ВОЗМОЖЕН ЛИ ПРИНЦИПИАЛЬНО НОВЫЙ АВТОМОБИЛЬ? ПРЕДСТАВЬТЕ, ВОЗМОЖЕН. БЕЗ АККУМУЛЯТОРА, КОРОБКИ СКОРОСТЕЙ, БЕЗ МУФТЫ СЦЕПЛЕНИЯ, БЕЗ КАРДАННОЙ ПЕРЕДАЧИ! ИДЕЯ, РАЗРАБОТАННАЯ В. ХОРТОВЫМ, ПРИВЛЕКАТЕЛЬНА УЖЕ ТЕМ, ЧТО ОЧЕВИДНА ПРОСТОТА ЕЕ ВОПЛОЩЕНИЯ. НЕУЖЕЛИ МЫ НЕ ВОСПОЛЬЗУЕМСЯ, НЕУЖЕЛИ КАК ОБЫЧНО ЗАТЯНЕМ И НЕ ВЫЙДЕМ НА МИРОВОЙ РЫНОК С ДЕЙСТВИТЕЛЬНО СОВЕТСКИМ АВТОМОБИЛЕМ?
ПОСЫЛ. Автомобиль «Волга» имеет мощность 105 л. с., «Жигули» — 80, «Запорожец» — 40. Все эти «лошади» нужны лишь для того, чтобы мчаться со скоростью 100 км/ч и чтобы трогаться с места, разгоняясь как можно быстрее. Однако у автомобиля в городе средняя скорость редко превышает 60 км/ч. А известно ли вам, что для езды со скоростью 60 км/ч даже такой громоздкой машине, как «Волга», требуется мощность всего... 5 л. с.?! На графике зависимости мощности автомобиля от скорости кривая, поднимаясь от нуля до 60 км/ч, останавливается как раз на уровне 5 л. с., но вот потом стремительно летит вверх, достигая у отметки 100 км/ч этих самых 100 л. с. Столь велико влияние аэродинамических потерь при повышении скорости. Американцы как-то опубликовали такие цифры: выдвинутая антенна при скорости 120 км/ч увеличивает расход бензина почти на литр в расчете на 100 километров, а установленный на крыше багажник при той же скорости повышает расход на 2,4 литра.
Всякие намерения создать экологически чистый автомобиль, будь то электромобиль или автомобиль с маковичным двигателем, натыкались на сложности торможения и разгона. Уж слишком огромная энергия уходила на эти два процесса, ненавистные всем разработчикам автомобилей. И если даже у кого-то когда-либо возникала мысль поставить на автомобиль двигатель мощностью всего 5 л. с., то он тут же ее отбрасывал, поскольку разогнаться с такой мощностью при весе автомобиля больше тонны просто невозможно. В идее, о которой мы расскажем, как раз и найден способ разгоняться при мощности основного двигателя в 5 л. с.
ОБ АВТОРЕ ИДЕИ. Чтобы вам лучше понять смысл неожиданной догадки, позволившей решить совершенно, казалось бы, неразрешимую задачу, предлагаем на минуту отвлечься и прочесть статью в ИРе № 11 за 1987 год «Следующий шаг — снимаем аккумулятор». Речь в ней шла о принципиальной возможности использовать для запуска автомобилей вместо аккумулятора конденсаторный блок. Один из авторов изобретения — В. П. Хортов пошел дальше. Именно посредством конденсаторов он предложил толкать автомобиль с места, разработав новую, принципиально отличную от всех существующих сегодня конструкцию автомобиля.
Итак, Хортов Вячеслав Петрович, сотрудник МАМИ.
СТОЛКНОВЕНИЕ В ГАРАЖЕ, РЕШИВШЕЕ ДЕЛО. На «Москвиче» проводили опыты по конденсаторному пуску, потом машину загнали в гараж, все разошлись, а Хортов решил проверить, разряжен ли после экспериментов конденсаторный блок. Вернулся. Сел в машину. Повернул ключ зажигания... Москвичонок рванулся как стрела и, пролетев метра два, врезался в грузовик, стоящий в том же гараже. Хортов как-то выпустил из виду, что машина стояла на скорости. От неожиданности он рассмеялся. Столкновение в гараже! Потом задумался. Долго стоял, пораженный случившимся... Значит разряд конденсатора, поданный на старте за мгновение раскрутил коленвал с такой силой, что автомобиль стронулся с места. Да не просто стронулся, а сорвался! Тут и возникла идея страгивать автомобиль с места посредством конденсатора.
ДВИГАТЕЛЬ ОТ СВОИХ «ЖИГУЛЕЙ» СПРЯЧЬТЕ В ПОРТФЕЛЬ! Прежде всего Хортов предлагает установить на автомобиль, нет не установить, скажем точнее — взять для аатомобиля — движок мощностью в 5 л. с. Например, от пилы «Дружба». Весит он аж шесть килограммов.
Движок соединяется с электрогенератором такой же мощности. Это есть силовая часть будущего автомобиля. Причем такой блок можно установить где угодно: засунуть в багажник или прикрепить на месте старого двигателя. Размеры его столь ничтожны, что он уместится даже в портфеле.
От силового блока вместо карданного вала, коробки скоростей, вместо муфты сцепления и карданного вала потребуется вывести всего два провода. Именно этим проводами генератор соединяется с электрородвигателем, приходящим во вращение через обычный дифференциал колеса. Можно установить по маленькому двигатели на каждое колесо или на переднюю ось можно, наконец, установить по штуке на каждую приводную ось. Ну а батарея конденсаторов? Она также двумя проводами присоединена к электродвигателю. Вот и весь автомобиль.
БЕСПОЩАДНО-КРИТИЧЕСКИЙ ВЗГЛЯД. Что же получилось? Некая комбинация из электтромобиля и автомобиля с ДВС. О первом недостатке этого гибрида мы уже упомянули: скорость не более 60 км/ч. Если иметь в виду, что предложена конструкция, так сказать, городского автомобиля, то этого недостатка как бы и не существует. Учтем что улицы Москвы еще не так загружены как в других крупных городах мира. Приятель, живущий в Нью-Йорке, имеет два автомобиля, но ездит на работу исключительно на метро, боясь опоздать на работу, поскольку в США опаздывать на службу никак нельзя. Думается, что через года два-три Москва задохнется от пробок, то есть мы догоним и перегоним некоторые развитые страны по загруженности городов автотранспортом, ибо дороги у нас хуже.
Второй недостаток идеи Хортова существенней. Необходимо же иметь блок конденсаторов. Накопитель энергии для трогания с места должен, по расчету ученого, иметь довольно внушительную энергию приблизительно 100000 джоулей. Правда, изобретатель «заложился» на предел, он взял в расчете время разгона 10 секунд, хотя на практике время это меньше, а необходимая энергия блока конденсатора обратно пропорциональна времени разгона.
Если сегодня блок конденсаторов компоновать из тех конденсаторов, которые имеются в продаже, то вес и габариты блока — почти 100 литров в объеме — просто-напросто зачеркнут идею, уничтожат ее на корню. И было бы не о чем говорить. Да вот известны в мире иные конденсаторы, они, кстати, очень распространены, стоимость их ничтожна (20 центов за штуку), а удельная энергия, по нашим понятиям, потрясающая — 10 джоулей в одном кубическом сантиметре! По максимальному расчету Хортова, потребовалось бы из таких конденсаторов всего 10-литровая емкость. У нас тоже, наверно, имеются такие конденсаторы, но пока только оборонного назначения, до ширпотреба они не дошли. Так, может, и нужды острой не было. Другое дело теперь. Разработки Хортова заставляют более внимательно отнестись к проблеме новых конструкций конденсаторов, совершенных технологий их изготовления. В системе СОИ американские специалисты заложили конденсаторы удельной энергии в 30000 Дж/дм, иначе говоря, для автомобиля Хортова блок этих конденсаторов не превысил бы в объеме 3 литров. Но сколько можно восхищаться мировой техникой! Скажем прямо: у нас нет массового производства столь «емких» конденсаторов. Страшно, конечно, если любители усложнений возведут в ранг неразрешимой проблемы конденсаторную недоразвитость, возьмут да и поставят крест на разработках Хортова. К подобному подходу в трудных случаях нам не привыкать.
ЕСЛИ ВСЕ ЖЕ СЯДЕМ В НОВЫЙ АВТОМОБИЛЬ. Как будет выглядеть езда в автомобиле Хортова? Приводной двигатель запускается от конденсаторной системы, зарядить которую можно от любого источника тока. В нашем случае систему будет заряжать генератор, приводимый во вращение движком мощностью 5 кВт. Генератор вырабатывает электроэнергию и заряжает конденсаторный блок постоянно, пока автомобиль движется. При трогании с места на приводной электродвигатель выплеснется в течение 5—10 секунд огромная энергия, и в таком форсированном режиме он сможет развить мощность до 70 л. с. Автомашина не просто тронется с места, а сорвется, обогнав, может быть, своих многосильных приемистых соперниц.
А как будет регулироваться скорость? Поворотом ручки, наподобие регулятора громкости телевизора. Хортов показал нам электронный регулятор мощности. Размером он не более двух спичечных коробков, ибо собран из тиристоров и микросхем.
Интересная деталь: привод автомобиля Хортова не что иное, как электростанция, и если вы на автомобиле приедете, скажем, на строящуюся дачу, то можете его использовать для привода самых различных механизмов, таких даже, как мотоблок для вспашки, или запитать разом и холодильник, и телевизор, приспособить для освещения.
Нет нужды говорить о том, что автомобиль Хортова практически в десять раз может уменьшить вредные выхлопы, уменьшить городской шум, но главное, он, конечно, понизит расход топлива в 10—12 раз. Расход бензина движком мощностью 5 л. с. в перерасчете на 100 километров пути автомобиля составит около 2 литров. Заправленного бака «Волги» хватит на 3 000 километров пути! Только в одной Москве можно сэкономить в год 110 тысяч тонн бензина.
НЕОЖИДАННЫЕ РАССУЖДЕНИЯ О КОСМИЧЕСКОМ КОРАБЛЕ «БУРАН» И МЕТОДАХ ОСВОЕНИЯ НОВЫХ ИДЕЙ. Думая о разработках Хортова, невольно разыгрывается фантазия и видится: вызов шести-семи человек к руководителю государства, короткая беседа, после которой спешащие специалисты, выйдя из Кремля, узнают, что их требования уже разосланы по соответствующим инстанциям. А руководители закрутились, чтобы выполнить задания в срок и качественно. Да о чем речь! Мы что, не умеем работать? Еще, кажется, умеем. Запустили же «Буран», в сравнении с которым все работы по запуску небольшой серии автомобилей Хортова выглядели бы не сложнее любого из сотни проделанных «буранным» коллективом экспериментов. Да и почему так долго успехи в космосе должны разниться с успехами на земле? В нашей стране есть все. Все необходимое, чтобы, допустим, начать серийный выпуск конденсаторов для автомобилей Хортова. Надо, правда, знать, где что лежит, точнее — разбросано, надо, наконец, захотеть заставить по-настоящему работать. Работали же «бу-ранники» хорошо, надо думать, быстро работали.
Наверное, не в одной отрасли пригодится новый класс конденсаторов. Возможно, их ждали и ждут помимо Хортова еще десяток изобретателей.
Есть шанс удивить мир. Изобретение Хортова только что создано. Можно удивить, конечно, а можно протянуть с экспериментами лет эдак двадцать.
Эту публикацию мы адресуем Совету Министров как информацию о наших изобретательских возможностях. Мы адресуем ее Председателю Совета Министров, человеку, знающему наши потенциальные возможности, знающему, где что лежит и кто что может. Мы лелеем фантастическую надежду, что статью нашу он прочтет.
ИР 9/89
И ВСЕ ЖЕ ПОЕДЕМ НА КОНДЕНСАТОРЕ
Нынче во всем мире на автомобилях, судах, самолетах, тепловозах и т. д. работает около миллиарда двигателей внутреннего сгорания, то есть один двигатель приходится на каждые 4—5 человек. Минусы этих двигателей, начиная с трудностей снабжения топливом и кончая вредным воздействием их выхлопных газов на все живое, — известны. Поэтому в лаборатории перспективных разработок автотракторного электрооборудования Московского автомеханического института ее сотрудники уже 5 лет создают емкостные накопители энергии и прорабатывают возможности их применения на транспорте, чтобы решить ряд его проблем (ИР, 8, 89, с. 16). Речь идет, в частности, о конденсаторах — электрических системах из двух или более подвижных или неподвижных электродов (обкладок), разделенных диэлектриком. Конденсаторы способны накапливать электрические заряды. Интерес к ним объясняется их удивительными свойствами. Конденсаторы, которые применяют в радиотехнике, электронике и т. д., способны быстро заряжаться и разряжаться, не содержат (в отличие от аккумуляторов) электролита, дефицитных материалов, не требуют обслуживания, не загрязняют окружающую среду. Они способны на большое число циклов «заряд—разряд» (десятки миллионов), неограниченно долго сохраняются (аккумуляторы же служат 3—4 года), их можно разместить в любом месте транспортного средства, а изготовить — любой геометрической формы. Вначале емкостные накопители энергии сотрудники нашей лаборатории использовали довольно робко, пробуя их на системах пуска двигателей внутреннего сгорания. Робко потому, что конденсаторы для таких целей никогда ранее не применяли. Результаты превзошли все ожидания. Конденсаторы оказались идеальным средством повышения надежности систем пуска. Объясняется это тем, что энергия, нужная для пуска, сравнительно невелика, а вот мощность — значительна, чего не обеспечивают аккумуляторные батареи, особенно при низких температурах.
Затем конденсаторы попробовали, чтобы разгонять электромобиль с комбинированной энергоустановкой. Это позволило на порядок уменьшить мощность двигателя внутреннего сгорания на транспортном средстве, которое предназначено в основном для города.
Наконец, дошла очередь и до решения прямых транспортных проблем. В лаборатории создана электротележка (электрическая платформа), которую движет конденсатор. Масса тележки 15, грузоподъемность 40 кг, пробегает она два километра без груза и километр с полной нагрузкой. Причем масса накопителя энергии для таких расстояний составляет всего 10—12 кг. Сравните: электрокара с аккумуляторной батареей массой в тонну перемещает груз массой 500—600 кг. Управление платформой можно легко автоматизировать, так что она будет работать в качестве робокара. В тележке мы использовали обычные конденсаторы с удельной энергией всего 1—1,5 Дж/см.куб. Но даже в этом случае такая батарея объемом 10—15 куб.дм перемещает груз массой 100 кг на расстояние около километра.
По замыслам разработчиков, транспорт нового типа будет внедряться поэтапно: начинать надо с малых транспортных проблем, скажем, уменьшая потребление энергии. Мы решили, что благодатной областью приложения сил будут внутрицеховой транспорт и различные виды технологических транспортных цепочек; транспорт в больницах, поликлиниках, пансионатах, санаториях, институтах, магазинах, ресторанах, кафе, прачечных и других заведениях подобного рода. Почему же именно здесь? Тем, кто бывал в цехах современных предприятий, бросается в глаза, что везде бегают тележки на аккумуляторных батареях, но вот парадокс — ведь в цехах избыток дешевой электроэнергии в силовых и бытовых электросетях, к тому же энергия аккумуляторных батарей на порядок дороже.
Следующий этап использования конденсаторного транспорта — на внутризаводских перевозках: ориентировочно в 1995—2000 гг. Есть все основания полагать, что к тому времени будут достигнуты такие удельные характеристики накопителей, что пробег транспортного средства от заряда до заряда будет достаточен, чтобы ездить между цехами, значительно удаленными друг от друга. Тогда конденсаторные мобили будут внедряться на любом крупном, предприятии, даже с большими расстояниями между цехами, большими грузопотоками и тяжелыми единичными грузами. Однако проблему можно решить и намного раньше, независимо от взаимной удаленности цехов друг от друга: ведь заводскую территорию куда проще оборудовать зарядными постами, чем любой другой объект.
Третий этап—это 2000—2010 гг. Тогда можно будет использовать новый вид транспорта для движения уже в масштабах целого города. При этом троллейбусу, например, не понадобится такой их непременный атрибут, как троллеи, трамваю — пантографы и питающие провода. Города освободятся от контактных сетей, которые не только портят архитектурный пейзаж и засоряют эфир из-за контактов, искрящих и излучающих высокочастотные колебания. Будет при этом сэкономлена масса цветных металлов, опор для контактной сети и т. д. Троллейбус с емкостью накопителя будет ездить по любому маршруту, что придаст ему маневренность автобуса. Сами же автобусы, видимо, запретят в городах по экологическим соображениям.
Уже сейчас есть основания пофантазировать о будущем такого транспорта. Житель любого района Москвы, отправляясь на работу в собственном электромобиле на конденсаторах, зарядит их от бытовой электросети или от электроколонки на стоянке за 20—30 секунд и спокойно доберется до работы. В обратный рейс он отправится, используя конденсаторную батарею, которая зарядится от солнечной энергии, пока электромобиль будет ждать хозяина на стоянке. А нет, так водитель зарядит машину от электроколонки, расположенной там же.
Естественно, «фантастические» идеи о внедрении нового вида транспорта, особенно в условиях нашей страны с ее огромными расстояниями,-реализовать труднее, чем в небольших, густонаселенных странах. В таком, например, городе-государстве, как Ватикан, площадь которого 0,44 кв. км, нашу идею можно реализовать сегодня же.
На каждом заводе есть зарядная станция для батарей, причем зарядка их длится чаще всего целую ночь. Нередко предприятия получают электрокары как советского производства на щелочных аккумуляторах, так и болгарские — на кислотных. Для заправки тех и других нужны раздельные зарядные станции с обслуживающим персоналом. Результат — крупные затраты на содержание подобного транспорта. К тому же служат аккумуляторы недолго — на территории предприятий часто валяется множество негодных аккумуляторных батарей, а из-за недостатка их — и сами электрокары. Емкостные накопители энергии идеально подойдут для детских электрифицированных игрушек, детских электромобилей, колясок, тележек, платформ и аттракционов на их базе.
Эти транспортные средства будут двигаться от электроэнергии, запасенной в конденсаторной батарее, причем ее расход (разряд) быстро компенсируется зарядным процессом — его можно осуществить от розетки бытовой или промышленной электросети. При использовании конденсаторного накопителя, который сам по себе — идеальный прибор для измерения количества запасенной в нем энергии — интегратор, оператор транспортного средства может определить количество энергии, оставшейся в батарее в джоулях, вольтах, километрах или тонно-километрах. Сделать подобное, используя аккумуляторные батареи, невозможно, пока не существует прибора для эффективной оценки состояния аккумуляторной батареи, и она в этом смысле остается «черным ящиком». Чтобы внедрять новые транспортные средства уже в 1990—1995 гг., есть все разработки. Прогнозы по удельным энергиям конденсаторов весьма перспективны. Так, журнал «IEEE TPAHSACTIONS ON MAGNETICS» (vol. 25, № 1, qanuar, 1989) сообщает, что разработаны конденсаторы с удельной энергией 10—12 Дж/см.куб. или 5—6 Дж/г: это позволит перемещать груз в 100 кг на 1000 м, используя конденсатор объемом с обычную консервную баночку—400—500 куб.см. Есть также сведения о конденсаторах с удельной энергией, приближающейся к удельной энергии аккумуляторной батареи. Если это правда, то революция на транспорте — не за горами.
ИР 5/90
