Журнал «Вокруг Света» №07 за 2008 год

Натюрморт с баррелем

В том, что нефть дорожает, есть свои преимущества, иначе мы бы так и ездили в древних карбюраторных авто. Ведь по дорогам они бегают ничуть не хуже современных «компьютеров на колесах», а может, даже резвее. Но заботы об экологии и экономические проблемы сделали свое дело и «спонсировали» прогресс, который теперь уже не остановить — машины ведущих автомобильных концернов стремительно «гибридизируются».

Давайте сравним показатели двух автомобилей Mercedes Benz. Первый из них, модель 14/30 1912 года, имел двигатель объемом 3,5 литра, который выдавал 30 л. с., разгонял машину до 74 км/ч и сжигал в своих четырех цилиндрах по 19 литров бензина на 100 километров. Другой, современный S350 с аналогичным по объему мотором, легко достигает скорости в 250 км/ч, довольствуясь на трассе всего 13 л/100 км, причем в недрах двигателя — 272 «лошадки»! Казалось бы, чего уж лучше? Но новый виток цен на горючее превратил и такие показатели в устаревшие и заставил конструкторов искать новые пути к совершенству.

Первыми в деле экономии ископаемых ресурсов преуспели японцы. Что и неудивительно: своей нефти у них нет совсем, а ездить хочется. Первый самый технологически очевидный путь — миниатюризация: вряд ли еще в какой стране можно увидеть на дорогах столько крошечных автомобильчиков. Это понятно: чтобы двигать меньшую массу, нужно меньше энергии. Но с тем, с чем может смириться философски настроенный японец, никогда не согласится американец, привыкший к большим габаритам. Да и нефть в США есть, хоть и дорогая, но своя. Поэтому завоевывать заокеанский рынок японцы стали иными методами. Улучшение аэродинамики, снижение массы за счет применения легких сплавов и пластиков, конечно, давало эффект, но тут, похоже, конец пути уже близок. Прочность кузова снижать нельзя из-за требований к безопасности, да и форма современных авто (мы не говорим о джипах и пикапах) близка к совершенству.

Последний резерв — это потери энергии при торможении. И вот их-то можно в значительной степени избежать, применяя так называемую рекуперацию. Идея не нова: трамваи и электрички при снижении скорости давно возвращают энергию в сеть. Но ведь к автомобилю провода не протянешь! Зато можно поставить аккумуляторы и тратить высвобождающуюся при торможении энергию на их зарядку. А чтобы батареи не «переполнялись», их следует использовать при очередном разгоне. Вот, собственно, и все. Так на свет появились гибридные (с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) и электромотором) Toyota Prius, снискавшие невероятную популярность даже в США, несмотря на относительно высокую цену и малые, совсем европейские размеры.

И вот теперь успех головного концерна закрепляет Lexus — престижный бренд Toyota. На рынок один за другим выходят гибридные седаны LS600h, GS450h, вседорожник RX400h. И они стоят того, чтобы ознакомиться с новейшими технологиями детальнее.

Представительский LS600h стал в деле гибридизации этого сегмента авто первой в мире ласточкой. Его бензиновая 5-литровая «восьмерка», поддерживаемая при разгоне двумя мощными электромоторами, выдает в сумме с ними 438 л. с., не уступая обычному 12-цилиндровому мотору. Напомним к тому же, что электродвигатели выдают крутящий момент «с места», им не нужно раскручиваться. Поэтому этот флагман модельного ряда Lexus набирает 100 км/ч за 5,5 секунды! А ведь это не какая-нибудь легкая скорлупка типа Ferrari . А что с бензином? Его нужно на шоссе 12,8 л/100 км, а в городе — 14,1 л/100 км. Заметили, насколько мала разница? Это и есть признак гибридного привода: на шоссе тормозить приходится редко, вот и неоткуда взяться экономии. Так что гибриды — настоящие городские авто, тем более что в этих условиях их ДВС включаются все реже (по мере совершенствования батарей). Тот же LS600h в пробках и на небольших скоростях едет совершенно бесшумно, ровным счетом ничего не выбрасывая через выхлопную трубу. Помогает в этом 288-вольтовая никель-металлгидридная батарея, расположенная за задним сиденьем. Это еще не предел: инвертор повышает напряжение для питания двигателей до 650 В (как у трамвая), снижая при этом силу тока. Это сделано потому, что даже при таком напряжении сила тока в моторе мощностью 165 кВт превысит 250 А. Представляете, какие нужны провода для 600 А, например!

Эти электромоторы раскручиваются в LS600h до 10 240 об/мин и потому интегрированы в новейшую 8-ступенчатую автоматическую коробку передач, чтобы согласовать бешеную скорость вращения с умеренными оборотами ДВС.

Заметим, что LS600h — полноприводный автомобиль, в котором умная электроника автоматически перераспределяет крутящий момент между осями в зависимости от дорожной ситуации. Водителю мало что остается делать в этом автомобиле. Разве что руль крутить да выбирать между режимами трансмиссии EV, Hybrid, Power и Snow. Второй из них является основным и включен «по умолчанию». Первый превращает Lexus в электромобиль и удобен для коротких поездок в жилой зоне и парковки. Два последних изменяют настройку педали газа, делая ее либо «острой» (для моментального разгона), либо «мягкой» (для движения по скользкой дороге).

Теперь уделим внимание и джипу RX400h, тем более что около сотни экземпляров этой модели уже бегают по столичным улицам. Хронологически именно он стал первым гибридом Lexus, на нем обкатали многие решения для более поздних LS600h и GS450h. Кроме, пожалуй, очень интересного и оригинального решения полноприводной трансмиссии: здесь вместо тяжелого вращающегося карданного вала к задним колесам тянутся… провода. Точнее не к ним, а к 50-киловаттному электродвигателю, их вращающему. Передний же электромотор имеет мощность в 123 кВт и сопряжен с ДВС через понижающий планетарный редуктор. Суммарная мощь всех двигателей разгоняет вседорожник до сотни за 7,6 секунды, а максимальная скорость ограничена из соображений безопасности 200 км/ч. Экономичность этого большого, тяжелого и мощного автомобиля поражает: 9,1 л/100 км в городе и 7,6 л/100 км по шоссе.

Стоит сказать и несколько слов о самом «младшем» в семье гибридных «лексусов» — только что появившемся GS450h. В нем тоже два электромотора, но один из них служит лишь стартером для ДВС и помогает генерировать ток. Второй — тяговый, раскручивается до 14 400 об/мин, помогая разогнать заднеприводный автомобиль до сотни за 5,2 секунды. В остальном здесь использовано большинство решений старшего LS600h, но расход топлива, конечно, меньше: 11,3 л/100 км по шоссе и 12,8 л/100 км в городе.

Между прочим, Конгресс США постановил: с 2020 года все автомобили каждого производителя должны в среднем потреблять не более 8 л/100 км. Так что Lexus на правильном пути. Только ехать до этой цифры еще долго.

Европейские старания

Казалось бы, в Европе, как и в Японии , нет своей нефти, бензин дороже, да и машин на квадратном километре куда больше, чем в Америке. Но то ли российская труба расслабила, то ли покупатель тут более прижимистый, но с гибридизацией Старый Свет сильно опоздал. Сначала представители ведущих фирм в один голос отрицали выгоды этого направления: мол, экономия небольшая, дизель не хуже, а цена выше. Но сейчас лед тронулся, и вот уже BMW запускает программу EfficientDynamics, объединяющую сразу несколько путей решения проблемы экономичности. На базе серийного вседорожника Х5 и концепта Х6 представлены две версии гибридного силового агрегата ActiveHybrid. В первом случае речь идет о так называемом «мягком» решении (Mild Hybrid), отличающемся тем, что автомобиль не может двигаться лишь на электротяге. Зато в активе этого Х5 и без того экономичный дизельный ДВС. Более того, при рабочем объеме всего в 2 литра он выдает целых 204 л. с. и является первым в мире дизелем с удельной мощностью более 100 л. с./л. Электромоторчик же довольно хилый — какие-то 15 кВт. Но его задача не столько везти, сколько преобразовывать энергию при торможении. Впрочем, он способен выдать впечатляющие 210 Н.м добавочного крутящего момента, что очень даже заметно при старте от светофора. И вот что в итоге: 8,9 секунды до сотни и всего 6,5 л/100 км в смешанном цикле! Неплохо получилось, факт. В этом концепте и батарея поновее — литий-ионная, емкости которой хватает, чтобы даже на стоянке работал кондиционер. В автомобиле сразу две бортсети: традиционная с напряжением 12 и 120 В для главных пожирателей тока. Даже крыша тут не только защищает от непогоды, но и заряжает аккумуляторы, поскольку состоит из сплошной солнечной батареи. Дорого? А чего ж вы хотели от первопроходца! Важно, что технологии со временем неизбежно дешевеют, а нефть так же неизбежно дорожает — вот и получится через несколько лет выгода.

Впрочем, отстав на первом этапе гибридизации автопарка от японцев, баварцы потом все равно проявили смекалку. Им пришло в голову, что в машине есть еще один (кроме тормозов) источник растраченной впустую энергии — это сильно раскаленная выхлопная система. Если обложить ее водяной рубашкой, вода перейдет в пар (замечали, наверное, как обильно он выделяется при проезде луж?), а пар можно использовать в паровой машине для подкрутки коленчатого вала ДВС. Такой гибрид назвали TurboSteamer и уже опробовали на стенде.

В нем жидкость испаряется вначале в высокотемпературном парогенераторе, отбирающем до 80% тепла в системе выхлопа сразу за нейтрализатором. Пар поступает в аксиальнопоршневую паровую машину, механически соединенную с коленчатым валом ДВС. На ее выходе, однако, пар еще достаточно горячий, а потому его пропускают через дополнительные — низкотемпературные — теплообменники, отбирая тепло уже от системы охлаждения двигателя и от выпускного тракта за резонатором. И снова направляют уже во вторую низкотемпературную паровую машину, которая также подкручивает коленчатый вал ДВС.

В итоге дедовская, казалось бы, паровая машина добавила бензиновому мотору 13 л. с., 20 Н.м и сделала его на 15% экономичнее. А из выхлопной трубы газы теперь выходят остывшими до 50 °С — такими даже руки не обожжешь. Одно плохо: немецкий паробензиновый гибрид обещают освоить не ранее 2015 года.

Интересно, пригодятся ли нам, сидящим на нефтяной трубе, все эти идеи? О серьезных российских разработках гибридных двигателей пока не слышно.

Алексей Воробьев-Обухов