Главная страница [an error occurred while processing this directive]

Главная страница | Архив | Содержание номера

Номер 18(277) 28 августа 2001 г.

Аркадий ШВАРЦ (Кёркленд, Вашингтон)

БЕНЗИН-СПИРТ-ВОДОРОД

Honda Insight - автомобиль с гибридным двигателем.

 

В ыхлопные газы автомобилей - один из главных источников загрязнения окружающей среды. Создание экологически чистых, так называемых "зелёных" автомобилей, - главная проблема, над решением которой работают автостроители многих стран. Непрерывный рост стоимости бензина также стимулирует работы по изысканию альтернативных, экологически чистых видов топлива. В апрельском выпуске "Вестника" я рассказал о японских моделях с гибридным двигателем - Toyota Prius и Honda Insight.

Напомню, как работает гибридный мотор. При равномерном движении на шоссе работает один бензиновый (или дизельный) двигатель. При ускорении и на подъёме подключается электромотор. При медленном движении в трафике можно ехать с одним электродвигателем. В отличие от электромобилей, для батарей гибридного двигателя не требуется внешняя подзарядка. На холостом ходу и при движении по инерции происходит подзарядка аккумуляторной батареи. Специальная электронная система, управляемая бортовым компьютером, регулирует включение одного или двух моторов и подачу обеднённой топливо-воздушной смеси. Применение алюминия и лёгких пластиков обеспечивает небольшой вес машины, что способствует снижению расхода бензина при достаточно хороших скоростных характеристиках.

Выпуск Toyota Prius составляет сейчас 2500 машин в месяц и к 2004 году возрастёт в 4 раза. В ближайшее время "Тойота" начнёт сборку с гибридным двигателем минивэна Тoyota Estima и седана-люкс Toyota Crown.

Интерес к машинам с гибридными двигателями непрерывно возрастает. В мае журнал Motor Trend опубликовал первые результаты сравнительных испытаний трёх прототипов седанов, созданных конструкторами "Большой тройки", производство которых должно начаться в 2003-04 годах: Dodge ESX3 (DaimlerChrysler), Ford Prodigy (Ford Motor) и GM Precept (General Motors). В этих моделях небольшой дизель мощностью 54-74 л.с. и электромотор - 20-47 л.с. Пробег на один галлон дизтоплива - 80-90 миль. Основная проблема, которую ещё предстоит решить производителям, - снижение стоимости до уровня цены обычных семейных седанов.

За последние несколько месяцев появилась также информация о таких моделях, как Chrysler Citadel и Dodge PowerBox (DaimlerChrysler). Chrysler Citadel разрабатывается на основе известной модели спорт-седана Chrysler 300M с бензиновым двигателем мощностью 253 л.с., вращающим задние колёса, и электромотора мощностью 70 л.с., который приводит в движение передние.

Dodge PowerBox - спорт-универсал на раме пикапа. Двигатель с рабочим объемом 2,7 л. работает на сжиженном натуральном газе и вращает задние диски. Электромотор устанавливается на передних колёсах. Интерьер машины во многом взят у внедорожника Dodge Durango.

Компания General Motors объявила, что с будущего года она начинает продажу спорт-универсала с гибридной системой, названной Paraddi GM, представляющей комбинацию шестицилиндрового двигателя мощностью 220 л.с. с двумя электромоторами мощностью 32 л.с. каждый. Пробег автомобиля на шоссе - 35 миль/гал., что на 20% больше обычного спорт-универсала с бензиновым двигателем. Экономия бензина в городе - 30%.

Многие аналитики высказывают мнение, что через несколько лет компании, у которых в производственных программах не будет моделей с гибридными установками, начнут терять покупателей. Из общих экономических соображений можно полагать, что рост выпуска спорт-универсалов и минивэнов с гибридными двигателями будет обгонять аналогичные седаны.

Одновременно ведущие автостроители форсируют создание машин с топливными элементами.

Схематически топливный элемент представляет электрохимическую ячейку, в которой два электрода из пористого углерода с нанесённым катализатором разделены полимерной мембраной. Подаваемый под давлением водород взаимодействует на катоде с ионами гидроксила с образованием воды и выделением свободных электронов. На аноде кислород из воздуха взаимодействует с ионами водорода и поступающими от катода в виде тока электронами. При таком электрохимическом процессе выделяется тепло и образуются вода и электроток.

Впервые появление электротока при реакции водорода с кислородом наблюдалось ещё в 1839 году. Практическая реализация процесса была осуществлена сравнительно недавно при создании космической техники. Чтобы можно было приступить к созданию автомобилей с топливными элементами, пришлось преодолевать самые разные технические проблемы, ряд которых ещё не доведен до промышленно-приемлемого решения. Тем не менее уже созданы опытные образцы машин с транспортировкой водорода в баллонах или химически связанного в метиловом спирте (метаноле).

Первый автомобиль на топливных элементах под названием NECAR-1 был продемонстрирован компанией Daimler-Benz в 1994 году. К 2000 году был готов улучшенный образец - NECAR-4, намеченный к производству с 2004 года. Автомобиль был собран на платформе Mercеdes-Benz A-class и имел длину всего 338 см. Модель пятиместная и пятидверная. Снаряженная масса - 1635 кг. Топливные элементы и бак, содержащий 24 галлона жидкого водорода, были расположены под полом, что обеспечивало достаточное пространство в салоне для пассажиров и багажа. Мощность электромотора - 74 л.с., максимальная скорость - 90 миль/час, запас хода - 280 миль. Движение начинается сразу при нажатии на педаль акселератора. 90% максимальной мощности двигателя достигается за две секунды. Автомобиль с топливными элементами имел хорошую разгонную динамику, сопоставимую с машинами с бензиновым или дизельным мотором. Эффективность использования энергии водорода в первых опытных образцах оценивалась эквивалентно удельному пробегу 73 мили на галлон бензина. Общий пробег до капитального ремонта был определён в 150 тыс. миль. Ориентировочная цена - 45 тыс. долларов.

Немецкий филиал компании Форд Ford Forschungszentrum Aachen, в котором работает 800 сотрудников в сотрудничестве с 40 университетами из 12 стран, создал модель Mondeo Р2000 HFC на платформе семейного седана Ford Taurus. У варианта с двигателем на жидком водороде бак расположен за задним сидением.

Высокая стоимость первых вариантов автомобилей на топливных элементах была обусловлена применением катализаторов на основе редких металлов (платина и др.) и сложной системой хранения жидкого водорода при весьма низкой температуре. Дополнительные сложности возникали при стоянке машины на солнце, когда начинаются тепловые потери водорода в системе топливных элементов. Для накопления опыта, необходимого для решения возникающих технических задач, в 2000 году была начата эксплуатация шести автобусов в Чикаго и Ванкувере (Британская Колумбия, Канада). Канадская компания Ballard Power Systems, созданная в 1979 году со штаб-квартирой в Ванкувере, лидирует сейчас по созданию топливных элементов для автомобилей.

Хранение водорода под давлением вызывает другие проблемы, в том числе и возможность взрыва при утечке водорода. В связи с этим системы, где источником водорода является метиловый спирт, представляются более перспективными. С применением в качестве топлива метанола взамен жидкого водорода упрощается система хранения топлива в автомобиле, и заправка может осуществляться на колонках на обычных автозаправках.

DymlerChrysler намерен в 2003 году изготовить для опытной эксплуатации партию автомобилей NECAR-3 с топливными элементами на метаноле и запасом хода между двумя заправками 400 миль.

У модели Ford Mondeo P2000 FC5 400 топливных ячеек на метаноле массой 172 кг расположены под капотом. При температуре 85 градусов Цельсия начинается реакция образования водорода из метанола. Электромотор мощностью 120 л.с. обеспечивает достижение максимальной скорости 145 км/час. Время разгона после трогания с места до скорости 100 км/час - 14 сек. Запас хода - 160 км, возможная стоимость - 35 тыс. доларов. Алюминиевый кузов машины на 40% легче стального, а магниевый картер легче алюминиевого. До запуска в производство в 2004 году создатели машины рассчитывают снизить цену до 15 тыс. долларов.

Японские компании Toyota и Honda объявили, что они начнут опытно-промышленное производство легковых автомобилей с топливными элементами в 2003 году. Японская Mazda и немецкая BMW также объявили о своих работах по созданию транспортных средств с топливными элементами. В штате Нью-Джерси независимая от больших компаний группа инженеров создала опытную модель New Jersey Ventures с применением системы из топливных элементов и никель-кадмиевых батарей. При первых пробегах этот автомобиль развивал скорость 120 миль/час.

Но возникают новые сложности, связанные с техническими и экономическими проблемами выделения водорода из метанола непосредственно в силовом агрегате автомобиля. После стоянки с неработающим двигателем требуется около двух минут, чтобы вся система начала работать снова. Также следует опасаться возможности отравления метанолом. Выпитый в небольшом количестве метанол вызывает слепоту. С другой стороны, метанол может получаться при химической переработке морских водорослей и отходов сельского хозяйства, то есть относится к воспроизводимым сырьевым ресурсам.

Неумолимая экономика стимулирует развитие промышленного производства другого спирта - гидролизного этилового (этанола) также из возобновляемых отходов лесоперерабатывающей и сельскохозяйственной отраслей и массовое внедрение двигателей внутреннего сгорания, работающих на смесях, содержащих свыше 50% этанола.

Впервые этанол стал широко применяться в автомобильном транспорте в Бразилии 10-15 лет назад. Основным источником гидролизного этанола были отходы деревообработки или неделовая древесина, запасы которой в лесах Бразилии практически неограниченны. В Северной Америке Ford Motors, DaimlerCrysler и Mazda с 1998 года ряд моделей собирают с шестицилиндровыми двигателями объемом 3,0 и 3,3 литра, работающими на смешанном горючем (этанол с бензином).

Эти машины получили специальное наименование: Flexible-Fueld Vehicles или FFV. Особенность двигателей FFV - они одинаково хорошо работают на бензине и любой смеси, содержащей не более 85% этанола. Такие машины имеют один бак и могут заправляться также на любой автозаправке, а не только на тех, где уже установлена ёмкость и колонка с горючим, содержащим 85% этанола. Замена бензина на этиловый спирт значительно сокращает выбросы углекислого газа, то есть способствует уменьшению парникового эффекта. Опыт их эксплуатации позволил в дни летнего бензинового кризиса 2000 года в Чикаго и ряде других городов Среднего Запада широко применять добавки 10% спирта в стандартное горючее для любых машин.

В заключение я выскажу мнение, что ближайшие 10--20 лет будут периодом массового производства автомобилей, работающих с применением альтернативных видов топлива, в первую очередь сжиженного газа и этилового спирта, при одновременном выпуске большого числа различных моделей с гибридными двигателями. Параллельно будет идти совершенствование конструкций и технологий изготовления двигателей на топливных элементах. Скорее всего, через 30-50 лет в автомобилестроении последние вытеснят двигатели внутреннего сгорания.

Конкуренция двигателей может быть интереснее многих детективных историй, и я регулярно буду информировать читателей журнала о её победителях.

Главная страница | Архив | Содержание номера

Номер 18(277) 28 августа 2001 г.

[an error occurred while processing this directive]