Быстрое распространение бензиново-электрического гибридного привода привело к тому, что сегодня его считают, чуть ли не единственной альтернативой автомобилям, оснащенным единственным двигателем внутреннего сгорания. Все современные серийные гибридные автомобили используют такие силовые установки в сочетании с электрическими моторами, энергия для которых генерируется путем рекуперации энергии торможения. Результатом такой практики является существенная экономия топлива и минимизация вредного воздействия на окружающую среду. Платой за эти положительные стороны является значительное увеличение себестоимости производства автомобилей с гибридными силовыми установками. Машина на сжатом воздухе.
Такое положение вещей привело к тому, что многие компании приступили к поиску альтернатив уже созданным гибридным установкам, более выгодным и с точки зрения эксплуатации, и с точки зрения производства. Одним из решений, кажущимся вполне удачным и эффективным, было найдено использование автомобилей на сжатом воздухе (необходимо заметить, что трамвай, работающий на сжатом воздухе, появился еще в конце девятнадцатого века).
Принцип работы таких установок базируется на том, что рекуперированную энергию торможения предполагается аккумулировать не в электрическую, а в механическую. Аккумуляторные батареи предлагается заменить емкостями для хранения сжатого воздуха, а электрические двигатели – компрессорными установками.
Впрочем, энергии одного только сжатого воздуха для движения автомобиля хватило бы не на долго. Современные автомобили на сжатом воздухе не являются таковыми в чистой форме. По своей сути – это те же гибриды, основной частью которых по-прежнему являются двигатели внутреннего сгорания. Но огромным их преимуществом является факт, что кроме бензиновых силовых установок, они не требуют оборудования дополнительными двигателями (как, к примеру, бензиново-электрические, где требуется электромотор). Автомобили на воздухе, который сжат энергией торможения, работают на тех же, известных уже вторую сотню лет, двигателях внутреннего сгорания. Вот только существенно усовершенствованными.
Усовершенствование, а вернее модификация ДВС заключается в том, что все установленные в них цилиндры, на топливе работают только при необходимости достаточно большой мощности (весьма утрированное, но достаточно точно описывающее суть описание). В остальное же время в цилиндры подается компрессионно сжатый воздух, который и поставляет энергию, заставляющую крутиться маховик.
Работа механизма подачи сжатого воздуха.
Если более подробно описывать работу автомобилей на сжатом воздухе, то удобнее сравнивать его работу с обыкновенным двигателем внутреннего сгорания. Итак, традиционный ДВС имеет в своем рабочем цикле четыре такта, протекающих в каждом цилиндре:
- Впуск.
- Сжатие.
- Рабочий ход.
- Выхлоп.
В пневматических же моторах такты распределены между парами цилиндров (компрессионных и главных). В компрессионном происходит впуск и дальнейшее сжатие воздуха. В главном же, соответственно, рабочий ход и выпуск отработанных газов. Сжатый воздух из компрессионного цилиндра поступает в главный. Для этого устроены специальные перепускные клапана и система клапанов.
Самое интересное в работе такого двигателя, что рабочий ход в нем может осуществляться за счет энергии двух видов: сгорания топлива и расширения сжатого до этого воздуха.
Не менее важно также и то, что два вида энергии, потребляемом двигателем на сжатом воздухе и горючем, не приводит к умножению на два числа цилиндров, как могло бы показаться изначально. На самом деле, рабочий ход в главном цилиндре соответствует каждому обороту вала (точно также как и в двухтактном моторе), а не каждому второму обороту, что является отличительной чертой четырехтактного двигателя.
Надо заметить, что такой принцип работы пневматических двигателей был изобретен инженером-испытателем Формулы-1 Гаем Негре. Основанная им компания MDI даже запустила в серию несколько видов автомобилей с подобными гибридными силовыми установками. Однако в компании не остановились на достигнутом, и сейчас запущен в серию и выпускается автомобиль OneCat, где двигатель Негре работает исключительно на сжатом воздухе.
Кроме того, такой принцип использования энергии сжатого воздуха для приведения в движение автомобиля является хоть и самым «раскрученным», но далеко не единственным. Еще в конце восьмидесятых годов инженер волжского автомобильного завода Николай Пустынский изобрел и собрал пневмодвигатель, на девяносто пять процентов схожий с двигателем внутреннего сгорания, но работающий исключительно на сжатом воздухе. В автомобильной промышленности изобретение Пустынского применения так и не нашло, но оно было использовано для создания силовых установок к карам, перевозящим грузы в цехах заводов.
Двигатель ДиПьетро.
Но самым замечательным по оригинальности решения и эффективности остается двигатель австралийского изобретателя Анджело ДиПьетро, разработанный им в семидесятых годах двадцатого столетия. Принципиально новая конструкция двигателя ДиПьетро не предполагает присутствия в нем цилиндров и поршней в них вообще. В специальном корпусе устройства вращается кольцо, опирающееся на специальные, закрепленные на валу ролики. По кругу кольца расположены специальные камеры, способные изменять свой объем под воздействием сжатого воздуха и, тем самым, вращать ротор, передающий движение на колеса.
Двигатель ДиПьетро легок и конструктивно прост, благодаря чему им можно оснащать автомобили на сжатом под определенным давлением воздухе. Эффективнее всего устанавливать отдельно такие силовые установки на каждое колесо автомобиля. Кроме того, двигатель австралийского изобретателя обладает способностью выдавать максимальный крутящий момент даже на самых низких оборотах, что почти автоматически позволяет создавать автомобили на сжатом в специальных емкостях воздухе, не оснащенные коробкой передач.
