Выхлоп чище воздуха

ТЕХНИКА

/СВЕЖИЕ ИДЕИ

ВЫХЛОП ЧИЩЕ ВОЗДУХА

АЛЬТЕРНАТИВА ТРАДИЦИОННОМУ МОТОРУ

ТЕКСТ / АНАТОЛИЙ СУХОВ

Почему именно этот человек загорелся идеей, которая уже десятки лет витала в воздухе и даже воплощалась в опытных образцах? Сыграл ли роль опыт работы в авиации, где многие исполнительные механизмы - "компрессоры наоборот": поршневые моторчики, работающие от сжатого воздуха? Или, уже будучи конструктором моторов формулы 1 и наблюдая, как воздушная турбина раскручивает при пуске двигатель гоночного болида, он задумался о том, сколько энергии заключено в баллоне со сжатым воздухом? Ведь дизельные монстры танков и тепловозов запускают, подавая в цилиндры воздух. А что если пусковой режим превратить в рабочий?

Увлеченный этой идеей, Ги Негр в 1991 году покидает формулу 1, берет патент на изобретение и с группой единомышленников на основанной ими фирме MDI (Motor Development International) создает первую действующую модель гибридного двигателя, способного работать на сжатом воздухе, бензине, газе или дизельном топливе. Как же он устроен?

Ги Негр решил отказаться от классической схемы, где все процессы - сжатие, воспламенение смеси и рабочий ход - происходят в одном цилиндре. В новом моторе их два, причем разного диаметра (один объемом 270 смз, другой - 755 смз). Цилиндры соединены каналами со сферической камерой объемом 20 смз.

При работе двигателя на бензине в малом цилиндре происходят всасывание и сжатие горючей смеси, которая затем выталкивается в камеру сгорания. Там она поджигается искровым разрядом и сгорает при постоянном объеме (оба клапана камеры закрыты). Затем открывается клапан, ведущий в цилиндр расширения (большой).

У такой схемы ряд преимуществ. Фаза сгорания отделена от расширения и намного продолжительнее, чем в обычном двигателе, поэтому новый мотор может работать на предельно обедненных, медленно горящих смесях, ему не нужен глушитель, а токсичность выхлопа сравнима с обычным городским воздухом.

При работе на сжатом воздухе процессы в двигателе практически не изменяются (см. пояснения к схеме рабочего цикла).

Подопытным автомобилем выбрали маленький "Ситроен-АХ". На скоростях до 60 км/ч, когда потребная мощность не превышает 10 л. с., мотор работает на воздухе, свыше 60 - автоматически переходит на бензин (максимальная мощность - 70 л. с. при 7000 об/мин). Расход бензина на шоссе - менее 3 л/100 км - почти сенсация. Объем воздушного резервуара на первых порах был невелик - всего 15 л, но даже этого хватало на час городской езды. Казалось, цель достигнута...

Но Ги Негр принялся за новый двигатель и... новый автомобиль. Название ТОР (Taxi Zero (O) Pollution) - "такси с нулевым загрязнением" отражает концепцию: в этой машине не будет бензиновой подпитки, только сжатый воздух. Еще в проекте автомобиль вызвал огромный интерес не только у специалистов, но и у власть предержащих. Так, в Мексике парламентская комиссия по транспорту заинтересовалась разработками французских инженеров, и после посещения мексиканцами в 1997 году завода в Бриньоле был подписан контракт о постепенной замене всех 87 тысяч такси Мехико, самой загазованной столицы в мире, машинами с чистым "выдохом". Собирать "ТОР-модели" будут на месте - французы построят за океаном завод под ключ.

Предвидим возражения: дескать, для того, чтобы закачать в баллоны воздух, нужна энергия, а электростанции - тоже источники загрязнений. Авторы проекта посчитали конечный КПД в цепочке "нефтеперегонный завод-автомобиль" для бензинового, электрического и "воздушного" автомобиля: 9,4, 13,2 и 20% соответственно - "воздушник" лидирует с заметным отрывом.

Новый мотор во многом повторил уже обкатанный гибридный. Однако теперь поршни стали дольше "зависать" в мертвых точках (80% времени) благодаря особым проскальзывающим муфтам на коленчатом валу. В цилиндр засасывается не наружный воздух, а часть выхлопа. Нет систем зажигания, впрыска топлива, бензобака. Зато под днищем аккуратно расположились четыре карбоновых (почти невесомых!) 50-литровых резервуара для сжатого воздуха. Его запаса (200 л при 200 атм) хватает на 500 км при скорости 40 км/ч или на 100 км при 90 км/ч (см. график). При торможении энергия рекуперируется - компрессор высокого давления закачивает наружный воздух обратно в баллоны. "Заправлять" автомобиль можно двумя способами. От воздушной магистрали высокого давления - 2-3 минуты (по западным ценам всего за полтора доллара) или от электросети: тот же компрессор накачает баллоны за 4 часа - быстрее, чем заряжается электромобиль.

Автомобиль проектировали сразу в четырех вариантах: пятиместное такси, пикап, фургон и шестиместный универсал. Кузова - стеклопластиковые, поэтому масса машин в снаряженном состоянии всего 650-700 кг. Водительская дверь распашная, пассажирская - сдвижная. Несмотря на небольшие габариты автомобиля - 3,84 м в длину и 1,72 м - в ширину, в салоне свободно размещаются шесть человек, двое (включая водителя) - впереди, трое - сзади и один - сбоку, напротив двери. Таким образом, каждый пассажир может свободно выйти, не мешая остальным и почти не пригибаясь: пол у машины плоский, а высота сравнима с мини-вэном - 1,75 м. В такси место рядом с водителем отдано под широкую нишу для багажа. Пассажирский салон отделен прозрачной перегородкой. Благодаря "дармовому" холоду от расширения воздуха все машины оснащены кондиционером, а вот отопитель понадобится автономный. Кстати, Ги Негр утверждает, что в России проблем с эксплуатацией машины не будет: двигатель работает на разнице давлений (200 атмосфер в баллон можно закачать и в жару и в мороз), а чтобы конденсат не замерзал в магистралях, устанавливают влагоотделитель.

Сейчас ТОР проходят омологацию, и с 2001 года должны появиться в продаже, причем по всему миру: уже продано 19 заводов мощностью 2000 автомобилей в год каждый - в Австралию, Новую Зеландию, Южную Африку, Мексику, Испанию, Францию, Швейцарию. Планируемая отпускная цена "воздушников" - около 10 000 долларов.

Не следует, однако, спешить с выводом о "закате карьеры" традиционного ДВС. Вспомним: три четверти века он укреплял свои позиции, вытесняя альтернативные конструкции - чему во многом способствовала дешевизна и доступность нефтяного топлива. Зато последние лет двадцать пять внимание инженеров (не говоря об экологах) сосредоточилось на недостатках классических тепловых двигателей и поисках иных технических решений. Двигатель Ги Негра - лишь одно из них; удастся ли авторам "раскрутить" его в ощутимых масштабах, мы, надо полагать, узнаем в ближайшие год-два. Тогда и станет ясна практическая ценность изобретения.

TOP-TAXI ZERO...

ОБЩИЕ ДАННЫЕ: число мест - 6/5 (универсал/такси), 1+1 (пикап), 1+1 (фургон); снаряженная масса - 700 кг (такси, универсал), 675 кг (фургон), 650 кг (пикап); грузоподъемность - 500 кг (для всех моделей); максимальная скорость - 110 км/ч; время разгона с места до 100 км/ч - 11,5 (9,7) с; расход топлива в условном загородном (городском) циклах - 5,9 (6,7); 9,6 (12,0) л/100 км; запас хода (при 60 км/ч) - 240 км. РАЗМЕРЫ, мм: длина - 3840; ширина - 1720; высота - 1750; база - 2915; колея спереди/сзади - 1460/1420; радиус поворота - 5,0 м. ДВИГАТЕЛЬ: с электронным впрыском сжатого воздуха, двухцилиндровый, расположен сзади; рабочий объем - 1200 смз; мощность - 18,3 кВт/25 л. с. при 3500 об/мин; максимальный крутящий момент - 61,7 Н.м/6,3 кгс.м при 1500-2500 об/мин. Электрооборудование: 12 В. ТОРМОЗА: дисковые спереди и сзади. РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ: реечное. РАЗМЕР ШИН: 145/70R13.

УСТРОЙСТВО И РАБОЧИЙ ЦИКЛ ГИБРИДНОГО ДВИГАТЕЛЯ

1 - цилиндр расширения (большой); 2 - поршень большого цилиндра; 3 - выпускной канал; 4 - клапаны; 5 - баллон со сжатым воздухом; 6 - воздушная форсунка; 7 - камера сгорания; 8 - свеча зажигания; 9 - топливная форсунка; 10 - впускной канал; 11 - цилиндр всасывания и сжатия (малый); 12 - поршень малого цилиндра.

а - поршень в малом цилиндре движется вниз, засасывая наружный воздух (при работе на бензине - горючую смесь), одновременно открывается выпускной клапан в камере сгорания, выпуская воздух от предыдущего такта в большой цилиндр.

б - поршень в малом цилиндре сжимает воздух или - при работе на бензине - горючую смесь (впускной клапан цилиндра закрыт, впускной клапан камеры сгорания открыт). В конце такта сжатия давление поднимается до 21 бар, температура - до 400°С. В большом цилиндре происходит рабочий ход.

в - в камеру сгорания подается сжатый воздух под давлением 40-50 бар (или поджигается горючая смесь), в это время в большом цилиндре - такт выпуска.

"Воздушный" мотор.

Под днищем - углепластиковые баллоны со сжатым воздухом.

Этот пикап увезет полтонны.

Внутри - просторно.

Внешняя скоростная характеристика двигателя.

График необходимой мощности в зависимости от скорости автомобиля и пробега между заправками.