1.2 Перспективні шляхи покращення паливної економічності й екологічних показників автомобілів

Найбільш перспективним напрямком визнане використання, як енергоустановки, паливних елементів, а як паливо - водень. Водень має надзвичайно високу енергоємність (майже в три рази більше, ніж у традиційних нафтових палив), унікальні кінетичні характеристики. Крім цього, продукти згоряння водню не містять шкідливих компонентів. Існує кілька варіантів використання водню на борті автомобіля. У першу чергу слід зазначити можливість якісного регулювання паливоповітряної суміші в дуже широких межах (аж до значень коефіцієнта надлишку повітря 3...4), що відкриває перспективи істотного покращення економічності двигуна. Використання водню як добавки до традиційного нафтового палива також може бути розглянутим. І, нарешті, використання водню як сировини для електрохімічного перетворення енергії в паливному елементі, може забезпечити самі строгі перспективні норми по викиду шкідливих речовин.

Основними проблемами для застосування альтернативних - високоекологічних водневовмісних видів палива для транспорту є:

- велика маса й габарити агрегатів для зберігання палива (таблиця 1.1) або для його одержання на борті автомобіля;

- великі труднощі з організацією паливопостачання енергетичної установки у звязку з інерційністю агрегатів одержання водню на борті автомобіля на різкоперемінних режимах роботи, характерних для автомобіля.

Слід зазначити, що основною проблемою, що виникає при одержанні водню на борті автомобіля, є проблема високих динамічних якостей системи одержання водню. Специфіка умов роботи силової установки автомобіля складається в необхідності забезпечення дуже швидкого збільшення або зменшення продуктивності джерела водню. Повільне наростання продуктивності, внаслідок теплової інерції системи одержання водню, погіршить керованість автомобіля і його динамічні якості, а повільне зменшення продуктивності спричиняє складні проблеми утилізації надлишкового водню.

Проблема динаміки може бути вирішена шляхом створення буферного накопичувача водню й організації стаціонарного (або повільно мінливого) режиму роботи джерела водню. Застосування на борті автомобіля систем із пристроями нагромадження водню або водневого синтез-газу є вкрай небажаним, через складність зберігання й великої вибухо- й пожежонебезпеки водню.

Таблиця. 1.1 - Порівняльні характеристики способів зберігання водню

Застосування буферних накопичувачів, але не водню, а електроенергії знімає ці проблеми. Транспортні засоби, обладнані енергоустановками із двома джерелами енергії, один із яких ДВЗ або електрохімічний генератор на основі паливних елементів, а другий буферний накопичувач електроенергії, відповідно до нових виправлень до Правил №83 ЄЕК ООН, зветься "Hybrid Electric Vehicle" (HEV) - АТЗ із КЕУ.

Шляхом комбінування енергопотоками двох джерел енергії можна забезпечити зниження витрати палива й викидів шкідливих речовин основного джерела енергії - ДВЗ, що використовує, як традиційне, так і водневе паливо. У випадку застосування замість ДВЗ - електрохімічного генератора в комбінованих енергетичних установках, може бути вирішене ще одне питання - це зменшення вартості енергоустановки за рахунок зменшення потужності електрохімічного генератора, що є найдорожчим, на даний момент часу компонентом.

При розгляді автомобілів з КЕУ необхідно мати на увазі не тільки велику різноманітність можливих сполучень різних типів двигунів і джерел енергії з різними видами електрохімічних акумуляторів, але й різноманітну структурну побудову комбінованого живлення із одних і тих же елементів.

Розглянемо кілька варіантів комбінованих енергетичних установок на основі застосування ДВЗ. Оскільки в цьому випадку є два джерела механічної енергії (сам ДВЗ й електродвигун), розглядаються дві схеми енергопотоків: послідовна й паралельна. У послідовній схемі відбувається послідовне перетворення механічної енергії в електричну, а електричної знову в механічну. У паралельній схемі, тільки частина механічної енергії перетворюється в електричну, а інша частина механічної енергії передається безпосередньо на колеса.