Все что связанно с двигателей
Почему полный переход на электромобили случится не сразу
Автор фото, Getty Images
Toyota одной из первых реализовала концепцию гибридного автомобиля в модели Prius
Действительно ли электромобили готовы заменить традиционные автомобили с двигателями внутреннего сгорания?
Судя по заголовкам новостей, которые появляются в последнее время, может создаться впечатление, что бензиновые и дизельные двигатели вскоре окажутся на свалке. Однако в реальности все обстоит иначе.
На проходящем во Франкфурте международном автомобильном салоне во всех выставочных залах было слышно заветное слово «электрификация».
Например, за день до начала выставки компания Volkswagen заявила о намерении создать к 2030 году электрические версии всех своих моделей авто, включая и те, что производятся под принадлежащими концерну брэндами — Audi, Skoda, Seat и Porsche.
В тот же день компания Daimler заявила о создании электрических аналогов всех своих моделей к 2022 году.
В инфраструктуру пунктов подзарядки необходимо будет инвестировать государствам
Другие компании, сред которых Volvo, Jaguar Land Rover и Honda, также озвучили аналогичные обещания.
Безусловно, это амбициозные планы, но необходимо понимать их ограничения.
Производители не утверждают, что полностью избавятся от бензиновых и дизельных двигателей. Они лишь обещают предоставить электрифицированные версии существующих моделей.
Также необходимо понимать, что кроется под словом «электрифицированный».
Это может, безусловно, означать полностью электрический автомобиль, работающий на энергии батарей. Но также под это понятие могут подпадать и гибридные автомобили, а гибриды бывают абсолютно разные.
Подключаемый к электричеству гибрид, например, оснащен батареей с большой емкостью, и он может ехать лишь на электрической энергии по крайней мере некоторое время, но также он будет оснащен и бензиновым двигателем.
- В российские ПДД записали электромобили. А сколько их в России?
- Британия через четверть века скажет «нет» автомобилям на бензине и дизеле
Один из подключаемых к электричеству типов гибридных автомобилей, который часто называют электромобилем с увеличенным запасом хода, по сути является электрической машиной с небольшим бензиновым двигателем, который является электрогенератором.
Полный гибрид вроде Toyota Prius использует достаточно мощный электродвигатель вкупе с обычным двигателем внутреннего сгорания, но подключать к электросети для зарядки его не требуется.
В свою очередь средний гибрид по сути является обычным автомобилем, в котором присутствует небольшой электромотор, благодаря которому двигатель может ненадолго отключаться, если авто, например, останавливается на красный свет светофора.
Чтобы выполнить данные обещания, автопроизводители могут ограничиться производством средних гибридов. Их дешевле производить, чем полные гибриды, и при этом они дают значительные преимущества в том, что касается динамики и расхода топлива.
Все больше новых машин уже производятся с этой технологией.
Новые ограничения
Хотя обещания компаний могут показаться более впечатляющими, чем они есть на самом деле, остается фактом то, что автопроизводители вкладывают значительные средства в новые модели электромобилей.
К примеру, Volkswagen заявляет, что к 2025 году каждая ее четвертая машина будет работать от электроэнергии. BMW обещает к этому времени наладить производство 12 полностью электрических моделей.
Почему же производителям так интересны электрические автомобили? Есть несколько факторов.
Запуск автомобиля Tesla Model S в 2012 году показал, что электромобили по своим характеристикам за исключением высокой цены могут быть не хуже своих бензиновых собратьев, а запаса хода батарей может хватать на значительные расстояния.
С того времени стоимость литий-ионных аккумуляторов значительно снизилась, а технология управления батареями стала эффективнее, из-за чего подобные технологии стали доступнее.
Также во многих странах стали жестче законодательные инициативы, касающиеся загрязнения атмосферы. В Европе, например, с 2021 году вступят в силу новые ограничения в отношении выбросов углекислого газа.
Эти ограничения намного более требовательны, чем нынешние, и они будут высчитываться исходя из среднего уровня выбросов в атмосферу всех автомобилей каждого отдельного концерна.
Автор фото, Getty Images
С 2021 года в Европе вступят в действие новые ограничения по выбросам углекислого газа
Поэтому выпуск автомобилей с нулевым выбросом позволит автопроизводителям выполнить поставленную перед ними задачу с меньшими трудностями. Аналогичная логика распространяется и на выпуск гибридов.
Оба вышеназванных фактора (снижение стоимости аккумуляторов и законодательные ограничения) уже влияют на долгосрочные стратегии производителей. Однако в сентябре 2015 года появился еще один фактор.
Скандал с выбросами вредных газов дизельными двигателями привлек к автоиндустрии нежеланное внимание общественности. Тогда стало понятно, что дизельные автомобили загрязняют атмосферу гораздо больше, чем сообщалось в официальных отчетах.
Реакция политиков и потребителей была крайне негативной. В итоге компания Volkswagen, оказавшаяся в центре скандала, попыталась восстановить пошатнувшуюся репутацию, став лидером технологии электромобилестроения.
Глава автоконцерна Маттиас Мюллер сказал мне во Франкфурте: «Конечно, мы все поняли. Потребителям нужны чистые автомобили. Людям нужен чистый воздух, и мы хотим этому способствовать».
Автор фото, Mercedes-AMG
Тема электрификации автомобилей стала актуальной еще до скандала с Volkswagen. Но те события, возможно, помогли ускорить процесс.
Теперь, похоже, автопроизводители превращают необходимость в добродетель, превращая более или менее неизбежный процесс в рекламу.
То же самое относится к политикам. Возможно, разговоры о запрете бензиновых и дизельных автомобилей звучат грозно, но, например, в Великобритании они не включают в себя гибридные авто.
По мнению экспертов, к 2040 году, когда запрет вступит в силу, негибридных автомобилей, скорее всего, на дорогах не останется в любом случае.
Также возникает вопрос инфраструктуры.
На сегодняшний день в Великобритании существует 7300 пунктов подзарядки автомобилей, и их количество увеличивается примерно на 10 единиц в день, сообщает компания ZapMap. В масштабах всего мира таких пунктов около 2 млн, говорится в отчете Международного энергетического агентства.
Очевидно, что если необходимо заменить миллионы бензиновых и дизельных автомобилей электромобилями, то необходимо инвестировать в инфраструктуру зарядных пунктов. В противном случае электромобили далеко не уедут.
Также им понадобятся батареи — множество батарей. И необходимо будет где-то генерировать энергию для их зарядки. Другими словами, нам, по-видимому, придется строить новые электростанции. Для всего этого потребуются время и средства.
Между тем автомобили-гибриды являются эффективным компромиссным решением. Как сказал председатель совета директоров BMW Харальд Крюгер, бензиновые и дизельные автомобили списывать рано.
Он считает, что благодаря инвестициям двигатели внутреннего сгорания станут гораздо более эффективными, но в будущем править балом будут электромобили.
Автор фото, Reuters
Audi представила концепцию автономного электромобиля Aicon — но станет ли эта концепция реальностью в ближайшем будущем?
Ему вторит глава Volkswagen Маттиас Мюллер: «Двигатели внутреннего сгорания какое-то время будут сосуществовать с электрическими двигателями. Не знаю, сколько это продлится» — сказал он.
«Это связано с тем, что нам необходимо создать необходимую инфраструктуру, необходимо увеличить емкость батареи. Речь идет об огромной емкости, и пока еще необходимо над ней работать», — добавил Мюллер.
Холдинг «Ростеха» начал разработку гибридного самолетного двигателя
«По приказу гендиректора Объединенной двигателестроительной корпорации (ОДК; входит в «Ростех») в компании «ОДК-Климов» стартовал проект гибридного (керосиноэлектрического) самолетного двигателя. Мы рассчитываем в течение двух лет провести научно-исследовательские работы (НИР), сделать работоспособный макет и на нем решить все технические и конструктивные сложности, которые предполагает гибридная силовая установка. Надеемся, что по результатам НИР и испытаний будет принято решение перейти к опытно-конструкторской разработке (ОКР)», – рассказал исполнительный директор «ОДК-Климов» Александр Ватагин. «ОДК-Климов» входит в ОДК, разрабатывает и выпускает вертолетные и самолетные двигатели.
«Проектный комитет ОДК принял решение о реализации этого проекта, гибридный двигатель в перспективе обеспечит более дешевую эксплуатацию, электродвижение постоянно становится дешевле. Предварительный бюджет проекта – около 500 млн руб., но программа не будет испытывать никакой нехватки финансирования», – рассказал заместитель гендиректора ОДК Валерий Теплов.
«Примерный технический облик гибридной установки уже определен: проект будет реализован на базе двигателя тягой 400 кг и предназначен для самолетов размерности Ил-112 и Ил-114. Но в ходе работы мы рассчитываем получить техническое задание от платформ, чтобы в дальнейшем разрабатывать двигатель под конкретные модели самолетов, конкретной мощности», – добавил Ватагин.
Ил-112 – это разрабатываемый с нуля по заказу Минобороны военно-транспортный самолет, в прошлом году он совершил первый полет. Ил-114-300 – это разрабатываемая глубоко модернизированная версия советского самолета Ил-114, он будет рассчитан на перевозку 64 пассажиров. Оба самолета работают на модификациях двигателя ТВ7-117СТ разработки «ОДК-Климов».
Создание квантовых сенсоров в России может быть заморожено
«НИР – первый этап реализации проекта. Его результатом станет двигатель-демонстратор, не привязанный к конкретной модели самолета или вертолета. Он покажет, стоит ли производить данный двигатель на коммерческой основе. Цена такого продукта на данный момент неизвестна. Стоимость аналогичных разработок в зарубежных странах тоже не разглашается. И в Европе, и в Северной Америке есть ряд проектов – от стартапов до идей крупных технологических компаний – по созданию гибридных и чисто электрических двигателей. Сейчас большая часть исследований сводится к тому, что нужно создать электрические компоненты, а потом соединить их с традиционной составляющей двигателя. Различными вариантами их совмещения занимаются около двух десятков компаний, одна из крупнейших – Airbus Helicopters», – рассказывает директор агентства «Авиапорт» Олег Пантелеев. Также ведутся разработки по созданию электродвигателей высокой мощности и аккумулятора на батареях, этим занимаются Центральный институт авиационного моторостроения (работает над созданием компонентов), «ОДК-Климов», «Вертолеты России», добавляет Пантелеев.
«Создание любого двигателя – процесс очень длительный. Частично это связано с бюрократизацией и сложностью сертификации новых разработок. Постоянно растут цены на проведение НИР, компании не укладываются в сметы, графики удлиняются – это глобальная неприятная тенденция. Поэтому говорить о сроках реализации и общей стоимости проекта на такой ранней стадии невозможно», – говорит гендиректор агентства Infomost Борис Рыбак.
Любые новые разработки в двигателестроении могут быть очень перспективными, так как в авиации за последние 60 лет в области силовых установок мало что изменилось. На примере автомобильной промышленности видно, что гибридные и электродвигатели могут быть эффективны, отмечает Рыбак.
«У эффективного гибридного двигателя потенциально несколько преимуществ перед керосиновым. Основное – повышение безопасности полетов. Наличие электрической составляющей позволит, например, вертолету продолжить полет при отказе двигателя и совершить посадку. Совокупность электрической и керосиновой частей может также подстраховать при отказе двигателя на взлете. Если у вертолета или самолета два двигателя, то в случае отказа одного из них гибридная составляющая позволила бы совершить безопасный взлет. Также на некоторых режимах можно было бы выполнять полеты, используя только электрическую составляющую двигателя, и отказаться от традиционной части. Второе преимущество – экономия расхода топлива», – перечисляет Пантелеев.
Представитель Объединенной авиастроительной корпорации (ОАК), которая разрабатывает и будет выпускать Ил-112 и Ил-114-300, на запрос не ответил. Гибридный двигатель ОДК начала разрабатывать по своей инициативе, без заказа со стороны ОАК, говорит человек, близкий к одному из холдингов.
Моторы Red Bull в 2022 году будут собираться в Японии
В субботу в Шпильберге пройдёт совещание с участием руководства Формулы 1 и всех производителей двигателей, на которое также приглашены представители Porsche и Audi. В повестке дня – продолжение дискуссии о силовых установках нового поколения, и у Кристиана Хорнера есть своё видение этой проблемы. Но разговор с руководителем команды Red Bull Racing начался с итогов пятничных тренировок.
Кристиан Хорнер: «Мы не удивлены скоростью Mercedes, ведь на прошлой неделе они были быстры. Сегодня они уверенно провели тренировки и, насколько можно было понять, во второй сессии несколько повысили мощность двигателей. Думаю, нам предстоит серьёзная борьба, ведь на предыдущих восьми этапах соперничество наших двух команд было очень острым, и нет причин считать, что это не повторится в девятой гонке сезона.
Если Макс Ферстаппен был третьим, то Серхио Перес завершил день с 11-м результатом, но это связано с тем, что он экспериментировал с настройками и работал в тех режимах, которые ему были предписаны. Похожая картина была и неделю назад, но в третьей тренировке он заметно прибавил. Так что завтра он будет примерно на уровне напарника.
Поработав с новыми шинами Pirelli, предназначенными для Сильверстоуна, наши гонщики не заметили особой разницы по сравнению с привычной резиной. Их отзывы были вполне благосклонными, и это позитивный момент. Мы терпеть не можем, когда посередине сезона вводится какая-то новая переменная, появление которой часто на руку той или иной конкретной команде. В данном случае мы этого не заметили».
Также Хорнера попросили более детально пояснить слова Тойхару Танабе, технического директора Honda Racing F1, на пресс-конференции в пятницу подтвердившего, что силовые установки для Red Bull Racing и AlphaTauri и в следующем году будут производиться в Японии.
«Мы завершаем детальную проработку наших планов и хотя создаём своё моторостроительное подразделение, 2022-й всё-таки будет переходным годом, – прокомментировал он. – Вместе с Honda мы делаем всё, чтобы обеспечить максимально мягкую посадку, поэтому двигатели по-прежнему будут собираться в Сакуре. По нашим планам, это продолжится до 2023 года, пока все процессы не будут перенесены на производственные площади нашего нового моторостроительного подразделения Red Bull Powertrains.
Это если говорить о силовых установках текущей версии. Но мы также с интересом ждём итогов дискуссии о двигателях следующего поколения, которые должны появиться в 2025 или 2026 году. Лично я считаю, что сейчас у нас есть возможность сделать для нашего спорта что-то по-настоящему хорошее.
Нельзя исключать, что в Формулу 1 придут новые команды, и к этому времени мы уже наберём обороты и фактически станем ещё одним поставщиком силовых установок. Двигатели следующего поколения будут использоваться в течение десяти лет, так почему бы не придумать что-то действительно интересное, новое, чтобы они стали более доступными по цене, но при этом были бы не менее эффективными. Они должны способствовать более плотной борьбе на трассе, но также нельзя упускать из внимания такие аспекты, как звук и эмоции, которые должны вызывать моторы.
По-моему, нужно сосредоточиться именно на этом. Жаль, если будет принято решение продолжить использование двигателей, подобных нынешним, которые чрезвычайно дороги, и мы лишь попытаемся их как-то удешевить. Нельзя лететь бизнес-классом по цене экономического.
Если же перенести переход на новые моторы на 2026 год, то появится возможность практически с чистого листа создать по-настоящему эффективный двигатель, дружественный к окружающей среде, работающий на биотопливе, возможно, со значительной пропорцией стандартных деталей, что существенно снизит расходы».
Просто в космос: ученые РАН создают прорывной двигатель для спутников
Российские ученые предложили качественно новый вид двигателя для работы в космическом пространстве. В его основе лежит принцип возбуждения плазмы с помощью микроволнового искрового разряда. Такой агрегат можно устанавливать на малоформатных спутниках. В отличие от распространенных сегодня спутниковых двигателей на газовом топливе новое устройство будет использовать в качестве источника энергии специальные металлодиэлектрические пластины, запаса которых хватит для 10 лет автономной работы. Пластина радиусом 10 см может заменить 1,5 тыс. кубометров газового топлива. В будущем новые двигатели можно будет применять для освоения Солнечной системы.
Мал, да удал
Ученые Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН готовы создать опытный образец двигателя нового типа для работы в космическом пространстве. По их задумке движение должно происходить за счет использования нового описанного ими вида разряда, возникающего в газовой среде в результате действия микроволнового излучения. Физики назвали его микроволновым искровым разрядом (МИР).
— У предложенного нами двигателя есть ряд преимуществ. Основное из них в том, что в качестве твердого топлива в системе используется металлодиэлектрический диск, — сказал заведующий лабораторией газокинетических явлений в СВЧ-разряде ИОФ РАН Игорь Коссый.
С помощью МИР можно воздействовать на металлодиэлектрический материал таким образом, чтобы возбуждать плазму, которая и будет двигать летательный аппарат вперед. Мощность такого двигателя будет относительно невелика, но достаточна для движения в вакууме. Поэтому разработчики предлагают для начала использовать его на легких маломасштабных околоземных спутниках, которые сегодня востребованы в России и в мире.
Источником электромагнитного излучения в новом двигателе может служить стандартный магнетрон, используемый в обычных микроволновых печах. Размеры аппаратуры — 50х50х100 см, вес — 2 кг. Себестоимость нового агрегата — около €1 тыс.
В качестве топлива двигателю нужна металлодиэлектрическая пластина. Например, диск из оргстекла диаметром 10 см и толщиной 2 см может служить источником 1,5 тыс. кубометров газа, который необходим для генерации плазмы. Твердое топливо позволит значительно уменьшить габариты спутника за счет той его части, в которой хранится применяемый сегодня для движения космических аппаратов газ в баллонах. По расчетам специалистов ИОФ РАН, запаса топливного диэлектрика на борту МКА может хватить на 10 лет автономной работы.
Сложность внедрения предложенного двигателя и его аналогов — в сравнительно слабой тяге. Мощность механического импульса, который приобретает спутник в результате работы устройства, невелика. Но у авторов разработки есть идея, как усилить эту характеристику. Существующие сегодня расчеты механического импульса были сделаны исходя из конструкции двигателя, в которой микроволновое излучение подается непосредственно на металлодиэлектрическую поверхность. Если же микроволны будут поступать к генерирующей плазму поверхности, проходя сквозь радиопрозрачную толщу диэлектрического диска, в теории это может заметно увеличить механический импульс. Но гипотезу еще предстоит подтвердить во время эксперимента.
Дождаться испытаний
Опрошенные «Известиями» эксперты в области космической техники отнеслись к предложенному техническому решению ИОФ РАН с осторожным оптимизмом. С их точки зрения, идея плазменного двигателя интересна, но для окончательной оценки нужно дождаться ее воплощения «в железе».
— Предлагаемая российскими учеными концепция двигателя имеет важное преимущество: рабочее тело в ней изначально находится в твердом, а не сжиженном состоянии, — сказал руководитель Астрономического сообщества БФУ имени Иммануила Канта Алексей Байгашев.
По мнению эксперта, при прочих равных требованиях к двигателю это позволит значительно уменьшить объем, занимаемый топливом, упростить хранение, транспортировку и подготовку космического аппарата к запуску. Ключевой вопрос — апробирование заявленной концепции в реальном космическом аппарате. Вероятно, после разработки нового двигателя и его наземных испытаний исследователи проведут запуск тестового микроспутника, который при малой массе и стоимости вывода на орбиту позволит в полной мере изучить работу двигательной установки в реальных условиях.
— Для реализации ионного двигателя с таким источником плазмы требуются конструктивное решение и отработка в экспериментах, — отметил профессор Высшей инженерно-физической школы Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (вуз — участник проекта повышения конкурентоспособности образования «5-100») Олег Цыбин.
Нужны практические решения проблем материалов и технологии твердой поверхности, ее стойкости, разрушения, термодинамики, типа и ускорения ионов, их нейтрализации, пояснил эксперт. После их решения будут более понятны достоинства и недостатки двигателя, его возможности.
Скорректировать траекторию
Не исключено, что двигатели МИР окажутся полезными в ситуации, когда нужно экономить химическое топливо и корректировать баллистическую траекторию за большое время полета, полагает директор Учебно-научного института гравитации и космологии РУДН Александр Ефремов.
— Однако пока у нас нет данных об их параметрах и возможностях, — указал он.
Преимущество потенциальной установки на основе микроволнового искрового разряда, если она работоспособна, — это ускоренный полет к различным небесным телам без расхода рабочего тела, либо с минимальным потреблением. Однако такое техническое решение пока вызывает вопросы, так как еще никогда не было практически реализовано, сказал кандидат технических наук, главный конструктор лаборатории «Астрономикон» и сотрудник кафедры фотоники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Денис Малыгин. Экспериментальные данные однозначно не подтверждают и не опровергают работоспособность подобной установки, это связано в том числе с небольшой величиной предполагаемого эффекта, сравнимой с погрешностями измерений, отметил эксперт.
Подобные двигатели с ионной тягой применимы только в космическом вакууме и не могут перемещать транспортные средства через атмосферу, утверждает Денис Малыгин, поскольку ионные двигатели не работают в присутствии ионов вне двигателя. Такие устройства обладают высоким энергопотреблением (1–7 кВт), а на малых спутниках энергетика весьма ограничена. Более того, для достижения ускорения новому типу двигателей необходима длительная работа, что вновь возвращает к вопросу об энергетике спутника, добавил он.
— Интересная идея. Она может найти применение в маневровых двигателях, которые используют в системе ориентации и стабилизации космических аппаратов, — сказала руководитель направления «Аэрокосмические системы» центра проектной деятельности ДВФУ Анастасия Храмцова.
Для маршевых двигателей заявленная тяга очень мала, считает она. Вопрос в том, какое количество энергии необходимо для работы установки — это решающий показатель при выборе двигателя на спутник.
