Среди основных направлений инженерных поисков, таких как электромобили, гибридные автомобили и автомобили на водородном топливе. Водородное топливо и другие, общедоступные технологии получения дешевой энергии, находятся под строгим запретом мировых нефтяных и промышленных монополистов. Однако, прогресс не остановить и потому, некоторые предприятия и отдельные энтузиасты продолжают создавать уникальные транспортные средства.
Сегодняшняя тема разговора касается именно пневмомобилей. Пневмомобиль является как бы продолжением темы парового автомобиля, одной из многочисленных ветвей использования двигателей, работающих за счет разности давлений газов. Кстати, паровой двигатель был изобретен задолго до появления первой паровой машины Джеймса Уатта, более 2 тысяч лет назад, Героном Александрийским. Идею Герона развил и воплотил в небольшую тележку бельгиец Фердинанд Вербист, в 1668 году
История создания автомобиля доносит до нас не так много информации об успешных и неудачных попытках изобретателей применить в качестве двигателя простой и дешевый механизм. Вначале были попытки использования силы большой пружины и силы маховика. Эти механизмы прочно закрепили свои позиции в детских игрушках. Но применение их в качестве двигателя полноразмерного автомобиля кажется несерьезным. Тем не менее, такие попытки продолжаются и похоже на то, что уже в скором будущем, необычные автомобили смогут уверенно конкурировать с автомобилями, оснащенными ДВС.
Несмотря на кажущуюся бесперспективность данного направления работ в области автомобильного транспорта, пневмомобиль имеет очень много достоинств. Это чрезвычайная простота и надежность конструкции, ее долговечность и низкая стоимость. Такой двигатель бесшумен и не загрязняет воздух. Видимо все это и привлекает многочисленных сторонников такого вида транспорта.
Идея использования сжатого воздуха для привода механизмов и транспорта, возникла давно и была запатентована в Великобритании, еще в 1799 году. Видимо возникла она из желания максимально упростить паровой двигатель и сделать его предельно компактным, чтобы использовать на автомобиле. Практическое использование 
пневмодвигателя было осуществлено в Америке, в 1875 году. Там строили шахтные локомотивы, которые работали на сжатом воздухе. Первый легковой автомобиль с пневмодвигателем, впервые был продемонстрирован в 1932 году, в Лос-Анджелесе.
С появлением парового двигателя, изобретатели пытались установить его на «Самобеглые коляски», но громоздкий и тяжелый паровой котел оказался неприспособленным к такому виду транспорта.
Предпринимались попытки использования электродвигателя и аккумуляторных батарей для самодвижущегося транспорта, и были достигнуты определенные успехи, но двигатель внутреннего сгорания оказался вне конкуренции, на то время. В результате жестокой конкурентной борьбы между ним и паровым двигателем, победил все-таки двигатель внутреннего сгорания.
Несмотря на множество недостатков, этот двигатель и сегодня доминирует во многих сферах жизнедеятельности человечества, в том числе и во всех видах транспорта. О недостатках двигателя внутреннего сгорания и необходимости найти ему достойную замену, все чаще говорят в научных кругах и пишут в различных популярных изданиях, но все попытки запуска новых технологий в массовое производство, жеско блокируются.
Инженеры и изобретатели создают интереснейшие и перспективные двигатели, способные полностью заменить ДВС, но мировые нефтяные и промышленные монополисты используют свои рычаги давления для того, чтобы не допустить отказа от ДВС и использования новых, альтернативных источников энергии.
И все же, попытки создания серийного автомобиля без двигателя внутреннего сгорания, или с его частичным, второстепенным использованием, — продолжаются.
Индийская фирма Tata Motors готовится запустить в серийное производство небольшой городской автомобиль Tata AIRPOD, двигатель которого работает на сжатом воздухе.
Американцы тоже готовят к массовому производству шестиместный автомобиль CityCAT, 
работающий на сжатом воздухе. При длинне 4.1м. и ширине 1.82м., автомобиль весит 850 килограмм. Он может развивать скорость до 56 км/час и преодолевать расстояние до 60 километров. Показатели весьма скромные, но для города вполне терпимые, с учетом многочисленных достоинств автомобиля и его весьма низкой стоимости.Каковы же они, эти достоинства?
Все, кто имеет автомобиль, или имеют отношение к автомобильному транспорту, прекрасно знают насколько сложен конструктивно современный автомобильный двигатель внутреннего сгорания. Помимо того, что сам двигатель конструктивно достаточно сложен, ему требуется система дозировки и впыска топлива, система зажигания, стартер, система охлаждения, глушитель, механизм сцепления, коробка передач и сложная трансмиссия.
Все это делает двигатель дорогим, ненадежным, недолговечным и непрактичным. Я уже не говорю о том, что выхлопные газы отравляют воздух и окружающую среду.
Пневмодвигатель — полная противоположность двигателю внутреннего сгорания. Он предельно прост, компактен, бесшумен, надежен и долговечен. При необходимости, его можно разместить даже в колесах автомобиля. Существенный минус этого двигателя, не позволяющий свободно использовать его на автотранспорте, ограниченный пробег с одной заправки.
Чтобы увеличить дальность пробега пневмомобиля, нужно увеличить объем воздушных баллонов и повысить давление воздуха в баллонах. И то, и другое имеет жесткие ограничения по габаритам, по весу и по прочности баллонов. Может быть когда нибудь эти проблемы будут решены, а пока применяются так называемые гибридные схемы двигательных установок.
В частности, для пневмомобиля предлагается использовать маломощный двигатель внутреннего сгорания, который осуществляет постоянную подкачку воздуха в рабочие баллоны. Двигатель работает постоянно, подкачивая воздух в баллоны, и выключается лишь когда давление в баллонах достигнет макисмального значения. Такое решение позволяет значительно сократить расход бензина, выброс угарного газа в атмосферу и увеличить дальность пробега пневмомобиля. 
Подобная гибридная схема является универсальной и успешно применяется, в том числе и на электромобилях. Разница лишь в том, что вместо баллона со сжатым воздухом используется электрический аккумулятор, а вместо пневмодвигателя — электродвигатель. Маломощный ДВС вращает электрический генератор, который подзаряжает аккумуляторы, а те, в свою очередь, питают электродвигатели.
Суть любой гибридной схемы в том, чтобы пополнять расходуемую энергию, при помощи двигателя внутреннего сгорания. Это позволяет использовать двигатель меньшей мощности. Он работает в наивыгоднейшем режиме и потребляет меньше топлива, а значит и выбрасывает меньше токсичных веществ. Пневмомобиль, или электромобиль получают возможность увеличить пробег, ведь затраченная энергия частично пополняется, непосредственно во время движения.
Во время частых остановок у светофоров, при движении накатом и спусках с уклонов, тяговый двигатель не потребляет энергии и происходит чистая подзарядка баллонов, или аккумуляторов. Во время длительных стоянок, пополнять запасы энергии лучше от стандартной заправочной колонки.
Представьте, что Вы приехали на работу, автомобиль стоит на стоянке, а двигатель продолжает работать, пополняя запасы энергии в баллонах. Не окажется ли это сводящим на нет все преимущества гибридного автомобиля? Не получится ли, что экономия бензина окажется не столь сущестенной, как хотелось бы?
В дни своей далекой юности, я тоже подумывал о пневмодвигателе для самодельного автомобиля. Только направление моих поисков имело химический характер. Хотелось найти такое вещество, которое вступало бы в бурную реакцию с водой, или другим веществом, выделяя при этом газы. Тогда мне не удалось найти ничего подходящего и идея была навсегда заброшена.
Зато появилась другая идея — почему бы вместо высокого давления воздуха не использовать вакуум? Если баллон со сжатым воздухом подвергнется каким либо повреждениям, или давление воздуха превысит допустимое, то это чревато мгновенным его разрушением, наподобие взрыва. Вакуумному баллону такое не грозит, его может просто сплющить атмосферным давлением.
Чтобы получить высокое давление в баллоне, порядка 300 бар, нужен специальный компрессор. Чтобы получить вакуум в баллоне, достаточно впустить внутрь порцию обычного водяного пара. Остывший пар превратится в воду, уменьшившись в объеме в 1600 раз и… цель достигнута, частичный вакуум получен. Почему частичный? Да потому, что выдержать глубокий вакуум не всякий баллон сможет.
Дальше все просто. Чтобы автомобиль мог проехать на одном баллоне возможно дальше, нужно подавать в пневмодвигатель не воздух, а пар. Совершив работу, пар проходит через систему охлаждения, где остывает и превратившись в воду, попадает в вакуумный баллон. То-есть, если через двигатель пропущен пар, скажем в 1600 см.3, то в баллон попадет всего 1 см.3 воды. Таким образом, в вакуумный баллон поступает лишь незначительное количество воды и продолжительность его работы увеличивается многократно.
Вернемся, однако, к нашим пневмомобилям. Индийская компания Tata Motors собирается серийно выпускать компактный городской автомобиль, работающий на сжатом воздухе. Компания утверждает, что их пневмомобиль способен разгоняться до 70 км/час и преодолевать до 200 километров с одной заправки.
В свою очередь, американцы также готовят к серийному выпуску шестиместный пневмомобиль CityCAT. В заявленных характеристиках значится, что разгоняться автомобиль сможет до 80 км/час и дальность пробега составит 130 км. Еще один пневмомобиль американской фирмы MDI, маленький трехместный MiniCAT также планируется запустить в серию.
Пневмомобилями заинтересовались многие фирмы. Австралия, Франция, Мексика и ряд других стран готовы также начать выпускать у себя этот непривычный пока, но обнадеживающий вид транспорта. Двигателю внутреннего сгорания таки прийдется сойти с арены и уступить место другому двигателю, более простому и надежному. Когда это произойдет, пока сказать трудно, но произойдет непременно. Прогресс не может стоять на месте.
Можно ли построить автомобиль, который вмещал бы шестерых, бензин потреблял меньше скутера, выбрасывал бы в атмосферу минимум вредных веществ, а в коротких поездках – и вовсе ноль? Наверное, да. А чтобы он при этом ещё и стоил как самая обычная легковушка? Удивляйтесь.
В истории «автомобиля на воздухе», который много лет развивает и совершенствует, а также «толкает» к серийному выпуску французский изобретатель Ги Негрэ (Guy Negre), открылась новая глава: американская компания Zero Pollution Motors объявила о скором выводе этих необычных машин на рынок США. Причём американцы намерены производить у себя на родине одну из самых вместительных и ярких моделей француза.
Напомним вкратце. Общий принцип «воздушного» авто прост: в цилиндры двигателя, напоминающего во многом ДВС, подаётся сжатый воздух из баллонов, заменяющих такому аппарату бензобак. Воздух этот и толкает поршни, вращая коленвал.
Негрэ и его двигатель на сжатом воздухе (фото с сайта zeropollutionmotors.us).
Zero Pollution Motors собирается реализовывать в США именно разработки компании Негрэ — Motor Development International (MDI), официальная штаб-квартира которой ныне находится в Люксембурге, а ключевое подразделение (где и создают экспериментальные чудо-авто) — во Франции, в Ницце.
Надо сказать, что американо-французский проект — не единственный пример возвращения к давней идее машин на сжатом воздухе. Есть, скажем, ещё австралийский проект . В Австралии, правда, на этом виде «топлива» работают открытый микрогрузовичок и тележка для перевозки грузов в цехах.
Но ведь и MDI не ограничивает свои разработки легковушками. Недавно компания построила два мини-трактора (колёсный и гусеничный) со всё теми же «воздушными» моторами. Их преимущества как внутризаводского транспорта - отсутствие выхлопа (в сравнении с аппаратами на основе ДВС) и моментальная подзарядка (в сравнении с электрокарами и электрическими погрузчиками).
Мини-тракторы от MDI - прототипы заводского транспорта будущего. Они способны буксировать прицепы весом несколько тонн и работать от одной зарядки бортовых баллонов со сжатым воздухом в течение 2-4 часов. Сама «заправка» (от больших стационарных баллонов, заранее накачанных компрессором) занимает 30 секунд, от силы - минуту (фотографии MDI).
Среди новичков на ниве «авто на воздухе» нужно ещё упомянуть нередко мелькающую в прессе компанию Air Car Factories , основанную Мигелем Селадесом Рексом (Miguel Celades Rex) в Барселоне. Технических подробностей на сайте нет, но речь там фактически идёт о вариации разработки Негрэ.
Дело в том, что Мигель работал вместе с Ги в MDI (как представитель компании в Испании) в течение 8 лет, а недавно решил отправиться в самостоятельное «плавание».
Как там было дело в точности — неизвестно. Но вот Негрэ в пресс-релизе MDI от 3 февраля 2008-го прямым текстом пишет о ссоре и разрыве всяких отношений с Селадесом. А ещё о том, что заявления испанца о развитии его фирмой технологий от MDI являются мошенничеством.
Вот такие сражения разгораются вокруг разработки, все прелести которой люди ещё даже не успели как следует распробовать.
Кстати, почему всё-таки французский инженер с таким упорством борется за распространение машин на сжатом воздухе? Ведь прогресс в аккумуляторах обещает появление более-менее практичных электромобилей, и есть ещё водородные авто?
Причина проста: машины на сжатом воздухе гораздо дешевле своих чисто электрических или водородных соперников при примерно равных технических параметрах (размеры, скорость, запас хода). К тому же, в отличие от химических аккумуляторов электричества (будь то сернокислотные или литиевые), баллоны с воздухом можно заряжать огромное число раз. Им почти сносу нет.
Примеры «воздушных» транспортных средств прошлого: трамвайчик, вышедший на линии в Нанте в 1879-м и опытный автомобиль на сжатом воздухе, представленный в Лос-Анджелесе в 1932-м (фотографии с сайта theaircar.com).
Интересно, что о распространении в будущем автомобилей на сжатом воздухе писал ещё Жюль Верн в 1860-м.
Его прогноз выглядит не таким уж удивительным, если учесть, что приблизительно в то же время в Европе получили некоторое ограниченное распространение машины на сжатом воздухе (городские трамвайчики, грузовики и внутризаводской транспорт). Только в силу возможностей техники того времени запас хода на одной зарядке у этих аппаратов был крайне мал, так что о них быстро забыли.
Негрэ — один из первых современных инженеров, кто вернул вопрос о «воздушных» машинах на повестку дня. И соотечественник великого фантаста ныне, кажется, довёл-таки своё изобретение до конвейера.
Единственное, что, наверное, немного омрачает его радость — воплощать разработку намерены автостроители не Франции, а Индии и США.
Разработанная французской компанией Motor Development International (MDI) машинка под названием AIRPod приводится в движение сжатым воздухом. Хотя выпускается она с 2009 года, долгое время она вызывала у всех (за исключением разве что фанатов-экологов) лишь снисходительную улыбку. Действительно, первоначально она могла эксплуатироваться лишь в теплом климате: разработанный в начале 1990-х годов пневматически-пропеллерный двигатель не запускался при низких температурах. И хотя сегодня уже разработана система подогрева сжатого воздуха, расширяющая географию применения AIRPod, приобрести его можно только на Гавайях (штат США).
Дорожное шоу
Весной 2015 года независимая компания ZPM (Zero Pollution Motor – «Двигатели с нулевым загрязнением») провела в прайм-тайм американского телеканала ABC публичное road-show – презентацию с целью привлечения инвесторов (дословно переводится на русский как «дорожное шоу»). ZPM выкупила у французов право на производство и продажу новой модели AIRPod – пока лишь на Гавайях, выбранных в качестве «стартового рынка».
Презентовали проект завода по производству экологически чистых автомобилей два акционера ZPM – известный американский певец Пэт Бун (пик его карьеры пришелся на 1950-е годы) и кинопродюсер Эйтан Такер («Шрек», «Семь лет в Тибете» и др.). Они предлагали потенциальным инвесторам (т. н. «бизнес-ангелам») 50% акций ZPM за 5 млн долларов.
Инвесторы раскошеливаться не спешили. При этом считавшийся наиболее перспективным из них Роберт Херьявец, владелец и основатель канадской IT-компании Herjavec Group, заявил, что ему интересны продажи AIRPod не в одном отдельно взятом штате, а на территории всех США. Так что в настоящее время руководство ZPM ведет переговоры с французами о расширении территории продаж.
Автомобиль заправят воздухомВ поисках новых энергоносителей автомобильные инженеры разрабатывают двигатели, работающие на электричестве, водороде, растительном масле, спирте и других возобновляемых носителях. Дошел черед и до сжатого воздуха – пожалуй, самого экологически чистого топлива.
Крупнейший индийский автопроизводитель Tata объявил о предстоящем выходе на рынок автомобиля, работающего на сжатом воздухе. Сжатый до давления 300 атмосфер воздух поступает из специального бака в силовой агрегат, напоминающий обычный двигатель внутреннего сгорания.
Пневматический автомобиль комплектуется 4-цилиндровым двигателем объемом в 700 «кубиков». Этот двигатель смешивает сжатый воздух из бака с атмосферным (наружным) воздухом, что дает дополнительную экономию. Мотор обладает вполне достаточной для городского движения динамикой, а максимальная скорость превышает 100 км/ч.
Разработчики добились увеличения дистанции, которую может проехать автомобиль без заправки – более 300 км. В городском режиме запаса может хватить на 200–250 км. Бак для сжатого воздуха объемом 340 литров вмещает 90 кубометров воздуха. Он изготавливается из стекловолокна, поэтому легок и безопасен.Есть два способа заправляться: на сервисной станции или около любой электрической розетки. На сервисной станции полная заправка бака займет всего три минуты. В любом удобном водителю месте можно заправиться с помощью встроенного компрессора, но на это придется потратить несколько часов. По данным разработчиков, полная заправка бака обойдется примерно в 2–3 доллара (по ценам на электричество в США и странах ЕС). Расходы на топливо составят около 1 доллара за 100 км пути. А масло придется менять лишь раз в 50 тыс. километров – это, как минимум, втрое реже, чем в двигателе внутреннего сгорания.
Производство пневмомобилей на Tata Motors начнется уже в текущем году, Tata планирует производить 6000 «воздушных» автомобилей в год. Основными рынками сбыта должны стать Соединенные Штаты, страны ЕС, Израиль и Южная Африка.
Предполагаемая цена Tata Air Car в Индии составит около 11 тыс. долларов. При массовом выпуске воздушный двигатель может быть существенно дешевле двигателя для электромобиля.Разработчиком этой модели стала компания MDI, которая уже заключила контракты на выпуск пневматических автомобилей с производителями из 12 стран. Возможность массово выпускать воздушные автомобили в настоящее время рассматривается производителями США, Англии, Франции, Испании, Бразилии и других стран.
Уже разработаны четыре варианта кузова воздушного автомобиля: пятиместное купе, фургон, такси и пикап.Сама идея транспортного средства, приводимого в движение сжатым воздухом, не столь нова. Еще в XIX веке этот принцип применялся для вагонеток на шахтах. Аналогичный принцип используется для запуска двигателя БТР-50ПК, состоящего на вооружении российской армии: если отказал стартер, двигатель заведет сжатый воздух.
Изобретатель Гай Негре из компании MDI, работавший прежде для команд «Формулы-1», в 1991 году сконструировал гибридный двигатель, работающий на бензине либо сжатом воздухе. Разработки по созданию и усовершенствованию воздушного двигателя ведутся им и учеными в других странах уже более 15 лет.
Первый в мире серийный автомобиль с двигателем, работающим на сжатом воздухе, выпустила индийская компания Tata, известная на весь мир производством дешевых транспортных средств для небогатых людей.
Автомобиль Tata OneCAT весит 350 кг и может проезжать на одном запасе сжатого до давления в 300 атмосфер воздуха 130 км, разгоняясь при этом до 100 километров в час. Но такие показатели возможны только при максимально заполненных баках. Чем меньше плотность воздуха в них, тем ниже становится показатель максимальной скорости.
4 баллона, выполненные из углепластика с кевларовой оболочкой, длиной в 2 и диаметром в четверть метра каждый, расположены под днищем, вмещают 400 литров сжатого воздуха под давлением в 300 бар.
Внутри там всё очень простенько:
Но это объяснимо, поскольку автомобиль позиционируется в основном для использования в такси. Кстати, задумка небезинтересная — в отличие от электромобилей с их проблемно утилизируемыми аккумуляторами и низким КПД заряд-разрадного цикла (от 50% до 70% в зависимости от уровня токов заряда и разряда), сжатие воздуха, его хранение в баллоне и последующее использование довольно экономично и экологично.
Если заправлять автомобиль Tata OneCAT воздухом на компрессорной станции, это займет три-четыре минуты. «Подкачка» с помощью встроенного в машину мини-компрессора, работающего от розетки, длится три-четыре часа. «Воздушное топливо» стоит относительно дешево: если перевести его в бензиновый эквивалент, то получится, что машина расходует около литра на 100 км пути.
В пневмомобиле обычно нет никакой трансмиссии – ведь пневмодвигатель выдаёт максимальный крутящий момент сразу – даже в неподвижном состоянии. Воздушный двигатель также практически не требует профилактики, нормативный пробег между двумя техосмотрами составляет ни много ни мало 100 тысяч километров. А еще он практически не нуждается в масле - мотору хватит литра «смазки» на 50 тысяч километров пробега (для обычного авто потребуется порядка 30 литров масла).
Секрет нового автомобиля заключается в том, что его четырехцилиндровый двигатель объемом в 700 кубиков и весом всего в 35 килограммов работает на принципе смешивания сжатого воздуха с наружным, атмосферным воздухом. Этот силовой агрегат напоминает обычный двигатель внутреннего сгорания, но цилиндры у него разного диаметра — двое малых, приводных, и двое больших, рабочих. При работе двигателя наружный воздух засасывается в малые цилиндры, сжимается там поршнями и нагревается. Затем он выталкивается в два рабочих цилиндра и смешивается там с холодным сжатым воздухом, поступающим из бака. В результате воздушная смесь расширяется и приводит в движение рабочие поршни, а они — коленчатый вал двигателя.
Поскольку никакого сгорания в двигателе не происходит, его «выхлопными газами» будет только отработанный чистый воздух.
Разработчики воздушного двигателя из компании MDI подсчитали суммарный энергетический КПД в цепочке «нефтеперегонный завод – автомобиль» для трёх видов привода – бензинового, электрического и воздушного. И оказалось, что КПД воздушного привода составляет 20 процентов, что в два с лишним раза превышает КПД стандартного бензинового мотора и в полтора раза – КПД электропривода. К тому же сжатый воздух можно непосредственно запасать впрок, используя нестабильные возобновляемые источники энергии, вроде ветрогенераторов — тогда КПД получается еще выше.
При снижении температуры до –20С запас энергии пневмопривода снижается на 10% без каких-либо других вредных воздействий на его работу, в то время как запас энергии электрических батарей уменьшится примерно в 2 раза.
Кстати, отработанный в пневмодвигателе воздух имеет низкую температуру и может быть использован для охлаждения салона автомобиля в жаркое время года, то есть кондиционер вы получаете практически нахаляву, без лишних затрат энергии. Зато отопитель, увы, придется делать автономным. Но это куда лучше, чем у электромобиля — который вынужден тратить энергию как на отопление, так и на охлаждение.
Кстати, баллоны из стекло-углеволокна довольно безопасны — при повреждении они не взрываются, в них лишь появляются трещины, через которые воздух выходит наружу.
