Экологический автомобиль

Инженеры компании полагают, что  двигатель может простаивать  около 50% времени при применении к автомобилю нового европейского цикла  тестирования расхода топлива. Поскольку  время вращения маховика ограничено, наиболее эффективно маховиковая система  проявляет себя при движении в  городских условиях, с частыми  разгонами и торможениями.

Раскрученный рекуперативный маховик  добавляет автомобилю 80 лошадиных  сил при старте, значительно сокращая время разгона от 0 до 100 км/ч.

Попытки применить маховики предпринимались  и ранее, но они были сделаны из стали, были тяжелыми и громоздкими. Новый маховик сделан из углеродного волокна имеет массу 6 кг и диаметр 20 см. Маховик вращается в вакуумном модуле для уменьшения сопротивления воздуха.

Механическая система рекуперации  с применением углеволоконного маховика имеет ряд преимуществ перед электромагнитным конкурентом. Она не нуждается в дорогостоящем аккумуляторе, генераторе и как следствие состоит из более доступных и дешевых материалов, которые снижают себестоимость системы и улучшают перспективность вторичной переработки. Маховик не боится низких температур.

BMW

Работа многих тепловых машин, в  том числе и двигателей внутреннего  сгорания, связанна с большими тепловыми  потерями, в результате которых, кстати, происходит постоянный нагрев атмосферы. Потери современного двигателя составляют 50-70%, то есть больше половины энергии  рассеивается в окружающую среду  без пользы. Поэтому в качестве следующего этапа в создании ДВС  с более высоким КПД компания BMW выбрала восстановление и повторное  использование тепловой энергии, которая  теряется через выхлопные газы и  поглощается системой охлаждения. 
 
Проект стартовал еще в 2000 году, но только спустя пять лет инженеры немецкой компании представили 4-цилиндровый мотор объемом 1.8 л, который выдавал на 15 лошадиных сил больше мощности и на 20 Нм крутящего момента, но при этом был экономичнее своих аналогов на 15%.

 

17

Технология Turbosteamer базируется на паровой турбине, которую в 1884 году запатентовал Шарль Парсонс. Происходит все следующим образом: вода нагревается до состояния пара, используя тепло во впускном коллекторе и системе охлаждения. Пар поступает в небольшую турбину, соединенную с коленчатым валом. Паровой привод Turbosteamer позволяет использовать до 80-90% энергии выхлопных газов, повышая эффективность работы системы на 10-15%.

Однако это не единственная возможность  использовать тепловые потери. В 2009 году BMW представил автомобиль, в систему  рециркуляции отработавших газов которого был встроен термоэлектрический генератор. За счет разности температур на каталитическом дожигателе он вырабатывал до 250 Вт электроэнергии, при этом выбросы CO2 были снижены на 2%. Значительного прогресса в развитии этой технологии добилась также компания General Motors.

 

BMW планирует объединить паровой  привод Turbosteamer и термоэлектрический генератор в системах своих будущих автомобилей, поднимая топливную экономичность на новый уровень. Сейчас ведутся работы над оптимизацией технологий: снижение веса и увеличение мощности. Ожидается, что такие системы появятся на серийных моделях баварской марки в 2015 году.

 

18

Skoda

Спрос на небольшие и недорогие  автомобили с низким расходом топлива  растет. В новый для себя сегмент  вступает компания Škoda. Компактный ситикар– это почти точная копия представленного недавно Volkswagen Up!. Та же моторная линейка, тот же дизайн, а вот цена, скорее всего, будет ниже. Не зря марку Škoda называют «бюджетным Фольксвагеном».

От немецкого народного  автомобиля Up! чешская малолитражка отличается разве что радиаторной решеткой и шильдиком Škoda. В остальном машины идентичны. Габариты Škoda Citigo: 3560 мм длина, 1650 мм ширина и 1480 мм высота. Колесная база 2420 мм обеспечивает достаточно комфорта для четырех пассажиров даже в длительных поездках. Багажное отделение в обычном состоянии имеет объем 250 литров, но при сложенном заднем ряде он увеличивается до 950 литров!

Škoda Citigo получит два новых трехцилиндровых бензиновых мотора VW мощностью 60 и 75 лошадиных сил. Кроме того, будет доступна версия Green Tec, отличающаяся от остальных низким расходом и небольшими вредными выбросами (3.7 л/100 км и 97 г/км CO2). Стандартные двигатели будут иметь 4 л/100 км расход и 105 г/км выбросы CO2 для 60-сильной версии, и 4.3 л/100 км и 108 г/км CO2 для версии 75 лошадиных сил.

 

19

1.4.Электромобили

Сравнение с ДВС — преимущества

• Отсутствие вредных выхлопов в месте нахождения электромобиля.
• Высокая экологичность ввиду отсутствия применения нефтяных топлив, антифризов, трансмиссионных и моторных масел, а также фильтров для этих жидкостей.
• Простота техобслуживания, большой межсервисный пробег.
• Низкая пожаро- и взрывоопасность при аварии.
• Простота конструкции (простота электродвигателя и трансмиссии, отсутствие необходимости в переключении передач) и управления, высокая надёжность и долговечность экипажной части (до 20—25 лет) в сравнении с обычным автомобилем.
• Возможность подзарядки от бытовой электрической сети (розетки), но такой способ в 5—10 раз дольше, чем от специального высоковольтного зарядного устройства.
• Электромобиль — единственный вариант применения на легковом автотранспорте дешевой (по сравнению с бензином) энергии, вырабатываемой АЭС, ГЭС и электростанциями других типов.
• Массовое применение электромобилей смогло бы помочь в решении проблемы «энергетического пика» за счёт подзарядки аккумуляторов в ночное время.
• ТЭД имеют КПД до 90-95 % по сравнению с 22-42 % у ДВС .
• Меньший шум за счёт меньшего количества движимых частей и механических передач.
• Высокая плавность хода с широким интервалом изменения частоты вращения вала двигателя.
• Возможность подзарядки аккумуляторов во время рекуперативного торможения и при движении вниз по склонам (при переключении двигателя в режим генератора).
• Возможность подзарядки аккумуляторов от энергии солнца (как во время движения, так и во время простоя автомобиля).
• Возможность торможения самим электродвигателем (режим электромагнитного тормоза) без использования механических тормозов — отсутствие трения и соответственно износа тормозов.
• Простая возможность реализации полного привода и торможения путем применения схемы «мотор-колесо», что позволяет, помимо прочего, легко реализовать систему одновременного поворота всех четырех колес, вплоть до перпендикулярного положения.
• Также как и в автомобилях с ДВС, часть энергии (около 10 %) теряется в коробке передач и других элементах трансмиссии. Для решения этой

20

проблемы в элекромобилях, компания Mitsubishi Motor разработала колесо с встроенным электродвигателем (мотор-колесо). Система получила название Mitsubishi In-wheel motor Electric Vehicle (MIEV). Аналогичное мотор-колесо разработала Toyota. Прототип автомобиля Toyota Fine-T может поворачивать колёса перпендикулярно оси автомобиля, что позволяет значительно упростить парковку. Возможно также решением данной проблемы будет отказ от коробки передач в пользу обычной цилиндрической передачи, как на локомотивах (КПД около 95 %) или простого карданного вала, как на троллейбусах.

Сравнение с ДВС — недостатки

• Аккумуляторы за полтора века эволюции так и не достигли характеристик, позволяющих электромобилю на равных конкурировать с автомобилем по запасу хода и стоимости, несмотря на значительное усовершенствование конструкции. Имеющиеся высокоэнергоёмкие аккумуляторы либо слишком дороги из-за применения драгоценных или дорогостоящих металлов (серебро, литий), либо работают при слишком высоких температурах (рабочая температура натрий-серного аккумулятора — более 300 °С). Кроме того, такие аккумуляторы отличаются высоким саморазрядом. Одним из перспективных направлений стала разработка никель-металл-гидридных аккумуляторов с оптимальным соотношением энергоёмкости и себестоимости, однако из-за патентных ограничений на NiMH-аккумуляторы ^[4] на электромобилях вынуждены применять свинцово-кислотные АКБ. Впрочем, энергоёмкость таких АКБ увеличилась за XX век в 4 раза (до 40—45 Вт·ч/кг) и они не требуют обслуживания в течение всего срока службы. Значительно повысить отдачу от аккумуляторов позволило применение электронных систем оперативного контроля за состоянием и зарядкой-разрядкой АКБ. Возможно выходом из этой ситуации будет применение топливных элементов, в частности дешевеющих PEM-элементов.
• Аккумуляторы хорошо работают при движении электромобиля на постоянных скоростях и при плавных разгонах. При резких стартах тяговые АКБ теряют много энергии. Для увеличения пробега электромобиля необходимы специальные стартовые системы, например, на конденсаторах, а также применение систем рекуперации энергии (экономия до 25 %).
• Проблемой является производство и утилизация аккумуляторов, которые часто содержат ядовитые компоненты (например, свинец или литий) и кислоты.
• Часть энергии аккумуляторов тратится на охлаждение или обогрев

21

салона автомобиля, а также  питание прочих бортовых энергопотребителей (например, свет или воздушный компрессор). Предпринимаются усилия, чтобы решить эту проблему с использованием топливных элементов, ионисторов и фотоэлементов.

• Для массового применения электромобилей требуется создание соответствующей инфраструктуры для подзарядки аккумуляторов («автозарядные» станции).
• При массовом использовании электромобилей в момент их зарядки от бытовой сети возрастают перегрузки электрических сетей «последней мили», что чревато снижением качества энергоснабжения и риском локальных аварий сети.
• Длительное время зарядки аккумуляторов по сравнению с заправкой топливом.
• Малый пробег от одного заряда. Литиевая батарея ёмкостью 24 кВт·ч при средних условиях движения (60-90 км/ч, ближний свет фар (фары на светодиодах), без отопления салона, без кондиционера) позволяет электромобилю проехать около 160 км. Использование кондиционера, отопителя салона, движение с частым разгоном/торможением, движение со скоростью более 90-100 км/ч, загрузка электромобиля пассажирами или грузом уменьшают пробег от одного заряда до 2-х раз (до 80 км).
• Высокая стоимость литиевых батарей, или высокий вес достаточно ёмких свинцовых батарей. Литиевая батарея ёмкостью 24 кВт·ч стоит порядка 6000-9000 $ (даёт около 160 км пробега). Свинцовые батареи весом порядка 400 кг позволяют иметь пробег всего около 80 км, к тому же свинцовые батареи очень не любят глубокого разряда. Использование большего количества свинцовых батарей приводит к перегрузке электромобиля, а использование литиевых батарей большей ёмкости сильно удорожает электромобиль. Другие типы батарей в электромобилях практически не используются.
• Ухудшение характеристик (ёмкости, при заряде и при расходе энергии) батарей на холоде.
• Деградация литиевых и других батарей с возрастом. В лучших моделях литиевых батарей через 5-8 лет остается менее 80% емкости.

Новейшие достижения

22-23 мая 2010 года переделанная  на электротягу малолитражка Daihatsu Mira EV, творение Японского клуба электромобилей, проехала 1003 километра и 184 метра на одном заряде аккумулятора.

22

24 августа 2010 года электромобиль  «Venturi Jamais Contente» с литий-ионными аккумуляторами на солёном озере в штате Юта установил рекорд скорости 495 км/ч на дистанции 1 км. Во время заезда автомобиль развивал максимальную скорость 515 км/ч.

27 октября 2010 года электромобиль  «lekker Mobil» конвертированный из микровэна Audi A2 совершил рекордный пробег на одной зарядке из Мюнхена в Берлин длиной 605 км в условиях реального движения по дорогам общего пользования, при этом были сохранены и действовали все вспомогательные системы, включая отопление. Электромобиль с электродвигателем мощностью 55 кВт был создан фирмой «lekker Energie» на основе литий-полимерного аккумулятора «Kolibri» фирмы «DBM Energy». В аккумуляторе было запасено 115 кВт·ч, что позволило электромобилю проехать весь маршрут со средней скоростью 90 км/ч (максимальная на отдельных участках маршрута составляла 130 км/ч) и сохранить после финиша 18 % от первоначального заряда. По данным фирмы DBM Energy электропогрузчик с таким аккумулятором смог непрерывно проработать 32 часа, что в 4 раза больше, чем с обычным аккумулятором. Представитель фирмы «lekker Energie» утверждает, что аккумулятор «Kolibri» способен обеспечить суммарный ресурсный пробег до 500 000 км.

29 ноября 2010 года победителем конкурса  Европейский автомобиль года  впервые объявлен электромобиль  модели Nissan Leaf, получивший 257 очков.

Ventile

В свет вышел самый необычный  экологический автомобиль правда пока только в проекте. Тьери Дюман(французский дизайнер) придумал необычный способ получения энергии за счет ветра. Называется этот концепт-кар Ventile.Да, автомобильные технологии не стоят на месте.

Автор работы, 51 летний дизайнер, придумал этот экологический автомобиль специально для выставки, которая  проводит фирма Michelin для новинок автомобилей .  Дело в том что хотелось в начале создать автомобиль с самым маленьким аэродинамическим  сопротивлением,так как чем меньше сопротивление воздуху тем меньше тратится энергии для движения автомобиля соответственно выше экологичность. Но Тьери Дюман решил пойти совсем другим путем. Он создал автомобиль который с помощью ветра вырабатывает и накапливает энергию.

Схема работы очень проста. Колесо представляет из себя 2 , почти что велосипедных колеса соединенных между собой лопастями. Внутри колеса находится вентилятор который крутится за счет ветра. Кроме этих четырех

23

колесных вентиляторов под  днищем встроен большой пропеллер который

раскручивается за счет потока воздуха который бы прошел под днищем автомобиля. Все эти вентиляторы подключены к генератору, т.е. когда потоки воздуха раскручивают 5 пропеллеров вырабатывается электричество, которое используется для движения автомобиля. То есть дизайнер хочет с помощью этих вентиляторов возвращать часть потраченной энергии обратно в автомобиль. В свет вышел самый необычный экологический автомобиль правда пока только в проекте. Тьери Дюман(французский дизайнер) придумал необычный способ получения энергии за счет ветра. Называется этот концепт-кар Ventile.Да, автомобильные технологии не стоят на месте.

.

24

2.Экологические материалы

Использование водорослей для улучшения характеристик аккумулятора

Многие специалисты уже называют открытие Игоря Лузинова и Глеба Юшина прорывом века. Американские ученые русского происхождения обнаружили одну любопытную особенность бурых водорослей, благодаря которой современные литий-ионные батареи смогут улучшить свои характеристики в несколько раз. Более того, производство таких аккумуляторов станет практически безвредным для окружающей среды.

Ученые выяснили, что замена в  li-ion батареях графитового анода на кремниевый улучшат работу аккумулятора в несколько раз. Но до сих пор кремний в качестве анода использовать не удавалось, из-за его быстрого разрушения в процессе разряда-заряда. Кремниевый анод способен накапливать больше заряженных ионов, однако во время заряда частицы полупроводника сильно разбухают, приводя к разрушению анода.