Электромобили
Следует сказать отдельно о новых, еще не разработанных моделях автомобилей. Это эвристические модели будущего (концепткары).
В среде автомобилестроителей уже давно дискутируется вопрос о целесообразности широкого использования электромобилей вместо автомобилей.
Классическая схема электромобиля показана на рис. В.2. Схема включает высоковольтную (не ниже 100 вольт) ходовую аккумуляторную батарею ХАКБ, электродвигатель ЭД (либо монотипа, либо колесный — для каждого ведущего колеса отдельно) и устройство управления VV (контроллер), которое управляет энергией ходовой АКБ при ее подаче к электродвигателю ЭД.
Первоначально считалось, что такой электромобиль предельно прост и вся проблема сведется к разработке новых конструкций ходовой АКБ и электродвигателя ЭД. Но в этой трехзвенной модели не менее сложным оказалось создать устройство управления VY. Кроме того, было совершенно не ясно, от чего и где можно будет подзаряжать ХАКБ. Стали также подвергать критическому анализу главное преимущество электромобилей перед автомобилями — экологическое. Сначала как аксиома было принято предположение, что электромобиль абсолютно чистое транспортное средство, наподобие троллейбуса без проводов. Однако ходовые батареи и станции их обслуживания сами по себе могут стать источниками ядовитого загрязнения окружающей среды. Нетрудно себе представить, что будет с Москвой, когда хотя бы каждый третий из 3 миллионов столичных автомобилей станет электромобилем. В среднем 20 тысяч тонн сернокислотного электролита, будут кататься по московским улицам. В Москве ежедневно регистрируется до 20-30 аварий с крупными повреждениями автомобилей. В московские реки будет выливаться около тонны серной кислоты в сутки. Значит, и в атмосфере прибавится загрязнений.
К этому надо добавить, что ежедневная подзарядка ХАКБ для одного миллиона электромобилей потребует от Мосэнерго дополнительно электроэнергии еще столько же, сколько оно вырабатывает.
В настоящее время ведется ряд научных разработок в направлении поиска новых химических источников тока (ХИТ). Опробованы на электромобилях и щелочные аккумуляторы, и солнечные батареи, и топливные элементы. Топливные элементы — это одноразовые химические источники тока (ХИТ), которые работают по принципу превращения энергии высокотемпературной химической реакции в электрическую энергию. Обладают малыми габаритами и весом, интенсивной токоотдачей, но непродолжительны в действии. Широко применяются в специальной военной аппаратуре. Для электромобилей могут оказаться перспективными щелочные воздух-алюминиевые топливные элементы, в которых "выгорает" листовой алюминий и в которых можно легко и быстро сменить реагенты. Такой топливный элемент может быть многоразовым. Однако применяемость его в электромобилях ограничена высокой стоимостью катализаторов, входящих в состав воздух-алюминиевых ХИТ, и сложностью реализации многократных остановок химической реакции на непродолжительное время (стояночный режим электромобиля). Однако с использованием перечисленных источников тока достичь для электромобиля уровня технических показателей автомобиля-прототипа пока не удается. Из сказанного ясно, что классический электромобиль — это не автомобиль будущего.
Теперь идет поиск других вариантов. Например, на автомобиль (рис. В.З) устанавливается обычный ДВС (1), но работает он не прямо на ходовую часть, а на мощный электрогенератор (2). Этот электрогенератор запитывает через электронное устройство управления (3) электродвигатель (4), сочлененный через коробку переключения передач КПП (5) с обычной ходовой частью (7) автомобиля. Возможен и такой вариант компоновки узлов и агрегатов бензоэлектромоби-ля, при которой на трансмиссию будут работать два двигателя — бензиновый и электрический.
Какие преимущества это дает перед классическим автомобилем?
Во-первых, так как ДВС работает на электрогенератор, режимы ДВС тривиальны: холостой ход, средняя ходовая нагрузка (городской режим движения) и полная нагрузка. Этим трем режимам могут соответствовать три совершенно точных по исполнению своих функций режима работы системы впрыска топлива и электроискрового зажигания. Более того, бензиновый двигатель электромобиля может работать и в стационарном режиме, т.е. с постоянным числом оборотов коленвала.
Одно это позволит получить не только экономию топлива, но главное — более чистый по составу выхлоп отработавших газов. Таким образом, двигатель, работающий без переходных режимов, — первое ожидаемое преимущество бензоэлектромобиля перед обычным автомобилем.
Во-вторых, электрогенератор будет работать не только на электропривод автомобиля, но и на заряд ходовой АКБ. Следовательно, может быть эффективно решена проблема подзарядки ХАКБ.
В тех случаях, когда бензоэлектромобиль будет заезжать в центр города, ему не обязательно двигаться с работающим ДВС. Переключив электропривод на ХАКБ, можно достаточно долго перемещаться от энергии химического источника тока (ХИТ). Дополнительная подзарядка ходовой батареи при торможении может осуществляться и в режиме рекуперации. Рекуперация — возврат части энергии процесса движения для повторного использования. Рекуперативное торможение электромобиля реализуется с помощью ходовой электрической машины, которая переводится из режима двигателя в режим генератора; кинематическая энергия массы движущегося электромобиля преобразуется в электрическую с целью заряда ХАКБ.
Теперь водителю не надо будет беспокоиться — доедет ли его электромобиль до зарядной станции. Для бензоэлектромобиля емкость ходовой АКБ может быть значительно снижена. А значит, вес, габариты ХАКБ и литраж перевозимого по городу электролита
можно будет свести к разумной норме. При меньших габаритах для ХАКБ на борту транспортного средства найдется аварийно безопасное место. Остается одна проблема — утилизация отработавших ХАКБ.
Отечественный завод "Ижмаш" на базе универсального автомобиля ИЖ-21261 создал бензоэлектромобиль с гибридной силовой установкой ДВС+ЭДВ+АКБ (8x12 В) и с параллельным соединением двигателей через специальный редуктор. Экспериментальные образцы выпускаются с 1998 года. Недостатки: высокая стоимость, малый запас электрохода (12 км); возможность попадания агрессивной среды в салон, отсутствие багажного отделения, тяжелее прототипа на 120 кг, небольшая мощность энергоустановки, низкая приемистость. Преимущества: уменьшенный расход бензина 3 л/100 км (у прототипа 6,5 л/100 км).
Что же может статься с бортовым оборудованием будущего бензоэлектромобиля? Ясно, что роль бортовых электрических устройств резко возрастет. Особенно это касается устройств ходового электропривода и его управления. Некоторые системы видоизменятся, например система стартерного пуска ДВС может стать другой, так как пуск можно будет осуществлять от ходового электродвигателя и бортовой ХАКБ. Навесное оборудование ДВС (впрыск топлива, зажигание, утилизация отработавших газов) может упроститься, так как число рабочих режимов ДВС будет ограничено. Что касается навигационного и комфортного оборудования, оно может и не претерпеть изменений. Возможно, приобретут большее значение электросистемы внутрисалонной вентиляции, изменится конструкция самого кондиционера, будут установлены аварийные средства пожарной безопасности и защиты от короткого замыкания в электрических цепях больших токов.
Однако не исключено и такое развитие событий, при котором электромобильная схема силового привода все-таки не найдет широкого применения на легковых автомобилях. Альтернативой электромобилю может стать автомобиль с двигателем на водородном топливе. Или будет разработан настолько совершенный легкотопливный двигатель, что его замена на автомобиле станет нецелесообразной. Так, если будет разработан бензиновый двигатель с чисто электронным управлением клапанами газораспределительного механизма, то в совокупности с уже разработанными микропроцессорными системами управления впрыском топлива, зажиганием и экологией двигателя это позволит сократить расход бензина до 2,5 л/100 км пробега, при объеме двигателя не менее 1600 см3. Такому бензиновому двигателю не может быть разумной альтернативы при его установке на легковом автомобиле в ближайшие 30-50 лет.
Продолжение
