Существуют ли автомобили с пневматическим двигателем
AIRPod: пневмоавтомобиль, который уже можно купить на Гавайях
Разработанная французской компанией Motor Development International (MDI) машинка под названием AIRPod приводится в движение сжатым воздухом. Хотя выпускается она с 2009 года, долгое время она вызывала у всех (за исключением разве что фанатов-экологов) лишь снисходительную улыбку. Действительно, первоначально она могла эксплуатироваться лишь в теплом климате: разработанный в начале 1990-х годов пневматически-пропеллерный двигатель не запускался при низких температурах. И хотя сегодня уже разработана система подогрева сжатого воздуха, расширяющая географию применения AIRPod, приобрести его можно только на Гавайях (штат США).
Дорожное шоу
Весной 2015 года независимая компания ZPM (Zero Pollution Motor – «Двигатели с нулевым загрязнением») провела в прайм-тайм американского телеканала ABC публичное road-show – презентацию с целью привлечения инвесторов (дословно переводится на русский как «дорожное шоу»). ZPM выкупила у французов право на производство и продажу новой модели AIRPod – пока лишь на Гавайях, выбранных в качестве «стартового рынка».
Презентовали проект завода по производству экологически чистых автомобилей два акционера ZPM – известный американский певец Пэт Бун (пик его карьеры пришелся на 1950-е годы) и кинопродюсер Эйтан Такер («Шрек», «Семь лет в Тибете» и др.). Они предлагали потенциальным инвесторам (т. н. «бизнес-ангелам») 50% акций ZPM за 5 млн долларов.
Инвесторы раскошеливаться не спешили. При этом считавшийся наиболее перспективным из них Роберт Херьявец, владелец и основатель канадской IT-компании Herjavec Group, заявил, что ему интересны продажи AIRPod не в одном отдельно взятом штате, а на территории всех США. Так что в настоящее время руководство ZPM ведет переговоры с французами о расширении территории продаж.
Пока же заказать AIRPod могут только резиденты Гавайев. Для этого им необходимо внести залог в размере 1 тыс. долларов (общая стоимость автомобиля составляет 10 тыс. долларов США).
Сжатый воздух
Заправка баллонов сжатым воздухом (два баллона по 125 литров каждый) занимает около трех минут. Стоимость этой операции оценивается в 2 доллара. Компания-производитель рекомендует устанавливать в своем гараже или рядом с домом стационарный компрессор. Аналогичные устройства устанавливаются и в публичных местах – на обычных АЗС, возле супермаркетов и т.д. Полная зарядка вспомогательных бортовых аккумуляторов от бытовой электросети занимает 4 часа.
Двигатель – пневматически-пропеллерный двухцилиндровый, объемом 430 куб. см с регулируемым газораспределением. Планируется, что собирать AIRPod будет сеть небольших заводов из готовых модулей. И те же самые предприятия займутся их сервисным обслуживанием. Что касается безопасности эксплуатации, то по информации производителей, баллоны со сжатым воздухом выполнены из особого термопластика и могут быть деформированы в случае аварии – но при этом не взрываются.
Новая модель для США
Существует три модификации аэромобиля: AIRPod Standart (три места для взрослых пассажиров и одно – для ребенка), AIRPod Cargo с кузовом для перевозки небольших грузов и AIRPod Baby – двухместный стрит-кар. ZPM продвигает, в первую очередь, двухместный вариант, внешне напоминающий обычную малолитражку.
Благодаря применению в конструкции композитных материалов, алюминия и пластмасс, весит машина всего 280 кг. Колес у нее четыре, ведущие – задние (формула 4х2). При этом машина развивает скорость до 80 км/час, запас хода с одной заправки составляет 130 км, а по трассе без маневрирования – 150 км. Управляется машина джойстиком, коробка передач – автоматическая трехскоростная (плюс задний ход).
Кондиционер работает совместно с двигателем, используя для охлаждения салона энергию сжатого воздуха (который, как известно, охлаждается при расширении). На гавайском варианте отопление салона не предусмотрено, однако конструкция позволяет установить обогреватель, а также дополнительный подогреватель для запуска двигателя в условиях пониженной температуры, работающий на аккумуляторах (от них же работает вся бортовая электроника). Тем не менее, автомобиль остается «летним»: его эксплуатация в условиях суровой северной зимы пока по-прежнему невозможна.
Хорошо забытое старое
Разработка транспортных средств, работающих на сжатом воздухе, началась примерно 150 лет назад, еще в XIX веке. Еще в 1861-1862 годах «духоход» конструкции инженера Степана Барановского эксплуатировался на Николаевской железной дороге. Первые парижские трамваи также ходили на сжатом воздухе. В начале XX века активно проектировались «пневмовелосипеды» и пневмо-мотоциклы. Даже автомобили на сжатом воздухе производила 1903 году британская компания Liquid Air Company.
Увы, сжатый воздух в те времена был дорог, и чисто экономически все эти «духоходы» не могли не проиграть сперва паровым, а затем – электрическим двигателям. Ну а появление дешевых в эксплуатации двигателей внутреннего сгорания поставило на сжатом воздухе жирный крест на долгие десятилетия.
В учебниках так и было написано: дескать, главным недостатком пневмодвигателей является непрямое использование энергии: сначала она используется для сжатия воздуха, и лишь потом от сжатого воздуха передается двигателю. А раз каждое преобразование энергии – это дополнительные потери, значит КПД таких двигателей заведомо ниже, чем у двигателя внутреннего сгорания.
И только XXI век с его новыми технологиями и материалами принес аэромобилям второе дыхание. В 2004 году машину, способную пройти целых 16 км на сжатом воздухе создали в Австралии. Подобные разработки существуют у индийской компании Tata Motors, и даже Беларусь имеет действующую модель собственного пневматического «Ў-мобиля». Но до коммерческой эксплуатации первым «доехал» все же AIRPod.
В Люксембурге обещают автомобиль на воздухе, заправляемый за две минуты
В Люксембурге в 2019 году, планируют открыть маленький автомобильный завод для создания пневмомобилей, топливом для которых будет не бензин или электричество, а сжатый воздух.
Как сообщает издание Delano.lu, конструкцию трехколесного двухместного автомобильчика AirРod 2.0 разработала французская компания Motor Development International (MDI), штаб-квартира которой находится в Люксембурге.
Внешне AirPod 2.0 представляет собой трехколесный автомобиль с пластмассовым корпусом, и размерами около 208 см длиной, 160 см шириной и 200 см высотой. Салон рассчитан только на двух человек.
Общий принцип работы пневматического двигателя прост: непосредственно в трехцилиндровый двигатель, похожий на двигатель внутреннего сгорания (ДВС) подается сжатый почти до 250 атмосфер воздух, который хранится в двух больших баллонах под сиденьем. Этот воздух и толкает поршни, вращая коленвал. В результате развивается мощность в 72 киловатта или 96 лошадиных сил: маленький автомобиль разгоняется до 80 км/ч и имеет запас хода 150-200 км на одной зарядке.
В компании считают, что заправить AirРod 2.0 можно за две минуты на специальной станции со сжатым воздухом. А также дома или в гараже: дело в том, что двигатель AirPod 2.0 может работать и в режиме компрессора. Таким образом, предполагается, что за три с половиной часа он полностью себя заправит от обычной розетки.
Известный автожурналист Игорь Моржаретто в беседе с «Газетой.Ru» отмечает, что сейчас появляется достаточно много различных проектов, с помощью которых производители хотят заменить двигатель внутреннего сгорания чем-то более экологичным.
«На данный момент существует много идей того, что придет на замену ДВС, однако, что из этих идей действительно его вытеснит, сказать сложно. Появляется много прогрессивных технологий: Toyota создала первый в мире серийный автомобиль на водородных топливных элементах. Но и здесь есть свои нюансы.
Автоэксперт также предполагает, что какие-нибудь новшества могут появиться и на российских дорогах.
«Вполне возможно, что такие машины появятся и в России: все-таки мы не сильно отстали от мира. Жалко, конечно, что это не наше изобретение, ведь у нас достаточно сильная инженерная школа, — сказал Моржаретто. — Получится ли вывести такие компактные пневмокары на дороги сказать сложно: строгие стандарты безопасности не выведут к потребителю машину, не отвечающую всем требованиям», — рассказал эксперт «Газете.Ru».
Генеральный менеджер MDI Моник Берто верит, что пневмокар безопасен и будет достаточно популярным у автолюбителей и отмечает, что для компании важно устойчивое развитие, а это возможно только при доступности автомобиля для большого количества клиентов.
«Тенденция к разработке экологически чистых устройств имеет смысл только в том случае, если они доступны как можно большему количеству людей, — утверждает Берто. — Будет очень мало толку в борьбе с загрязнением воздуха, если никто не сможет позволить себе ездить на экологичных автомобилях».
Таким образом, в компании считают, что недорогое использование AirРod 2.0 делает его доступным для любого пользователя. В зависимости от страны, полная заправка автомобиля обойдется в 2-3 евро на 100 км. Еще одним преимуществом, как утверждают в MDI, является то, что баллоны не нужно менять: они прослужат в течение всего срока службы транспортного средства.
Несмотря на то, что цена пневмомобиля еще не обнародована, на сайте компании o намерении приобрести AirРod 2.0 уже заявили более 60 000 автомобилистов.
История воздушных двигателей
Стоит отметить, что автомобили, которые используют для движения энергию сжатого воздуха изобретение далеко не новое. В середине — конце XIX века использование такой движущей силы была распространено достаточно широко. На сжатом воздухе работали автомобили, трамваи, локомотивы и другие транспортные средства. Однако позже, с ростом нефтедобычи, его вытеснил двигатель внутреннего сгорания. Пневматический привод сохранился лишь в качестве привода вспомогательных механизмов: тормозов, открытия дверей и прочих, где не требуется затрат большого количества энергии.
К идее воздушных двигателей вернулись лишь в XXI веке. Сделал это Ги Негр, который известен тем, что разрабатывал пусковые устройства для авиационных двигателей и моторов болидов «Формулы-1». Идея была позаимствована Негром именно из конструкции гоночных болидов, в которых для разгона используется турбина, питаемая сжатым воздухом из специального баллона.
Начал Ги Негр с оригинальной концепции гибридного автомобиля, который на малых оборотах двигался бы за счет воздуха, а на больших — запускал обычный двигатель внутреннего сгорания. Этот автомобиль был разработан в середине 90-х, однако изобретатель решил пойти еще дальше. Результатом 10 лет напряженной работы стало несколько моделей, ездящих исключительно на сжатом воздухе.
Свой двигатель изобретатель назвал «Zero Pollution», что в переводе означает «нулевое загрязнение». В 2000 году на выставке Auto Africa Expo2000 в Йоханнесбурге MDI представила вполне реальный, готовый к производству и эксплуатации автомобиль e.Volution с мотором Негра. В техническом описании указывалось, что он способен на одной заправке проехать около 200 км со скоростью до 130 км/ч. Баллоны с воздухом располагаются под днищем машины и имеют объем 300 л. Стоимость подобной поездки для владельца, по расчетам создателей этого автомобиля, должна равняться 30 центам.
Также говорилось о строительстве пяти фабрик в Мексике и Испании и трех — в Австралии. Лицензию на производство автомобиля якобы уже получили больше дюжины стран, а южноафриканская компания вроде бы получила заказ на производство 3000 автомобилей, вместо запланированной экспериментальной партии в 500 штук.
Однако автомобили по неизвестным причинам так и не запустили в производство.
Опытные образцы
На какое-то время разговоры об экологичных автомобилях будущего затихли. Однако затем ажиотаж вокруг них вновь возрос. MDI возобновили работу над пневмокарами в 2003-м, показав концепт Eolo Car.
В 2007 году MDI и крупнейшая индийская автомобилестроительная компания Tata motors подписывают соглашение, в результате которого Tata motors может производить и продавать автомобили с пневмодвигателями. И уже через год компания представляет автомобиль Tata OneCAT. Однако пневмомобиль не прошел в массовое производство из-за того, что мог использоваться только в странах со стабильным теплым климатом.
Второй предсерийный концепт — это известный проект индийского гиганта Tata, автомобиль MiniCAT. Проект был запущен одновременно с AIRpod от MDI в 2009 году, но, в отличие от европейцев, индусы заложили в программу нормальный, полноценный микроавтомобиль с четырьмя колесами, багажником и традиционной компоновкой (в AIRpod, заметим, один из пассажиров сидит спиной к переднему сиденью). Масса Tata чуть побольше, 350 кг, максимальная скорость — 100 км/ч, запас хода — 120 км, то есть MiniCAT в целом похож на машину, а не на игрушку. Одна из фишек этой технологии — использование тепла, выделяющегося при охлаждении расширяющегося воздуха, для нагрева воздуха при заправке баллонов.
Изначально Tata собиралась поставить MiniCAT на конвейер в середине 2012 года и производить порядка 6000 единиц в год. Но обкатка продолжается, а серийное производство отложено до лучших времен. За время разработки концепт успел сменить имя (ранее он назывался OneCAT) и дизайн, так что какая его версия поступит в итоге в продажу, да и поступит ли вообще не знает никто.
Также на Женевском автосалоне помимо AIRpod и Tata MiniCAT был представлен и другой пневмомобиль — MDI OneFlowAir. Он выглядел как миниатюрный кабриолет.
Однако автомобили провалили абсолютно все краш-тесты, поскольку их сверхлегкая конструкция не позволяла должным образом защищать водителя и пассажиров. В массовое производство они так и не вышли.
На данном этапе изобретатели отмечают полезность пневмомобилей для использования их в мегаполисе. С их помощью можно улучшить экологию городов, а также, возможно, сократить пробки из-за компактных размеров и аварийность из-за маленькой максимальной скорости. Не помеха передвижению в городе будет и свойственный пневмомобилям малый запас хода. Об улучшении безопасности для водителя и пассажиров MDI пока не сообщает.
Автомобили на сжатом воздухе: плюсы и минусы
Все новое — это хорошо забытое старое. Так, электромобили в конце XIX века были популярнее бензиновых собратьев, затем они пережили столетнее забвение, а потом снова «восстали из пепла». То же касается и пневмотехники. Еще в 1879 году французский пионер авиации Виктор Татен спроектировал самолет A? roplane, который должен был подниматься в воздух благодаря двигателю на сжатом воздухе. Модель этой машины успешно летала, хотя в полном размере самолет построен не был.
Родоначальником пневмодвигателей на наземном транспорте стал другой француз, Луи Мекарски, разработавший подобный силовой агрегат для парижских и нантских трамваев. В Нанте машины испытали в конце 1870-х, а к 1900 году Мекарски владел парком из 96 трамваев, что доказывало эффективность системы. Впоследствии пневматический «флот» был заменен электрическим, но начало было положено. Позднее пневмолокомотивы нашли себе узкую сферу повсеместного применения — шахтное дело. В то же время начались и попытки поставить воздушный двигатель на автомобиль. Но до начала XXI века эти попытки оставались единичными и не стоящими внимания.
Преимущества воздуха
Пневматический двигатель (или, как говорят, пневмоцилиндр) преобразует энергию расширяющегося воздуха в механическую работу. По принципу действия он аналогичен гидравлическому. «Сердце» пневмодвигателя — поршень, к которому прикреплен шток; вокруг штока навита пружина. Воздух, поступающий в камеру, с увеличением давления преодолевает сопротивление пружины и перемещает поршень. На фазе выпуска, когда давление воздуха падает, пружина возвращает поршень в исходное положение — и цикл повторяется. Пневмоцилиндр вполне можно назвать «двигателем внутреннего несгорания».
Более распространена мембранная схема, где роль цилиндра выполняет гибкая мембрана, к которой точно так же прикреплен шток с пружиной. Ее преимущество заключается в том, что не нужна столь высокая точность посадки подвижных элементов, не требуются смазочные материалы, а герметичность рабочей камеры повышается. Существуют также роторные (пластинчатые) пневмодвигатели — аналоги ДВС Ванкеля.
Основные плюсы пневмодвигателя — это его экологичность и низкая стоимость «топлива». Собственно, из-за безотходности пневмолокомотивы и получили распространение в шахтном деле — при использовании ДВС в замкнутом пространстве воздух быстро загрязняется, резко ухудшая условия работы. Отработанные же газы пневмодвигателя — это обычный воздух.
Один из недостатков пневмоцилиндра — относительно низкая плотность энергии, то есть количество вырабатываемой энергии на единицу объема рабочего тела. Сравните: воздух (при давлении 30 МПа) имеет плотность энергии порядка 50 кВт•ч на литр, а обычный бензин — 9411 кВт•ч на литр! То есть бензин как топливо эффективнее почти в 200 раз. Даже с учетом не очень высокого КПД бензинового двигателя он «выдает» в итоге около 1600 кВт•ч на литр, что значительно выше, чем показатели пневмоцилиндра. Это ограничивает все эксплуатационные показатели пневмодвигателей и движимых ими машин (запас хода, скорость, мощность и т. д.). Помимо того, пневмодвигатель имеет относительно небольшой КПД — порядка 5−7% (против 18−20% у ДВС).
Пневматика XXI века
Актуальность экологических проблем XXI века заставила инженеров вернуться к давно забытой идее использования пневмоцилиндра в качестве двигателя для дорожного транспортного средства. По сути, пневмоавтомобиль экологичнее даже электромобиля, элементы конструкции которого содержат вредные для окружающей среды вещества. В пневмоцилиндре же — воздух и ничего кроме воздуха.
Тем не менее тема пневмоавтомобиля оказалась слишком привлекательной, чтобы о ней забыть.
Сразу в серию?
Одно из решений, позволяющих минимизировать недостатки пневмодвигателя, — облегчение автомобиля. Действительно, городской микролитражке не нужен большой запас хода и скорость, а вот экологические показатели в мегаполисе играют значительную роль. Именно на это рассчитывают инженеры франко-итальянской компании Motor Development International, которые на Женевском автосалоне 2009 года представили миру пневмоколяску MDI AIRpod и ее более серьезный вариант MDI OneFlowAir. MDI начали «сражаться» за пневмокар еще в 2003-м, показав концепт Eolo Car, но лишь спустя десять лет, набив множество шишек, французы пришли к приемлемому для конвейера решению.
MDI AIRpod — это нечто среднее между автомобилем и мотоциклом, прямой аналог мотоколяски-«инвалидки», как ее частенько называли в СССР. Благодаря 5,45-сильному воздушному двигателю трехколесная малолитражка массой всего 220 кг может разогнаться до 75 км/ч, а запас ее хода составляет 100 км в базовом варианте или 250 км в более серьезной конфигурации. Интересно, что у AIRpod вообще нет руля — машина управляется джойстиком. В теории она может передвигаться как по дорогам общего пользования, так и по велодорожкам.
У AIRpod есть все шансы на серийное производство, поскольку в городах с развитой велоструктурой, например в Амстердаме, такие машинки могут быть востребованы. Одна заправка воздухом на специально оборудованной станции занимает около полутора минут, а стоимость передвижения составляет в итоге порядка 0,5 на 100 км — дешевле просто некуда. Тем не менее заявленный срок серийного производства (весна 2014 года) уже прошел, а воз и ныне там. Возможно, MDI AIRpod появится на улицах европейских городов в 2015-м.
Изначально Tata собиралась поставить MiniCAT на конвейер в середине 2012 года и производить порядка 6000 единиц в год. Но обкатка продолжается, а серийное производство отложено до лучших времен. За время разработки концепт успел сменить имя (ранее он назывался OneCAT) и дизайн, так что какая его версия поступит в итоге в продажу, не знает никто. Кажется, даже представители Tata.
На двух колесах
Чем легче автомобиль на сжатом воздухе, тем он более эффективен в плане эксплуатационных и экономических показателей. Логичный вывод из этого утверждения — почему бы не сделать скутер или мотоцикл?
Этим озаботился австралиец Дин Бенстед, который в 2011 году продемонстрировал миру кроссовый мотоцикл O2 Pursuit с силовым агрегатом, разработанным фирмой Engineair. Последняя специализируется на уже упомянутых роторных воздушных двигателях разработки Анжело ди Пьетро. По сути, это классической компоновки «ванкели» без сгорания — ротор приводится в движение подачей воздуха в камеры. Бенстед пошел при разработке от обратного. Сперва он заказал Engineair двигатель, а потом построил вокруг него мотоцикл, использовав раму и часть элементов от серийной Yamaha WR250R. Машина получилась на удивление энергоэффективной: на одной заправке она проходит 100 км и в теории развивает максимальную скорость 140 км/ч. Эти показатели, к слову, превышают аналогичные у многих электрических мотоциклов. Бенстед остроумно сыграл на форме баллона, вписав его в раму, — это позволило сэкономить место; двигатель в два раза компактнее своего бензинового собрата, а свободное место позволяет установить второй баллон, увеличив пробег мотоцикла в два раза.
Но, к сожалению, O2 Pursuit остался лишь одноразовой игрушкой, хотя и был номинирован на престижную изобретательскую премию, учрежденную Джеймсом Дайсоном. Спустя два года идею Бенстеда подхватил другой австралиец, Дарби Бичено, который предложил создать по схожей схеме не мотоцикл, а сугубо городское транспортное средство, скутер. Его EcoMoto 2013 должен быть сделан из металла и бамбука (никакого пластика), но дальше рендеров и чертежей дело пока что не продвинулось.
Помимо Бенстеда и Бичено, схожую машину в 2010 году построил Эвин И Ян (его проект назывался Green Speed Air Motorcycle). Все три конструктора, к слову, были студентами Королевского технологического института Мельбурна, и потому их проекты схожи, используют один и тот же двигатель и. не имеют шанса на серию, оставаясь исследовательскими работами.
Плюсы и минусы автомобилей с пневмодвигателем
Несколько лет назад появилась новость о появлении серии автомобилей, способных работать на сжатом воздухе. Но планы индийской компании ТАТА, так и остались всего лишь планами. Несмотря на это, автомобили, работающие именно на сжатом воздухе стали реальностью. Ежегодно появляется несколько, стоит отметить, вполне жизнеспособных проектов. А уже в 2016 году французская компания Peugeot, вполне серьезно планирует поставить на конвейер производство автомобилей как раз на сжатом воздухе.
История развития транспорта на сжатом воздухе начинается еще с 1879 году. Французский авиаконструктор Виктор Татен создал самолет Aeroplane. Модель самолета могла подниматься в воздух с помощью двигателей на сжатом воздухе. А вот реальная версия самолета так и не была построена.
Преимущества пневматического двигателя
Работа двигателя заключается в преобразовании энергии воздуха при его расширении в механическую работу. Принцип действия пневматического двигателя, в принципе, такой же, как и гидравлический. Главным рабочим органом пневмодвигателя является поршень, с прикрепленным штоком и пружиной. В камеру поступает сжатый воздух и расширяется, сжимая пружину и перемещая поршень. Затем происходит фаза выпуска воздуха и возвращение поршня в исходное положение. Как видим, ничего особо сложного и можно предполагать, что и шате м запчасти для таких двигателей не станут проблемой.
Преимущества пневматического двигателя:
• Экологичность;
• Низкая стоимость «топлива»;
• Низкая стоимость.
Недостатки пневматического двигателя:
• Низкая плотность энергии (количество выработанной энергии на единицу объема);
• Необходимость наличия теплообменника;
• Низкие эксплуатационные способности двигателя.
Экологические проблемы планеты в ХХІ веке, вполне заслуженно заставили инженеров всех профилей вернуться к подзабытой идее пневматического двигателя. Экологичность пневматических двигателей даже выше, чем электрических. Пневматические двигатели не выбрасывают в окружающую среду ничего, кроме воздуха.
Основной задачей инженеров ХХІ века – улучшить эксплуатационные характеристики пневмодвигателя, дабы он мог составить конкуренцию электрическому двигателю.
На данный момент сложно использовать пневмодвигатель в качестве основного источника хода автомобиля. Существуют множество небольших городских автомобилей, работающих исключительно на сжатом воздухе. Но они имеют низкий запас хода и небезопасны для водителя и пассажиров.
Инженерам компании Peugeot пришла в голову использовать пневмодвигатель в паре с бензиновым. Компания объявила о появлении гибридных автомобилей Peugeot 2008 с пневмодвигателем в 2016 году. Максимальная дальность поездки автомобиля на одном лишь пневмодвигателе составит 75 км. Концепт Пежо кажется вполне жизнеспособным и способны составить конкуренцию другим видам гибридных автомобилей.