Метка «автомобиль»

26 декабря

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.

29 августа

Водород как топливо для автомобилей

В настоящее время многие технические вопросы по внедрению водородной энергетики решены. Все ведущие автомобильные компании имеют концептуальные модели машин, работающих на водороде. Существуют станции заправки этих автомобилей. Однако стоимость водорода пока намного выше, чем бензина или природного газа. Чтобы новая отрасль стала коммерчески оправданной, необходимо выйти на новый уровень получения водорода и снизить цену на него.

Получение водорода

Сейчас известно около десятка методов получения водорода из разных исходных материалов. Самый известный — гидролиз воды, ее разложение при пропускании электрического тока, но он требует больших затрат энергии. Главным направлением снижения энергозатрат при электролизе воды является поиск новых материалов для электродов и электролитов.

Разрабатываются методы получения водорода из воды с использованием неорганических восстановителей — электроотрицательных металлов и их сплавов с добавкой металлов-активаторов. Такие сплавы названы энергоаккумулирующими веществами (ЭАВ). Они позволяют получать из воды любое количество водорода. Еще одним способом выделения водорода из воды может стать ее фотоэлектрохимическое разложение под действием солнечного света.

К распространенным методам относятся парофазная переработка метана (природного газа) и термический метод разложения угля и другого биоматериала. Перспективны термохимические циклы производства водорода, парофазные методы конверсии его из каменного и бурого угля и торфа, а также метод подземной газификации угля с получением водорода.

Отдельная тема — разработка катализаторов для получения водорода из органического сырья — продукта переработки биомассы. Но при этом наряду с водородом образуются значительные количества окиси углерода (СО), который необходимо утилизировать.

Еще один перспективный метод — процесс каталитической паровой переработки этанола. Можно также получить водород из угля (как каменного, так и бурого) и даже из торфа. Также все большее внимание привлекает сероводород. Это обусловлено низкими затратами энергии на электролитическое выделение водорода из сероводорода и большими запасами этого соединения в природе — в воде морей и океанов, в природном газе. Сероводород также получается в качестве побочного продукта нефтеперерабатывающей, химической, металлургической промышленности.

Водород можно получать с использованием плазменных технологий. С их помощью можно газифицировать даже самое низкокачественное углеродное сырье, например твердые бытовые отходы. В качестве источника термической плазмы используются плазмотроны — устройства, генерирующие плазменную струю.

Хранение водорода

Для хранения водорода непосредственно в автомобиле существуют следующие способы: газобаллонный, криогенный, металлогидридный.

В первом случае водород хранится в сжатом виде при давлении около 700 атм. При этом масса водорода составляет всего около 3% от массы баллона и для хранения сколько-нибудь заметного количества газа нужны весьма тяжёлые и объёмные баллоны. Это не говоря уже о том, что изготовление, зарядка и эксплуатация таких баллонов требуют особых мер предосторожности из-за опасности взрыва.

Криогенный способ подразумевает сжижение водорода и хранение его в теплоизолированных сосудах при температуре -235 градусов. Это достаточно энергозатратный процесс – сжижение обходится в 30-40% той энергии, которая получится при использовании полученного водорода. Но, как-бы ни была совершенна теплоизоляция, водород в баке нагревается, давление увеличивается и газ стравливается в атмосферу через предохранительный клапан. Всего несколько дней – и баки пусты!

Самыми перспективными являются твердые накопители, так называемые металлогидриды. Эти соединения умеют вбирать в себя, как губка, водород при одних условиях и отдавать при других, например при нагревании. Чтобы это было экономически выгодно, такой металлогидрид должен «впитывать» не менее 6% водорода. Весь мир сейчас ищет подобные материалы. Как только материал будет найден — его подхватят технологи, и процесс «водородизации» пойдет.

23 августа

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.

27 июля

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!

14 июля

Автомобили на водороде: «двойка» за… экологию

Разве может такое быть у «зеленой» технологии? Оказывается, может. Будущее водородных автомобилей, в отличие от других «зеленых» разработок, в настоящее время выглядит весьма печально. Хотя еще совсем недавно это направление казалось самым перспективным и многообещающим. Еще бы — заправляем машину водородом, а из выхлопной трубы идет только водяной пар! Нулевой выброс, предел мечтаний! Автомобиль Honda FCX, использующий в качестве топлива водород, в 2009 году даже завоевал звание World Green Car of the Year («Зеленый автомобиль года»).

Варианты конструкций автомобилей на водороде

Но не будем пока о грустном, а рассмотрим варианты технического исполнения водородомобилей. Их существует ровно два: в первом случае водород заправляется в автомобиль с обычным ДВС, который может работать и на бензине, и на водороде. Во втором случае на электромобиль в качестве источника питания устанавливаются топливные элементы, в которых при соединении водорода и кислорода вырабатывается электричество (именно так устроен упоминавшийся выше Honda FCX).

Обычный бензиновый двигатель после небольших переделок можно приспособить для работы на воздушно-водородной смеси. Дизель для этого не годится, так как смесь не воспламеняется от сжатия. Теоретически при сжигании смеси должна выделяться только вода, однако на практике это не так. Вода выделяется если с водородом смешивать чистый кислород. Если же с водородом смешивать воздух, который в основном состоит из азота, то, соответственно, в выхлопе будут присутствовать его оксиды. Для борьбы с этим явлением смесь приходится обеднять, но при этом мощность двигателя падает почти вдвое! В общем 100 % экологической чистоты достичь не удается.

Второй способ применения водорода гораздо чище. Топливные элементы выделяют только тепло и воду, вырабатывая при этом электричество. То есть их можно сравнить с батарейкой, которая работает с подпиткой на водороде. Напряжение одного элемента невелико, поэтому приходится их компоновать в батарею. Но ее вес, габариты, а, самое главное, стоимость получаются весьма внушительными. Именно цена и препятствует широкому распространению топливных элементов.

Проблемы эксплуатации

Общая проблема обеих типов — хранение водорода в автомобиле. Смесь водорода с воздухом взрывоопасна. Что произойдет с водородомобилем в случае ДТП? Чтобы обеспечить приемлемый запас хода водород необходимо держать в сжиженном состоянии. Бак для сжиженного газа — это дорогостоящее и имеющее большой вес устройство. В случае широкого распространения водородомобилей потребуется сеть заправочных станций, а для этого потребуются время и деньги.

Проблемы получения водорода

Однако все перечисленные проблемы ничто по сравнению с главной проблемой: откуда взять столько водорода? На данном этапе развития существует два основных способа его получения: из метана и из воды.

Но получение из метана и выглядит, мягко говоря, нелогично, да и в экологическом плане не безупречно. Судите сами: берем один вид топлива и перерабатываем его в другой, затрачивая при этом энергию. В ходе получения водорода из метана выделяется углекислый газ, от которого мы как раз хотели избавиться, создавая водородомобиль. Ну, и природный газ — это невозобновляемый ресурс, который рано или поздно закончится.

Более привлекательной выглядит идея получения водорода из воды. Воды на планете хватает, но чтобы добыть из нее водород, необходимо огромное количество энергии. В итоге получается, что затраты энергии на добычу водорода превышают то ее количество, которое он может отдать при использовании в автомобиле.