Category Archives: Разное

Евросоюз запускает стратегию чистого топлива

В январе 2013 года Европейская комиссия объявила амбициозный пакет мер, направленных на создание сети заправочных станций для всех видов альтернативного топлива в странах Евросоюза с общими стандартами по их разработке и использованию.

Альтернативные виды топлива

В качестве альтернативных видов топлива рассматриваются: сжиженный нефтяной газ (liquefied petroleum gas — LPG), природный газ и биометан (в виде CNG, LNG и GTL), электричество, биотопливо и водород.

LPG (сжиженный нефтяной газ — пропан), используемый как автомобильное топливо, в основном состоит из пропана и бутана, получаемых при добыче природного газа и нефти, а также на различных стадиях ее переработки на заводах. Возможно, что в будущем его будут получать и из биомассы. В настоящее время пропан является самым распространенным из альтернативных топлив. В Евросоюзе примерно 9 миллионов автомобилей используют пропан. Инфраструктура насчитывает около 28000 заправок.

Природный газ (метан) и биометан получают путем добычи ископаемого газа, а также из биомассы и отходов. Технологии использования сжатого природного газа (compressed natural gas — CNG) в двигателях внутреннего сгорания хорошо отработаны. Препятствием для их распространения является недостаточно развитая сеть заправок в большинстве стран Европы.

Сжиженный природный газ (liquefied natural gas — LNG) является привлекательным вариантом топлива для грузового транспорта благодаря его высокой энергетической плотности и низкому уровню выбросов загрязняющих веществ. Технологии использования в ДВС отработаны. Более широкому использованию мешает отсутствие инфраструктуры.

Технология GTL (Gas-to-Liquid – газ в жидкость) – химическое преобразование природного газа в моторное топливо. Процесс происходит в три этапа: получение из метана синтез-газа; преобразование синтез-газа в синтетическую нефть; получение из нефти высококачественного прямогонного бензина и дизтоплива. Дополнительной инфраструктуры не требуется, получаемые продукты полностью совместимы с существующими ДВС.

Электричество, как источник энергии для автомобилей, позволяет радикально изменить систему питания транспорта от единственного энергоресурса, такого как нефть, к универсальному энергоносителю, который может быть получен из множества первичных энергоресурсов. При этом вредные выбросы от транспортных средств полностью отсутствуют. Поэтому электромобили идеально подходят для городских условий. Замена ДВС на электродвигатели позволит снизить выбросы углекислого газа на 30%.

Автомобили на водородных топливных элементах обеспечивают большую дальность пробега по сравнению с батарейными электромобилями. Время для их заправки значительно меньше и сравнимо со временем заправки обычных автомобилей. Основными препятствиями для распространения водородомобилей являются их высокая цена (из-за дороговизны топливных элементов) и полное отсутствие заправочной инфраструктуры. Уровень выбросов парниковых газов при производстве водорода зависит от источника энергии. Сами водородомобили обладают нулевым выбросом углерода.

Биотопливо в техническом отношении может заменить нефть на всех видах транспорта с использованием существующих производственных мощностей и заправочной инфраструктуры. Однако его производство ограничено наличием плодородных земель и недостаточной стабильностью. Основными преимуществами жидких биотоплив являются их высокая энергетическая плотность и совместимость (в допустимых концентрациях) с существующими транспортными средствами.

Предложения Еврокомиссии

Всем членам Евросоюза предписано иметь на своей территории обязательный минимум заправочных/зарядных станций для природного газа, водорода и электромобилей с оборудованием, созданным по единым стандартам.

 

 

Электрические зарядные станции. Ситуация сильно различается в разных странах Евросоюза. Лидирующие позиции занимают Германия, Франция, Нидерланды, Испания и Великобритания. В предложениях Еврокомиссии для каждой страны индивидуально устанавливается обязательное минимальное число точек подзарядки с едиными зарядными разъемами. Целью является создание такого количества станций, которое бы позволило производителям наладить массовое производство электромобилей по разумным ценам. Для устранения неопределенности со стандартами электрический разъем Type 2 устанавливается как единый стандарт для всей Европы.

Водород. Германия, Италия и Дания уже имеют значительное количество водородных заправочных станций, хотя некоторые из них не являются общественными. Определенные компоненты, например, заправочные шланги, все еще требуют разработки и внедрения единых стандартов. Еврокомиссия предлагает соединить все существующие водородные заправки в единую сеть. Предложения относятся к 14 государствам, которые уже имеют такие заправки.

Биотоплива уже охватили около 5% рынка. В качестве топливных смесей с бензином и дизелем они не требуют отдельной инфраструктуры. Основная задача заключается в повышении их устойчивости.

Сжиженный природный газ используется как топливо для грузовиков, однако только 38 заправочных станций существует в Евросоюзе. Еврокомиссия предлагает, чтобы к 2020 году на каждые 400 километров Трансевропейской сети автодорог приходилась одна заправочная станция.

Сжатый природный газ в настоящее время используют 1 миллион автомобилей, что составляет 0,5% от их общего количества. К 2020 году их число должно возрасти в 10 раз. Еврокомиссия предлагает, чтобы по всей Европе к 2020 году одна общественная заправочная станция с едиными стандартами приходилась не менее чем на каждые 150 километров.

Для сжиженного нефтяного газа никаких дополнительных мер не предусматривается, так как инфраструктура в настоящее время достаточно развита.

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.

Аэродинамика и экология

Сила сопротивления воздуха пропорциональна квадрату скорости. Она зависит от двух параметров автомобиля: площади поперечного сечения (S) и коэффициента аэродинамического сопротивления (Cx). Например, автомобиль с S=2,73 кв.м и Cx=0,34 при скорости 150 км/ч будет тратить 50л.с. мощности на преодоление сопротивления воздуха. Таким образом, снизив лобовое сопротивление, можно добиться заметного снижения расхода топлива и выбросов токсичных веществ. Но уменьшить площадь поперечного сечения означает уменьшить высоту и ширину автомобиля, что нежелательно. Поэтому усилия инженеров направлены в основном на улучшение обтекаемости кузова, то есть коэффициента Cx.

Величина Cx зависит от трех факторов: сопротивления, возникающего при прохождении воздуха через подкапотное пространство и салон (12%); сопротивления трения между воздушным потоком и поверхностью кузова (10%); и сопротивления формы кузова (78%), проявляющееся в избыточном давлении перед автомобилем и разряжением позади него. Последний фактор возникает вследствие того, что спереди на автомобиль давит набегающий поток воздуха, а позади его «оттягивает» назад зона разряжения, образующаяся в результате отрыва потока от резко заканчивающегося кузова.

Аэродинамика различных типов кузовов

Главный элемент, определяющий аэродинамику автомобиля, – задняя часть кузова.

Наименее эффективным является кузов типа универсал – поток срывается прямо с кромки крыши, и за машиной образуется обширная зона разряжения, увеличивающая сопротивление движению. И лишь слегка поправить положение может дефлектор на крыше, над пятой дверью, отсекающий часть потока вниз – разряжение слегка упадет.

Хэтчбеки, с точки зрения аэродинамики, немного предпочтительнее – поток стекает по наклонной поверхности и отрывается внизу пятой двери, оставляя гораздо меньшую область разряжения. Однако справедливо это лишь при малом наклоне задка, не более 23-х градусов. Но большинство хэтчбеков имеют гораздо больший угол наклона, а потому по обтекаемости практически не отличаются от универсалов.

На седанах и купе оторвавшийся с крыши поток вначале опускается на крышку багажника, а затем уже отрывается от задней кромки. В результате разряжение за задним стеклом получается небольшим, а вихревой след за автомобилем — почти как у хэтчбека с малым наклоном задка. Кроме того, увеличивая высоту и длину багажника, можно дополнительно понизить Cx. Дополнительный эффект дает и небольшое сужение задней части. В общем, возможностей для оптимизации гораздо больше, а потому на практике именно седаны и купе, особенно больших размеров, имеют наилучшую обтекаемость.

Как улучшают Cx

Коэффициент Cx определяется в аэродинамической трубе при обдувании воздухом строго по направлению продольной оси автомобиля. Чтобы изучить реакции автомобиля при появлении бокового ветра, машину поддувают под небольшим углом, определяя действующий на неё поворачивающий момент и момент крена. Парадокс состоит в том, что автомобили с минимальным Cх оказываются наименее устойчивыми, а модели с плохой обтекаемостью, наоборот, почти не реагируют на подобные воздействия.

Неоптимальная с точки зрения аэродинамики форма кузова имеет еще одно неприятное последствие – низкую прижимную силу. Нижний поток воздуха под днищем проходит по прямой, а верхний вынужден ускоряться, чтобы обогнуть автомобиль сверху. Возникающая разница в давлении создает подъемную силу. Большая ее часть компенсируется давлением воздуха на капот и лобовое стекло. Но если передок автомобиля догружается встречным воздухом, то задняя часть кузова оказывается в области сильного разряжения из-за отрыва потока. В результате с набором скорости постепенно меняется баланс автомобиля: задняя ось разгружается, увеличивая риск заноса.

Как борются с этим явлением? Стремление к плавному обтеканию кузова воздухом понижает не только Сx, но и подъемную силу, ведь над автомобилем в таком случае не возникает областей резко пониженного давления. К тем же последствиям приводит и выравнивание поверхности днища – поток воздуха под автомобилем меньше «цепляется» за неровности, его скорость возрастает, а давление, наоборот, падает.

С целью снижения подъемной силы, действующей на заднюю ось, часто применяется небольшой спойлер. Размещенный на задней кромке кузова, в месте отрыва потока, он не только уменьшит Cx, ослабив вихри позади автомобиля, но и прижмет автомобиль к дороге, отталкивая вверх набегающий поток воздуха. Правда, необходимо найти нужный баланс – слишком большой спойлер, наоборот, увеличит область разряжения за автомобилем. Из-за этого на некоторых машинах он делается выдвижным, чтобы вступать в работу только в нужный момент.

Снижение веса автомобилей

Законодательные ограничения выбросов вредных веществ заставляют автопроизводителей искать все новые и новые средства снижения расхода топлива. Одним из направлений является уменьшение массы автомобиля. Большой автомобиль имеет свои преимущества – прежде всего в безопасности и комфорте. Но вектор развития поменялся в направлении экономии и экологии. Поэтому внимание потребителя обращается на преимущества легкого автомобиля: его проще разогнать и остановить, им легче управлять, при ДТП он наносит меньший вред другим машинам. Снижение веса автомобиля на каждые десять процентов дает топливную экономию в шесть процентов.

Противники утверждают, что применение алюминия и углепластика повышает стоимость машины и производители, таким образом, больше заботятся о своей прибыли. А производство того же алюминия далеко не экологично, и сводит на нет снижение выбросов автомобилей.

Но факт остается фактом: все крупные автоконцерны взяли курс на снижение массы. И в первую очередь это касается кузова. Его облегчённая конструкция означает возможность применения более компактных тормозной системы и двигателя, топливного бака меньшего размера и так далее.

Облегчение кузовов идет по нескольким направлениям: оптимизация структуры кузова, применение легких материалов и внедрение новых производственных процессов. К последним относятся, например, технологии сваривания лазером, трением, или способы изготовления деталей методом горячей штамповки или гидроформовки.

Основные материалы для производства современных кузовов – это сверхпрочные стали и алюминий. Причем, прочность стали за последние два десятка лет возросла в разы, а алюминиевых сплавов – на четверть. Более широкое применение алюминия сдерживает его высокая цена. Но такие гиганты как Audi, BMW, Mercedes все большее внимание уделяют разработке и внедрению композитных материалов. Композит – материал, состоящий из армирующего и связующего компонентов. Армирующий придает детали прочность и жесткость, а связующий – нужную форму. Важным условием является расположение армирующих волокон строго в направлении приложенной нагрузки. Если же сила будет направлена поперек волокон, композит не выдержит. Поэтому если направления прикладываемых нагрузок известны, то, изменяя положение волокон, легко можно создать деталь с нужными характеристиками. Композиты имеют лучшие показатели жесткости и прочности, чем высокопрочная сталь. При ударном сжатии труба из армированного пластика не сминается, как стальная, а полностью разрушается. Удельная энергия, поглощаемая углепластиком, при этом вчетверо выше. Почему же такой идеальный со всех точек зрения материал до сих пор широко не применяется при создании кузовов? Причин несколько: высокая цена, низкая технологичность, нет существенного выигрыша в весе. Например, в углепластике нежелательно сверлить отверстия, так как прочность от этого падает намного больше, чем у стали.

Но, по всей видимости, технологический прорыв произойдет именно в композитных материалах. В BMW, например, считают, что несущие обшивки вполне можно изготавливать из двух тонких композитных листов, пространство между которыми заполнено алюминиевыми сотами или вспененным полимером. Капот для М3, изготовленный по такой экспериментальной технологии, весит всего 5 кг! Пока же из композитов изготавливают менее нагруженные элементы, например, разного рода кронштейны. При той же прочности они получаются гораздо легче стальных и алюминиевых. Углепластиковые тормоза вдвое легче стальных, но намного дороже, а главное, эффективны только после разогрева.

Резервы снижения веса инженеры находят не только в кузове. Например, инженерам Форда удалось снизить даже вес пластика! Суть идеи в том, чтобы при производстве пластиковых деталей производится инъекция пузырьков газа: они создают структуру, схожую с пористым шоколадом. Благодаря крошечным «пустым» пространствам деталь становится легче без потери целостности.

А теперь — только факты, наглядно иллюстрирующие изобретательность специалистов в вопросе снижения веса (без указания конкретных моделей и производителей).

Каталитический нейтрализатор весом 24 кг стал легче на 10 кг за счёт применения нержавеющей стали с высоким содержанием хрома. Замена электромоторчика в кондиционере позволила выиграть 317 грамм. Армирование алюминиевых панелей передка стекловолокном позволило снизить вес автомобиля на 100 грамм. Соединение алюминиевых профилей фрикционной сваркой облегчило машину на 600 грамм. Магний, примененный в конструкции рулевого колеса, сэкономил 400 грамм. В коробке передач замена отдельных алюминиевых деталей магниевыми отняло 760 грамм. Оптимизация расположения проводки помогла уменьшить её длину и сэкономить 2,68 кг, пластиковые корзины и неодимовые магниты динамиков акустической системы сберегли еще килограмм. Комбинация алюминиевой ступицы и чугунного диска позволила снизить массу на 20% по сравнению со стальными тормозами. Вставки из вспененного полимера привели к снижению веса колеса на 1,5 кг.

Необычные концепции экологичных автомобилей

К электромобилям, которые работают от батарей и топливных элементов уже все привыкли. Но существует и множество необычных конструкций экологичных автомобилей, которые не так широко известны.

Например, электромобили на солнечных батареях. Днем им хватает энергии солнца, а в темное время они передвигаются как обычные электромобили. Дальше всех продвинулись в этом направлении австралийцы. Еще в 1982 году «солнцемобиль» «Quiet Achiever» пересек Австралию с запада на восток со скоростью всего лишь 20 км/ч. А уже в 1996 г. победитель IV Международного ралли солнцемобилей — «Dream» проехал 3000 км между Дарвином и Аделаидой со скоростью почти 90 км/ч, на отдельных участках 135 км/ч.

Фольксваген разрабатывает гибридный автомобиль L1, который рассчитывает запустить в серийное производство в 2012 году. Ну и что, скажете вы? Кого сейчас удивишь гибридами? Все дело в том, что расход топлива у него будет 1,5 литра на 100 км. По замыслу, L1 будет двухместным городским автомобилем. Для достижения сверхнизкого расхода топлива конструкторы VW работают в трех направлениях: облегчение кузова, усовершенствованная аэродинамика и применение энергосберегающих технологий. Кузов весом 124 кг выпекается из углепластика по «формульным» технологиям, в угоду аэродинамике автомобиль получил закрытые арки задних колес и видеокамеры вместо наружных зеркал, при остановке глушится двигатель, а насос, гоняющий охлаждающую жидкость, — электрический, и включается только на повышенной температуре. Разумеется, это лишь капля в море всех тех технологий, которые использованы при создании L1, — высокотехнологичного чуда, которое бдительно контролирует каждый свой шаг и движение, дабы не потерять лишнюю калорию, если так, конечно, можно выразиться об автомобиле. При этом машина — не ленивая улитка! L1 способен развивать скорость до 160 км\ч, и динамика вполне приемлемая — до сотни он добирается за 14,3 секунды.

Экспериментальный автомобиль под названием Lotus Exige 270E Tri-Fuel может ездить на этаноловом топливе, сделанном из вина, которое нельзя пить, а оно, в свою очередь, является побочным продуктом процесса производства сыра или шоколада. Автомобиль может также ездить и на обычном бензине (исключительно для случаев, когда топливо закончилось, а вы все еще далеко от районов виноградарства и виноделия), а также на метаноле – топливе, которое можно получить путем извлечения углекислого газа прямо из атмосферы, из-за чего оно считается с абсолютно нейтральным уровнем эмиссии углерода. Авто также может достигать скорости 100 км/ч менее чем за четыре секунды, что вносит его в список самых быстрых автомобилей в мире.

Компания Geneco (Великобритания) представила новый концепт экологического автомобиля Bio-Bug-е, двигатель которого приводится в действие газом из человеческих фекалий. Свою идею сотрудники компании реализовали на базе автомобиля Volkswagen Beetle, причем среди английской общественности он сразу же получил прозвище «Навозный жук».

Основа данной экологической концепции – переработка стоков жилых домов на специальных установках и получение конечного продукта – биометана. По расчетам Geneco представленный экологический концепт автомобиля может целый год ездить на биометане, произведенном всего из 70 городских унитазов!