РАЗВИТИЕ АВТОМОБИЛЕЙ

Факторы, обусловливающие научно-технический прогресс. Сегодня направление развития гражданской техники, в том числе развитие автомобилей, определяется сложным комплексом социальных, экономических и природных факторов. Среди последних нужно выделить, с одной стороны, сокращающиеся запасы нефти и природного газа, с другой - все более ясно осознаваемые экологические требования:

1) необходимость сохранения атмосферы (и гидросферы) чистой от токсичных веществ;

2) необходимость сохранения теплового баланса атмосферы.

Пути к этому:

1) сокращение расхода углеродного топлива с выбросом продуктов неполного сгорания и С02;

2) переход на топливо, не содержащее углерод;

3) повышение КПД всех систем преобразования энергии, в том числе на транспорте;

4) сокращение потребления энергии на нужды людей.

Развитие общества и техники использует все эти пути. Одно из направлений - более широкое использование трубопроводного и водного транспорта. Интенсивно развивается техника в области монорельсового транспорта на магнитной подушке. Это электрическое транспортное средство с малыми потерями на качение. Сдерживает его развитие пока дороговизна сверхпроводящих магнитов, которые должны обеспечить высокую экономичность монорельсового транспорта. Однако уже есть серьезные достижения в области «теплой» сверхпроводимости. Удалось получить ее не при температурах жидкого гелия, а при температурах жидкого азота. Были сообщения и о более высоких температурах. Работают первые такие системы, но пока на уровне не промышленных (коммерчески выгодных), а демонстрационных образцов.

Перспективы и  развитие автомобилей 

Экономическая   ситуация заставляет общество шире использовать сегодняшние возможности. Одна из них - общественный транспорт. В США интерес к нему резко возрос во время энергетического кризиса 70-х годов, когда страны-члены ОПЕК сильно повысили цены на нефть. Тогда началась повсеместная борьба за экономию энергии, в том числе расширились автобусные перевозки в крупных городах. Нечто похожее мы наблюдаем сейчас у себя: увеличение цен на таксомоторные перевозки привело к тому, что начала интенсивно развиваться сеть маршрутных такси. Это более гибкий и удобный для пассажиров вид транспорта, чем традиционные автобусы. И тем не менее, люди все равно будут стремиться иметь личный легковой автомобиль. Для одних это символ престижа и положения в обществе, для других - средство повышения собственной независимости.
В области грузовых перевозок развитие автомобильного транспорта идет по двум линиям: использование АТС все большей грузоподъемности на дальних и массовых перевозках и широкое распространение малотоннажных АТС для мелкопартионных перевозок, обслуживающих торговлю и население.
Таким образом, в ближайшие годы нельзя ожидать революционных изменений на автотранспорте, пока не достигнут уровня конкурентоспособности двигатели, использующие альтернативные виды топлива, в первую очередь - водород. Здесь наметились интересные перспективы, связанные с применение топливных элементов, которые преобразуют топливо (водород или метанол) в электрический ток, исключая необходимость в ДВС.
Принцип действия топливного элемента. Через анод проходит молекулярный водород Н2. Слой катализатора разлагает его на положительные ионы (протоны) и отрицательные электроны. Ионы через электролит поступают на сторону катода, за счет чего анод заряжается отрицательно.

А сам катод заряжается ионами положительно. Таким образом, между катодом и анодом возникает напряжение, которое можно использовать. Свободные электроны поступают на катод не через электролит, а через внешнюю цепь. На катоде за счет реакции протонов с молекулами кислорода образуется вода, покидающая ячейку в парообразном состоянии. В топливных элементах с ПОМ (протонообменной мембраной) [РЕМ (Proton Exchange Membrane)] электролит представляет собой полимерную мембрану со слоем платины толщиной порядка десятых долей миллиметра. На аноде газообразный водород диффундирует через пористый слой платины до тех пор, пока не происходят столкновения с частицами платины. Платина способствует разложению молекулы водорода на атомы. После этого каждый атом водорода становится способным отдать электрон, чтобы получился ион Н+, который и требуется для дальнейшего хода процесса.

Поиск альтернативного катализатора имеет  еще  цель - заменить чрезвычайно дорогую платину.
Энергетически это выгодный вариант: КПД топливного элемента 50%, КПД электродвигателя и привода (трансмиссия + колеса) 75%. Для сравнения: дизель с приводом 25%, бензиновый двигатель с приводом 23%. Однако сегодня это пока дальняя перспектива. Намного реальнее применение так называемого гибридного привода -сочетание ДВС и электродвигателя.

Различают два типа гибридного привода: 

последовательный и параллельный, Последовательный: ДВС, генератор постоянного тока, тяговые электродвигатели. Такой привод имел, например, автобус ЗИС-154. Основное достоинство; не нужна коробка передач, электродвигатель постоянного тока сам меняет частоту вращения, приспосабливаясь к фактической нагрузке. Главный недостаток: ДВС должен иметь всю необходимую мощность и работать в переменных режимах, но без прямой связи с колесами. Параллельный привод: ДВС, обратимая электромашина, АКБ, автоматическая коробка передач. В городе привод идет чисто электрический, от АКБ; на трассе возможен прямой привод от ДВС. Но наибольшие выгоды дает совместная работа: ДВС на экономичных оборотах работает параллельно на привод колес и на генератор, заряжая АКБ. При ускорениях электромашина потребляет энергию от АКБ и помогает тепловому двигателю. При торможениях электромашина работает в режиме генератора, подзаряжая АКБ, параллельный привод дает в городском цикле выигрыш по затратам энергии до 35%. Уже имеются серийные автомобили с таким приводом, например, Toyota Prius, которая выпускается с 1997 г., а теперь поступает не только в Японию, но и в Швейцарию.

Идут поиски в области применения вместо АКБ маховичных накопителей и «суперконденсаторов». Маховики уже давно используются на транспорте, хоть и в малых масштабах. Так, в Швейцарии еще в 1954 г. эксплуатировались «жиробусы» - маховичные троллейбусы: на остановках водитель поднимает штанги, подключаясь к трехфазной сети, раскручивает маховик; затем: штанги опускают и до следующей остановки троллейбус едет на маховике, причем при разгоне, движении по прямой и на подъем энергия потребляется, а при торможениях и на спусках маховик подзаряжается. В СССР в этой области много работал проф. Н.В. Гулиа из Курска; он предложил особую конструкцию маховика - с наматывающейся лентой (это решает проблемы сопряжения вращающегося маховика с неподвижными колесами и наоборот). Был создан маховичный автобус очень любопытной схемы. Главным его недостатком была необходимость выдерживать одинаковое расстояние между остановками - 800 м.

Внедрение этих и других новшеств, разработанных уже давно, сдерживалось инертностью крупносерийного производства. Однако близкие социальные, природные и экономические перспективы заставляют искать выход из уже созревших и надвигающихся проблем. Тон в этих поисках задает законодательство штата Калифорния, где строже всего требования по экологической безопасности. Оттуда постепенно эти требования распространяются по всем США, а далее и по всему миру.

Перспективы в области технической эксплуатации

В странах бывшего СССР изменение социальной обстановки привело к резкому сокращению объемов производства в тяжелой промышленности и промышленном строительстве. Это в несколько раз снизило объем перевозок и привело к краху крупных грузовых и автобусных АТП (не работают заводы - не нужно возить рабочих). Оставшиеся предприятия, перегруженные неиспользуемыми  основными фондами, не выдерживают конкуренции с новыми мелкими АТП, у которых намного меньше накладные расходы. Это, безусловно, сказывается на политике и качестве в области ТОР. Первое время карликовые АТП могут себе позволить такое, пока эксплуатируют новые автомобили. Однако в близком будущем им придется заняться проблемой ТОР всерьез - и здесь придется идти на строительство частных или кооперативных СТО и БЦТО для грузовиков и автобусов. Будет дальше развиваться сеть СТО для легковых автомобилей, повторяя путь, уже пройденный за рубежом: все большее число городских СТО, создание сети придорожных СТО и службы доставки поврежденных автомобилей на СТО (типа «Авто-СОС»), Как и в других отраслях, «малый бизнес» будет уступать место богатым крупным компаниям, которым будет по карману вытеснение конкурентов за счет более низких, цен. Другим способом привлечь клиентов станет оснащение станций современным контрольным и регулировочным оборудованием. Широкое внедрение бортовых средств диагностирования затрагивает; не весь автомобиль, а только его системы, охватываемые автоматическим управлением. Внешние средства диагностирования будут сохраняться :еще очень долго.
Развитие автомобилей новых типов двигателей и приводов приведет к появлению в автосервисе новых специальностей, массовому спросу на электриков и химиков.

Можно ожидать постоянного ужесточения требований БД и экологической безопасности со стороны государства и усиления контроля за качеством ТОР со стороны общественных организаций типа Общества охраны прав потребителей (за рубежом это мощная сила).

Можно полагать, что первая половина XXI века будет ознаменована на автотранспорте многими, вероятно, революционными изменениями, свидетелями и активными участниками которых станут сегодняшние студенты.