Слово имеют гибриды

ТЕХНИКА

Тенденции

СЛОВО ИМЕЮТ ГИБРИДЫ

МИХАИЛ ГЗОВСКИЙ

Ежегодная церемония вручения "Оскара" - неизменный повод для журналистов посплетничать о жизни киношной богемы, обсудить самые эффектные наряды и самые дорогие бриллианты. Но в этом году пресса непривычно много внимания уделила автомобилям, в которых звезды съезжались на праздник. Виданное ли дело: бомонд сменил шикарные лимузины на "гибриды" с двумя двигателями - внутреннего сгорания и электрическим. Мода? Демонстрация против "нефтяной" войны в Ираке? Не только...

ЛЮБОВЬ К ЭЛЕКТРИЧЕСТВУ

Альтернативу ДВС инженеры ищут фактически со времени рождения автомобиля. Еще в 1900 году на Всемирной выставке в Париже показали любопытный прототип работы знаменитого конструктора Фердинанда Порше - "Лонер-Порше" с четырьмя электромоторами в ступицах колес. Мощность каждого составляла около 5 л. с., а питали их аккумуляторы емкостью 300 А.ч общей массой 410 кг. Образец достигал 50 км/ч и проходил на одной зарядке полсотни километров!

Увы, машина получилась тяжелой, дорогой и очень сложной в производстве. Тем не менее нечто подобное пытались сделать на протяжении всего ХХ века. Но по-настоящему масштабные программы разработки альтернативных двигателей, поддержанные крупными производителями автомобилей, появились только в 80-е годы прошлого века, и лишь к концу 90-х потребители смогли оценить реальные - серийные плоды.

Так, модель EV-1 от "Дженерал моторс" стала одной из первых попыток развернуть массовый выпуск электромобилей. Но несмотря на отказ от дорогих серебряно-цинковых и никель-кадмиевых батарей в пользу дешевых свинцово-кислотных, машина стоила более 30 тыс. долл.

За эти деньги владелец получал двухместный автомобиль с не слишком большим багажником (275 л), "съеденным" двадцатью шестью 12-вольтовыми аккумуляторами общим весом 533 кг: это треть (!) полной массы машины. Аккумуляторы питали трехфазный электромотор переменного тока мощностью 102 кВт, которого хватало для достижения скорости 129 км/ч. Запас хода EV-1 составлял 150 км, зарядка "электроприбора" занимала в зависимости от типа зарядного устройства от 3 до 12 часов.

Не слишком заманчивые характеристики отпугнули потенциальных покупателей: не помогли ни льготные условия кредитования, ни передовой имидж экологически чистого EV-1. Не удалось внедрить "электрички" в массы и другим производителям. "Хонда-EV Плюс" и "Ниссан-Алтима EV", "Форд-Рейнджер EV" остались в разряде опытных или, как " Peugeot 106 Электрик", мелкосерийных. Камнем преткновения стало отсутствие недорогих, но энергоемких и легких аккумуляторов.

ОДИН В ПОЛЕ НЕ ВОИН

Снова вспомним Порше. Еще в начале ХХ века, увидев преимущества гибридной схемы и попробовав "скрестить" электрические мотор-колеса с бензиновым двигателем, он, по сути, стал родоначальником гибридов. Ныне этот тип машин гораздо успешней, нежели электромобили, пробивает дорогу в жизнь. Два двигателя - сильнее одного. К тому же бензиновый или дизельный мотор может заряжать аккумуляторы на ходу, увеличивая пробег без дозаправки или подзарядки.

Применяют две основные схемы гибридных силовых установок - последовательную и параллельную (см. рис.). В первой двигатель внутреннего сгорания приводит генератор, а колеса вращают тяговые электромоторы. В "параллельных" гибридах для привода колес служат как электромотор, так и ДВС. Эта схема пока доминирует, хотя, в отличие от последовательной, обременена традиционной трансмиссией. Но в любом случае ДВС гибрида работает в наиболее оптимальном режиме, а при торможении энергия не теряется безвозвратно.

Используя параллельную схему, "Тойота" еще в 1997 году построила модель "Приус" - первый действительно массовый гибрид, входящий в тройку самых экономичных в мире машин (ЗР, 2001, № 11). Под капотом "Приуса" 1,5-литровый 72-сильный бензиновый двигатель с высокой степенью сжатия. Работает он в щадящем режиме - максимум 4500 об/мин. Никель-металл-гидридная батарея притаилась за задним сиденьем и питает 33-киловаттный электромотор.

В режимах резвого разгона двигатели работают одновременно, при спокойной езде бензиновый мотор справляется в одиночку, а троганье с места и разгон до 16 км/ч отданы на откуп электромотору. "Приус" развивает вполне пристойные 150 км/ч, выбрасывает в атмосферу на 80% меньше вредных веществ, чем бензиновый собрат, расходует в среднем чуть больше 4,5 л бензина на 100 км. И при этом стоит около 20 тысяч долларов.

Но "Тойота" недолго почивала на лаврах в одиночестве. Ответный ход сделала "Хонда", воплотив свое видение гибридной технологии в модели "Инсайт". В отличие от пятиместного "Приуса", "Хонда" вмещает всего двоих, зато обладает более спортивным характером. При расходе топлива 3,4 л она способна преодолеть рубеж 100 км/ч менее чем за 12 с, а "максималка" - 180 км/ч! Все это - с трехцилиндровым бензиновым мотором - 999 см3! Конечно, свою роль сыграли и отменная аэродинамика (Сх=0,25), и алюминиевый кузов массой 162 кг. Но силовая установка достойна отдельного разговора. В пику "Приусу" она построена по последовательной схеме, причем весьма изящно. Вместо традиционного маховика на коленчатом валу установлен электромотор мощностью 10 кВт, в определенных режимах выполняющий роль генератора.

При спокойной езде "Инсайт" обходится бензиновым мотором, а электродвигатель работает как генератор во время торможения, заряжая "обойму" никель-металл-гидридных аккумуляторов. Стоит "утопить" педаль, как электромотор выйдет из режима зарядки и дополнит 68 бензиновых "лошадок" восьмью электрическими. На светофорах двигатель "Хонды", как и "Тойоты", выключается для экономии топлива.

"Приус" и "Инсайт" уже распроданы многотысячными тиражами, пару таких завезли и в Москву. В прошлом году только в США спрос на "Приус" вырос на треть, а объем продаж достиг почти 20 тысяч штук.

Но конструкторы не стоят на месте: в продаже появилась гибридная " Хонда Сивик" с 10-киловаттным электромотором и бензиновым двигателем (1,3 л, 62,5 кВт/85 л. с.), оснащенным системой зажигания с двойным последовательным искрообразованием. Расход топлива в среднем всего 5 л/100 км. Кстати, "Сивик Гибрид отличается от обычного лишь шильдиком на корме и задним сиденьем, которое невозможно сложить.

" Тойота Приус" второго поколения - следующий шаг на пути гибридизации. Новинка экологически чище и экономичнее предшественницы. Силовая установка "Гибрид Синержи Драйв" располагает уже 50-киловаттным электромотором, работающим при напряжении 500 В. Увеличение мощности, естественно, повысило динамические характеристики. Не мудрено: электромотор развивает 400 Н.м крутящего момента в диапазоне от 0 до 1200 об/мин, а ДВС прибавил в мощности по сравнению с предшественником 6 кВт/8 л. с. "Мы многое поняли о "Приусе" с момента его дебюта в США 2,5 года назад, - уверяет Дон Эсмонд, вице-президент "Тойота мотор". - Более просторный, мощный, лучший в классе по экономичности и динамике "Приус" выведет бензоэлектрическую технологию в лидеры".

Что ж, похоже Эсмонд не лукавит: гибридные машины действительно стали гораздо доступнее и практичнее, чем каких-нибудь пять лет назад. Новые технологии позволили, в частности, гарантировать средний срок службы батарей в 150 000 км. Немаловажно, что гибридные машины фирмы выпускают уже не в убыток, они стали рентабельны.

Производителей и потребителей стимулируют "кнутом и пряником", заинтересовывая первых в разработке гибридов, а вторых - в приобретении. Например, покупателям гибридных автомобилей в США при подаче налоговых деклараций за 2003 год предоставят льготы в размере 2000 долларов.

ГЕРОИ ЗАВТРАШНИХ ДНЕЙ

По самым оптимистичным прогнозам, уже к 2012 году прекратят выпускать "тойоты" с традиционными бензиновыми и дизельными моторами. Похожие планы вынашивают "Хонда", "Форд", "Дженерал моторс" и "Даймлер-Крайслер"... С технической точки зрения особых преград для этого не существует. Возможности комбинированных силовых установок, в отличие от традиционных ДВС, велики и раскрыты далеко не полностью. А вот будущее "чистых" электромобилей, по мнению большинства ученых, весьма не радужное.

Усредненный КПД традиционного автомобиля - 18%, а электрического - 46%. Казалось бы, выгода очевидна! Однако все куда сложнее. Около 83% нефти в процессе перегонки превращается в бензин и попадает в баки наших автомобилей, тогда как только 25% энергии, затраченной на выработку электричества, доходит до розеток. В итоге эффективность от массового перехода к электромобилям не превышает 10-20%, что не так уж и много.

Решение одних проблем порождает новые. Например, рост потребления электроэнергии означает строительство новых электростанций. Причем в США, например, половину электроэнергии вырабатывают, сжигая уголь. Нарастить объем вдвое - значит пропорционально увеличить выброс окислов серы, микрочастиц сажи и углекислого газа. Закон сохранения энергии никто не отменял, а потому быстрый рост числа гибридов поставит новые вопросы. Ведь на этих машинах тоже стоят аккумуляторы.

Неужели тупик? Будем оптимистами: перед человечеством нередко уже вставали, казалось бы, неразрешимые задачи. Но, как правило, их удавалось решить или, по крайней мере, отложить до рождения более находчивых потомков...

Распространенные схемы гибридных силовых установок:

I. Параллельная (" Тойота Приус"):

1 - ДВС; 2 - планетарная передача;

3 - генератор; 4 - аккумуляторы;

5 - инвертор; 6 - электромотор.

II. Последовательная (" Хонда Инсайт"): 1 - ДВС; 2 - электромотор-

генератор; 3 - блок управления;

4 - аккумуляторы; 5 - коробка передач.

" Тойота Приус" 2004 модельного года (слева вверху) заметно просторнее предшественницы.

Моторный отсек "Приуса": эмблема "Тойоты" красуется на инверторе, преобразующем постоянный ток в переменный.

"Хонда" гарантирует работоспособность батарей на весь десятилетний срок службы "Инсайта".

Силовой агрегат "Сивик Гибрид".