускной клапан, либо ускорить вращение, компенсируя эффект «турбоямы».

MGU-K соединен с коленвалом ДВС. Его мощность, согласно регламенту, ограничена 160 л.с. Во время торможения MGU-K работает как генератор, помогая замедлять автомобиль и одновременно преобразуя кинетическую энергию в электричество. При ускорении MGU-K переходит в режим электродвигателя, дополнительно «подкручивая» ДВС. При этом он получает питание либо от батареи, либо от «собрата» MGU-H.

Согласованную работу MGU-H, MGU-K и батареи, в зависимости от режима движения, обеспечивает силовой блок системы ERS (Energy Recovery System). По сравнению с системой KERS, используемой на болидах 2013 года, новая ERS в два раза мощнее (120 кВт против 60 кВт), а ее производительность улучшена в 10 раз.

16 февраля

Инновации от Schaeffler

Североамериканское отделение немецкой компании Schaeffler убедительно доказывает, что возможности повышения топливной экономичности и снижения вредных выбросов автомобилей с ДВС еще далеко не исчерпаны. Весь спектр собственных топливосберегающих технологий и систем она воплотила в обычном среднеразмерном кроссовере, сократив расход топлива на 15%. Это позволяет уже сейчас уложиться в стандарты CAFE (Corporate Average Fuel Economy), которые будут введены в США к 2021 году. Примечательно, что в автомобиле не использовано ни единой технологии, применяемой на гибридах и электромобилях.

 

Основными системами, которые обеспечивают существенное снижение расхода топлива, являются модуль теплового управления и автоматически отключаемый полный привод. Далее следуют инновационная система «старт-стоп» с постоянно работающим стартер – генератором и запорный клапан, позволяющий автомобилю двигаться накатом с выключенным двигателем, что устраняет затраты энергии на привод насосов. Свою лепту в улучшение топливной экономичности также вносят меры по снижению трения в ременных приводах, распределительном и балансирном валах и оптимизация работы гидротрансформатора АКПП.

Муфта отключения AWD, в зависимости от дорожных условий, отсоединяет привод неиспользуемой оси, обеспечивая до 6% экономии топлива на шоссе. В условиях городского движения такого же снижения расхода топлива позволяет достичь постоянно подключенный стартер-генератор с односторонним сцеплением. Кроме того, он очень удобен в ситуациях, когда водитель неожиданно меняет решение. Например, после того как двигатель уже остановился, водитель вдруг решает двигаться дальше. В этом случае на помощь приходит и запорный клапан клапан, сохраняющий гидравлическое давление в системе смазки, что способствует более быстрому запуску мотора.

Дополнительно 1% улучшения топливной экономичности достигается благодаря применению модуля теплового управления. Он помогает двигателю выйти на оптимальную рабочую температуру в кратчайшее время и поддерживает тепловой баланс других узлов автомобиля.

Дальнейший путь — гибридизация

В Schaeffler считают, что гибридизация – наиболее перспективный путь дальнейшего развития автомобилей с ДВС. Доказательством служит все более широкое распространение и совершенствование систем «старт-стоп» и рекуперации энергии. Дополнительные электрические узлы в силовой установке помогают ДВС работать в оптимальном диапазоне и компенсировать недостаток производительности на малых оборотах.

 

Специалисты Schaeffler разработали высокопроизводительную низковольтную силовую систему, которая позволит экономически эффективным способом уложиться в еще более жесткие стандарты CAFE, которые будут введены к 2025 году. Ее центральным элементом является компактный 48-вольтовый электрический модуль привода, включающий сцепление и планетарную передачу. Он может быть размещен как на передней, так и на задней оси. Использование низкого напряжения существенно снижает затраты по сравнению с высоковольтными гибридными системами, а также позволяет избежать всех проблем, связанных с применением высокого напряжения. Даже с 48-вольтовой системой можно достичь высокого уровня рекуперации энергии торможения, используемой для подзарядки батареи. Этой дополнительной энергией питается электрический модуль, что, в конечном итоге, приводит к снижению расхода топлива.

 

Электрический привод мощностью 12 кВт, подобно гибридным автомобилям, является единственным источником энергии при движении с малой скоростью. 48-вольтовый модуль также используется при движении в жилых зонах, на парковках и в других ситуациях, когда автомобиль должен двигаться с низкой скоростью. Электропривод также работает при движении с постоянной скоростью в широком рабочем диапазоне, в то время как ДВС отключается.

Электропривод помогает ДВС, обеспечивая дополнительный крутящий момент, например, при трогании на светофоре, т.е. при ускорении. Высокая производительность 48-вольтовой системы также означает, что электрический модуль открывает новые возможности для рекуперации энергии. Благодаря ему кинетическая энергия, высвобождаемая при торможении, не преобразуется в тепло и рассеивается, а возвращается обратно в бортовую электрическую систему в виде дополнительной электрической энергии. Электрический модуль оснащен двумя зубчатыми передачами, с помощью которых выбирается оптимальный режим рекуперации.

Компактная цилиндрическая конструкция модуля позволяет легко встраивать его в трансмиссию без потери емкости багажника или топливного бака. 48-вольтовая система работает независимо от стандартной 12-вольтовой бортовой системы. Благодаря более высокому напряжению, она обладает и более высокой производительностью. Это позволяет ввести в конструкцию автомобиля дополнительные электромеханические элементы, улучшающие работу сцепления, рулевого управления, стабилизатора поперечной устойчивости, самонастраиваемой подвески, системы распределения крутящего момента между ведущими колесами и т.п.

Использование 48-вольтовой системы является отличным решением для начального уровня гибридизации. При небольших дополнительных затратах она обеспечивает уменьшение расхода топлива и снижение выбросов CO2 до 15%. Общая же экономия, с учетом перечисленных в первой части статьи технических решениях, составит до 30%.

13 февраля

Экологичный азарт

Организации различного рода соревнований экологически чистых автомобилей является одним из способов пропаганды идеи чистой планеты.

К числу наиболее известных относится проводимый ежегодно с 1985 года Shell Eco-Marathon. Соревнование весьма популярно, в нем участвует около двухсот команд. Основной состав участников — молодые инженеры и студенты из европейских стран. Технический регламент соревнований для прототипов не сложен. Автомобили-участники должны иметь высоту не более метра, длину не более 3,5 метров, и ширину не более 1,3 метра. Колесная база должна быть не менее одного метра, а колея – не менее 0,5 метра. Победителем считается автомобиль, который проедет на одном литре топлива наибольшее расстояние.

Действующий рекорд экономичности был установлен в 2011 году на прототипе Polyjoule, построенном французскими студентами из Политехнического университета в Нанте. В первый день марафона он показал результат, соответствующий расходу 4414 километров на одном литре, а затем это достижение было улучшено до 4896 км! Автомобиль полностью сделан из углепластика и имеет вес всего 23 килограмма. Силовая установка работает на топливных элементах, заправляется прототип сжиженным водородом. Предыдущий рекорд был установлен в 2005 году и равнялся 3866 км на литре топлива.

Кроме класса прототипов, соревнования проводятся и в классе городских концептов. Требования регламента здесь сложнее, так как такие концепты должны больше походить на обычные машины. В этой категории победил голландский Hydro Cruiser, также использующий в качестве топлива водород. В перерасчете на литр бензина пробег составил 747 километров, или 0,13 литра на 100 километров. Тем не менее, в общем зачете этот результат оказался лишь 32-м.

В марафоне принимают участие и автомобили с обычными ДВС. Второе место в абсолютном зачете на последнем марафоне досталось опять же французской машине. Работающий на бензине Microjoule показал результат 2821 километр на одном литре. В соревнованиях приняла участие и команда Харьковского автодорожного института. Их автомобиль массой 43 кг с бензиновым двигателем проехал на одном литре 570 км, что соответствует расходу 0,175 литра на 100 км.

Еще один мировой гигант, только не нефтяной, а шинный, ежегодно организует всемирные экологические форумы. Michelin Challenge Bibendum проходит в различных точках мира и обращается к проблемам и задачам региона, на котором он проводится, а также охватывает и общие проблемы глобального масштаба.

В его рамках проводится экологическое Urban Vehicles Rally. Первое соревнование состоялось в 1998 году в Париже. Впоследствии оно проводилось в нескольких столицах европейских стран, а также в США, Китае, Японии и Бразилии. К соревнованиям допускаются автомобили и мотоциклы как с обычными ДВС, так и с альтернативными источниками энергии.

Трасса протяженностью 30 километров включает в себя полный «комплект» городских режимов езды: круговое движение, развязки, остановки на светофоре, а также скоростные отрезки, позволяющие разогнаться до 80 км/ч. Все участники должны уложиться в отведенное время и пройти тесты на уровень выбросов, шума и экономичности. После прохождения трассы выполняется проверка на разгон и торможение.

В 2011 году победителем соревнований стал электромобиль Nissan Leaf. В общем зачете он опередил своих «электрических» соперников Citroen C-zйro и Peugeot Ion. Nissan Leaf показал лучшие результаты в трех экологических тестах: по уровню вредных выбросов на месте, по топливной эффективности и в тесте «well-to-wheel», в котором уровень выбросов углекислого газа составил 55 г/км.

Не остается в стороне от экологической тематики и Всемирная федерация автоспорта (FIA). Под ее эгидой с 2007 года проводится Кубок Мира FIA для автомобилей, использующих альтернативные источники энергии. Как правило, в соревнованиях участвует около двух десятков гибридных автомобилей. Кубок конструкторов неизменно достается японцам. Зачет происходит по двум критериям: точность прохождения трассы по времени (тест на пунктуальность) и экономичность. Победитель определяется по сумме мест в обеих категориях.

Еще одно всемирное экологическое соревнование пытается «раскрутить» швейцарец Луи Палмер. Он известен тем, что в 2007 году совершил одиночное кругосветное путешествие на электромобиле Solartaxi, оборудованным солнечными панелями. За полтора года Луи Палмер проехал более 50 тысяч километров.

В 2010 году он пригласил к участию в мировом пробеге под названием Zero Emissions Race всех разработчиков электромобилей. Регламентом гонки ограничения налагались только на минимальную скорость и минимальный запас хода. Еще одно условие – использование для подзарядки исключительно возобновляемых источников энергии (бытовая электросеть к ним не относится). Первоначально заявки подали около десятка команд, но в итоге на старт вышли только четыре. Остальные вынуждены были отказаться от участия в силу технических либо финансовых проблем.

Оставшиеся четыре участника из Австралии, Германии, Швейцарии и Кореи стартовали летом 2010 года. Через 10 дней корейский двухместный электромобиль Yebbujana (вес — 830 кг, максимальная скорость — 150 км/ч, запас хода — 250 км) сошел с дистанции из-за проблем с аккумуляторами. Оставшиеся три участника благополучно преодолели расстояние в 28000 км и финишировали через шесть месяцев, в феврале 2011 года. Собственно гонка заняла около 80 дней, а остальное время ушло на переезды морем между континентами. Таким образом, первые в истории Zero Emissions Race проходили с участием всего лишь трех экологически чистых транспортных средств: электрического мотоцикла Zerotracer (Швейцария), трицикла TREV (Австралия) и серийного электроскутера Vectrix (Германия — США).

Мотоцикл Zerotracer имеет электромотор мощностью 183 л.с. и ионно-литиевую батарею емкостью 18 кВт*ч, питающуюся от кремниевых солнечных панелей, размещенных на крыше. При общей массе в 640 кг, электромотоцикл способен разогнаться до 240 км/ч. При движении со средней скоростью 80 км/ч он может проехать на одной зарядке около 350 км. Электроскутер Vectrix является серийной разработкой. На нем установлен электродвигатель мощностью 28 л.с., позволяющий разогнаться до 100 км/ч. Батарея емкостью 11 кВт/ч обеспечивает запас хода в 250 км. Трицикл TREV имеет сверхлегкий корпус (32 кг), в котором установлены 38-сильный электродвигатель и литий-ионная батарея. Общий вес всей конструкции 350 кг. Дальность пробега без подзарядки 250 км при максимальной скорости 110 км/ч.

Луи Палмер объявил о принятие заявок на участие в следующем Zero Emissions Race. Новая гонка пройдет в 2012 году и по планам должна будет занять не 80, а всего 40 дней.

9 февраля

Гибриды наступают: теперь и Land Rover

 

Требования времени заставляют именитых автопроизводителей выпускать гибридные модели. Теперь к их числу присоединился и Land Rover. Причем в производство одновременно пойдут сразу две модели: Range Rover Hybrid и Range Rover Sport Hybrid. Оба эти гибрида довольно редкой дизель-электрической «породы». Их роднят также полностью алюминиевые кузова, изготовленные по фирменной технологии Premium Lightweight Architecture и одинаковая трансмиссия.

Трехрежимная гибридная трансмиссия включает в себя «родной» трехлитровый турбодизель SDV6, 35-киловаттный электродвигатель и восьмиступенчатую АКПП производства ZF. Все «электрохозяйство», состоящее из литий-ионной батареи, инвертора и электромотора, весит меньше 120 килограммов. В смешанном ездовом цикле Range Rover Hybrid будет расходовать 6,4 л/100 км, выбрасывая при этом в атмосферу 169 грамм СО2 каждый километр.

Электродвигатель с крутящим моментом 170 Нм используется для помощи ДВС при ускорениях или самостоятельно движет автомобиль в полностью электрическом режиме. При рекуперативном торможении электромотор работает как генератор, подзаряжая батарею. Полного заряда батареи хватает, чтобы гибрид проехал со скоростью до 30 км/ч около 1,6 километра, после чего автоматически запускается дизель.

Общая мощность силовой установки составляет 335 л.с., которая достигается при 4000 об/мин. Максимальный крутящий момент в 700 Нм обеспечивается в диапазоне 1500-3000 об/мин. Обе гибридные модели разгоняются до 100 км/ч менее чем за 7 секунд и достигают максимальной скорости в 218 км/ч.

Последнее поколение Range Rover разрабатывалось «с прицелом» на будущие гибридные версии. Поэтому размещенная под полом автомобиля батарея с жидкостным охлаждением и защитой, изготовленной из борной стали, не уменьшила ни пространство кабины, ни объем багажника. Range Rover Hybrid, как и стандартный автомобиль, имеет пять полноценных посадочных мест и полноразмерное запасное колесо.

Чтобы продемонстрировать возможности новых гибридов, три Range Rover Hybrid отправились в путешествие от штаб-квартиры Land Rover в Солихалле в Индию, в штаб-квартиру «родительской» компании Tata в городе Мумбаи.

Этот пробег, названный «Silk Trail 2013», растянется на 16 000 километров и пройдет через 12 стран по самым сложным дорогам, перевалам и тропам. Его составной частью будет знаменитый древний Шелковый путь (6 437 км), некогда соединявший Азию со Средиземноморьем. В Land Rover заявляют, что это будут первые в мире гибриды, которые преодолеют такой путь.

8 февраля

BMW i3 — первый баварский электромобиль

Автомобильный мир с нетерпением ожидал премьеру BMW i3 — первого электромобиля в истории этого бренда, известного своими мощными, динамичными и высокоскоростными автомобилями. Что же предложено в «электрической» версии?

В небольшом электромобиле премиум-класса соединились несколько независимых инновационных разработок BMW Group. Кузов создан на основе структуры LifeDrive. Его пассажирский отсек изготовлен из армированного углеродного волокна (CFRP). Электродвигатель, силовая электроника, высоковольтная литий-ионная батарея разрабатывались в рамках программы eDrive. А специально для BMW i3 создавались системы помощи водителю и мобильных услуг BMW ConnectedDrive и 360° ELECTRIC.

BMW i3 представляет оптимальный баланс веса, производительности и пробега для городских условий, благодаря архитектуре LifeDrive и технологии eDrive. При весе 1195 килограммов, электромобиль легче большинства компактных автомобилей, однако в нем могут свободно разместиться четыре человека.

Использование легкого углепластика для изготовления салона позволяет компенсировать вес тяжелой литий-ионной батареи. Она расположена под полом в центральной части кузова, что позволило достигнуть идеальной развесовки 50:50 и обеспечить отличную маневренность электромобиля.

Гибридный синхронный электродвигатель, разработанный специально для BMW i3, развивает мощность 125 кВт (170 л.с.) при 11400 об/мин и 250 Нм крутящего момента. Усилие передается через одноступенчатую трансмиссию на задние колеса. Разгон до 100 км/ч занимает около 7 секунд, а с 80 до 120 км/ч BMW i3 ускоряется за 4,9 секунды. Максимальная скорость – 150 км/ч.

Интересно устроена система рекуперации электромобиля, фактически позволяющая управлять им только одной педалью. Как только водитель отпускает педаль «газа», электродвигатель переключается в режим генератора, подзаряжая батарею и одновременно затормаживая машину. Система рекуперации чувствительна к скорости: развиваемое ею усилие торможения тем выше, чем ниже скорость. Причем при интенсивном рекуперативном торможении даже зажигаются стоп-сигналы. В BMW утверждают, что в городском режиме при торможениях в 75% случаев педаль стандартной тормозной системы не понадобится. Активное применение системы рекуперации позволяет увеличить пробег электромобиля без подзарядки более, чем на 20%.

Позволяет сэкономить энергию батареи (читай — увеличить пробег) еще одна особенность педали акселератора. Если водитель не отпускает педаль, а лишь ослабляет усилие, электродвигатель тут же отсоединяется от трансмиссии, не потребляя при этом энергии, а электромобиль свободно движется, как говорят у нас, едет «накатом».

Заряда литий-ионной батареи хватает на 130-160 километров. Но в режимах ECO PRO и ECO PRO+ пробег увеличивается примерно на 12%. Батарея весом 230 кг состоит из восьми модулей, а каждый модуль, в свою очередь – из 12 отдельных ячеек. При напряжении 360 В она вырабатывает 22 кВт-ч энергии. Рабочая температура автоматически поддерживается на отметке 20 градусов. В зависимости от температуры окружающей среды батарея либо охлаждается, либо подогревается.

«Изюминкой» BMW i3, несомненно, является интеллектуальная система ConnectedDrive. Благодаря встроенной SIM-карте электромобиль подключается к сети услуг, основными из которых являются навигация и энергосбережение. Система способна планировать, прокладывать оптимальный маршрут движения и изменять его в зависимости от степени заряда батареи, наличия зарядных станций и т.п. Водитель легко может «общаться» с электромобилем с помощью смартфона, прокладывая пешеходные маршруты от места стоянки к месту назначения и обратно или управляя функциями зарядки и энергопотребления (например, можно удаленно включать отопление или кондиционер).

1 февраля

Toyota FCV Mirai

 

Toyota взяла твердый курс на водородные технологии. Глава корпорации Такеши Учиямада (Takeshi Uchiyamada) заявил, что водород и водородные топливные ячейки изменят правила игры в социальном и экономическом плане, а водород станет топливом будущего. Именно поэтому тойотовцы назвали свое творение Mirai, что означает «будущее». В Toyota уверены, что Mirai – это автомобиль, который откроет дверь в будущее для их компании.

Toyota Mirai – четырехдверный среднеразмерный переднеприводной седан на топливных элементах, который может составить полноценную конкуренцию автомобилям с ДВС. На его заправку уходит всего лишь 3-5 минут, а дальность поездки достигает 482 км. Топливные ячейки Mirai могут работать при температуре до 30 градусов мороза. Силовая установка ускоряет Mirai до 100 км/ч за 9 секунд, разгон с 40 до 65 км/ч занимает 3 секунды, а максимальная скорость составляет 178 км/ч.

Основные элементы TFCS

 

В Mirai используется фирменная система Toyota Fuel Cell System (TFCS), использующая технологии топливных ячеек и гибридные технологии. Она включает в себя также собственные разработки Toyota: блок топливных ячеек (FC Stack), повышающий преобразователь (FC boost converter) и водородные баллоны высокого давления. TFCS намного энергоэффективнее ДВС и не выделяет при работе CO2 и канцерогенных веществ.

Toyota FC Stack

 

Максимальная мощность нового блока топливных элементов достигает 114 кВт (153 л.с.). Эффективность генерации электричества повышена за счет использования тончайших 3D каналов. Каналы расположены в тонкой трехмерной решетчатой структуре и повышают дисперсию воздуха (кислорода), что позволяет достичь равномерной выработки электроэнергии на поверхности ячеек. Это, в свою очередь, обеспечивает компактные размеры и высокий уровень производительности – плотность выходной мощности достигает 3,1 кВт/л или 2 кВт/кг. Это один из самых высоких показателей в мире. Каждый блок состоит из 370 ячеек толщиной 1,34 мм и весит 102 грамма. В отличие от предыдущих устройств, разработанных Toyota, новый FC Stack не требует применения увлажнителя. Значительного сокращения стоимости топливных элементов удалось добиться также за счет уменьшения использования драгоценных металлов (количество платины в катализаторе снизилось на две трети, а обработка поверхности золотом была исключена). Батарея топливных элементов располагается под передними сиденьями.

FC Boost Converter

Новый компактный (13-литровый), высокоэффективный преобразователь большой емкости был разработан для повышения энергии, генерируемой батареей топливных ячеек, до 650 В. Увеличение напряжения позволило уменьшить размер электродвигателя и количество блоков топливных элементов, что привело к снижению общей стоимости системы. Преобразователь расположен непосредственно перед батареей топливных элементов.

Водородные баллоны высокого давления

Два баллона, имеющие трехслойную структуру, изготовлены из пластика, армированного углеродным волокном и других материалов. Водород хранится в них под давлением 70 МПа (около 700 бар). Трехслойная структура включает в себя:

  • Внутренний слой: пластиковый вкладыш (предотвращает утечку водорода).
  • Средний слой: пластик, армированный углеродным волокном (структурная основа).
  • Внешний слой: пластик, армированный стекловолокном (защищает внешнюю поверхность от истирания).

 

Передний баллон вмещает 60 литров, задний – 62,4 литра. Общая масса хранимого водорода – около 5 кг. По сравнению с баллонами, которые использовались в Toyota FCHV-adv, объем увеличился почти на 20% при уменьшении веса и размеров. Плотность хранения водорода достигает 5,7% (самый высокий показатель в мире).

Электродвигатель и батарея

Силовая установка включает в себя также электродвигатель, блок управления мощностью и никель-металлгидридную (NiMH) батарею. Электромотор развивает мощность 113 кВт (152 л.с.) и 335 Нм крутящего момента.

Безопасность

Toyota начала разработку топливных ячеек в начале 1990-х и создала ряд «водородных» автомобилей, общий пробег которых составил свыше 1,6 млн. км. Водородные баллоны из углеволокна не раз подвергались испытаниям в краш-тестах. Весь накопленный опыт отражен в безопасности и надежности Mirai. В центре безопасности Toyota автомобиль был подвергнут обширным краш-тестам, включающим фронтальные, боковые и задние удары. Структура кузова спроектирована таким образом, чтобы энергия удара распределялась и поглощалась несколькими его элементами.

Особое внимание было уделено защите водородных баллонов и батареи топливных элементов при деформациях кузова. Баллоны оснащены датчиками водорода, которые подают сигнал тревоги и перекрывают запорные клапаны в случае утечки. Все элементы, содержащие и подающие водород, размещены вне пассажирского салона, что обеспечивает, в случае утечки, его быстрое рассеивание в окружающей среде.

Каркас блока топливных элементов изготовлен из недавно разработанного термопластичного армированного углеродным волокном пластика. Это легкий, прочный и легко внедряемый в массовое производство материал. Он защищает FC Stack, поглощая удары от неровностей дорожного покрытия.