Этой статьёй хотел бы начать цикл статей с обсуждением проблем экологичности современного автомобиля. Думаю многим читателям будет интересно узнать какие современные решения позволяют по-настоящему снизить вредные выбросы автомобиля, а какие являются маркетинговым ходом.
В современных транспортных средствах остро стоит вопрос снижения выбросов вредных веществ. Для решения данной проблемы при создании транспортных средств стараются повысить их эффективность. Повышение эффективности подразумевает под собой: увеличение КПД трансмиссии, подбор наиболее подходящих для условий движения передаточных чисел, использование гибридных силовых установок. На сегодняшний день всё большую популярность стали получать электромобили. Электромобиль не выделяет вредных веществ при передвижении, однако, добыча электроэнергии наиболее распространёнными способами связана с выбросами вредных веществ. Электрическая батарея электромобиля, так же содержит большое количество вредных веществ, её сложно утилизировать и невыгодно восстанавливать, а добыча лития загрязняет огромное количество воды.
В данной статье хотел бы оценить такую трансмиссию как «Последовательный гибрид». Как правило, такая трансмиссия отличается несколькими положительными сторонами: турбо дизельный мотор работает в зоне где он достигает максимального КПД (мотор может быть и бензиновый, дизельный рассматривается как более эффективный), в трансмиссии, как правило, применяют планетарные коробки переключения передач (зачастую это редуктор, а не полноценная КПП), благодаря чему электродвигатели чаще работают в области с максимальным КПД. В качестве накопителя электроэнергии служит либо суперконденсатор или литий - ионная батарея. Однако минусом такого решения служит двойное преобразование энергии, что приводит к потерям энергии. Стоит отметить, что габариты такой трансмиссии приводят к увеличению веса автомобиля или другой техники с такой трансмиссией. По причине высокой массы и габаритов такую трансмиссию целесообразнее применять на крупной технике, например на городском автобусе или арктическом транспортере.
Если в городском автобусе собрать схему с суперконденсатором, то это может существенно снизить выбросы в окружающую среду, повысить топливную экономичность, уменьшить уровень шума. Кто-то может возразить- «Уже ведь есть электробусы! Зачем возвращаться к ДВС!?» Все не так просто, единственный плюс электробуса, особенно в холодной Москве, это то, что его можно заряжать ночью, а значит газовые турбины на ТЭЦ могут работать в своём номинальном режиме, с высоким КПД. Да, тема неэффективного использования ТЭЦ ночью всегда была актуальна, именно поэтому у населения есть возможность получать ночью более дешёвое электричество. Но вернёмся к автобусам, электробусы, это распил денег, вот главная функция этого транспорта в РФ, троллейбус, который был заменён электробусом проигрывает только в мобильности, во всех других отношениях это по-настоящему экологичный вид транспорта. Однако, говорить про экологичность любого транспорта необходимо через призму пути получения электроэнергии.
Вернемся к постоянным гибридам, зачем это автобусу? Какой режим движения у автобуса? Особенно там где неэффективно использовать троллейбусы. Рейсовый автобус перемещается между остановками, его режим движения довольно однообразен, особенно в случае наличия свободных автобусных полос. Режим движения состоит фактически из трех этапов: разгон, движение с крейсерской скоростью, торможение. Конечно на всех этих этапах автобус может выполнять дополнительные маневры, однако, глобально это ничего не изменит. Главная задача это облегчить разгон и увеличить КПД торможения.
Если с разгоном все понятно, это всегда самые большие затраты энергии, то про торможение поговорим подробнее. Обычное торможение превращает механическую энергию в тепло с помощью трения. Рекуперация энергии позволяет применить часть энергии торможения при разгоне, но это не единственный её эффект, решается проблема выбросов в окружающую среду микроскопических частиц, которые появляются в результате износа тормозных колодок. Эти частицы причиняют вред легким человека. Эффект наиболее выражен при интенсивном использовании тормозной системы, но частицы опасны даже при плавном движении. По данным исследователей, частицы из состава тормозных колодок являются причиной приблизительно 20% выбросов загрязняющих атмосферу веществ в дорожном трафике, но влияние этого фактора на человека до сих пор не изучено. Анализ показал, что микрочастицы содержат значительную часть железа, меди и органического углерода. Они нарушают межклеточную коммуникацию за счет окислительных процессов - появляются признаки окислительного стресса и воспаления тканей. Резкое торможение увеличивает эффект из-за большего износа колодок и большего количества частиц. Как и в случае с выхлопными газами, сокращение выбросов тормозных систем делает воздух намного чище и лучше защищает здоровье человека. Наибольший вред здоровью человека наносит фенол, выделяющийся в момент продолжительного или резкого торможения раскаленными колодками, когда температура диска и колодок достигает 800°С. Для защиты от вредных испарений, придумали фильтры. Они действительно работают, но только при полной герметичности салона.
Интересно, что Стандарт Euro5 ограничивает уровень выброса вредных веществ для дизельных двигателей на уровне CH до 0,05 г/км, CO до 0,8 г/км, и NOy до 0,06 г/км, это настолько маленькие значения, что тормозная система действительно становится весомым источником загрязнений.
Последовательный гибрид обеспечивает работу дизельного двигателя с турбо нагнетателем в режимах где его КПД максимален. А рекуперация в совокупности с конденсаторами обеспечивает использование энергии торможения наиболее экологичным путем.
Наличие конденсатора правильной емкости способно значительно сократить расход топлива и увеличить экологичность городского автобуса. Но главное что будет потом. Сегодня мы не знаем как утилизировать аккумуляторы, с суперконденсаторами дела обстоят лучше. Благодаря низкой токсичности материалов, из которых изготавливаются суперконденсаторы, их гораздо проще и безопаснее утилизировать, чем литиевые, никель-кадмиевые, никель-металлгидридные и свинцово-кислотные аккумуляторы. Ресурс суперконденсаторов выше чем ресурс литиевых батарей.
Я уверен, что пройдут года, и автобусы с гибридной силовой установкой завоюют популярность.
