Текст книги "100 великих рекордов в мире автомобилей"
Автор книги: Станислав Зигуненко
сообщить о нарушении
Текущая страница: 21 (всего у книги 25 страниц)
Соревнования экоболидов
…Можно еще долго рассказывать, как год от года участники подобных соревнований повышали свои показатели. И поднаторели в этом деле настолько, что топлива им теперь выдают вовсе не литр, а 100 г – иначе слишком долго пришлось бы ждать окончания соревнований. Ведь их участники сначала превысили рубеж в 1000 км на 1 л топлива, затем 2000 км, а недавно перевалили за 3000 км!
Давайте лучше посмотрим, как проходили последние соревнования, состоявшиеся в конце мая 2008 года неподалеку от французского городка Ногаро на тестовой трассе легендарной «Формулы-1». Нынешние экоболиды словно сошли со страниц фантастических романов. Один за другим на трассу уходят миниатюрные аппараты, в которых, кажется, и пилоту негде-то разместиться. Борьба идет за каждый килограмм, а потому нет ничего удивительного в том, что большинство пилотов – миниатюрные девушки весом не более 50 кг.
Кстати, кроме минимальной массы, они обладают и еще одним ценным качеством – очень аккуратны в управлении, а тут главное – не пережать.
Вот ушел на трассу итальянский «жук». Но тренер все же в досаде всплескивает руками – гонщица таки не совладала с нервами, стартовала чересчур энергично. А это может сказаться на конечном результате. Забегая вперед, скажем: опасения тренера оправдались – чемпионами итальянцы не стали. Их опередили другие грандмастера эконом-езды.
На первый взгляд, схема движения по трассе проста: чуть-чуть поддал газу и кати по инерции, а потом опять чуть поддал… Именно «чуть-чуть», потому что счет топливу тут идет буквально на граммы. И не только потому, что в баках машин не обычный бензин, а более дорогое (пока еще) альтернативное топливо. Просто иначе не покажешь тех фантастических результатов, которых добиваются гонщики на этой трассе, окажешься далеко за чертой призеров.
Соревнования проходят в двух основных классах: прототипы и городские концепт-кары. В первой группе выступают автомобили с двигателем внутреннего сгорания, в которых традиционно применяют бензин. В этом случае на первый план выходят достижения в области аэродинамики суперобтекаемого кузова и умение пилота экономить на бензине благодаря стилю вождения.
Старт экоболидов
По словам профессора Московского автомобильно-дорожного института Андрея Ременцова, приехавшего на марафон обменяться опытом с западными коллегами, на аэродинамике можно сэкономить до четырех процентов топлива, а это в данном случае немало…
Причем обтекаемость кузова – не единственное слагаемое успеха. Разобранный болид приезжает сюда вместе с командой, которая в течение суток собирает свою машину, вылизывая ее и «колдуя» над ней до самого последнего часа. По теории, ее до 15 процентов топлива экономится, если правильно учесть такие факторы, как подкачка шин, настройки двигателя и масса аппарата. Поэтому при производстве сверхлегкого кузова в дело идут шелковые волокна, пробковое дерево, каучук и иные материалы…
В классе городских концепт-каров главный упор делается на экзотические топливные смеси. Только не надо думать, будто при заправке машину засыпают килограмм кукурузных зерен или заливают литр подсолнечного масла. Тот же итальянский болид питался этанолом, изготовленным из растительного масла, которое ранее использовалось для приготовления пиццы.
«Химическим путем подсолнечные, рапсовые или кокосовые масла превращают в метиловые эфиры, которые обладают свойствами горючего материала», – пояснили итальянцы.
Региональная принадлежность команды, безусловно, определяет выбор топлива. Так, японские технари изобрели двигатель, работающий на рисовой соломе. Из нее генетически модифицированными микроорганизмами делается бутанол. После очистки опять-таки получается жидкая горючая смесь, которая и поступает в цилиндры мотора.
Еще один из перспективных способов привести в движение экомобиль – заправить его водородом и использовать так называемые топливные элементы. В этих электрохимических генераторах к одной пластине – аноду – каждого элемента подается молекулярный водород, а на катод – кислород. Соединяясь, молекулы водорода и кислорода образуют воду, при этом выделяя свободные электроны, которые и крутят электродвигатель.
Правда, у водородного двигателя есть пока крупный недостаток – высокая цена. Топливные элементы могут стоить дороже самого автомобиля.
Ну и каковы же итоги последних на данный момент соревнований? В 2008 году был побит прошлогодний рекорд: суперкар студентов из французского лицея «Ла Жоливери» проехал на одном литре бензина 3 383 км! Таково ныне абсолютное достижение.
Среди городских автомобилей свой рекорд установила команда Нидерландского университета из Гааги, проехав на одном литре топлива и водородных топливных элементах 848 км. Второе и третье места поделили команды из Норвегии и Турции, также выступавшие на автомобилях на водородном топливе.
У приверженцев этанола дела обстояли хуже. На шестом круге диспетчер шведской команды из Технологического университета указал неверный ориентир, и болид ушел в сторону от правильной траектории, лишившись шансов на победу. Единственное утешение: шведы превзошли прошлогодний рекорд по выбросам СО2, показав приличный результат для двигателя, работающего на этаноле из растительного масла, – 6,15 грамма на один километр.
«Здесь решающую роль сыграла разработанная командой система рециркуляции выхлопных газов, эффективность которой достигла 90 процентов» – пояснил представитель шведов на пресс-конференции.
А вот рисовая соломка, с помощью которой планировали сорвать Гран-при японцы, не помогла – их агрегат вышел из строя, окутавшись клубами черного дыма.
Конкурс супербережливых
На экомарафон съезжаются не только спортсмены, но и представители крупнейших энергетических компаний. Они внимательно следят за достижениями эконом-класса – все лучшее тут же перенимается.
И дело тут не только в громогласных протестах экологов и зеленых, которые видят в современных автомобилях главный источник мирового загрязнения атмосферы. Правительства многих западных стран вводят налоги и штрафы на «грязные» автомобили, а потому покупатели, в свою очередь, выбирают машины более экономные и более чистые.
Суперэкономичный автомобиль, созданный специалистами провинции Британского Колумбия
Законы же бизнеса суровы: проигравший выбывает из игры. Вот автомобильные компании, чтобы не потерять клиентов, и стараются поставить на поток выпуск наиболее экологичных машин. Так что экомарафон для них – ярмарка идей, которые впоследствии смогут принести многие миллионы выгоды.
Поэтому недавно многие из бизнесменов обратили внимание на небольшой автомобильчик, расходующий около 2 л топлива на 100 км. Разработчики – сотрудники Корнелльского университета в сотрудничестве с коллегами из Университета Западного Вашингтона – построили автомобиль на платформе модели Geo Metro для участия в конкурсе Automotive X Prize. Заявляется, что машина будет проделывать на 1 галлоне топлива 100 миль пути (то есть расходовать 2,35 л на 100 км), а также обладать хорошими потребительскими качествами.
На сегодня это один из первых представленных автомобилей. Но в ближайшие месяцы должны появиться и другие прототипы, потому что уже в сентябре 2009 года начнется первый этап гонок Automotive X Prize, по итогам которых в 2010 году команда победителей должна получить приз в размере 10 млн долларов.
Фонд X Prize добился широкой известности после того, как выплатил премию создателям первого в мире частного космического челнока SpaceShipOne. На этот раз основатели фонда обратились к автомобильной тематике, объявив конкурс на самую экономичную машину, которая впоследствии могла бы выпускаться серийно. На предложение X Prize уже откликнулось более 30 команд из нескольких ведущих университетов мира, в том числе из Канады, Великобритании, Германии и Швейцарии. Однако одной из первых выставила свой стартовый образец команда американских инженеров.
«Наш автомобиль имеет кузов хэтчбек и попадает в класс супермини, – рассказал профессор Джон Каллистер из Корнелльского университета. – Несмотря на небольшие размеры, он способен перевозить четырех человек и имеет багажник объемом 283 л. В работах принимали участие около 70 студентов и аспирантов. Техническая начинка машины уже почти готова, требуется только ее доводка. Специалисты трудятся над усовершенствованием шасси, максимизируют эффективность трансмиссии и ведут работу над соблюдением требований по безопасности. Первый предпроизводственный образец будет построен через полгода».
За основу силового агрегата машины была взята гибридная схема – турбодизель плюс электродвигатель. Избыточная энергия, вырабатываемая при движении, накапливается в аккумуляторах. При полной зарядке только на них машина может проехать 80 км. Затем в дело вступает дизель. Тем самым достигается высокая экономичность.
Машина может работать только на батареях, зарядка которых от домашней сети осуществляется за пять часов. Причем автомобиль показывает неплохие динамические характеристики и способен разогнаться за 12 с до 100 км/ч.
Предполагается, что в течение 2009 года в рамках программы Automotive X Prize машины нескольких команд проведут ряд кольцевых гонок, а также совершат автопробег по городам Северной Америки.
Приз в 10 млн долларов победителю конкурса был учрежден еще в 2006 году. Кто может претендовать на эти деньги? Тот, кто сумеет наладить серийное производство автомобилей, потребляющих не более 2 л на 100 км или с эквивалентным расходом энергии для электромобилей. Причем компания-производитель должна быть готова произвести как минимум 10 000 экземпляров такой машины.
Автомобили, участвующие в состязании, делятся на две категории – массовые и альтернативные.
Массовые должны иметь не менее четырех колес и вмещать не менее 4 пассажиров. Запаса топлива должно хватать на 320 км пробега. К альтернативным автомобилям требования менее жесткие. Они должны перевозить не менее двух человек и иметь минимальный запас хода 160 км.
На данный момент список претендентов на получение приза выглядит так.
Безусловным лидером выглядит Калифорния – штат США, в котором уже ныне приняты самые строгие ограничения по выхлопу автомобилей. Именно поэтому здесь многие сделали ставку на электромобили и гибридные конструкции.
Так, компания Phoenix занимается электромобилями еще с 2001 года. В данном случае ее специалистами использована платформа пикапа-внедорожника с соответствующими переделками. Батарея энергоемкостью 35 кВт. ч дает ток для специально спроектированного под эту машину двигателя. Пробег от одной зарядки, согласно расчетам, – не менее 200 км.
Полностью электрический родстер компании Tesla уже продается. А вот конструкцию седана WhiteStar с увеличенной дальностью пробега и двумя вариантами трансмиссии (чисто электрической и гибридной), подготовленную для участия в конкурсе, компания пока держит в секрете. По слухам, дальность пробега электромобиля составит 240–320 км. Использование гибридного привода позволит еще больше повысить экономичность.
Компания Venture создала крошечный трехколесный мультитопливный гибрид на базе европейской модели Carver One. Он может работать как на бензине, так и на этаноле. Двигатель крутит генератор, а от него ток идет на электромоторы. В 2010 году планируется начать выпуск этой машины тиражом по 5000 экземпляров в год.
Маленькая компания Velozzi создала углепластиковый гибридный суперкар с подзарядкой от сети. Изюминка конструкции – в качестве бортового генератора для подзарядки батарей конструкторы использовали микротурбину. Они утверждают, что до сотни этот автомобиль разгоняется за 3 секунды, а скорость 300 км/ч для него не предел.
Наконец, компания Apteratyp-1Н из той же Калифорнии уже сконструировала 700килограммовый электромобиль Тур-1е с дальностью пробега 200 км и питанием электромотора от литий-ионной батареи емкостью 10 кВт. ч. Он разгоняется до сотни за 10 с и способен развить до 145 км/ч. У гибридной модели дальность пробега достигнет 1000 км. А солнечные батареи на крыше питают систему климат-контроля. Осенью 2008 года предполагается начать серийное производство машины.
Впрочем, не дремлют изобретатели и в других американских штатах. Пока безымянный суперкар компании Hybrid Technologies из Северной Каролины оснащен системой рекуперативного торможения, а также отклоняемыми аэродинамическими поверхностями для снижения лобового сопротивления и повышения прижимающей силы. Предполагается достичь пробега 140–200 км между зарядками для чисто электрического варианта и скорости в 350 км/ч для гибрида.
Кстати, компания уже имеет опыт выпуска электромобилей и к 2010 году предполагает наладить их серийное производство с зарядкой от сети.
Группа молодых людей из Пенсильвании, объединившись в компанию West Philly, взяли шасси от Ford Focus и электропривод Azure Dynamics. В итоге они смогли изготовить два гибридных прототипа EVX – дизельный и бензиновый. Расчетная дальность пробега на одной заправке или зарядке – 800 км, из них 60 км только на электротяге.
Успехи команды Fuelvapor Ale из канадской провинции Колумбия тоже внушают уважение, хотя состоит она всего из шести человек. Они рискнули вступить в гонку, поскольку очень надеются на свою методику подачи топлива (бензин испаряется до того, как подается в двигатель). Такой двигатель в сочетании с легким и обтекаемым стеклопластиковым кузовом обеспечил впечатляющие результаты – расход топлива 2,55 л на 100 км, а разгон до 100 км/ч всего за 5 секунд.
Рабочая группа компании Motive из провинции Альберта, Канада, уже строила прототипы для многих ведущих производителей. Модель Switch заявлена как чистый электромобиль, но может быть превращена и в гибрид. Впервые в мире на их электромобиле будет установлена шестиступенчатая коробка передач.
Концерн Tata – крупнейшее индийское предприятие, ставшее владельцем компаний Tetley Teas, Jaguar и Land Rover, – недавно объявил о выпуске самого дешевого в мире автомобиля стоимостью всего в 2500 долларов. Теперь он обещает выпустить на рынок электрический микроавтомобильчик, а также гибрид с пробегом порядка 300 км.
Алюминиевые авто – самые легкие
Разговоры об электромобилях, как сообщалось ранее, ведутся уже давно – более 100 лет. В самом деле: первый российский самодвижущийся экипаж, сделанный в 1899 году, был именно электрическим. Но массовым электромобиль пока не стал. Почему?
Его «ахиллесова пята» известна: непомерно тяжелые батареи свинцовых аккумуляторов не могут обеспечить сколько-нибудь приличных ходовых характеристик. И экологичность такого авто тоже не очевидна: для зарядки аккумуляторов приходится пользоваться энергией ТЭЦ, на которых сжигается уголь, загрязняющий атмосферу еще больше, нежели выхлопные газы бензинового двигателя.
Но вот проблема вроде бы сдвинулась с мертвой точки. Теперь электродвигатель такой машины может получать энергию от химических источников энергии наподобие тех, что используются в транзисторных приемниках, плеерах, некоторых игрушках. Однако одно дело – питать карманный приемник, и совсем другое – автомобиль: последнему нужны батареи особые.
Наиболее перспективны топливные элементы. В них, как и в обычных батарейках, для выработки энергии используется окислительно-восстановительная реакция, сопровождающаяся, как известно из учебника химии, передачей электронов от атомов одного вещества (восстановителя) к атомам другого (окислителя). На практике такую реакцию проводят как бы в два приема. На аноде восстановитель отдает свои электроны, то есть окисляется, а на катоде окислитель эти электроны принимает, то есть восстанавливается. Сами же электроны, пробегая от анода к катоду через внешнюю цепь, заодно выполняют полезную работу.
Процесс этот, конечно, не бесконечен: и окислитель, и восстановитель постепенно расходуются, в результате чего отработавшую свое батарейку приходится выбрасывать. Но в принципе если в зону реакции подавать все новые порции восстановителя и окислителя, батарея будет функционировать уж если не вечно, то очень долго.
Именно так и работают топливные элементы. Причем с окислителем для них проблемы нет – окружающий воздух, как известно, на двадцать с лишним процентов состоит из кислорода. Что же касается восстановителя, то его приходится возить с собой. И вот тут возникают проблемы.
Наилучшим восстановителем по праву считается водород. За ним идут некоторые щелочные и щелочноземельные металлы. Но баллон с водородом небезопасен, при аварии может случиться взрыв. Щелочные и щелочноземельные металлы тоже имеют свойство окисляться на воздухе с выделением большого количества тепла.
Наилучшим во многих отношениях восстановителем показал себя алюминий. Покрытый плотной пленкой оксида, он не окисляется на воздухе, сравнительно дешев и нетоксичен, а электролитом может служить водный раствор кислоты, щелочи или даже соли.
С точки зрения дешевизны и удобства эксплуатации, инженеры ныне отдают предпочтение щелочному электролиту, хотя у него тоже есть недостатки. Щелочь разъедает анод, даже когда топливный элемент не работает, поэтому оснащенный им электромобиль лучше всего использовать круглосуточно, иначе всякий раз щелочь надо сливать.
Но эти минусы – мелочь по сравнению с теми преимуществами, которые сулит авто с топливными элементами.
В самом деле: перезарядка элементов не требует электросети – нужно просто вынуть старые алюминиевые пластины и поменять их на новые. Как показывает практика, это дело 15 минут. Еще проще и быстрее производится слив-залив электролита, причем отработанный можно восстанавливать. Весит агрегат «электродвигатель – топливные элементы» не больше, чем обычный бензиновый двигатель и заполненный бак, и уж, конечно, значительно меньше, чем свинцовые аккумуляторы. А заправляться нужно не чаще, чем бензином.
Алюминевый автомобиль
Единственный крупный недостаток топливных элементов сегодня – существуют они лишь в единичных экземплярах. Не торопятся промышленники пока с их внедрением. Нефти на Земле, дескать, еще много, а парниковый эффект еще не так опасен, чтобы спешно отказываться от ДВС. Но дело к тому все равно идет – первые автомобили на топливных элементах уже появились на испытательных трассах…
Так, на сегодня самый скоростной водородный автомобиль Ford Fucion Hyrogen 999 разработан инженерами компании специально для рекорда в г. Аллан Парк, штат Мичиган, США… Топливные элементы мощностью 400 кВт поставила компания Ballard, электродвигатель – университет штата Огайо. В итоге на трассе в Бонневиле автомобиль под управлением Рика Бернса достиг скорости 333,6 км/ч.
На самом ядовитом топливе
Вообще-то гидразин и его производные – очень сильные яды. Но поскольку это еще и высококалорийное топливо, способное храниться очень долго без особых критичных условий содержания, а в сочетании с определенным окислителем еще и самовоспламеняющееся, то некоторые ракетчики, как наши, так и зарубежные, применяют его в военных разработках. Их не смущает даже то, что от паров соединений гидразина человека не способен защитить даже противогаз обычного типа.
И вдруг эту самую «гадость» сотрудники компании Daihatsu совместно с японским Национальным институтом передовых прикладных наук и технологий (AIST) решили использовать как топливо в автомобиле. Почему? Оказывается, хитрые японцы разработали новый класс топливных элементов, не нуждающихся в платиновых катализаторах и весьма эффективно работающих на гидразине.
Сокращенно такой элемент называется DHFC. Топливом для него служит гидразин гидрат (N2H4H2O), довольно широко применяемый в химической промышленности. Выхлоп же нового топливного элемента представляет собой воду и азот.
Причем если обычные топливные элементы работают, когда через их мембраны проходят протоны, то в новом устройстве DHFC реакцию обеспечивают бегущие сквозь мембрану анионы (ОН-). Благодаря такой «химии» в качестве катализаторов в новом устройстве удалось применить кобальт и никель – куда более дешевые материалы, чем драгоценная платина.
Как сообщает пресс-релиз Daihatsu, обычно в блоке топливных элементов, работающих на водороде, содержится примерно 100 г платины. Стоит такое количество драгметалла – несколько тысяч долларов. В итоге топливная батарея может стоить в 2–3 раза дороже самого автомобиля. Отсутствие же платины в новом аппарате, наряду с другими хитростями (недорогими материалами для сепаратора, корпуса и прочих деталей), позволило сделать новый топливный элемент сравнительно дешевым.
Схема питания топливом экспериментального автомобиля
Но вот как быть с безопасностью? Ведь не будем забывать, что гидразин – сильнейший яд. И что будет с водителем, пассажирами да и окружающими, если при аварии на дороге бак с гидразином даст течь?..
Можете не переживать. Японцы решили и эту проблему. Специалисты Daihatsu придумали специальный бак, наполненный гранулированным полимером, содержащим карбонильную группу. При заправке бака гидразин гидрат вступает в реакцию с полимером. Происходит дегидратация топлива, и гидразин оказывается химически связан. Теперь внутри емкости он образует твердый гидразон, который совершенно безопасен в хранении и которому не страшно разрушение бака в случае аварии. А вода, входившая в состав гидразин гидрата, при заправке из этого самого бака откачивается.
Когда же требуется извлечь связанное топливо, в бак направляется порция горячей воды. Реакции идут в обратном направлении, и полимер высвобождает гидразин гидрат, который перекачивается в топливный элемент. А уж он-то, как водится, вырабатывает электричество для зарядки аккумуляторов и питания электродвигателей автомобилей.
Предполагается также, что и на самой АЗС гидразин будет храниться также в виде гидразона. Лишь в момент заправки он будет соединяться с водой, чтобы его можно было перекачать в бак автомобиля. Еще вариант: создать особый бак-хранилище, куда гидразон можно будет загружать прямо в твердом виде. Так что потенциально опасной может быть лишь небольшая магистраль, соединяющая топливные ячейки с баком. Но ведь и в обычной машине бензин не так уж безопасен.
Между тем хранить новое горючее в подобной машине на топливных элементах несравненно проще, чем водород, который требует либо высокого давления (350 атмосфер) в газообразном виде, либо низкой температуры (минус 253 градусов Цельсия) для сжижения, а значит – очень прочного баллона или очень толстых теплоизолирующих стенок бака.
В общем, придуманная японцами концепция создания экологически чистых авто, может, и не самая совершенная, но, несомненно, одна из самых оригинальных.
