Гибриды отменяют революцию
Свою главную инновационную идею последних лет «Тойота» потихоньку стащила у выпускника Харьковского института радиоэлектроники
Презентация концептуального гибридного спорткара Porsche 918 Spyder. Фото: Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG |
Летом 2006 года на одном из постов ГИБДД я наблюдал такую картину: молодой сотрудник пытался с прибором замерять СО/СН в выхлопной трубе праворульного хетчбэка Toyota Prius. Он просил владелицу автомобиля завести мотор, а она ему клялась, что он заводится только на скорости в 30 км/ч. Гаишник не верил, женщина настаивала. Со стороны это выглядело, как эпизод из комедии, и было очень смешно.
Теперь таких «тёмных» инспекторов в ГИБДД нет, в России уже официально продаются гибридные автомобили, а в мире почти не осталось автопроизводителей, в модельном ряду которых не состоит или не значится версия автомобиля с силовым агрегатом из электромотора и двигателя внутреннего сгорания. Некоторые, как, например, , другие автомобили и не разрабатывают. Несмотря на то что бесспорным трендом будущего считаются машины только на электротяге, гибриды приобретают массовый характер.
Идея гибрида стала своеобразным консенсусом между нефтяниками, защитниками среды обитания и бизнесменами. Такой вид транспорта дает возможность производителям углеводородного топлива постепенно переходить к освоению более современных энергоносителей (как, например, ), создателям городской инфраструктуры — без лишней спешки построить и развить сеть электрозаправок, экспертам по охране природы — своевременно оценить новые риски и придумать, как их избежать.
Первой компанией, начавшей массовое производство гибридов, была Toyota со своим Prius, а последними «поддались» влиянию мирового тренда Ferrari, Lamborghini и Porsche. Эти три марки отождествляются в воображении техноманьяка с неудержимой мощью моторов и их ласкающим слух рокотом и служат визиткой счастливого транжиры, меньше всего думающего об экономии бензина.
Но уже в марте этого года Ferrari показала в Женеве концепт гибридного купе с системой рекуперации энергии при торможении (), выкрасив его для пущего эффекта в несвойственный марке зелёный цвет. Силовая установка концепта была составлена из бензинового двигателя V12 и трёхфазного электромотора весом сорок килограммов, состыкованного с задней частью семиступенчатой коробки передач с двойным сцеплением. Мощность электромотора составляет 100 л. с. При торможении он выступает в роли генератора, заряжающего расположенные под полом литий-ионные аккумуляторные батареи. Блок управляющей электроники гибрида также отвечает за вспомогательные системы автомобиля — усилители руля и тормозов, кондиционер и другие.
Как выяснилось, к разработке гибридного синергетического привода Hybrid Synergy Drive (HSD), запущенного корпорацией Toyota Motor в серийное производство в 1997 году, приложил руку выходец из СССР Алексей Северинский. Фото: Toyota Motor |
Porsche тогда же представила концептуальный гибридный спорткар , на который уже нашлось более двух тысяч покупателей, невзирая на предполагаемую стоимость машинки — от $630 тыс., как агентство Bloomberg. Автомобиль оснащён двигателем V8 мощностью 493 л.с., и тремя электромоторами, суммарно выдающими 160 кВт. Мощность автомобиля — 708 л.с., а до 100 км/ч он разгоняется за 3,2 с.
Porsche 918 Spyder оснащён литий-ионным аккумулятором с жидкостным охлаждением и системой рекуперации энергии при торможении. Трансмиссия, в основе которой находится семиступенчатая c двойным сцеплением, работает в четырёх режимах. В режиме Е-Drive автомобиль передвигается исключительно на электротяге — запас хода в таком случае составит 25 км. В положении Hybrid бензиновый двигатель приходит на помощь электромотору, однако силовая установка работает в экономичном режиме. Ещё два режима трансмиссии — Sport Hybrid и Race Hybrid — обеспечивают максимальную производительность автомобиля. Максимальная скорость спорткара составляет 320 км/ч.
А вот Lamborghini пока ничего не представила, но гендиректор компании Стефан Винкельман () ещё в прошлом году пообещал выпустить гибридный Lambo к 2015 году. Надо думать, что к этому времени «инкубатор быков на колёсах» получит все самые современные и надежные гибридные разработки от родительского Volkswagen.
Представленные гибриды пока ещё страшно далеки от народа. Это своеобразные произведения технологического искусства, которые если и увидят «зелёный свет» на конвейер, то будут выпущены в малых сериях и стоить будут примерно как небольшой мотоциклетный завод в Индии. А вот среди истинно «народных» гибридов в мире началась первая технологическая революция. Но давайте по порядку.
Самый распространённый в мире тип гибридного двигателя — гибридный синергетический привод Hybrid Synergy Drive (), запущенный корпорацией Toyota Motor в серийное производство в 1997 году. Ранее считалось, что честь создания этого типа силовой установки принадлежит исключительно конструкторам Toyota. Однако буквально на днях корпорация фактически признала тот факт, что основная схема HSD у иммигрировавшего в 1978 году в США уроженца Харькова по имени Алексей Северинский (Alex Severinsky).
Бывший специалист по противотанковой электронике Северинский в 1994 году запатентовал схему бензоэлектрического гибридного мотора. В начале 2000-х он создал в США фирму Power Assisted Internal Combustion Engines (), а узнав в 2004 году, что Toyota уже восемь лет выпускает Prius с мотором, созданным по его схеме, Северинский немедленно начал с ней судиться. Тяжба продолжалась шесть лет и в июле 2010 года закончилась примирением сторон. О том, во сколько обошлось японской корпорации это примерение, стороны предпочли не распространяться. Некоторыми информационными агентствами называется сумма в $98 с каждого проданного автомобиля. И у Севернского еще есть возможность судиться с другими автогигантами, использовавшими его технологию.
В агрегат входит бензиновый мотор, работающий по циклу Аткинсона, электрогенератор, электромотор, планетарная передача с электровариатором, блок никелевых батарей и AC\DC-инвертор. На скорости выше средней бензиновый двигатель передаёт часть энергии непосредственно на передние колёса, часть — на электрогенератор. От генератора часть тока ответвляется на подзарядку батареи, а часть возвращается (через инвертор 500 В) на тяговый электромотор, который вращает передние колёса через коронную шестерню. При максимальном ускорении бортовой компьютер прекращает подзарядку батареи и направляет весь ток от генератора на электромотор. Кроме того, ток от батареи через инвертор также поступает на электромотор. При торможении компьютер выключает бензиновый двигатель, а электродвигатель переключается в режим генерации тока и возвращает энергию в батарею (это и есть рекуперация). На малой скорости (до 50 км/ч) автомобиль работает в режиме электромобиля, получая энергию только от батареи. Типом двигателя HSD оборудованы модели первых двух поколений Prius, все гибридные Lexus, автомобили Ford Escape Hybrid и Nissan Altima Hybrid.
Гибридный электромобиль Toyota Prius Plug-in Hybrid с возможностью подзарядки от внешней электрической сети. Фото: Toyota Motor |
Второй по количеству выпущенных единиц — двигатель типа , которым оборудован основной конкурент Toyota Prius автомобиль Honda Insight. Данная технология позволяет использовать в создании гибрида старые бензиновые моторы. По сути, это схема параллельного соединения двигателя с накопителем электроэнергии: узлы соединены дифференциалом, который соединён с приводом колёс. Технология привлекательна малой ценой и возможностью использования любой трансмиссии: хоть механической, хоть «автомата», а хоть вообще без передач, то есть вариатора.
Американские инженеры тоже пошли по пути гибридизации стандартных бензиновых моторов и дизелей. В 2005 году инженеры GM, DaimlerChrysler и BMW совместно создали трансмиссию . Трансмиссия оснащена электрогенератором и электромотором, последовательно встроенными в корпус; есть также четырёхступенчатая планетарная коробка передач. В одном из режимов — при трогании с места и интенсивном начальном разгоне — Two-Mode работает как двухпоточная электромеханическая трансмиссия. Внутри Two-Mode спрятан (несимметричный) дифференциал, который делит крутящий момент ДВС на два потока. Часть момента идёт на колёса, а другая часть вращает ротор генератора, который питает электромотор. Автомобиль с Two-Mode способен тронуться с места и даже разгоняться на электротяге — без запуска ДВС. При этом подходе для «гибридизации» автомобиля, нужно просто поменять АКПП на Two Mode, а также найти, где разместить батарейный блок.
А бывает ещё так называемый псевдогибрид, где электромотор — основной двигатель, а ДВС работает как привод генератора электроэнергии. Такая схема реализована в модели Chevrolet Volt, которую разрабатывали с 2007 года. Кстати, первым из знаменитых тест-драйверов серийного Volt стал президент США Барак Обама (), показавший таким образом национальное значение этого творения General Motors.
Как сказано на сайте производителя, серийный Volt не гибридный, это автомобиль совершенно нового класса — с технологией «E-REV», то есть электромобиль для дальних расстояний. Это первый в истории автомобиль, использующий электроэнергию в качестве основного источника энергии, с отсеком для литий-ионных аккумуляторных батарей в форме буквы Т общей емкостью в 40 кВт·ч. По прохождении 60 км двигатель Volt для дальних расстояний, работающий на бензине или этаноле E85, создаёт дополнительную электроэнергию для дальнейшего движения автомобиля на сотни километров.
В приведённых выше примерах, кроме Chevrolet Volt, для запаса и хранения электричества в гибридах используются никелевые батареи. И, по сути, они и являются тем самым устаревшим элементом технологии, который очень скоро может исчезнуть с рынка так же, как фотоаппарат Polaroid.
Chevrolet Volt. Фото: General Motors |
Емкость литиевых аккумуляторов на единицу массы значительно выше. Они значительно дольше «держат заряд», чем никелевые. Кроме того, их проще заряжать. И что еще немаловажно, поскольку литиевые источники питания широко используются в бытовой электронике, в мировой экономике уже сложился рынок литиевых аккумуляторов с конкуренцией как фактором давления на цены. К тому же к существующим производителям чуть ли не каждый месяц добавляются новые. Причем при непосредственном участии где-то автопроизводителей, а где-то и государств.
Например Volkswagen создал СП по выпуску литиевых аккумуляторов с Toshiba, Nissan образовал СП с NEC, Daimler с BYD, а администрация президента США выделила корейско-американской компании Compact Power грант в $151 млн на строительство завода, где будут выпускаться аккумуляторные батареи для General Motors и Ford Motor.
Кроме типа аккумуляторов, кардинально меняется подход к их зарядке. Если раньше автопроизводители не думали о придании своим гибридам способность зарядиться от розетки, то сейчас машины проектируются только с такой опцией. Возьмем, к примеру, лидеров — Toyota и Honda.
Toyota снабдила подзаряжаемой батареей третье поколение своей модели Prius. Главным отличием plug-in «Приуса» от такового с HSD является тип накопителя электроэнергии: вместо никель-металлгидридных аккумуляторов (NiMH) модель снабжена литий-йонными (Li-ion). Это привело к тому, что в разы увеличился запас хода машины только на электромоторе. Дополнительно водитель нового «Приуса» вообще перестал зависеть от зарядки батареи — если аккумуляторы разряжены, то можно поездить на бензиновом моторе, а доехав до дома, воткнуть автомобильную вилку в розетку и через несколько часов снова получить в распоряжение настоящий электромобиль, не создающий выбросов, запаха и шума.
Компания Honda Motor объявила в 2009 году о выборе водородных двигателей в качестве технологии будущего. Глава отдела разработок Honda Motor Такаси Мория (Moriya Takashi) тогда высказал мнение, что именно электричество из водородных ячейках, а не литиевые аккумуляторы, будут максимально востребованы в будущем. Однако в этом году компания сообщила о планах выпустить Plug-in гибрид на литиевых аккумуляторах. По словам представителей компании у гибрида, батареи которого можно зарядить от бытовой электросети, запас хода на 60 км больше, чем у батареи Honda Insight. Этому же типу гибридных моторов отдали предпочтение остальные японские и европейские компании.
В модельном ряду отечественного автопроизводителя также есть гибридная Lada, но тут речь ведется не о смеси электромотора с двигателем, а о ДВС, способном работать как на бензине, так и на природном газе. О планах «АвтоВАЗа» выпустить гибридную машину мирового стандарта пока ничего не слышно.
Тамерлан Фаттахов, 28.07.2010
Новости партнёров