Перейти к основному содержанию

139146 просмотров

Двигатель будущего

Чище, легче, всего с одной движущейся деталью

Иллюстрация: Tim Peacock

В рамках усилий стартапов, автопроизводителей и инженеров по переосмыслению почти столетней технологии компания Aquarius Engines разрабатывает суперэффективный бензиновый двигатель весом меньше 10 кг.

РОШ-ХА-АИН, Израиль. Еще в 2014 году Шауль Яакоби занимался тем, что целыми днями проводил оценку поврежденных автомобилей для страховых компаний. Но по ночам он работал в мастерской в пригороде Тель-Авива, разрезая и собирая куски алюминия. Изобретатель-самоучка с неполным средним образованием, он вырос в кибуце, где выращивали цитрусы, и последние 25 лет своей жизни работал страховым оценщиком. Однако он также является обладателем нескольких патентов на различные изобретения, начиная от систем очистки воды до защищенных от кражи автомобильных ключей. Теперь он стремится создать легкий, дешевый и эффективный автомобильный двигатель, который потреблял бы меньше топлива и был бы более экологичным в сравнении с другими современными двигателями.

«Когда есть ощущение, что идея по-настоящему крутая, нужно просто это сделать. Поэтому я купил алюминиевый блок и разрезал его вручную, чтобы построить собственный двигатель», – говорит Яакоби.

После нескольких месяцев работы он передал продукт своим деловым партнерам, Галу Фридману, ветерану технологического маркетинга, и Ариэлю Горфунгу, промышленному инженеру. В 2014 году они основали компанию Aquarius Engines с целью вывести высокоэффективный бензиновый двигатель Яакоби на автомобильный рынок, где вопросам экологии уделяется все больше внимания. Компания разработала уже пятое поколение своего двигателя, который был успешно испытан в лаборатории. На автомобилях, впрочем, испытания не проводились.

Получив название в честь идеального будущего, о котором говорится в популярной песне «Эра Водолея», компания Aquarius привлекла более $25 млн. Одними из инвесторов стали руководители Mobileye, израильского стартапа, специализирующегося на технологиях для беспилотных автомобилей. В 2017 году эту компанию, где работает 42 человека в Израиле, Германии и Польше, выкупил Intel. Сегодня Aquarius ожидает, что ее продукт появится на рынке в течение ближайших двух лет и найдет применение как в автомобилях, так и в генераторах электроэнергии и дронах.

Aquarius не единственная компания, которая стремится модернизировать двигатель внутреннего сгорания. Автопроизводители находятся под мощным давлением со стороны правительств и потребителей, требующих, чтобы машины выделяли как можно меньше выхлопных газов. В то же время у электромобилей с батарейным питанием есть серьезные ограничения – это высокая стоимость производства, небольшая дальность пробега и необходимость создания инфраструктуры, в том числе для производства электроэнергии для их зарядки. По данным отчета McKinsey & Co за март, продажи электромобилей растут примерно на 60% в год, но в целом их доля менее 5% всех продаж новых автомобилей в большинстве стран мира, и для автопроизводителей они являются убыточными.

«Когда появились электромобили, все надеялись, что это и есть решение всех проблем, но все оказалось не так просто», – говорит Джон Б. Хейвуд, почетный профессор машиностроения Массачусетского технологического института, изучающий вопросы производства экологически чистой энергии и проблемы транспорта.

После многих лет, когда двигатель внутреннего сгорания считался морально устаревшим, ряд стартапов, автопроизводителей и ученых-исследователей начали работать над усовершенствованием этой вековой технологии. Согласно отчету JPMorgan Chase & Co., к 2030 году двигатели внутреннего сгорания составят 40% мирового автомобильного рынка, в то время как 23% проданных автомобилей будут иметь гибридные установки, работающие на электричестве и другом топливе, например, на бензине.

«Сегодня очевидно, что у двигателя внутреннего сгорания большое будущее, поскольку он обладает огромным потенциалом повышения эффективности и сокращения выбросов», – отмечает Леонид Тартаковский, руководитель лаборатории двигателей внутреннего сгорания Израильского технологического института «Технион».

engine2.png

Mazda Motor заявила, что уже осенью начнет отгрузки первых партий автомобилей с системой зажигания Skyactiv-X, которая, по данным компании, в некоторых ситуациях способна повысить эффективность двигателя на 20–30%. Кроме того, там разрабатываются и другие модели. О том, что в 2018 году начался выпуск автомобилей с двигателями с переменной степенью сжатия объявила и Nissan Motor. По сообщениям компании, расход топлива на таких машинах ниже примерно на 30%. Кроме того, все больше автопроизводителей применяют турбонагнетатели, которые повторно используют полученное в ходе работы двигателя тепло, а также двигатели, отключающиеся на холостом ходу.

Научно-исследовательское подразделение Toyota Motor разрабатывает поршневой двигатель. (Представитель компании отказался сообщить детали). Другая компания, Achates Power из Сан-Диего, совместно с производителем двигателей Cummins работает над облегченным оппозитно-поршневым двигателем для американской военной техники. По сообщению Achates, она также сотрудничает с еще одной компанией с целью интеграции оппозитно-поршневого двигателя, разработанного в рамках гранта Министерства энергетики США в размере $9 млн, в гражданский пикап. Еще одна американская компания Pinnacle Engines из Сан-Карлоса, штат Калифорния, согласно указанной на ее сайте информации, разрабатывает двигатели для скутеров, мотоциклов, автомобилей и промышленного использования и ориентирована на азиатский рынок.

Последняя версия двигателя Aquarius весит всего 22 фунта (меньше 10 кг), вес обычного двигателя – 250 фунтов (около 113 кг). Для сравнения, в новом двигателе всего одна движущаяся часть – это двигающийся в горизонтальной плоскости поршень (выдающий 43 лошадиные силы) вместо 20 аналогичных деталей под капотом среднестатистического автомобиля. Как утверждает Яакоби, который в Aquarius является техническим директором, такой двигатель потребляет на 20% меньше топлива, чем стандартный автомобильный двигатель внутреннего сгорания. Дальнейшие изменения в системе впрыска топлива могут увеличить эту разницу до 30%, отмечает он. Поскольку между поршнем и частями двигателя нет трения, то он не требует смазки в виде моторного масла, что снижает затраты на техническое обслуживание.

im-83377.jpg

Последняя версия двигателя Aquarius имеет только одну движущуюся часть. Фото: David Katz

Сам двигатель представляет собой линейную силовую установку со свободным поршнем, а это означает, что он вырабатывает электро­энергию при сжигании топлива, а не производит ее путем вращения привода генератора, как это происходит в обычном автомобильном двигателе. По словам представителей компании, полученное электричество можно использовать в качестве основного источника энергии для питания двигателя в традиционном автомобиле либо в качестве резервного зарядного устройства для электромобиля, что может увеличить пробег на одной зарядке.

«Будет ли это двигатель для самого автомобиля или зарядное устройство, для него везде найдется место», – говорит Фридман, директор по маркетингу Aquarius.

Свободно-поршневые двигатели появились в начале ХХ века и использовались в качестве электрогенераторов на морских судах. Однако к 1950-м годам в морском секторе их практически полностью вытеснили дизельные двигатели, рассказывает Тони Роскилли из Ньюкаслского университета, специализирующийся на свободно-поршневых двигателях. «Теперь интерес к ним возник вновь», – отметил он.

Основная проблема линейно-поршневых двигателей – невозможность обеспечить полный контроль за процессами впрыска топлива и выброса выхлопных газов, что часто приводит к повышенному уровню несгоревших углеводородов в выхлопе. А именно этот показатель стремятся снизить регуляторы, говорит Грегори В. Дэвис, директор лаборатории исследований современных двигателей в Университете Кеттеринга во Флинте, штат Мичиган.

«Если они смогут при помощи компьютерных технологий преодолеть эту проблему и научатся контролировать поток газа и воздуха, то, возможно, мы увидим, как автопроизводители переходят на двигатели такого типа. Потенциал для повышения эффективности здесь действительно высокий», – комментирует Дэвис.

По его словам, если использовать дополнительные цилиндры со свободными поршнями, то это значительно увеличит мощность такого двигателя.

Тем не менее улучшенный двигатель внутреннего сгорания не является панацеей.

«Двигатель внутреннего сгорания, даже с существенными улучшениями, не может достичь того уровня, которого хотят регуляторы, – считает Рассел Хенсли, глава Центра транспорта будущего компании McKinsey. – Именно поэтому мы видим инвестиционную привлекательность электромобилей».

По меньшей мере девять стран объявили о том, что в будущем запретят продажу дизельных и бензиновых двигателей, многие другие страны, в том числе США, пытаются стимулировать владельцев электромобилей, предлагая им бесплатные парковки и налоговые льготы. Значительное число руководителей компаний-автопроизводителей считают, что бензиновые двигатели достигли пика своей эффективности и, чтобы соответствовать более жестким экологическим правилам, больше ресурсов выделяют на электромобили.

По словам Роскилли, еще одно серьезное препятствие на пути изменения конструкции автомобильного двигателя заключается в том, что автопроизводителям придется переделывать сборочные линии и сами автомобили, чтобы новые двигатели могли быть использованы в качестве основного источника энергии. Иными словами, двумя главными причинами того, почему за долгие десятилетия автомобили изменились относительно несильно, является сложность вопроса и необходимость прежде доказать, что игра стоит свеч.

«Когда у вас есть что-то, что меняет правила игры, воплотить это в жизнь всегда непросто. Потребуются большие инвестиции, чтобы довести двигатель до стадии производства и установки в автомобилях», – говорит Роскилли.

Однако, по словам экспертов, усилившееся давление с целью сокращения выбросов и, как следствие, рост бюджетов на исследования и разработки начали менять отношение отрасли к этой теме.

В Aquarius прекрасно осознают все трудности и рассматривают другие возможные области применения своего продукта, говорит Фридман. Начиная с 2020 года, Aquarius планирует устанавливать свои двигатели в электрогенераторах в отдаленных местах, включая базовые станции сотовой связи в Канаде, Европе и Азиатско-Тихоокеанском регионе.

По словам Хейвуда, чтобы сократить выбросы углекислого газа в выхлопе автомобилей, необходимо много инноваций, в том числе более эффективные двигатели внутреннего сгорания, транспортные средства с батарейным питанием и более чистое топливо.

«Изменить суть легкового автомобиля – весьма амбициозная задача. Но когда кто-то пытается изменить то, что было очень успешным, нужно помнить, что у всех альтернатив есть своя ахиллесова пята», – говорит он.

im-83376.jpg

Гал Фридман, председатель и директор по маркетингу; Майя Гоник, руководитель отдела развития бизнеса; Ариэль Горфунг, исполнительный директор компании – в штаб-квартире Aquarius в пригороде Тель-Авива. Фото: David Katz

Перевод с английского языка осуществлен редакцией Kursiv.kz

1109 просмотров

В Казахстане автомобили на газе не пускают на крытые и подземные парковки

Новые правила взбудоражили рынок – интерес к газомоторным технологиям со стороны потребителей резко снизился

Фото: Олег Спивак

Транспортные компании, которые подвозят товары в торговые центры, срочно снимают со своих автомобилей газовое оборудование – выгрузка товаров почти всегда происходит в боксах, а въезд туда транспорту на газе теперь закрыт. Новая редакция Правил пожарной безопасности запрещает стоянку автомобилей с ГБО (газобаллонное оборудование) «во встроенных в зданиях иного назначения и пристроенных к ним, а также расположенных ниже уровня земли автостоянках закрытого типа».

По «многочисленным обращениям граждан»

Запрет действует в Казахстане уже месяц – постановление правительства, меняющее правила парковки для автомобилей на газе, опубликовано 30 декабря 2019 года. Комитет по ЧС МВД РК обосновывает ограничение «многочисленными обращениями граждан», болезненно реагирующих на расширение газомоторного парка страны.

Механизм запрета прост: в правила дорожного движения внесена норма, обязывающая владельцев машин с ГБО устанавливать специальный опознавательный знак. Таким машинам и запрещен въезд на паркинги.

По данным НПП «Атамекен», только в Алматы есть 120 крытых парковок, принадлежащих торгово-развлекательным и бизнес-центрам. По парковкам в жилых комплексах точной информации нет, но и их явно больше сотни.

В управлении снижения рисков бедствий и контроля в области гражданской защиты Алматы «Курсиву» озвучили статистику, обосновывающую своевременность принятых мер. По данным городского акимата, в 2019 году в Алматы было зафиксировано 118 пожаров на транспорте, 7% таких случаев произошло с автомобилями на газе. Случись такое с газомоторным автомобилем на подземной стоянке, говорит главный специалист управления по ЧС Айдар Сарымбаев, будет трудно организовать эвакуацию людей и тушение пожара.

Также специалист по ЧС перечислил причины, подстегнувшие введение ограничений. Оказывается, в стране нет органа, который контролирует эту часть автомобильного рынка, нет специальной системы технического надзора и нет контроля за компаниями, которые устанавливают газобаллонное оборудование на машины.

Статистический учет автотранспорта на ГБО ведется без разделения на виды газа – сжатый природный (метан) и сжиженный углеводородный (пропан-бутан), хотя их характеристики различны.

Тормоз для клиента

Крупные компании, занятые установкой ГБО на автомобили, фиксируют резкое падение интереса к газомоторным технологиям. По словам директора «Эко Эксперт кз» Надежды Семидиянкиной, в январе работники компании установили ГБО на семь машин, в то время как в декабре – на 22. При этом сокращение заказов происходит на фоне роста цены на бензин. Собеседница «Курсива» говорит, что обычно в такие периоды – пик спроса, когда ежедневно проводится по три-четыре инсталляции ГБО. Сейчас же типичный заказ – на снятие уже установленного оборудования, такое решение принимают компании, обслуживающие бизнес-перевозки для крупных торговых центров.

Генеральный директор компании Green Auto Service Ерлан Нурпеисов подчеркивает, что Казахстан ратифицировал европейские нормы и законы по безопасности колесных транспортных средств, а эксперты всего мира считают ГБО наиболее безопасным. Такое оборудование снабжено целым рядом степеней защиты, которые делают невозможным взрыв даже при открытом пожаре. «Одним росчерком пера рынку закрывают доступ к экологичным современным технологиям, которые удобны для бизнеса», – удивляется Нурпеисов.

Принятый запрет может повлечь даже политические последствия – такое мнение высказывает председатель правления ОЮЛ «Газомоторная ассоциация Казахстана» Ербол Тохтаров. По его словам, ограничения для автомобилей на газе вызвали недоумение, прозвучавшее в обращениях из стран Европы, а также России и Китая. Перевод транспорта на экологическое топливо – важный общемировой тренд, который диктуют не только экономические интересы, но и тревога за изменение климата и сохранение здоровья людей. Тохтаров считает, что решение, принятое без консультации с экспертным сообществом, грозит стране потерей репутации.

Рынок ГБО: без «серых» и «белых»

Крупные игроки рынка недовольны тем, что чиновники предпочли грубый запрет поиску адекватного решения. Таковым, по их мнению, стал бы запрет мелких «серых» установщиков ГБО, которые из-за низкой компетенции работают с нарушением регламента и тем самым дискредитируют технологию и подрывают доверие к ней.

Не все участники рынка поддерживают это мнение, в числе антагонистов – официальный представитель четырех европейских производителей ГБО в Алматы Василий Бочкарев. Именно через его склад все оборудование попадает в город. Система обес­печения рынка такая: производители поставляют оборудование на сертифицированный дилерский склад в Уральске, откуда оно распределяется по стране.

По оценке Бочкарева, услуги по установке ГБО на автомобили в южной столице оказывают 150 компаний. Собеседник отрицает деление рынка на «серых» и «белых» установщиков, а все разговоры об этом объясняет конкуренцией.

Также Бочкарев не согласен с тем, что рынок установки ГБО переживает кризис: продажи склада стабильны. Главной проблемой эксперт считает падающий покупательский спрос населения. Из-за этого клиенты экономят на качестве комплектующих. Следовательно, для установки ГБО выбирают компании, не скованные жестким технологическим регламентом одного производителя, с которым заключен договор.

Кто ездит на газе

По оценке экспертов, устанавливать ГБО выгодно при ежедневном пробеге автомобиля не менее 100 километров. Стоимость оборудования и его инсталляции зависит от производителя и типа двигателя автомобиля. За установку на автомобиль, оснащенный двигателем с четырьмя цилиндрами, надо заплатить 150–200 тыс. тенге, если цилиндров шесть – 200–280 тыс. тенге, если восемь – 280–320 тыс. тенге.

Самое популярное оборудование – итальянского и польского производства, оно может безотказно «пробежать» 400–500 тыс. километров. При установке ГБО вырастают затраты на техничес­кое обслуживание автомобиля – примерно на 10–15%, по оценке Ербола Тохтарова. Потребитель выигрывает на экономии топлива и удлинении срока службы мотора.

Использование газового оборудования на автомобилях в Казахстане распространено довольно широко, несмотря на отсутствие активной пропаганды и мер стимулирования, а также обывательский страх перед газовыми технологиями. По статданным, в 2019 году в стране было 325 тыс. автомобилей, переведенных на газ. Если, опираясь на данные Ассоциации казахстанского автобизнеса, принять весь парк республики как 4,5 млн автомобилей, то на газе передвигаются чуть более 7% (с учетом гибридных), в основном использующих пропан-бутан.

Больше всего таких машин в западных регионах страны – до 80% автопарка. По Алматы оценки разнятся, максимальная из прозвучавших – 20%. Стоит учесть, что система государственного учета настроена весьма приблизительно – она разрешительная. Такая система усложняется волокитой, поэтому автовладельцы избегают хлопот, оставляя регистрацию установки оборудования «на потом».

Два вида топлива, два пути развития

Ербол Тохтаров рассказывает, что еще во времена СССР было несколько масштабных попыток внедрения ГБО. Тогда это было оборудование, работающее на сжатом природном газе – метане. В основе технологии – способность метана сжиматься, например, для ГБО его сжимают в 200 раз. Оборудование, работающее на сжатом газе, громоздкое и тяжелое, больше подходит для эксплуатации на рабочей технике и общественном транспорте.

Система снабжения этим топливом была и остается частью государственной газопроводной системы страны. На ее основе в РК сейчас делаются попытки перевода на метан муниципальной техники и общественного транспорта. Процесс идет с переменным успехом: планировалось, что число автобусов и специальной коммунально-дорожной техники на газе в 2020 году составит 6100 единиц, а в 2022 году – 12 тыс., но весь совокупный газовый автопарк страны сейчас примерно 1300 автобусов.

Параллельно развивается рынок пропан-бутана – это попутный продукт добычи нефти.
В 2006 году Казахстан взял на себя обязательство утилизировать это сырье, запустил его переработку и создал открытый рынок этого топлива. Особенность пропан-бутана – в переходе в жидкую форму при средних температурах, поэтому его так и называют – сжиженный. Топливо закачивают в баки автомобилей под давлением в 16 атмосфер. Такое оборудование менее громоздкое и пользуется популярностью у владельцев индивидуальных автомобилей.

Казахстан к развитию рынка автогаза подходит выборочно. Использование метана стимулируется. Например, сейчас разрабатываются субсидии для автопарков, обслуживающих маршруты общественного транспорта автобусами на сжатом газе. О мерах по стимулированию перехода на ГБО для индивидуальных владельцев автомобилей пока только говорят.

Перевод бензиновых и дизельных автомобилей на газовое топливо – заметный глобальный тренд. И хотя на острие информационной повестки – электромобили, эксперты авторынка, по мнению Ербола Тохтарова, видят в использовании газа большие перспективы. В соседних России и Китае применение газовых топливных систем поощряется серьезными мерами господдержки. Речь идет не только об общественном, грузовом или индивидуальном транспорте – на газ переводят дизельные локомотивы, тяжелую карьерную технику, морские суда.

infogr2.png

Читайте нас в TELEGRAM | https://t.me/kursivkz

drweb_ESS_kursiv.gif