Гибриды во спасение

Опубликовано: 16 сентября 2005 г.
Рубрики:

Ураган “Катрина” ухудшил и без того нерадостную ситуацию с ценами на бензин. Американцы начали пересаживаться на более экономичные, небольшие модели автомобилей и записываться в очереди на покупку так называемых “гибридов”. Думаю, что большинству читателей уже знаком термин “гибрид”. Так называют автомобильную систему, включающую двигатель внутреннего сгорания и электромотор, хотя правильнее было бы пользоваться термином “бензоэлектромобиль”. В эти дни многие решают непростую задачу: что выгодней, купить относительно дорогой гибрид, либо оплачивать высокую стоимость бензина на своем “родном”...

В декабре 1999 года на американском рынке появился первый электромобиль: японский Honda Insight представлял двухместное купе с трёхцилиндровым двигателем мощностью 67 лс и электромотором мощностью 13 лс, выполнявшим вспомогательную функцию при трогании с места и разгоне. Последовавший за ним пятиместный седан Honda Civic Hybrid имел уже четырёхцилиндровый бензиновый двигатель, мощностью 85 лс, и электромотор, мощностью 13 лс, с аккумулятором, состоящим из 120 никель-металлогидридных элементов напряжением 1,2 вольт каждый (система Integrated Motor Assist или IMA).

В 2005 году начались продажи среднеразмерного переднеприводного седана Honda Accord Hybrid с шестицилиндровым бензиновым двигателем 240 лс и электромотором постоянного тока 16 лс. Последний расположен на одном вале с двигателем внутреннего сгорания и повышает общую мощность и крутящий момент при трогании с места и разгоне. В автомобиле применяется третье поколение IMA и новая система Variable Cylinder Management, которая предусматривает в малонагруженном автомобиле (скорость вращения вала до 3200 об/мин) автоматическое отключение трёх цилиндров, что обеспечивает дополнительную экономию топлива. Такое устройство весьма эффективно при езде в городе и частых остановках, но не позволяет автомобилю ехать только с одним работающим электромотором. У Honda Accord Hybrid новая компактная пятипозиционная трансмиссия и тормоза, регенерирующие энергию для подзарядки аккумуляторной батареи. Удельный пробег город/шоссе по методике ЕРА 30/37 миль/галлон.

Для сравнения, у обычного седана Honda Accord, образца 2005 года с четырёхцилиндровым мотором 160 лс, при времени разгона “0-60” 8,0 сек удельный пробег город/шоссе составляет 25/33 миль/гал, а с шестицилиндровым двигателем 240 лс, при времени разгона 6,6 сек удельный пробег город/шоссе равен 23/30 миль/гал. Уменьшение потребления бензина в электромобиле Honda Accord Hybrid, по сравнению со стандартным шестицилиндровым двигателем, оценивают в 43% в городе и 23% на шоссе.

Разработанная компанией Хонда система получила общее наименование “последовательной”, и ее принципы использованы автокомпанией Дженерал Моторс в грузовых пикапах Chevrolet Silverado Hybrid и GMC Sierra Hybrid, а также компанией Даймлер Крайслер для пикапа Dodge Ram Hybrid. Силовые агрегаты последних, в которых шести или восьмицилиндровый двигатель внутреннего сгорания дополняется небольшим электромотором, называют также мягкими (mild) гибридными агрегатами. У Chevrolet Silverado Hybrid и GMC Sierra Hybrid бензиновый движок имеет мощность 295 лс, а стартер-генератор — 19 лс. У Dodge Ram Hybrid используется дизель в 325 лс и электромотор-генератор мощностью 40 лс. Автомобилем Dodge Ram Hybrid заинтересовалось армейское руководство: в настоящее время они проходят испытания в пустынной и сильнопересеченной местности. Пикапы-гибриды также рекламируются для использования в качестве передвижного источника электроэнергии при строительных и восстановительных работах.

Японская компания Тойота при создании гибридов пошла другим путем. Разработанная ею “параллельная” система Hybrid Synergy Drive или HSD включает двигатель внутреннего сгорания, генератор переменного тока, один (на передней оси) или два (на обеих осях) тяговых электромотора с аккумулятором, преобразователи тока, планетарный механизм и управляющий компьютер. Батареи аккумулятора с максимальным напряжением 500 вольт расположены под задними сидениями. При трогании с места, движении с малой нагрузкой или с небольшой скоростью работает только электромотор. Двигатель и генератор не работают, аккумулятор разряжается. При разгоне, когда скорость движения достигает 40 миль/час, к электромотору автоматически подключается бензиновый двигатель. При пуске двигателя внутреннего сгорания электромотор работает в режиме генератора и заменяет стартер. При движении с постоянной скоростью установленный за бензомотором планетарный механизм разделяет поток мощности на две ветви: одна идёт к редуктору главной передачи, другая — к генератору переменного тока, который вращает тяговый электромотор; аккумулятор бездействует. При разгоне с полностью открытым дросселем (максимальная подача газа) вступает в действие аккумулятор, который даёт дополнительную энергию электромотору. При замедлении и торможении электромотор действует в режиме генератора и через преобразователь подзаряжает аккумулятор. При остановке двигатель автоматически заглушается. Компьютер постоянно регулирует потоки мощности и работу всех частей системы. Соответствующая информация высвечивается на дисплее на приборной панели перед водителем. В автомобиле нет коробки передач, и не требуется подзарядка батарей от внешних источников тока. Система Hybrid Synergy Drive установлена на хэтчбеке Toyota Prius и вседорожниках Lexus RX400h и Toyota Highlander Hybrid. Ноу-хау компании Тойота куплено компаниями Форд и Ниссан и использовано при создании Ford Escape Hybrid.

Toyota Prius лидирует по продажам среди всех бензоэлектромобилей. Пятиместный четырёхдверный переднеприводный хэтчбек длиной 445 см и шириной 172 см соответствует габаритам популярных небольших седанов типа Toyota Corolla. У автомобиля четырёхцилиндровый алюминиевый бензиновый двигатель мощностью 76 лс и электромотор 67 лс (50 квт). Усовершенствованная форма кузова позволила снизить коэффициент аэродинамического сопротивления до 0,26. Шины низкопрофильные, с уменьшенными потерями на качение. Удельный пробег город/шоссе по стандартной методике EPA составляет 60/51 миль/гал, что соответствует расходу бензина в городе 4 л на 100 км пробега. Запас хода с полным баком в городе 700 миль, на шоссе 600 миль. Это первый автомобиль, у которого потребление углеводородного топлива при движении в городе меньше, чем на шоссе. Первые оценки Toyota Prius водителями при стандартной эксплуатации дают средний пробег 41-42 миль/гал. К 2010 г. ежегодный выпуск Toyota Prius в Японии и Китае может приблизиться к 2 миллионам, а пока очередь на покупку этой машины в США составляет около 8 месяцев. Активно обсуждается вопрос о строительстве завода по производству Toyota Prius в США.

В 2004 году в Северной Америке было продано около 90 тысяч бензоэлектромобилей. Продажа бензоэлектромобилей в США достигла в августе этого года 23 тыс. единиц. Всего в текущем году предполагается продать 220 тыс. гибридов десяти разных моделей. По нескольку сот автобусов с гибридными системами работают в Сиэтле, Нью-Йорке и некоторых других городах. При сохранении текущего уровня цен на бензин в США ежегодные продажи гибридов могут достичь к 2010 году уровня 500 тысяч единиц. Основная проблема, сдерживающая более быстрое расширение производства гибридов, — повышение себестоимости автомобиля на 3-5 тыс. дол. Именно по этой причине сегодня все гибриды продаются с убытком для изготовителя.

Особенно заманчива недавно созданным консорциумом Advanced Hybrid Vehicle Develoрment параллельная система plug-in, позволяющая подзаряжать батареи в гараже от обычной электросети. Такие автомобили первые 20-50 миль могут проехать только на электромоторе, а затем двигаться с работающей гибридной установкой. В итоге удельный пробег городского коммерческого транспорта и автобусов может возрасти до... 100-200 миль на галлон углеводородного топлива. Десятки автобусов и грузовых траков с системой plug-in уже переданы на испытания в разных городах США и Канады. При массовом применении на автомобилях, у которых сегодня удельный пробег в городе всего 15-20 миль/гал (развозные фургоны, почтовые машины, пикапы разных типов, автобусы и др.), общее потребление углеводородного топлива в стране существенно снизится. Я полагаю, что результаты этих испытаний чрезвычайно интересны, и я о них расскажу, как только они будут опубликованы.