Двигатель на сжатом воздухе для автомобиля

Пневматический двигатель анджело ди пьетро

Автономное энергоснабжение. Свободная и альтернативная энергия будущего. Бестопливные генераторы и «вечные двигатели» в каждый дом!

Разновидности автомобильных пневмодвигателей

С 2000 года в Мехико и Париже активно используются современные городские автомобили с пневмодвигателями. А впервые такие устройства появились еще в конце 19 века.

В конце 19-го века во французском городе Нант был запущен первый в мире трамвай, работающий на энергии сжатого воздуха. Позже аналогичное транспортное средство пытались сконструировать в середине 30-х годов в США. Принцип устройства его пневмодвигателя был прост – струя воздуха попадала в импровизированную турбину, вал которой крепился к колесу и тем самым вращал его. Испытания показали, что энергия сжатого воздуха куда меньше, чем у сгораемого бензина, поэтому такие пневмодвигатели не прижились.

В 1978 году австралийский автоконструктор Анджело Ди Пьетро создал принципиально новый пневмодвигатель. В нем было несколько камер для подачи сжатого воздуха, который выталкивали поршни. Те, в свою очередь ритмично давили на ротор, вращающийся при помощи системы колесиков вокруг центрального вала. Данный двигатель оказался очень легким и компактным, что позволило установить его непосредственно на колеса автомобиля. А еще он позволял выдавать максимальный крутящий момент на любых оборотах, поэтому не нуждался в коробке передач.

Чуть позже, в конце 80-х годов, в СССР был создан свой пневмодвигатель, автором которого стал Николай Пустынский – главный конструктор Заволжского моторного завода. На 95% он был аналогичен стандартному ДВС, только вместо парогазовой смеси в камеру сгорания подавался сразу сжатый воздух под давлением 300 атм., который и давил на поршни. Такой двигатель был очень дешев и практичен, но слабо подходил для крупных автомобилей, поэтому он нашел свое применение только в небольших пневмокарах, использующихся внутри предприятий.

В 1991 году инженер-испытатель Гай Негре основал свою компанию MDI(Motor Development Internation), которая стала заниматься разработкой и выпуском принципиально нового типа пневмодвигателя. Он состоит из двух цилиндров с поршнями, соединенных сферической камерой. Воздух засасывается в первый цилиндр, уплотняется и нагревается под давлением поршня, после чего попадает в сферическую камеру. Там он смешивается с холодным сжатым воздухом из баллона и полученная смесь поступает во второй цилиндр. Она очень быстро расширяется и давит на поршень, который вращает коленвал.

Первым полностью успешным проектом стал пневмомобиль Airpod, оснащенный стеклопластиковым кузовом и 80-кг баллонами со сжатым воздухом, запаса которого ему хватало на 200 км пути со скоростью до 60 км/ч. Такие авто активно используются в качестве такси в Мехико, а их более современный вариант под названием CityCat уже покоряет улицы Парижа.

Комментарии

Разновидности автомобильных пневмодвигателей — 1 комментарий

Наверное проще подогревать жидкий воздух набегающим током уличного воздуха — давление до тысячи атмосфер.
У меня предложение по получению именно жидкого воздуха в замкнутом контуре. Идея Александра Краева из Мурманска. Я предложил ему разные газы с разным притяжением между молекулами, а он сказал, что разного притяжения можно достичь в одном газе при разных плотностях.
Значит, если в плотном газе начинает движение поршень, то возникают разные плотности и разное притяжение — фронтальный газ может даже сам схлопнуться и чтобы он не расплавил цилиндр, надо иметь перепускные поршни по обе стороны главного сиилового поршня и встречный теплообменник, связанный с обоими обьемами цилиндра гибким шлангом через трубчатый шнек, а также непосредственно с торцами цилиндра.

Добавить комментарий Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Пневматический двигатель анджело ди пьетро

За последние 60 дней ни разу не выходила

Статистика

Экологические автомобили | Двигатель на сжатом воздухе для автомобиля

То, что пневмомобили смогут стать полноценной заменой бензиновому и дизельному транспорту, пока вызывает сомнения. Однако у двигателей, работающих на сжатом воздухе есть свой безусловный потенциал.

Впервые в роли двигателя пневматический привод выступил еще в конце 19-го века. Тогда во французском городе Нант на линию общественного транспорта был выпущен трамвай, который приводился в движение энергией сжатого под высоким давлением воздуха. Первый экспериментальный легковой «воздушный» автомобиль был представлен в Лос-Анджелесе в 1932 году. К этой разработке быстро охладели, поскольку об экологии тогда мало кто задумывался, тем более что пневмодвигатели с бензиновыми моторами тогда конкурировать не могли. Прямо скажем, не могут и сейчас.

В конце семидесятых годов двадцатого столетия австралийский изобретатель Анджело Ди Пьетро создал принципиальной новый пневматический двигатель для автомобиля. Здесь нет цилиндров и поршней. Вместо этого в корпусе вращается кольцо, которое внутри опирается на специальные ролики, закрепленные на валу. За распределение воздуха по камерам, образованным лепестками, отвечает специальная система. Таким образом, изменяя свой объем, камеры вращают ротор, который в свою очередь предает усиление на колеса.

Двигатель Анджело Ди Пьетро имеет ряд преимуществ. Он легок и прост в конструкции: компактные пневмомоторы можно установить непосредственно на колеса. Кроме того, благодаря его способности выдавать свой максимальный крутящий момент на самых низких оборотах, отпадает необходимость в коробке передач.

Двигатель Анджело Ди Пьетро имеет ряд преимуществ. Он легок и прост в конструкции: компактные пневмомоторы можно установить непосредственно на колеса. Кроме того, благодаря его способности выдавать свой максимальный крутящий момент на самых низких оборотах, отпадает необходимость в коробке передач.

В конце восьмидесятых главный конструктор Заволжского моторного завода Н. Пустынский разработал свой пневматический двигатель для автомобиля. Главное отличие этого мотора от похожих разработок заключалось в том, что Пустынский создал пневмодвигатель из обычного ДВС с сохранением 95% его деталей.

Общий принцип был сохранен. Сжатый под давлением 300 бар воздух подается в рабочую камеру, где расширяясь, толкает поршень и выходит наружу. Однако у автомобилестроителей двигатель на сжатом топливе по ряду причин большого интереса не вызвал, и сенсации не случилось. Но пневматическая установка применение все же нашла. На некоторых промышленных предприятиях электрокары были заменены дешевыми и практичными пневмокарами, оснащенные двигателями Пустынского.

До 1991 года инженер-испытатель Гай Негре был одним из ведущих конструкторов двигателей в Формуле-1. Каким образом идея о двигателе на сжатом воздухе заинтересовала этого человека? Возможно пригодился опыт в авиации, где большинство механизмов работают по принципу «обратный компрессор», а может будучи конструктором «Королевской гонки» и наблюдая за работой воздушной турбины, раскручивающей двигатель болида, он понял, какая большая энергия может храниться в баллонах со сжатым воздухом.

Чтобы превратить пусковой режим пневматического привода в рабочий, было потрачено более 10 лет. Основанная с группой единомышленников компания стала называться Motor Development Internation. Ее первоначальный проект не был пневмомобилем в полном смысле этого слова. Первый двигатель Гая Негре мог работать не только на сжатом воздухе, но также на природном газе, бензине и дизеле. В моторе MDI процессы сжатия, воспламенения горючей смеси, а также сам рабочий ход проходят в двух цилиндрах разного объема, соединяющихся меж собой сферической камерой.

Однако команда MDI не стала останавливаться на достигнутом результате, продолжив работу над усовершенствованием двигателя на сжатом воздухе, а именно над созданием полноценного пневмомобиля, без подпитки газового или жидкого топлива. Первым стал прототип Taxi Zero Pollution. Этот автомобиль «почему-то» не вызвал интерес у развитых стран, в то время сильно зависящих от нефтяной промышленности. Зато Мексика заинтересовалась этой разработкой, и в 1997 году заключила договор о постепенной замене таксопарка Мехико (одного из самых загрязненных мегаполисов мира) на «воздушный» транспорт.

Принцип работы двигателя MDI следующий: в малый цилиндр засасывается воздух, где он сжимается поршнем под давлением 18-20 бар и разогревается; подогретый воздух идет в сферическую камеру, где смешивается с холодным воздухом из баллонов, который мгновенно расширяясь и нагреваясь, увеличивает давление на поршень большого цилиндра, передающего усилие на коленвал.

Двигатель на сжатом воздухе для автомобиля

То, что пневмомобили
смогут стать полноценной заменой бензиновому и дизельному транспорту,
пока вызывает сомнения. Однако у двигателей, работающих на сжатом
воздухе есть свой безусловный потенциал.

В традиционном понимании пневмодвигатель – это машина, с помощью
которой энергия сжатого воздуха превращается в механическую работу.
Прежде всего, это основа для некоторых строительных инструментов, но
пневматический привод широко применяется и в автомобилестроении. В
основном в качестве привода тормозной системы грузовых машин. Но идея о
том, что двигатель на сжатом воздухе способен в одиночку передвигать
автомобиль, волнует умы конструкторов уже давно.

Пневмодвигатель Анджело Ди Пьетро

Впервые в роли двигателя пневматический привод выступил еще в конце
19-го века. Тогда во французском городе Нант на линию общественного
транспорта был выпущен трамвай, который приводился в движение энергией
сжатого под высоким давлением воздуха. Первый экспериментальный
легковой «воздушный» автомобиль был представлен в Лос-Анджелесе в 1932
году. К этой разработке быстро охладели, поскольку об экологии тогда
мало кто задумывался, тем более что пневмодвигатели с бензиновыми
моторами тогда конкурировать не могли. Прямо скажем, не могут и сейчас…

В конце семидесятых годов двадцатого столетия австралийский
изобретатель Анджело Ди Пьетро создал принципиальной новый
пневматический двигатель для автомобиля. Здесь нет цилиндров и поршней.
Вместо этого в корпусе вращается кольцо, которое внутри опирается на
специальные ролики, закрепленные на валу. За распределение воздуха по
камерам, образованным лепестками, отвечает специальная система. Таким
образом, изменяя свой объем, камеры вращают ротор, который в свою
очередь предает усиление на колеса.

$DCODE_1$

Двигатель Анджело Ди Пьетро имеет ряд преимуществ. Он легок и прост в
конструкции: компактные пневмомоторы можно установить непосредственно
на колеса. Кроме того, благодаря его способности выдавать свой
максимальный крутящий момент на самых низких оборотах, отпадает
необходимость в коробке передач.

Пневматический двигатель Николая Пустынского

В конце восьмидесятых главный конструктор Заволжского моторного
завода Н. Пустынский разработал свой пневматический двигатель для
автомобиля. Главное отличие этого мотора от похожих разработок
заключалось в том, что Пустынский создал пневмодвигатель из обычного ДВС
с сохранением 95% его деталей.

Общий принцип был сохранен. Сжатый под давлением 300 бар воздух
подается в рабочую камеру, где расширяясь, толкает поршень и выходит
наружу. Однако у автомобилестроителей двигатель на сжатом топливе по
ряду причин большого интереса не вызвал, и сенсации не случилось. Но
пневматическая установка применение все же нашла. На некоторых
промышленных предприятиях электрокары были заменены дешевыми и
практичными пневмокарами, оснащенные двигателями Пустынского.

Пневмодвигатель Гая Негре

До 1991 года инженер-испытатель Гай Негре был одним из ведущих
конструкторов двигателей в Формуле-1. Каким образом идея о двигателе на
сжатом воздухе заинтересовала этого человека? Возможно пригодился опыт в
авиации, где большинство механизмов работают по принципу «обратный
компрессор», а может будучи конструктором «Королевской гонки» и наблюдая
за работой воздушной турбины, раскручивающей двигатель болида, он
понял, какая большая энергия может храниться в баллонах со сжатым
воздухом.

Чтобы превратить пусковой режим пневматического привода в рабочий,
было потрачено более 10 лет. Основанная с группой единомышленников
компания стала называться Motor Development Internation. Ее
первоначальный проект не был пневмомобилем в полном смысле этого слова.
Первый двигатель Гая Негре мог работать не только на сжатом воздухе, но
также на природном газе, бензине и дизеле. В моторе MDI процессы сжатия,
воспламенения горючей смеси, а также сам рабочий ход проходят в двух
цилиндрах разного объема, соединяющихся меж собой сферической камерой.

Испытывали силовую установку на хетчбэке Citroen AX. На низких
скоростях (до 60 км/ч), когда потребляемая мощность не превышала 7 кВт,
автомобиль мог передвигаться только на энергии сжатого воздуха, но при
скорости выше указанной отметки силовая установка автоматически
переходила на бензин. В этом случае мощность двигателя вырастала до 70
лошадиных сил. Расход жидкого топлива в шоссейных условиях составил
всего 3 литра на 100 км – результат, которому позавидует любой гибридный автомобиль.

Однако команда MDI не стала останавливаться на достигнутом
результате, продолжив работу над усовершенствованием двигателя на сжатом
воздухе, а именно над созданием полноценного пневмомобиля, без подпитки
газового или жидкого топлива. Первым стал прототип Taxi Zero Pollution.
Этот автомобиль «почему-то» не вызвал интерес у развитых стран, в то
время сильно зависящих от нефтяной промышленности. Зато Мексика
заинтересовалась этой разработкой, и в 1997 году заключила договор о
постепенной замене таксопарка Мехико (одного из самых загрязненных
мегаполисов мира) на «воздушный» транспорт.

Следующим проектом стал тот самый Airpod
с полукруглым стеклопластиковым кузовом и 80-килограммовыми баллонами
со сжатым воздухом, полный запас которых хватал на 150-200 километров
пути. Однако полноценным серийным пневмомобилем стал проект OneCat
– более современная интерпретация мексиканского такси Zero Pollution. В
легких и безопасных карбоновых баллонах под давлением в 300 бар может
храниться до 300 литров сжатого воздуха.

Принцип работы двигателя MDI следующий: в малый цилиндр засасывается
воздух, где он сжимается поршнем под давлением 18-20 бар и
разогревается; подогретый воздух идет в сферическую камеру, где
смешивается с холодным воздухом из баллонов, который мгновенно
расширяясь и нагреваясь, увеличивает давление на поршень большого
цилиндра, передающего усилие на коленвал.

Перспективы автомобилей с двигателями на сжатом воздухе

Скептики считают пневмомашины неэффективным транспортным средством. В
сравнение с традиционными автомобилями, это действительно так. Но
перспектива у двигателей на сжатом воздухе все-таки есть. Во-первых, они
могут успешно применяться в качестве движущей силы для муниципального и
промышленного транспорта. Кроме того, пневмодвигатели могут выступать в
роли помощника в гибридных системах. Так вышеописанные разработки дали
толчок появлению нового типа транспортного средства – PHEV (pneumatic-hybrid electric vehicle), в котором пневматический привод сочетается с современным электродвигателем.

Сегодня MDI возвращается к началу своих разработок, когда
использовался универсальный двигатель, способный работать не только на
воздухе, но также на жидком и газообразном топливе. Французы оснастили
похожей установкой рабочий прототип CityCat – автомобиль на сжатом
воздухе, который стал ближе всех к массовому производству.

Двигатель на сжатом воздухе чертежи. Hybrid Air — гибридный двигатель на сжатом воздухе

В этих автомобилях нет ни баков с топливом, ни аккумуляторов, ни солнечных батарей. Не нужны этим машинам ни водород, ни дизтопливо, ни бензин. Надёжность? Да тут почти нечему ломаться. Но кто сегодня верит в идеальное решение?

Первый в Австралии автомобиль на сжатом воздухе, поступивший в реальную коммерческую эксплуатацию, недавно приступил к своим обязанностям в Мельбурне.

Аппарат построен австралийской фирмой Engineair инженера Анджело Ди Пьетро (Angelo Di Pietro).

Главной проблемой, над которой задумался изобретатель, было снижение массы двигателя при сохранении высокой мощности и полноты использования энергии сжатого воздуха.

Здесь нет никаких цилиндров и поршней, нет и треугольного ротора, как у двигателя Ванкеля, или турбинного колеса с лопатками.

Вместо этого в корпусе мотора вращается кольцо. Изнутри оно опирается на два ролика, эксцентрично установленных на валу.

Двигатель австралийского итальянца Ди Пьетро в разрезе (фото с сайта gizmo.com.au).

6 отдельных переменных объёмов в этой расширительной машине отсекают подвижные полукруглые лепестки, установленные в разрезах корпуса.

Есть ещё система распределения воздуха по камерам. Вот почти и всё.

Кстати, двигатель Ди Пьетро выдаёт максимальный крутящий момент сразу — даже в неподвижном состоянии и раскручивается до вполне приличных оборотов, так что особой трансмиссии с переменным передаточным числом ему не нужно.

Так можно устроить привод легкового автомобиля по системе Ди Пьетро. Два роторных пневмодвигателя, по одному на колесо. И никакой трансмиссии (иллюстрация с сайта gizmo.com.au).

Ну, а простота конструкции, малые размеры и низкий её вес — это ещё один плюс в копилку всей идеи.

Что в итоге? Вот, к примеру, пневмокар от Engineair, который проходит испытания на складе одного из продуктовых магазинов австралийской столицы.

Грузоподъёмность этой тележки — 500 килограммов. Объём баллонов с воздухом — 105 литров. Пробег на одной заправке — 16 километров. При этом заправка занимает несколько минут. В то время, как зарядка аналогичного электромобиля от сети заняла бы часы.

Странная связь поршня и коленвала во французском пневмодвигателе позволяет поршню останавливаться в мёртвой точке при сохранении равномерного вращения выходного вала двигателя (иллюстрация с сайта mdi.lu).

Логично представить, как подобную установку большей мощности можно смонтировать на небольшом легковом автомобиле, предназначенном для движения главным образом в черте города.

Тут нужно упомянуть важное преимущество пневмомобилей перед электромобилями, которых также прочат на роль перспективного средства передвижения в городе, заботящемся о чистоте воздуха.

Аккумуляторы, даже простые свинцово-кислотные — дороже баллонов и являются загрязнителями окружающей среды после выработки ресурса. Аккумуляторы тяжелы, да и электродвигатели — тоже. Что повышает расход энергии машины.

Правда, при сжатии воздуха в компрессорах станции «пневмозаправки» он нагревается, и это тепло без толку греет атмосферу. Это минус в плане общих затрат и расхода энергии (того же ископаемого топлива) на заправку подобных машин.

Но всё же во многих ситуациях (для центров мегаполисов) лучше примириться с этим, получив взамен автомобиль с нулевым выхлопом по умеренной цене.

Пневматические CityCAT’s Taxi и MiniCAT’s от Motor Development International (фото с сайта mdi.lu).

Стало быть, у Ди Пьетро есть основания полагать, что именно ему удастся вывести автомобили, работающие на воздухе — на «большую орбиту».

Напомним, идея использовать сжатый воздух в качестве энергоносителя на транспортном средстве — очень стара.

Один из таких патентов был выдан в Великобритании в 1799 году. И, как сообщает А. В. Моравский в книге «История автомобиля», в конце XIX века, с созданием надёжных баллонов, рассчитанных на высокое давление, такие машины получили некоторое распространение в Европе и США — как внутризаводской технологический транспорт и даже — как городские грузовики.

Однако энергоёмкость сжатого воздуха, даже если давление доводили до 300 атмосфер, была низка. Бензин выглядел всяко выгоднее, а о загрязнении воздуха едва ли кто-то тогда думал.

Потребовалось ещё сто с лишком лет, чтобы новое поколение изобретателей вновь вывело пневмомобили на дороги.

В этой новой «воздушной» волне австралийский инженер не был первым. Скажем, мы уже рассказывали о французе Ги Негрэ (Guy Negre).

Его компания — Motor Development International , занятая разработкой и продвижением оригинального пневмодвигателя Негрэ и автомобилей на его основе — по-прежнему полна радужных надежд, но о серийном производстве пока ничего не слышно, хотя опытных образцов сделано немало.

Конструкция его двигателя (а, по сути — это поршневой мотор), заметим, постоянно претерпевает изменения. В частности, нужно отметить интересный механизм связи поршня и коленвала, позволяющий поршню на время останавливаться в мёртвой точке и затем с ускорением срываться вниз — при равномерном вращении выходного вала.

Силовой агрегат машин CAT’s (иллюстрация с сайта mdi.lu).

Эта «запинка» нужна, чтобы успеть подать в цилиндр больше воздуха и затем полнее использовать его расширение.

Кстати, ещё одна здравая идея предложена французами.

Автомобильчики Негрэ могут заправляться не только напрямую от компрессорной станции, но и от розетки — как электромобили.

При этом генератор, установленный на пневмодвигателе, превращается в электромотор, а сам пневмодвигатель — в компрессор.

Разработанная французской компанией Motor Development International (MDI) машинка под названием AIRPod приводится в движение сжатым воздухом. Хотя выпускается она с 2009 года, долгое время она вызывала у всех (за исключением разве что фанатов-экологов) лишь снисходительную улыбку. Действительно, первоначально она могла эксплуатироваться лишь в теплом климате: разработанный в начале 1990-х годов пневматически-пропеллерный двигатель не запускался при низких температурах. И хотя сегодня уже разработана система подогрева сжатого воздуха, расширяющая географию применения AIRPod, приобрести его можно только на Гавайях (штат США).

Дорожное шоу

Весной 2015 года независимая компания ZPM (Zero Pollution Motor – «Двигатели с нулевым загрязнением») провела в прайм-тайм американского телеканала ABC публичное road-show – презентацию с целью привлечения инвесторов (дословно переводится на русский как «дорожное шоу»). ZPM выкупила у французов право на производство и продажу новой модели AIRPod – пока лишь на Гавайях, выбранных в качестве «стартового рынка».

Презентовали проект завода по производству экологически чистых автомобилей два акционера ZPM – известный американский певец Пэт Бун (пик его карьеры пришелся на 1950-е годы) и кинопродюсер Эйтан Такер («Шрек», «Семь лет в Тибете» и др.). Они предлагали потенциальным инвесторам (т. н. «бизнес-ангелам») 50% акций ZPM за 5 млн долларов.

Инвесторы раскошеливаться не спешили. При этом считавшийся наиболее перспективным из них Роберт Херьявец, владелец и основатель канадской IT-компании Herjavec Group, заявил, что ему интересны продажи AIRPod не в одном отдельно взятом штате, а на территории всех США. Так что в настоящее время руководство ZPM ведет переговоры с французами о расширении территории продаж.

Несколько лет назад мир облетела новость о том, что индийская компания Tata собирается запустить в серию автомобиль, работающий на сжатом воздухе. Планы так и остались планами, но пневматические автомобили явно стали трендом: каждый год появляется несколько вполне жизнеспособных проектов, а компания Peugeot в 2016 году планировала поставить на конвейер воздушный гибрид. Почему же пневмокары внезапно вошли в моду?

Все новое — это хорошо забытое старое. Так, электромобили в конце XIX века были популярнее бензиновых собратьев, затем они пережили столетнее забвение, а потом снова «восстали из пепла». То же касается и пневмотехники. Еще в 1879 году французский пионер авиации Виктор Татен спроектировал самолет A? roplane, который должен был подниматься в воздух благодаря двигателю на сжатом воздухе. Модель этой машины успешно летала, хотя в полном размере самолет построен не был.

Родоначальником пневмодвигателей на наземном транспорте стал другой француз, Луи Мекарски, разработавший подобный силовой агрегат для парижских и нантских трамваев. В Нанте машины испытали в конце 1870-х, а к 1900 году Мекарски владел парком из 96 трамваев, что доказывало эффективность системы. Впоследствии пневматический «флот» был заменен электрическим, но начало было положено. Позднее пневмолокомотивы нашли себе узкую сферу повсеместного применения — шахтное дело. В то же время начались и попытки поставить воздушный двигатель на автомобиль. Но до начала XXI века эти попытки оставались единичными и не стоящими внимания.

Плюсы: отсутствие вредных выбросов, возможность заправки автомобиля в домашних условиях, невысокая стоимость ввиду простоты конструкции двигателя, возможность применения рекуператора энергии (например, сжатия и накопления дополнительного воздуха за счет торможения автомобиля). Минусы: низкие КПД (5−7%) и плотность энергии; необходимость во внешнем теплообменнике, поскольку при уменьшении давления воздуха двигатель сильно переохлаждается; низкие эксплуатационные показатели пневмоавтомобилей.

Преимущества воздуха

Пневматический двигатель (или, как говорят, пневмоцилиндр) преобразует энергию расширяющегося воздуха в механическую работу. По принципу действия он аналогичен гидравлическому. «Сердце» пневмодвигателя — поршень, к которому прикреплен шток; вокруг штока навита пружина. Воздух, поступающий в камеру, с увеличением давления преодолевает сопротивление пружины и перемещает поршень. На фазе выпуска, когда давление воздуха падает, пружина возвращает поршень в исходное положение — и цикл повторяется. Пневмоцилиндр вполне можно назвать «двигателем внутреннего несгорания».

Более распространена мембранная схема, где роль цилиндра выполняет гибкая мембрана, к которой точно так же прикреплен шток с пружиной. Ее преимущество заключается в том, что не нужна столь высокая точность посадки подвижных элементов, не требуются смазочные материалы, а герметичность рабочей камеры повышается. Существуют также роторные (пластинчатые) пневмодвигатели — аналоги ДВС Ванкеля.

Крошечный трехместный пневмоавтомобиль французской MDI был представлен широкой публике на Женевском автосалоне 2009 года. Он имеет право передвигаться по выделенным велодорожкам и не требует наличия водительских прав. Пожалуй, самый перспективный пневмокар.

Основные плюсы пневмодвигателя — это его экологичность и низкая стоимость «топлива». Собственно, из-за безотходности пневмолокомотивы и получили распространение в шахтном деле — при использовании ДВС в замкнутом пространстве воздух быстро загрязняется, резко ухудшая условия работы. Отработанные же газы пневмодвигателя — это обычный воздух.

Один из недостатков пневмоцилиндра — относительно низкая плотность энергии, то есть количество вырабатываемой энергии на единицу объема рабочего тела. Сравните: воздух (при давлении 30 МПа) имеет плотность энергии порядка 50 кВт ч на литр, а обычный бензин — 9411 кВт ч на литр! То есть бензин как топливо эффективнее почти в 200 раз. Даже с учетом не очень высокого КПД бензинового двигателя он «выдает» в итоге около 1600 кВт ч на литр, что значительно выше, чем показатели пневмоцилиндра. Это ограничивает все эксплуатационные показатели пневмодвигателей и движимых ими машин (запас хода, скорость, мощность и т. д.). Помимо того, пневмодвигатель имеет относительно небольшой КПД — порядка 5−7% (против 18−20% у ДВС).

Пневматика XXI века

Актуальность экологических проблем XXI века заставила инженеров вернуться к давно забытой идее использования пневмоцилиндра в качестве двигателя для дорожного транспортного средства. По сути, пневмоавтомобиль экологичнее даже электромобиля, элементы конструкции которого содержат вредные для окружающей среды вещества. В пневмоцилиндре же — воздух и ничего кроме воздуха.

Поэтому основной инженерной задачей было приведение пневмокара к виду, в котором он мог бы конкурировать с электромобилями по эксплуатационным характеристикам и стоимости. Подводных камней в этом деле множество. Например, проблема дегидратации воздуха. Если в сжатом воздухе будет хотя бы капля жидкости, то из-за сильного охлаждения при расширении рабочего тела она превратится в лед, и двигатель просто заглохнет (или даже потребует ремонта). Обычный летний воздух содержит примерно 10 г жидкости на 1 м 3 , и при наполнении одного баллона нужно затратить дополнительную энергию (около 0,6 кВт ч) на дегидратацию — причем эта энергия невосполнима. Данный фактор сводит на нет возможность качественной домашней заправки — оборудование для дегидратации невозможно установить и эксплуатировать в домашних условиях. И это лишь одна из проблем.

Тем не менее тема пневмоавтомобиля оказалась слишком привлекательной, чтобы о ней забыть.

На полном баке и полной заправке воздухом Peugeot 2008 Hybrid Air может проехать до 1300 км.

Сразу в серию?

Одно из решений, позволяющих минимизировать недостатки пневмодвигателя, — облегчение автомобиля. Действительно, городской микролитражке не нужен большой запас хода и скорость, а вот экологические показатели в мегаполисе играют значительную роль. Именно на это рассчитывают инженеры франко-итальянской компании Motor Development International, которые на Женевском автосалоне 2009 года представили миру пневмоколяску MDI AIRpod и ее более серьезный вариант MDI OneFlowAir. MDI начали «сражаться» за пневмокар еще в 2003-м, показав концепт Eolo Car, но лишь спустя десять лет, набив множество шишек, французы пришли к приемлемому для конвейера решению.

MDI AIRpod — это нечто среднее между автомобилем и мотоциклом, прямой аналог мотоколяски-«инвалидки», как ее частенько называли в СССР. Благодаря 5,45-сильному воздушному двигателю трехколесная малолитражка массой всего 220 кг может разогнаться до 75 км/ч, а запас ее хода составляет 100 км в базовом варианте или 250 км в более серьезной конфигурации. Интересно, что у AIRpod вообще нет руля — машина управляется джойстиком. В теории она может передвигаться как по дорогам общего пользования, так и по велодорожкам.

У AIRpod есть все шансы на серийное производство, поскольку в городах с развитой велоструктурой, например в Амстердаме, такие машинки могут быть востребованы. Одна заправка воздухом на специально оборудованной станции занимает около полутора минут, а стоимость передвижения составляет в итоге порядка 0,5 на 100 км — дешевле просто некуда. Тем не менее заявленный срок серийного производства (весна 2014 года) уже прошел, а воз и ныне там. Возможно, MDI AIRpod появится на улицах европейских городов в 2015-м.

Кроссовый мотоцикл, построенный австралийцем Дином Бенстедом на шасси Yamaha, способен разгоняться до 140 км/ч и безостановочно ехать в течение трех часов на скорости 60 км/ч. Воздушный двигатель системы Анжело ди Пьетро весит всего лишь 10 кг.

Второй предсерийный концепт — это известный проект индийского гиганта Tata, автомобиль MiniCAT. Проект был запущен одновременно с AIRpod, но, в отличие от европейцев, индусы заложили в программу нормальный, полноценный микроавтомобиль с четырьмя колесами, багажником и традиционной компоновкой (в AIRpod, заметим, пассажиры и водитель сидят спинами друг к другу). Масса Tata чуть побольше, 350 кг, максимальная скорость — 100 км/ч, запас хода — 120 км, то есть MiniCAT в целом похож на машину, а не на игрушку. Интересно, что в компании Tata не мучились с разработкой воздушного двигателя «с нуля», а за $28 млн приобрели права на использование разработок MDI (что позволило последней удержаться на плаву) и усовершенствовали двигатель для приведения в движение более крупного транспортного средства. Одна из фишек этой технологии — использование тепла, выделяющегося при охлаждении расширяющегося воздуха, для нагрева воздуха при заправке баллонов.

Изначально Tata собиралась поставить MiniCAT на конвейер в середине 2012 года и производить порядка 6000 единиц в год. Но обкатка продолжается, а серийное производство отложено до лучших времен. За время разработки концепт успел сменить имя (ранее он назывался OneCAT) и дизайн, так что какая его версия поступит в итоге в продажу, не знает никто. Кажется, даже представители Tata.

На двух колесах

Чем легче автомобиль на сжатом воздухе, тем он более эффективен в плане эксплуатационных и экономических показателей. Логичный вывод из этого утверждения — почему бы не сделать скутер или мотоцикл?

Этим озаботился австралиец Дин Бенстед, который в 2011 году продемонстрировал миру кроссовый мотоцикл O 2 Pursuit с силовым агрегатом, разработанным фирмой Engineair. Последняя специализируется на уже упомянутых роторных воздушных двигателях разработки Анжело ди Пьетро. По сути, это классической компоновки «ванкели» без сгорания — ротор приводится в движение подачей воздуха в камеры. Бенстед пошел при разработке от обратного. Сперва он заказал Engineair двигатель, а потом построил вокруг него мотоцикл, использовав раму и часть элементов от серийной Yamaha WR250R. Машина получилась на удивление энергоэффективной: на одной заправке она проходит 100 км и в теории развивает максимальную скорость 140 км/ч. Эти показатели, к слову, превышают аналогичные у многих электрических мотоциклов. Бенстед остроумно сыграл на форме баллона, вписав его в раму, — это позволило сэкономить место; двигатель в два раза компактнее своего бензинового собрата, а свободное место позволяет установить второй баллон, увеличив пробег мотоцикла в два раза.

Но, к сожалению, O 2 Pursuit остался лишь одноразовой игрушкой, хотя и был номинирован на престижную изобретательскую премию, учрежденную Джеймсом Дайсоном. Спустя два года идею Бенстеда подхватил другой австралиец, Дарби Бичено, который предложил создать по схожей схеме не мотоцикл, а сугубо городское транспортное средство, скутер. Его EcoMoto 2013 должен быть сделан из металла и бамбука (никакого пластика), но дальше рендеров и чертежей дело пока что не продвинулось.

Помимо Бенстеда и Бичено, схожую машину в 2010 году построил Эвин И Ян (его проект назывался Green Speed Air Motorcycle). Все три конструктора, к слову, были студентами Королевского технологического института Мельбурна, и потому их проекты схожи, используют один и тот же двигатель и… не имеют шанса на серию, оставаясь исследовательскими работами.

В 2011 году спортивный автомобиль Toyota Ku: Rin установил мировой рекорд скорости для транспортных средств, приводимых в движение энергией сжатого воздуха. Обычно пневмоавтомобили не разгоняются более чем до 100−110 км/ч, концепт же Toyota показал официальный результат 129,2 км/ч. Ввиду «заточенности» на скорость, Ku: Rin на одной зарядке мог проехать всего 3,2 км, но больше трехколесному одноместному болиду и не требовалось. Рекорд установлен. Интересно, что до того рекорд составлял всего лишь 75,2 км/ч и был установлен в Бонневилле болидом Silver Rod конструкции американца Дерека Маклиша летом 2010 года.

Корпорации на старте

Вышесказанное подтверждает, что у воздушных автомобилей будущее есть, но, скорее всего, не в «чистом виде». Все-таки они имеют свои ограничения. Тот же MDI AIRpod провалил абсолютно все краш-тесты, поскольку его сверхлегкая конструкция не позволяла должным образом защищать водителя и пассажиров.

А вот использовать пневмотехнологии в качестве дополнительного источника энергии в гибридном автомобиле вполне реально. В связи с этим компания Peugeot объявила о том, что с 2016 года часть кроссоверов Peugeot 2008 будет выпускаться в гибридном варианте, одним из элементов которого будет установка Hybrid Air. Эта система разработана в сотрудничестве с Bosch; суть ее в том, что энергия ДВС будет запасаться не в форме электроэнергии (как в обычных гибридах), а в баллонах со сжатым воздухом. Планы, правда, так и остались планами: на данный момент на серийные автомобили установка не ставится.

Peugeot 2008 Hybrid Air сможет двигаться, используя энергию ДВС, воздушного силового агрегата или их комбинации. Система будет сама распознавать, какой из источников энергоэффективнее в той или иной ситуации. В городском цикле, в частности, 80% времени будет использоваться энергия сжатого воздуха — он приводит в движение гидронасос, который вращает вал при отключенном ДВС. Суммарная экономия топлива при такой схеме составит до 35%. При работе на чистом воздухе максимальная скорость автомобиля ограничивается 70 км/ч.

Концепт Peugeot выглядит абсолютно жизнеспособным. С учетом экологических преимуществ подобные гибриды вполне смогут потеснить электрические в течение ближайших пяти-десяти лет. И мир станет немножечко чище. Или не станет.

Источник http://2pelikana.ru/pnevmaticheskiy-dvigatel-andzhelo-di-petro/

Источник http://masternew.my1.ru/publ/novye_tekhnologii/dvigatel_na_szhatom_vozdukhe_dlja_avtomobilja/4-1-0-12

Источник http://123vs.ru/dvigatel-na-szhatom-vozduhe-chertezhi-hybrid-air-gibridnyi-dvigatel-na-szhatom/