Автомобили будущего

30 June 2018

Не секрет, что автомобиль – главный источник загрязнения атмосферного воздуха и один из основных потребителей топлива. Чтобы сберечь природные ресурсы и уменьшить загрязнение окружающей среды, машиностроители ищут замену привычным бензиновым и дизельным двигателям внутреннего сгорания. На смену им могут прийти газовые турбины, аккумуляторные электромоторы и двигатели, работающие на солнечных батареях. Разрабатываются два новых варианта: бензино-электрические гибридные автомобили и двигатели на топливных элементах.

Серьёзным конкурентом поршневым двигателям на бензиновом и дизельном топливе стали газотурбинные двигатели, испытания которых на легковых автомобилях проводились в США и Великобритании в 1950-х и 1960-х гг. В этой разновидности реактивных двигателей колёса вращались мощной турбиной, а не выхлопными газами. Газовые турбины сжигали керосин при высоких температурах и обладали определёнными экологическими преимуществами, поскольку топливо в них сгорало более чисто и эффективно. Однако первые газотурбинные автомобили не были экономичными – одного литра керосина хватало на 4 км пути. Для экономии топлива проводились эксперименты с теплообменниками, но тем не менее промышленность отказалась от газотурбинных двигателей, поскольку они имели высокий к.п.д. лишь при при работе на полной мощности, тогда как современные поршневые двигатели могут эффективно работать при 20-30 процентов от полной мощности. Сейчас газотурбинные двигатели применяются для выработки электричества в самолётах и поездах, приводят в действие часть грузовых автомобилей, судов и локомотивов. Несмотря на отказ от газотурбинных технологий, многие эксперты возлагают надежды на гибридный газотурбинный-электрический автомобиль с высокой топливной экономичностью.

Электромобили.

Попытки установить электрические двигатели на транспортные средства делаются уже более века. Использованию электродвигателей мешают два препятствия – низкий к.п.д. и нужда в тяжёлых аккумуляторах. Малая дальность пробег, невысокая скорость и долгие периоды зарядки делают их непригодными для многих сфер. Однако электромоторы могут успешно применятся там, где не нужны высокая скорость и дальность поездок, например в фургонах для доставки товаров на дом и автопогрузчиках. В будущем, когда снизятся стоимость и вес аккумуляторов, на сцену, возможно, выйдут семейные электромобили. Хотя электромобили сами по себе не создают вредных выбросов, они загрязняют среду косвенно – за счёт электростанций, которые вырабатывают электричество для зарядки их аккумуляторов.

Автомобили на солнечной энергии.

Автомобили на солнечной энергии – это экологически чистые и недорогие в эксплуатации транспортные средства. В них используются либо фотоэлементы, которые преобразуют солнечный свет в электроэнергию, напрямую вращающую мотор, либо химические аккумуляторы, подзаряжающиеся от солнечных элементов. Основой недостаток солнечных элементов состоит в том, что каждая ячейка может производить очень мало электричества, поэтому для выработки достаточной мощности приходится устанавливать сотни элементов. Так как солнечные элементы очень дороги, то и стоимость автомобилей получается высокой. Однако новые технологии помогут уменьшить число элементов, необходимых для работы автомобиля, и позволяет создать дешёвые, экономически выгодные транспортные средства на солнечной энергии.

Гибридные автомобили.

Появился гибридный бензино-электрический автомобиль в движение, а также вращает генератор, подзаряжающий аккумуляторы. Эти аккумуляторы могут приводить в действие электрический двигатель, создавая дополнительный источник движущей силы. Такие автомобили могут использовать бензиновый двигатель, например, для путешествий за город, а электрический двигатель – для поездок по городу. В некоторых гибридных автомобилях для зарядки аккумуляторов используется регенеративное торможение: когда водитель нажимает на тормоза, специальная муфта соединяет тяжёлый маховик и помогает автомобилю замедлить движение. Вращательное движение махового колёса питает генератор, заряжающий аккумуляторы. Подзарядка внутри автомобиля устраняет нужду во внешних станциях подзарядки.

Автомобили на топливных элементах.

Пожалуй самыми технологически привлекательными из альтернативных автомобилей являются автомобили на топливных элементах. Электроэнергия в них вырабатывается при реакции водорода с атмосферным кислородом, и единственными побочными продуктами являются тепло и вода. Топливные элементы на основе водорода не выбрасывают углекислого газа, который вызывает парниковый эффект. Однако водород легко воспломеняем, и хранить его очень опасно, так что в некоторых конструкциях топливных элементов источником водорода служит метанол. Метаноловые двигатели дают намного меньше вредных выделений, чем двигатели внутреннего сгорания. Топливные элементы эффективны и долговечны, поскольку в них не происходит сгорания и нет никаких движущихся частей. Уже существуют экспериментальные автомобили на топливных элементах, а в ближайшие годы начнётся их массовое производсто