II. Другий підхід до майбутнього автомобіля – створення принципово нового автомобіля, який був би екологічно нешкідливим і працював на паливі, запаси якого невичерпні.
Пошук такого «чистого» автомобіля ведеться у кількох напрямках.
По-перше, це створення автономних джерел «енергії», так званих «енергетичних капсул», які б накопичували енергію від екологічно нешкідливих альтернативних джерел (гідравлічних, вітрових, приливних, гідротермальних і, головним чином, від сонця).
Що буде являти собою енергетична капсула, поки не важливо, важливо те, що вона повинна накопичити енергію, зберегти її із найменшими втратами, а за тим при необхідності виділити з потрібною інтенсивністю. І все це при умові найменших габаритів і маси капсули.
Прототипи енергетичних капсул уже є. Це так звані накопичувачі, або акумулятори енергії. Зупинимося на них детальніше. Основні типи акумуляторів - електричні, механічні, теплові.
Всі вони оцінюються по трьох основних критеріях: питомій енергії, питомій потужності і часу консервації енергії.
Питома енергія і потужність - це енергія, накопичена в акумуляторі, і потужність, яку може прийняти або виділити акумулятор, віднесені до маси акумулятора.
Час консервації - це строк, протягом якого акумулятор – «тримає» енергію.
Найбільш розповсюджені електричні акумулятори, з якими пов’язується проблема створення електромобіля.
Існує кілька типів електричних акумуляторів: кислотний (свинцевий), лужний (залізонікелевий), срібляно-цинковий, а також акумулятори, де електролітом являється розплавлений лужний метал (літій або натрій) при високій температурі.
Свинцеві акумулятори винайшли у 1859 році і в 1898 році француз Шасслу Лаба на електромобілі досяг швидкості 63 км/год., а роком пізніше бельгійський гонщик К.Ієнатці на електромобілі, обладнаному свинцевим акумулятором масою біля 2-х тон, встановив світовий рекорд швидкості на суші - 105,9 км/год.
Але ж найкраще достоїнство електромобіля - як самого чистого транспорту не врятувало його від забуття. Акумулятори тих днів складали 35% ваги всього електромобіля, були дорогими і малопотужними, не могли конкурувати з легкими, дешевими і потужними ДВЗ. Нафта здавалась невичерпною, бензину було у надлишку і він був дешевим.
Людство пішло по легким шляхом, але легкий шлях часто приводить до важких наслідків.
У другій половині XX століття у зв'язку із виникненням енергетичної кризи, сотні вчених були знову залучені до розробки економічних електромобілів.
Для того, щоб електромобіль міг скласти конкуренцію ДВЗ, згідно даних Національної академії наук США, так звана сімейна модель машини повинна мати дальність пробігу не 50 км як зараз, а більше 300 км, середню швидкість не 30 км/год, а 90 км/год. Перезарядка акумуляторів не повинна перевищувати 6 годин.
Розглянемо тепер механічні акумулятори енергії. Вони бувають двох типів: статичні і динамічні.
Статичні акумулятори виконують у вигляді піднятого вантажу (наприклад, тягарі настінних годинників-ходиків), у вигляді пружини (наприклад, заводні пружини у годиннику), у вигляді стисненого газу (наприклад, в автомобілях із пневмогальмами).
Динамічні акумулятори - це маховики, що обертаються навкруг своєї осі із великою швидкістю, їх також називають центробіжними акумуляторами.
Маховики мають практично необмежену питому потужність. Як перспективні акумулятори енергії вони стали розглядатись зовсім недавно, із винаходом супермаховиків. Супермаховики виготовляються із надміцних ниток і стрічковидних матеріалів шляхом намотування і мають високу питому енергію. Вони більш безпечні, ніж звичайні маховики.
З першого погляду здається, що чим важчий маховик, тим більше енергії він може накопичити.
Однак у більшості випадків це не так. Скористаймося формулою густини енергії маховика:
Є= 0,5 σ/ρ (2)
де Є - густина енергії; (або щільність), σ - міцність матеріалу маховика, ρ - густина матеріалу маховика.
Із цієї формули зрозуміло, що густина енергії маховика при заданій міцності матеріалу тим більша, чим легший сам матеріал.
Як наслідок, отримуємо парадокс - тяжкі щільні матеріали менше вигідні для виготовлення маховиків, ніж легкі, але міцні.
Наприклад, для сталі густина енергії в 2-3 рази вища, ніж у чавуна, для титана густина енергії в 1,5 рази вища, ніж для сталей, для дюралюмінію і магнієвих сплавів густина енергії також у 1,5 рази вище, ніж для сталі.
Надзвичайно оригінальний проект маленького міського легкового автомобіля із супермаховиковим акумулятором розроблений в Австрії.
Маса автомобіля 600 кг, включаючи 150 кг корисного вантажу. Маса маховика 100 кг. Потужність двигуна при швидкості 90 км/год, складає 3,5 кВт. Автомобіль проходить без підзарядки 180км.
Для розгону маховика застосовується електродвигун, який підключається до мережі. Час розгону маховика 20-25 хв., початкова частота обертів маховика 23000 об./хв., кінцева - 12000 об./хв.
Інший шлях створення принципово нового двигуна, екологічно нешкідливого - це створення водневого двигуна. Водень масою 1 кг при горінні виділяє в 3 рази більше тепла, ніж бензин. Запаси водню невичерпні - один відсоток ваги земної кори.
В інституті проблем машинобудування АН України (м. Харків) уже зробили перший крок. Там створений і успішно працює двигун на суміші бензину і водню. Ці два компоненти подаються в камеру згорання окремо один від одного. Причому на холостих обертах, коли вихлопні гази особливо отруйні, двигун працює тільки на чистому водні. На вихлоп поступає лише водяна пара.
При максимальному навантаженні в дію вступає бензин. Відношення регулюється автоматично.