Новая автомобильная технология, улавливающая тормозную пыль, позволяет отфильтровывать 95% мелкодисперсных загрязняющих частиц. Эти машины задерживают частицы, поднимающиеся с дорожного полотна в воздух, а также пыль от тормозов.
Евгения Васильева
Модели автомобилей AirFive от KIMM, которые могут улавливать твердые частицы с дорог. Источник: KIMM
Автомобили способны помогать очищать воздух на тех дорогах, где они передвигаются. Специалисты из Южной Кореи создали систему, которая захватывает частицы, присутствующие в воздухе, и собирает тормозную пыль прежде, чем она окажется в окружающей среде.
Коллектив под руководством доктора Банву Хана из Корейского института машиностроения и материалов (KIMM) проверил эту технологию на моделях Kia Carnival и Hyundai Sonata.
Такой подход предусматривает встраивание системы контроля загрязнения в уже имеющиеся узлы автомобиля, что дает возможность бороться как с твердыми частицами у обочин, так и с частицами, возникающими при торможении.
Превращение решетки в воздушный фильтр
Разработка KIMM не требует изменения силовой установки или аэродинамического профиля автомобиля. Фильтрующий модуль встраивается в решетку радиатора и использует разрежение, возникающее перед движущимся автомобилем, для прокачки воздуха через collecting plates.
Такое решение позволяет сохранить штатную геометрию кузова: дополнительные воздухозаборники, увеличивающие сопротивление, не нужны. По оценке исследователей, именно отказ от мощного вентилятора и использование набегающего потока стали ключевым условием сохранения топливной экономичности в пределах одного процента.
Система, смонтированная на решетке, применяет электростатическое осаждение для захвата частиц из входящего воздуха. Она придает частицам электрический заряд, после чего притягивает их к собирающим пластинам.
Углеродные волокна значительно тоньше человеческого волоса, поэтому пыль удается собирать при помощи слабого электрического тока, минимизируя образование озона. Пока автомобиль движется, воздушный поток проходит сквозь систему, и отдельный мощный вентилятор оказывается ненужным.
Испытания продемонстрировали, что решеточная система задерживает не менее 95% частиц PM2,5 и не менее 99% частиц в диапазоне PM2,5–10 при скорости 30 км/ч. Система выдерживала скорость на уровне 31 мили в час и очищала примерно 1000 кубических футов воздуха на автомобиль в минуту.
Расход топлива после установки не изменился и остался в пределах 1% для обеих моделей машин.
Улавливание частиц тормозных колодок в месте их образования
Второе устройство для сбора частиц размещено за тормозным суппортом и захватывает частицы, появляющиеся при трении колодок о диски.
Система сбора тормозной пыли решает более сложную задачу, поскольку частицы образуются в непосредственной близости от колеса, где воздушные потоки турбулентны, а пространство ограничено. Размещение коллектора за суппортом позволяет перехватывать частицы до того, как они рассеются в подколесной зоне.
Эти частицы естественным образом получают электрический заряд во время торможения. Система использует данный заряд для их сбора, обходясь без отдельного устройства для зарядки частиц или всасывающего вентилятора.
Тот факт, что частицы износа колодок уже несут электростатический заряд, упрощает конструкцию: отпадает необходимость в отдельном коронном разряде и связанном с ним риске генерации озона. По данным испытаний по циклу WLTC, устройство улавливало свыше 35 миллиграммов частиц на милю пробега, что при типичных городских режимах движения дает заметный эффект на уровне отдельного автомобиля и становится значимым при масштабировании на парк.
Согласно Всемирному согласованному циклу испытаний легковых автомобилей (Worldwide harmonized Light vehicles Test Cycle, WLTC), коллектор улавливал более 35 миллиграммов частиц износа тормозных колодок на милю пробега одного автомобиля. Это соответствует примерно 0,35 унции на почти 280 миль пробега.
«Ключевая особенность этой технологии заключается в том, что автомобили могут удалять мелкодисперсные частицы из воздуха на обочинах дорог, а также уменьшать количество частиц износа тормозных колодок непосредственно в месте их образования», — сказал Хан.
«Объединив эту технологию с AirFive, одним из пяти флагманских брендов KIMM, мы планируем расширить ее применение, чтобы улучшить качество воздуха в городах», — добавил он.
Очистка воздуха во время стоянки
Отдельного внимания заслуживает режим очистки воздуха во время стоянки. Беспроводная передача энергии позволяет питать вентилятор радиатора без подключения кабеля, и автомобиль продолжает фильтровать окружающий воздух на парковке.
Для городов с плотной застройкой и интенсивным движением такая функция может оказаться полезной в местах длительного пребывания машин, например у торговых центров, офисных паркингов и перехватывающих стоянок. При этом институт подчеркивает, что технология ориентирована прежде всего на борьбу с невыхлопными выбросами, которые сохраняются и у электромобилей, и у машин на водородных топливных элементах.
Технология также включает беспроводную передачу энергии для очистки воздуха во время стоянки. На парковочном месте, оборудованном системой беспроводной передачи энергии, вентилятор радиатора автомобиля может втягивать окружающий воздух через систему очистки.
Исследование посвящено загрязнению окружающей среды, не связанному с выхлопными газами, что по-прежнему актуально для электромобилей и автомобилей на водородном топливе, поскольку они также выбрасывают частицы из-за работы тормозов и шин.
Подход KIMM направлен на борьбу с частицами в воздухе на обочинах дорог и износом тормозных колодок, при этом институт подчеркивает его соответствие нормам Евро-7 в отношении частиц, образующихся при торможении.
«Используя существующую конструкцию автомобиля и воздушный поток, возникающий во время движения, мы свели к минимуму потребность в дополнительной мощности», — сказал доктор Гун Хи Ли, старший научный сотрудник KIMM.
«После проверки технологии в ходе испытаний на транспортных средствах мы планируем дополнительно оценить ее эффективность и долговечность в реальных условиях вождения», — добавил он.
Исследование проводилось при поддержке Программы развития ключевых технологий автомобильной промышленности.
Результаты исследования были опубликованы в таких журналах, как Tribology International и Atmosphere, а также в виде нескольких патентных заявок в Южной Корее, США и Германии.
Практическая ценность решения
Актуальность направления связана с ужесточением регулирования. Нормы Евро-7 впервые устанавливают отдельные пределы для частиц, образующихся при износе тормозов, и производители вынуждены искать решения, выходящие за рамки доработки двигателя.
Подход KIMM предлагает дополнить существующие меры — более совершенные материалы колодок, рекуперативное торможение — активным улавливанием частиц в месте их образования. По словам доктора Гун Хи Ли, использование штатной конструкции автомобиля и естественного воздушного потока позволило минимизировать потребность в дополнительной мощности, а следующим этапом станет оценка эффективности и долговечности в реальных условиях вождения.
Практическая реализация потребует решения вопросов обслуживания: собирающие пластины и фильтрующие элементы необходимо очищать или заменять, а саму систему — интегрировать в бортовая диагностика, чтобы водитель получал сигнал о заполнении коллекторов.
Кроме того, предстоит оценить, как устройство ведет себя при длительной эксплуатации на запыленных дорогах, в дождь и при отрицательных температурах.
Тем не менее результаты, опубликованные в Tribology International и Atmosphere, а также патентные заявки в Южной Корее, США и Германии, указывают на то, что технология прошла стадию лабораторной проверки и готова к следующему этапу — дорожным испытаниям в реальных городских условиях.
