24.12.2001 Автомобиль на сжатом воздухе

Одна из самых сногсшибательных идей, да ещё и близких к практической реализации, состоит в том, чтобы заставить автомобильный двигатель работать исключительно на сжатом воздухе.

Собственно говоря, сама по себе идея не столь уж и нова, однако что касается её претворения в жизнь, то до недавнего времени дело дальше опытных образцов не доходило. И вот теперь французская фирма MDI – Motor Development International – намерена начать серийный выпуск автомобилей, оборудованных двигателем «Zero Pollution», то есть с нулевым выбросом вредных веществ в атмосферу. Да это и понятно – откуда им взяться, вредным выхлопным газам, если никакого сгорания топлива в этом двигателе вообще не происходит?

Главный конструктор необычного двигателя, он же шеф и основатель фирмы MDI – опытный инженер-моторостроитель Ги Нэгр (Guy Negre). Владелец более чем 70-ти патентов известен, прежде всего, как разработчик специальных пусковых устройств для сверхмощных моторов гоночных машин «Формулы 1» и для целого ряда авиационных двигателей, причём во всех этих устройствах используется сжатый воздух. Идея превратить пусковой режим в рабочий осенила французского инженера 10 лет назад. Правда, поначалу Ги Нэгр направил все свои усилия на создании гибридного двигателя. Его главное достоинство должно было заключаться в том, чтобы на малых оборотах он работал от сжатого воздуха, а на больших автоматически переходил на бензин, газ или дизельное топливо. Традиционное техническое решение, при котором все процессы рабочего цикла происходят внутри одного цилиндра, тут не годилось, и Ги Нэгр решил использовать нестандартную конструкцию из двух цилиндров разного объёма и сферической камеры, соединённой с ними каналами с клапанами. При работе двигателя в «бензиновом режиме» сжатие горючей смеси происходило в малом цилиндре, её воспламенение и сгорание – в камере, расширение – в большом цилиндре. Поскольку при таком техническом решении процесс сгорания шёл при постоянном объёме и длился значительно дольше, гибридный мотор мог работать на обеднённых, медленно горящих смесях, не нуждался в глушителе и обладал выхлопом с крайне низкой токсичностью. Установленный на компактном «Ситроене-АХ», двигатель в ходе заводских испытаний позволял обходиться всего 3 литрами бензина на 100 километров пробега при движении на автостраде, а 15-литрового баллона сжатого воздуха хватало на 1 час езды по городу.

Что и говорить, показатели более чем впечатляющие, однако Ги Нэгр решил не останавливаться на достигнутом. Сегодня сконструированный им автомобиль с двигателем, работающим только на сжатом воздухе без помощи каких бы то ни было видов традиционного топлива, вот-вот должен пройти все необходимые испытания и получить официальный допуск в качестве транспортного средства, имеющего права передвигаться по автодорогам общего назначения. Весной следующего года общественности должны быть представлены первые модели, предназначенные для серийного производства. А пока в главной мастерской фирмы, расположенной в Карро, пригороде Ниццы, полным ходом идёт работа. Вообще-то первый образец машины уже давно должен был быть готов, однако мелкие неполадки то и дело нарушают график работ, заставляют прерывать сборку, снова снимать уже установленный на место двигатель и гонять его на стенде. Однако Ги Нэгр, автор сенсационного изобретения, считает всё это пустяками. Он по-хозяйски оглядывает цех и поясняет:

Мы сейчас здесь собираем сразу целую серию. Уже началось изготовление кузовов, и одновременно идёт сборка пяти двигателей.

Технические решения различных узлов, устройств и агрегатов автомобиля защищены в общей сложности 33 патентами, половина из них приходится на двигатель – ключевой элемент всей конструкции. Ги Нэгр говорит:

Двигатель функционирует следующим образом: наружный воздух засасывается в малый цилиндр и сжимается поршнем до давления в 20 бар, при этом воздух разогревается до 400 градусов; в конце такта воздух выталкивается в сферическую камеру – по старой памяти она называется камерой сгорания, хотя никакого сгорания там уже не происходит; в эту же камеру под давлением подаётся и холодный сжатый воздух из баллонов, он сразу же нагревается, расширяется, давление резко возрастает, поршень большого цилиндра уходит назад и передаёт рабочее усилие на коленчатый вал. Можно даже сказать, что в принципе этот двигатель работает так же, как и обычный двигатель внутреннего сгорания, но только тут нет никакого сгорания.

Одна из важных особенностей нового мотора по сравнению с его прежней, гибридной, версией состоит в том, что благодаря особым проскальзывающим муфтам на коленчатом валу поршни способны надолго – примерно на четверть продолжительности всего рабочего цикла – замирать в верхней мёртвой точке. Это обеспечивает стабильность крутящего момента в широком диапазоне частот вращения вала, включая и очень высокие обороты.

Какие же параметры будет иметь автомобиль с нулевым содержанием вредных веществ в выхлопе? Ответ на этот вопрос до некоторой степени условен. Почему – об этом чуть позже, а пока всё же несколько цифр. Мощность двигателя – 28 лошадиных сил, рабочий объём цилиндров – чуть менее литра, максимальная скорость – 110 километров в час, запас хода в городских условиях – около 300 километров. Масса двигателя – 35 килограммов, столько же приходится на долю коробки передач, общая масса всего автомобиля – от 600 до 700 килограммов в зависимости от модели, грузоподъёмность – полтонны. Расположенные под днищем 4 баллона длиной в 2 и диаметром в четверть метра каждый вмещают 400 литров сжатого воздуха под давлением в 300 бар. Воздух либо закачивается в них непосредственно из магистральных воздухопроводов высокого давления на специальных компрессорных станциях, либо производится бортовым компрессором при его подключении к стандартной электросети напряжением в 220 вольт. В первом случае заправка занимает около 2-х минут, во втором – около 3,5 часов. Энергозатраты в обоих случаях составляют примерно 20 киловатт-часов, что при нынешних ценах на электроэнергию эквивалентно стоимости полутора литров бензина. Немало преимуществ имеет автомобиль на сжатом воздухе и перед электромобилем: он заряжается вдвое быстрее и обладает гораздо большим запасом хода (300 километров против 80) – и это при том, что масса баллонов со сжатым воздухом – 90 килограммов – представляется просто мелочью по сравнению с массой аккумулятора, превышающей 300 килограммов. Вообще надо сказать, что, конструируя автомобиль под свой воздушный двигатель, Ги Нэгр уделил очень большое внимание снижению его массы. Даже бортовую электросеть инженеры упростили до минимума, полностью избавившись от балласта. Конструктор Режи Мюно, отвечающий на фирме за разработку электрооборудования, говорит:

Вся бортовая электросистема нашего автомобиля состоит из 4-х предохранителей, инфракрасного блока управления и одного единственного кабеля. Этот ярко-красный кабель проходит через весь автомобиль, и все электроагрегаты подключены одной клеммой к нему, а другой – к шасси.

Элементы кузова – тоже ради экономии массы – выполнены из стеклопластика, баллоны для сжатого воздуха – из углепластика и имеют кевларовую оболочку. Ги Нэгр намерен вскоре после начала серийного производства развернуть широкую сеть заправочных компрессорных станций, что позволит отказаться от бортового компрессора и тем самым дополнительно облегчить автомобиль. На сегодняшний день уже разработаны четыре модификации – пикап, фургон, пятиместное такси и шестиместный универсал. Предполагаемая цена машины в базовой комплектации – менее 25-ти тысяч марок. Ги Нэгр подчёркивает, что воздушный двигатель его конструкции может быть с таким же успехом использован в катерах, тракторах, транспортных средствах промышленного и специального назначения, а также в стационарных установках. Воздушный двигатель имеет и ещё одно важное достоинство: он практически не требует профилактики, нормативный пробег между двумя техосмотрами составляет ни много ни мало 100 тысяч километров.

Короче, получается, что детище французского инженера счастливо сочетает высокую экологичность с не менее высокой экономичностью. Очевидно, его ждёт блестящее будущее? Не всё так просто. Авторемонтные предприятия и нефтяные концерны единодушно считают автомобиль с воздушным двигателем «недоработанным». Впрочем, это можно списать на их предвзятость. Однако и многие независимые эксперты настроены скорее скептически, тем более, что ряд крупных автомобилестроительных концернов – например, «Фольксваген», – уже в 70-х и 80-х годах вели исследования в этом направлении, но затем свернули их ввиду полной бесперспективности. Один из таких экспертов – профессор Винфрид Бернхардт, заведующий кафедрой автомобильной техники в Институте дорожного и рельсового транспорта при Техническом университете Берлина. Специалист в области альтернативных приводов с более чем 30-летним стажем высказывает следующее соображение:

Двигатель на сжатом воздухе, как, впрочем, и электропривод, на первый взгляд, очень экологичны. У них вроде бы нет выхлопных газов, они не отравляют атмосферу никакими вредными выбросами. Однако на самом деле не всё так просто, поскольку энергию, необходимую для зарядки аккумуляторов или – как в данном случае – для наполнения баллонов сжатым воздухом, поставляет электростанция. Иными словами, вредные выбросы всё равно имеются, только в другом месте: не там, где работает мотор, а там, где стоит электростанция.

Соображение, следует признать, резонное. Однако у разработчиков воздушного двигателя готово веское возражение: они подсчитали суммарный коэффициент полезного действия в цепочке «нефтеперегонный завод – автомобиль» для трёх видов привода – бензинового, электрического и воздушного. И оказалось, что КПД воздушного привода составляет 20 процентов, то есть в два с лишним раза превышает КПД стандартного бензинового мотора и в полтора раза – КПД электропривода. А кроме того, экологический баланс выглядит ещё гораздо лучше, если вместо традиционных использовать возобновляемые источники энергии. Так или иначе, фирма MDI считает себя первопроходцем в деле оздоровления экологии крупных городов. Правда, сам разработчик оценивает перспективы быстрого распространения своего детища весьма осторожно: он рассчитывает на полпроцента от общего объёма продаж автомобилей. Но тут возникает ещё и проблема инфраструктуры: Ги Нэгр твёрдо намерен создать собственную независимую систему сбыта и технического обслуживание своих машин. Профессор Винфрид Бернхардт не верит в успех этой затеи:

Я считаю это нереалистичным – организовывать собственную отдельную сеть станций техобслуживания специально для этого необычного автомобиля с его необычным приводом. Ведь такой сервис требует развитой и сложной логистики, а это связано с огромными расходами. По-моему, крупные автомобилестроительные концерны, выпускающие машины традиционной конструкции с двигателями внутреннего сгорания, располагают более богатыми возможностями для выведения на рынок новых технологий.

Между тем, по данным фирмы MDI, в одной лишь Франции уже собрано более 60-ти тысяч предварительных заказов на воздушный автомобиль. Построить у себя заводы по его производству намерены Австрия, Китай, Египет и Куба. Огромный интерес к новинке проявили власти мексиканской столицы: как известно, Мехико является одним из самых загазованных мегаполисов мира, поэтому отцы города намерены как можно скорее заменить все 87 тысяч бензиновых и дизельных такси экологически чистыми французскими автомобилями.

И всё-таки, надо сказать, что-то с этим проектом неладно. То есть возможно, конечно, что это и впрямь гениальное изобретение. Но мне почему-то сдаётся, что всё это больше смахивает на столь же гениальное надувательство – да простится мне невольная игра слов. А иначе чем объяснить, что не только серийное производство автомобиля на воздушном приводе, но и демонстрация готового прототипа уже в который раз откладываются? Между тем, на главной интернетной странице фирмы MDI вывешено объявление, что она временно отключена, поскольку... не справляется с огромным потоком запросов. Зато работает интернетная страница люксембургского отделения фирмы: она гордо сообщает о том, что изобретение Ги Нэгра удостоилась более чем 70-ти телерепортажей и более чем 500 газетных публикаций во многих странах мира. Однако помещённые на той же странице описание двигателя и принципиальная схема его работы грешат неточностями и ошибками, а кроме того, версии на немецком и английском языках не только изрядно различаются между собой, но порой и прямо противоречат друг другу. Что же касается упомянутых газетных материалов и телесюжетов, то чуть ли не в каждом из них приводятся свои, отличные от прочих, технические параметры. Будь то мощность двигателя или запас хода, продолжительность заправки или ёмкость баллонов, максимальная скорость или масса машины – разброс цифр столь велик, что невольно задаёшься вопросом, неужели они относятся к одному и тому же автомобилю? А между тем, все эти столь разные цифры почти всегда даются со ссылкой на самого Ги Нэгра или на его ближайших сотрудников. Ещё одна странная закономерность состоит в том, что с каждой следующей публикацией параметры автомобиля улучшаются: то мощность подрастёт, то цена упадёт, то масса уменьшится, то ёмкость баллонов увеличится. Всё это легко можно объяснить плодотворной работой инженеров, озабоченных неустанным совершенствованием конструкции автомобиля, да только увидеть его в действии почему-то всё никак и никому не удаётся. Так что сомнения тут вполне уместны и оправданы. Однако ждать осталось недолго. Думаю, уже в наступающем году мы точно узнаем, что же такое этот разработанный фирмой MDI двигатель на сжатом воздухе – революция в автомобилестроении или во всех смыслах слова «дутая» сенсация.