Cветлое будущее гибридных автомобилей

Экология потребления. Мотор: При современном уровне технологий электромобиль дорог, имеет весьма среднюю автономность и категорически не годится для дальних и быстрых путешествий за пределы дальности его тяговой батареи. Возникает вопрос: а нужно ли идти на такие жертвы ради полной электрификации, если эквивалентный расход топлива уже достижим на гибридных авто?

При современном уровне технологий электромобиль дорог, имеет весьма среднюю автономность и категорически не годится для дальних и быстрых путешествий за пределы дальности его тяговой батареи. Возникает вопрос: а нужно ли идти на такие жертвы ради полной электрификации, если эквивалентный расход топлива уже достижим на гибридных авто? Прогресс в области создания аккумуляторов когда-нибудь позволит сделать идеальный электромобиль, но на это уйдет гораздо больше времени, чем думают современные зеленые экстремисты. Их политика скорее ведет к выбрасыванию огромных ресурсов на ветер и уж точно не способствует снижению антропогенной нагрузки на планету.

Что дешевле?

Появление в 1997 году первого Prius показало, что бензиновый мотор можно приучить экономить топливо и сделать это изящно, надежно и удобно. А за следующие двадцать лет гибридов развелась куча разновидностей: мягкие, полные, подзаряжаемые… Всё – ради достижения фантастически низких цифр расхода топлива при сравнительно небольших затратах.

На фото: Toyota Prius ‘1997–2000

Конечно, машины стоили недешево. Все же и электроника, и R&D стоят дорого, и за уникальные характеристики грех не попросить пригоршню монет. Но сама технология оказалась сравнительно бюджетной. Совершенствование моторов и трансмиссий обычных бензиновых машин выходило ничуть не дешевле. Классическим конструкциям остаться на рынке позволили разве что лазейка с нереалистичными ездовыми циклами и очень медленное ужесточение норм расхода топлива. Постепенный прогресс всегда в разы дешевле для массового производства, а вряд ли кто-то из автопроизводителей хотел терять средства на кардинальную перестройку модельного ряда и производства, терять старых поставщиков и заводить новых. Тем более что дизельные моторы с прогрессом топливной аппаратуры показали очень впечатляющие характеристики, позволявшие надеяться на достижение будущих норм по выбросам СО еще на два-три десятка лет. Тогда ещё никто не знал, что экологические нормы сумеют так «закрутить».

За двадцать лет прогресса массовых ДВС мы узнали слово «даунсайз», привыкли, что Turbo — это не только Porsche, но и Dacia, что АКПП экономичнее МКПП, что у легковой машины может быть десять передач в КПП, что непосредственный впрыск бывает не только у дизелей, что ГРМ — это крайне сложный узел, что половина цилиндров отключаются даже у четырехцилиндровых моторов, что клапанные пружины могут быть пневматическими, ну и, конечно же, что дизельные моторы — вовсе не медленные чадящие уродцы, а отличный вариант для тех, кто экономит топливо. Постепенно машины стали обзаводиться разными старт-стопами, научились экономить на освещении и кондиционировании, стали работать без длительного прогрева и даже без прогрева вообще. И конечно, они стали дороже. Насколько — судить сложно, но просто сравните стоимость ремонта старого двухлитрового мотора с 16 клапанами и современного даунсайза с турбонаддувом при пробеге в 250-300 тысяч. Наверное, раза в два, может быть, в три, если учитывать износ системы управления и питания. Даже если сравнивать какой-нибудь атмосферный V6 старого образца и сравнительно компактный бензиновый турбонаддувник, окажется, что последний куда дороже и имеет больше изнашиваемых частей.

Дизельные моторы прибавили в цене еще больше, ведь системы комбинированного наддува, продвинутый впрыск топлива, новые сплавы, выдерживающие высокую степень форсирования, и DPF фильтры стоят не дорого, а очень дорого. И на фоне этого расходы на дополнительную электронику, сравнительно небольшую батарею и отладку смотрятся очень скромными.

Почему гибрид?

Почему «курс партии» раз за разом поворачивает к гибридам? Все достаточно просто — это сравнительно дешевая технология на современном этапе развития. Еще раз прочитайте предыдущий абзац. Попробуйте понять, насколько новый мотор дороже и сложнее старого. Теперь представьте себе ДВС гибрида. Забудьте про пятитактность, в остальном это самый примитивный бензиновый мотор легковушки. Атмосферный, с простейшим ГРМ без всяких отключаемых цилиндров и даже прямого впрыска. Чуть сложнее того, что были в середине девяностых, намного проще того, что выпускается массово в Европе последние лет десять миллионными тиражами.

Все остальное тоже стоит не слишком дорого. Не подзаряжаемый — ну, который не Plug—in, гибрид не требует большой емкости аккумуляторной батареи, и литий-ионная ему не нужна, те же Prius и Camry Hybrid довольствовались никель-металгидридной и неплохо себя показали. Конечно, литий-железо-фосфатная ему подойдет еще лучше: и мороза почти не боится, и ресурс огромный, и цена меньше, чем у более емких литий-кобальтовых. Также гибриду не нужен очень мощный электромотор и очень дорогая электроника, ему при необходимости всегда может помочь ДВС.

Удачная идея полумеханической, полуэлектрической трансмиссии, которая получила имя собственное Synergy Drive, оказалась и эффективной, и легкой одновременно. В крайнем случае всю трансмиссию можно заменить одним сцеплением или двухступенчатой планетарной передачей, а эффективность работы привода можно сохранить, увеличив мощность генератора. За примером ходить не нужно: Mitsubishi уже сделала это на своем Outlander PHEV. Даже в худшем из возможных режимов эксплуатации расход топлива сопоставим с расходом ультрасовременных дизелей с АКПП. Но не забывайте, у гибрида все сравнительно просто устроено и дешево сделано. А попробуйте-ка дешево изготовить топливную аппаратуру современного дизельного мотора?

А на чем собственно экономит топливо «классический» гибрид? Почему-то большинство автомобилистов уверено в том, что ответ заключается только в возможности рекуперации энергии и возможности движения в пробке, не включая мотора.

Рекуперация – действительно важный фактор, гибридные авто умеют сохранять до 70 процентов кинетической энергии автомобиля и использовать ее повторно. Это заметно снижает расход топлива в городе с его непременным старт-стоп движением и низкими скоростями. Собственно, гидропневматические гибридные системы повышают эффективность только за счет рекуперации и добиваются почти двукратной экономии топлива в городе.

Движение на электротяге — тоже штука приятная, но батареи у гибрида небольшие, и их нужно заряжать, причём – от того же ДВС. Но электрические системы с аккумуляторной батареей имеют куда больше возможностей.

На промежуточных режимах работа ДВС крайне неэффективна. Даже работающий по циклу Аткинсона/Миллера мотор в типичном городском режиме показал бы КПД, который мы привыкли приписывать паровой машине – не более 10%. Причина кроется в ограничениях по качественному составу смеси. Она или уже не поджигается, или детонирует, или еще не поджигается. В результате нужна дроссельная заслонка, позволяющая соотносить количество поступающего воздуха и топлива в строгих пропорциях. Огромные газодинамические потери у бензиновых моторов ведут к резкому увеличению расхода топлива по сравнению с оптимальным режимом.

Управление мощностью путем изменения давления воздуха, работа на особо малых оборотах с открытым дросселем и полной нагрузкой дают свои результаты. Можно отказаться от дросселя и перейти к управлению по топливу, как это сделано у дизельных моторов, но у гибрида есть способ попроще. Можно или «догрузить» мотор до оптимального по расходу топлива режима зарядкой батареи или просто остановить его, когда он не нужен. Работающий в оптимальном режиме простенький атмосферный мотор уже раза в два-три экономичнее даже даунсайзовых турбомоторов в режиме частичной нагрузки и даже превосходит дизельные вне оптимального режима. Даже с учетом совсем не 100-процентного КПД электропередачи и КПД аккумулятора экономится много топлива.

На трассе в режиме постоянной нагрузки силовая система гибрида тоже умеет экономить топливо. Двигателю просто не дают работать в «плохом» режиме, он не работает часами при нагрузке в 5-10 киловатт с пиками до полной мощности, как это происходит у обычной машины. Он или работает на режиме максимального КПД, заряжая батарею и толкая машину, или останавливается, или работает в режиме наименьшего часового расхода топлива на подзаряд батареи, почти не участвуя в процессе передвижения. Это хорошо сказывается и на расходе топлива, и на его ресурсе. Последнее означает, что можно сделать мотор еще дешевле и проще. Это тоже экономия, пусть и менее заметная для водителя, но важная для производителя.

Под капотом Toyota Prius ‘2016–н.в.

Если вы внимательно прочитали два абзаца выше, вы без труда догадаетесь, почему дизельных гибридов с электродвижением практически не существует. Дизельный мотор хорош именно тем, что отлично работает на частичной нагрузке. А значит, экономию можно получить в основном за счет рекуперации энергии. Но основная проблема в том, что гибридный автомобиль заметно усложняется, получает под капот дорогой агрегат. Безусловно, такие системы могут появиться и даже стать массовыми. Но не раньше, чем исчерпаются возможности снижения расхода топлива у гибридов с обычными бензиновыми моторами. Так что сейчас удел дизельных гибридов – это упрощенные схемы гибридизации, например, с гидромашиной и гидроаккумулятором. Или с маховичной системой накопления энергии.

Что значит дёшево?

Если я пишу «дешевое решение», то это вовсе не означает, что можно топать в автосалон и торговаться за гибридный авто, уговаривая продавца скинуть миллион-другой. Относительно дешево оно для автопроизводителя, особенно если он не потратился на разработку современного дизеля, многоступенчатой АКПП или даунсайзового бензинового мотора.

Машины с гибридной силовой установкой дешево не продают, это остромодная тема. И к тому же обещающая немалую экономию на топливе. Lexus RX400h дешевым даже с натяжкой не назвать, впрочем, как и экономичным. Про LS600h и не говорю даже. Гибридный Lexus NX стоит дороже машины с турбонаддувом, Prius и Lexus CT200h тоже совсем не копейки стоят.

Себестоимость гибридов – тайна за семью печатями, редко когда в каких-то публикациях всплывет истинная цена компонентов машины без маркетинговых надбавок. А конечному потребителю по большому счету все равно, сколько это стоит в производстве. Важно только, за сколько эту технологию можно купить, сколько она стоит в эксплуатации и насколько надежна и удобна. Сейчас гибриды неожиданно получили преимущество перед дизельными моторами, хотя недавно еще в Европе слегка от них отставали. И думаю, это преимущество производители реализуют максимально. Просто потому, что вкладываться в совершенствование дизелей рискованно, а больше доступных технологий нет. И им приходится выбирать между электромобилями и гибридами. опубликовано econet.ru Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet