Юный техник, 2001 № 11

ЖУРНАЛ «ЮНЫЙ ТЕХНИК»

_{НАУКА ТЕХНИКА ФАНТАСТИКА САМОДЕЛКИ}

№ 11 ноябрь 2001

Популярный детский и юношеский журнал.

Выходит один раз в месяц.

Издается с сентября 1956 года.

КАРТИНКИ С ВЫСТАВКИ

«На автомобиле в XXI век»

На любой выставке встретишь экспонаты, уже вошедшие в обиход, и те, что еще только ожидаются на рынке. Пятый по счету Международный автомобильный салон, проходивший в Москве, не исключение. Здесь было немало машин, уже давно освоивших улицы городов, получивших признание автолюбителей. Но нас особо заинтересовали те модели, что представляют собой концепт-кары, экспериментальные образцы, на которых ученые и инженеры опробуют свои новые идеи.

Многочисленные посетители салона смогли увидеть все лучшее, что на нынешний день создано не только нашими автозаводами, но и ведущими концернами мира.

«Фольксвагены» хорошо известны в нашей стране и пользуются заслуженной популярностью.

Автолюбителю лучше знать, что именно скрывается под капотом.

Это всего лишь рекламный трюк.

Мотор — сердце машины… И средоточие новейших технологий.

Хороша машина, не правда ли?

ГОРИЗОНТЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ

Когда же мы поедем на электричестве?

Вынесенный в заголовок девиз Московского салона обещает, казалось бы, рождение транспорта наиболее экологичного, не приносящего ущерба ни здоровью людей, ни природе. ДВС, пожалуй, в этой области почти исчерпал себя. Вся надежда на электричество. И разработки автомобилей на электрической тяге идут уже не первый год. С чем же мы пришли к 2001-му?

Гулливер среди легковых автомобилей — I.DE.A KAZ…

Не только престижа ради…

Лимузин, носящий кодовое название I.DE.A KAZ, впечатляет с первого взгляда. Еще бы! Габариты 6700x1950x1675 мм, на восьми колесах!.. Роящиеся вокруг него хозяева-японцы выглядят, почти как лилипуты. Однако размеры не главное достоинство этого монстра!

Один из его создателей, профессор из Keio University Хироши Шимизу, приоткрыл нам его технические возможности. Слышали ли вы когда-нибудь об электромобиле мощностью 590 л.с., разгоняющемся до 300 км/ч, с пробегом на одной зарядке в щадящем режиме 600 км, а при средней скорости 100 км/ч до 300 км?!

А сам профессор, возглавляющий с 1978 года специальную лабораторию электрических автомобилей, стал своего рода «соучредителем» еще двух рекордов скорости — в 1991 году один из электромобилей, сделанный при его участии, развил скорость 176 км/ч, а в 1997-м его модернизированная модель — до 270 км/ч.

Правда, то были рекордные машины, эта же выставлялась в качестве предсерийного образца. А вся «изюминка» в том, что KAZ движется от 84 сдвоенных литиум-ионных батарей, подающих энергию на встроенные в колеса электромоторы, каждый с тягой в 100 Нм при 12 000 об/мин.

Чтобы справиться с такой махиной, пришлось позаимствовать управление у большегрузных автопоездов — поворотные здесь не только 4 передних колеса, но и два задних. — Слов нет, машина броская. Но… — познакомившись с японской разработкой, пожал плечами представитель ВАЗа Александр Михайлович Колесников. — Даже VIP-персон развозить на ней накладно. Одни аккумуляторы стоят больше миллиона долларов!..

Сами вазовцы представляли на выставке два типа электромобилей. Маленький предназначался для поездок по исторической части города, куда нет доступа обычному транспорту, или для продвижения по полю для игры в гольф…

Электромобиль побольше — грузовой. Его вазовцы разработали прежде всего для собственных нужд.

Главный конвейер Волжского автомобильного завода имеет протяженность более километра. Рабочие ездят по сборочному цеху на велосипедах. А как возить грузы? Оказалось, обычные электрокары выручают не всегда — уж слишком большие концы приходится делать. Вот и возят детали в тележках, влекомых трактором «Беларусь». А ведь это закрытое помещение…

Грузовой электромобиль, названный «Бронтокаром», пришелся ко двору. И не только волжанам. Новинкой заинтересовались представители других машиностроительных заводов, имеющих сходные проблемы. Так что уже на апрель 2002 года намечено начало серийного выпуска.

Стоит машина относительно недорого — 6500 долларов. Свинцово-кислотные аккумуляторы способны работать без подзарядки 8 часов — как раз хватает на рабочую смену. Около 600 кг груза «Бронтокар» способен везти в собственном кузове, а еще 1000 кг в прицепе.

А так выглядит «Бронтокар».

На дорогу выходят гибриды

Однако и «Бронтокар», как сознались его создатели, не лишен недостатка всех электромобилей. После пробега в 8 часов столько же потом приходится заряжать истощенные батареи. И уж по пути не заправишься, как это ныне делают современные машины. Мало помогают и разнообразные ухищрения, позволяющие сократить время зарядки.

И тогда конструкторы решили пойти в обход. Они подсчитали, что сегодня 1/7 часть горючего, сжигаемого автомобилем, уходит на обеспечение работы электрооборудования. А приборов с каждым годом становится все больше — кондиционеры, печки, обогреваемые зеркала и сиденья, электромагнитное управление впрыском топлива, электромеханические тормоза, электростеклоподъемники…

Так не совместить ли двигатель внутреннего сгорания, генератор и электромотор в единый силовой комплекс? Так родился проект гибридного авто, над реализацией которого сегодня работают многие крупные фирмы.

Первыми и здесь опять-таки оказались японцы. Корпорация Toyota уже серийно выпускает модель Prius. Под капотом машины два двигателя — электрический и бензиновый. Специальный индикатор на приборном щитке показывает водителю, какой из двух работает в данный момент. Трогается машина на электрической тяге, но стоит ей набрать скорость, как электроника включает бензиновый двигатель. И наоборот.

Toyota уже продала в Японии более 20 тысяч таких автомобилей. На 100 км машина расходует в среднем всего 3,6 л бензина. И это при том, что мощный никелевый аккумулятор вкупе с электромотором прибавил к стандартной массе автомобиля добрых 300 кг. Примерная цена новинки около 15 тысяч долларов.

Пионером же гибридного автомобиля можно считать легендарного немецкого конструктора Фердинанда Порше: еще в 1900 году на Всемирной выставке в Париже он продемонстрировал машину, в которой двигатель внутреннего сгорания служил лишь генератором для четырех электромоторов, установленных непосредственно в колесных арках.

И его соотечественники не забыли об этом. Говорят, Volkswagen разрабатывает прототип машин, где двигатель внутреннего сгорания станет работать в одном и том же режиме практически все время пути. Но он не будет крутить колеса, а лишь подзаряжать аккумуляторы, питающие электромотор. Так и выхлоп получится минимальным, и автомобиль все время на ходу, не требует длительного времени на подзарядку батарей.

Электромобиль ВАЗа для перевозки пассажиров.

Следом за капитаном Немо

А фирмы Daimler-Chrysler и Ford идут своим путем. Перед ними цель — создать водородный двигатель. Принцип его таков: в машине работает миниатюрный химический завод. В результате реакции запасенного водорода и кислорода, забираемого из воздуха, получается вода, а высвобождаемая энергия дает ток для электродвигателя.

Научное обоснование такому химическому процессу было дано еще в 1839 году Уильямом Гроувом, а наиболее увлекательно волшебный двигатель описал Жюль Верн в романе о капитане Немо. Но на деле при создании такого двигателя обнаружилось немало технических проблем.

Одна из них — где и как хранить водород. Если просто в баллоне под большим давлением, значит, придется возить в машине своеобразную бомбу, которая может взорваться в любой момент. Наиболее безопасный способ — закачивать водород внутрь специальной металлической губки. Ее ячейки разделяют массу водорода и значительно уменьшают пожароопасность.

На сегодняшний день прототип реального водородного двигателя удалось создать пока только инженерам Daimler-Chrysler.

Речь идет о Necar (New Electric Саг). Эта машина мало чем внешне отличается от известной мерседесовской малолитражки A-класса, но весит на 300 кг больше стандартной модели и развивает мощность 55 кВт.

В первых разработках водородная установка занимала весь багажник, сейчас конструкторы ухитрились разместить ее под днищем. Necar-3 использовал в качестве горючего метанол, из которого выделяется водород. Necar-4 уже работает на чистом водороде, который хранится в баллоне при температуре минус 250 °C.

Вездесущие мальчишки первыми опробовали новую технику.

Что горит в топливных элементах?

Сколько времени понадобится инженерам, чтобы автомобиль с водородным двигателем смог на равных конкурировать с традиционным, не знает никто. К примеру, эксперты из Базельского института прогнозирования считают, что на это уйдет от 50 до 100 лет. Более оптимистичны эксперты из германской консультационной фирмы Roland Berger: по их мнению, через 20 лет в мире будет до миллиона водородных машин.

Ну, а наши конструкторы возлагают определенные надежды на использование топливных элементов.

— Самый простейший топливный элемент — химический источник тока — обычная батарейка, — пояснял мне, стоя рядом с экспериментальным автомобилем «Лада-Антэл», другой представитель ВАЗа, Николай Иванович Калачев. — Принципиальное отличие его от батарейки лишь то, что электричество генерируется в нем до тех пор, пока на анод поступает топливо, а на катод окислитель…

Основные побочные продукты при работе топливного элемента — тепло и вода. А в качестве топлива может быть использовано практически любое водородосодержащее — природный газ, метанол, даже дизельное топливо…

Кроме экологической чистоты, у топливных элементов есть еще одно преимущество — чрезвычайно высокий коэффициент полезного действия: до 75 %. Это примерно вдвое выше, чем обычно. Кроме того, топливный элемент одновременно вырабатывает еще и тепло, которое в принципе тоже может быть утилизировано. Тогда суммарный КПД системы может достигать 90–95 %. Более эффективной системы человечество пока не знает.

Однако, кроме преимуществ, топливные элементы имеют и свои недостатки. Те элементы, которые вазовцы использовали в своей разработке, раньше стояли на космическом челноке «Буран». Тот больше не летает, вот топливные элементы и пригодились. Но цены на них пока космические — до 300 тыс. долларов. Единственное, что утешает: разработчики считают, что при массовом производстве цены на них должны упасть примерно на два порядка. Правда, до тех времен надо еще дожить…

«Лада-Антэл» — перспективный автомобиль на топливных элементах.

Схема устройства топливного элемента: