Исчерпан ли ресурс совершенствования ДВС? Несмотря на то, что ведущие производители продолжают работать над ним, все, похоже, прекрасно понимают — конструкторская мысль если и не зашла в тупик, то сделает это в ближайшее время. Турбонаддув в сочетании со снижением рабочих объемов, работа над впрыском и системами очистки выхлопа, конечно, помогают отвечать экологическим требованиям, но только нынешним. А что дальше? Ответ, судя по всему, очевиден — будущее за моторами на «альтернативных источниках энергии». В конце концов, в цивилизованных уголках земного шара уже есть местечки, куда запрещен въезд автомобилям, работающим на углеводородном топливе. Итак, электричество…
История появления первых электромобилей туманна, поскольку началась еще в первой половине XIX века. Официально отцом электрокара считается некий шотландец Роберт Андерсон, собравший свою повозку в 1839 году. Хотя его авторство уже тогда оспаривал англичанин Роберт Дэвидсон, а также венгерские и голландские инженеры. За океаном первые экипажи на электротяге якобы появились в 1840-х. В конце того же столетия счет пошел уже на небольшие тиражи. Но информация опять же путанная. Вроде бы только для Лондона дважды создавались электротакси, причем среди авторов был сам Карл Бенц. Тогда же подобное произошло и в Нью-Йорке. К тому же в столице Англии использовались автобусы с аналогичным приводом. Что совершенно точно — электродвигатели нашли большее распространение не на сухопутных и гражданских транспортных средствах. Еще во второй половине XIX века появлялись проекты подводных лодок со связкой в виде парового или бензинового агрегата и электромотора. К началу XX века бензин-электрическая, а потом и дизель-электрическая установка прочно обосновалась на подлодках. История отнеслась к этому направлению освоения электродвигателей более бережно.
Ну а первый прототип автомобиля с «симбиозом электричества и нефтепродуктов» появился только в 1901-м. Это было детище доктора Порше, который, работая на фирму Lohner, за год до этого создал машину с двумя мотор-колесами, добавив позже еще пару. То есть получился чистый электрокар. Однако впоследствии конструктору пришлось оснастить этот Lohner-Porsche двумя ДВС, заряжавшими электрогенераторы. Тот же путь (сначала «чистое электричество» с мотор-колесами, потом бензоэлектрический гибрид) прошла американская компания Gear Freight Company. С одной лишь оговоркой — ее грузовые модели массой 1, 2 или 5 тонн выпускались гораздо дольше, с 1904 по 1922 годы, а не всего пять лет, как Lohner-Porsche.
Придя к гибридной схеме, конструкторы поняли, что в разных режимах движения можно экспериментировать с тягой. Скажем, у гибрида бельгийской компании Pieper основным был ДВС, электромотор подключался под нагрузкой. А модель Dual Power американской фирмы Woods, напротив, начинала движение на электричестве, после переходя на бензин. Правда, чистые электромобили тоже не списывали со счетов. Так в начале 1900-х годов американская компания Baker выпускала ряд моделей, включая грузовики и спортивные прототипы. Несколько моделей производились под брендом Detroit Electric. Благодатное было время для такого рода машин. Большинство потребителей еще не отвыкли от «экологической чистоты» конного экипажа. Автомобиль же с ДВС, кроме того, пугал сложностью управления и обслуживания. Электромобили даже считались транспортной прерогативой прекрасного пола. Наконец, бензин был относительно дорог, сети АЗС неразвиты, а электрического запаса хода вполне хватало для поездок по не разросшимся еще городам.
Углеводороды убили «силу тока». Ну кому были нужны электрокары с небольшим до разрядки батарей пробегом и приличным весом этих самых АКБ, съедавшим полезную нагрузку? Возродил электромобили маркетинг, борьба за чистый воздух и топливный кризис. Так, Henney Kilowatt, появившийся в 1959-м, был продуктом исключительно первого, поскольку разработавшая его компания выпускала аккумуляторы и использовала проект в рекламных целях. То же самое касается развозного фургончика Battronic Truck, одним из разработчиков которого выступала известная ныне фирма Exide. И еще ряда конструкций, в которых различные организации занимались самореализацией. Баловство! Вот в 60-х, и тем более в 70-х, стало не до него — экология, кризис.
Впрочем, даже с изобретением специалистами фирмы TRW компактных электромоторов производителям пришлось начинать все сначала. Оттого первое время появлялись машинки, сейчас способные вызвать лишь улыбку. Например, субкомпактный XP512 от GM, похожий на летающий шар из фильма «Гостья из будущего». Или по-американски масштабный Buick Skylark, в который частные энтузиасты вместо крупного V8 поместили небольшой роторный ДВС и 20-киловаттный электромотор. Volkswagen Taxi Hybrid, созданный в 70-х годах на базе микроавтобуса Transporter, уже иное дело. Автомобильчик, чей багажник и ряд пассажирских мест занимали аккумуляторы, не только ездил по выставкам — активно тестировался. Продолжение не заставило себя ждать — в 1989-м на базе Audi 100 появилась гибрид Duo. Передние колеса в нем приводились ДВС, задние — электромотором. В 1992 году в Volvo построили гибридный седан ECC, где роль ДВС играла газовая турбина.
Опять же в конце, как и в начале прошлого столетия, компании не отказались от электричества без «примеси бензина». Можно вспомнить целый ряд электромобилей, созданных на базе Renault Clio, Peugeot 106, Citroen Berlingo или VW Golf и Jetta. Особенное развитие такие «электрички» получили в Калифорнии, чье правительство обязало всех производителей обеспечить небольшой процент реализуемых в штате автомобилей нулевыми выбросами (закон о Zero Emission Vehicle). Это фактически лишало их ДВС. Так у Ford и Chevrolet появились соответствующие версии пикапов. Toyota специально для этого создала RAV4 первого поколения «на батарейках». Nissan — модели Prarie и Altra (в Японии известная как R`nessa). Chrysler — Voyager. GM — Electric Vehicle 1 (EV1). На тот момент все закончилось в 2003 году, когда чиновники, связанные с нефтяной и автоиндустрией, пролоббировали отмену закона о ZEV (по другой информации — его значительное смягчение). Производители смогли исключить из своих линеек дорогущие и потому невыгодные электромобили. Но чуть раньше, в 1997 году, Toyota по собственной инициативе создала гибридный Prius. Именно это событие можно считать точкой отсчета нового витка перевода автомобилей на тягу силой тока.
Будущее за гибридами? Уж точно за ними настоящее! Даже на момент появления первого поколения Prius мало кто сомневался, что если за дело взялась Toyota, то компания не ограничится всего лишь экспериментами. Год назад были опубликованы внушительные цифры — за 16 лет японцы продали по всему миру 3 млн Приусов трех поколений, не говоря о других моделях, в том числе, Lexus. А если вспомнить другие гибридные модели?
Если говорить о родоначальнике новой волны гибридизации, о Приусе, то его силовая установка устроена по так называемой последовательно-параллельной схеме. Ключевая особенность — отсутствие привычной коробки передач. Вместо нее — «планетарка», которая одновременно связана с коленвалом ДВС, генератором и колесами. Последние через дифференциал и понижающий редуктор соединены с тяговым электромотором. Все это работает подобно CVT, и даже получило образное название — электромеханический вариатор. Или фирменное — Hybrid Synergy Drive.
Трогается Prius на электромоторе и батареях. После достижения определенной скорости включается ДВС, момент от которого идет на колеса и генератор, а с него через электромотор опять на колеса (помимо этого генератор заряжает батареи). При интенсивном разгоне электродвигатель питается не только от ДВС, но и от батарей. А торможение рождает режим рекуперации — превращает электромотор во второй генератор, запасающий энергию в аккумуляторах.
Трансмиссия HSD кочует из одного поколения Prius в другое. А в рамках всей Toyota Hybrid System увеличивался только объем ДВС (с 1,5 до 1,8 л.), рабочие обороты и мощность электромоторов — с 30 до 60 кВт. Используется THS и на других моделях с поперечным расположением силового агрегата, например, Camry, Estima или Lexus RX 400h и RX 450h (в последнем случае добавлен еще один электромотор, обеспечивающий привод на заднюю ось). И на автомобилях с продольным силовым агрегатом — Lexus GS 450h и LS 600h. Там все то же самое: генератор, «планетарка», тяговый электромотор и принцип работы — тяга может быть бензиновой, электрической и совместной. Разве что скомпоновано все по-иному и добавлена еще одна, двухступенчатая, планетарная передача — ради увеличения силового диапазона.
Гораздо проще параллельно-последовательного — параллельный гибрид. В нем единственный электромотор небольшой мощности (10-15 кВт) встроен между ДВС и привычной коробкой передач. Он работает в качестве стартера, так же может «закидывать» энергию в батарею и, естественно, помогать двигателю в разных режимах. Однако движение только на электротяге невозможно — связка ДВС с электромотором жесткая, да и силенок не хватает. По такому принципу создана Honda Insight обоих поколений, BMW ActiveHybrid 7 или Mercedes Benz S 400 BlueHybrid. Зачем нужен такой гибрид, когда электромотор, даже не работая, отнимает у двигателя «лошадки», а в режиме рекуперации тратит уже свои кВт на вращение коленвала? Если говорить о том же Инсайте, то он все-таки экономичнее просто бензиновых одноклассников. И тем более, благодаря простоте конструкции, дешевле Приуса. «Немцы» с многолитровыми бензиновыми моторами не столь показательны в сбережении топлива — речь может идти о 15-17%. Тут больше дело имиджа — японцы могут, а мы что?!
Недавно параллельные гибриды пошли дальше. Электромотор стал мощнее (до 50 кВт), между ним и двигателем появилось сцепление, размыкающее два агрегата. Такую схему силовой установки имеют, к примеру, Porsche Panamera S Hybrid и Cayenne S Hybrid, Audi Q7 Hybrid, BMW ActiveHybrid 5 и Nissan Skyline/Infiniti Q50 с 3,5-литровым V6. В результате они уже могут ездить на чистой электротяге и не тратить киловатты на вращение коленвала, в том числе в режиме рекуперации. При этом коробки передач у таких гибридов — обычные многоступенчатые «автоматы».
Еще одна схема гибридной установки, использующаяся на тяжелой грузовой технике и ж/д составах, — последовательная. В ней ДВС не связан с колесами, вращает генератор и служит лишь для зарядки батарей. Приводит машину в движение исключительно электромотор. Именно с такой схемой в 2008 году GM анонсировал свой Chevrolet Volt. Его 1,4-литровая «бензинка» с помощью генератора в 54 кВт заряжала аккумуляторы, а те питали 111-киловаттный электродвигатель, приводящий колеса. При этом батарею можно было заряжать от сети, а двигатель использовать только после полной ее разрядки.
Но позже выяснилось — у Вольта такой же Synergy Drive, как у Приуса. То есть у Chevrolet тоже есть планетарная передача и соединенные через нее ДВС и колеса. С одним исключением — предусмотрено два сцепления, которые разъединяют трансмиссию с двигателем и генератором. В итоге Volt способен ездить на одном электричестве, полученным из розетки. После падения заряда ДВС через генератор станет заряжать батарею — без связи с колесами. Однако в определенных режимах сцепление отключит двигатель от генератора и подключит к колесам. Причем электромотор тоже останется тяговой силой. Симбиоз всех имеющихся схем!
Японцы тоже дошли до подобного — пару лет назад появился Prius PHV, то есть, Plug-in Hybrid, заряжаемый от сети и способный проехать на одной зарядке до 20 км. А уже в этом году дебютировал Mitsubishi Outlander PHEV, у которого запас «электрохода» доведен почти до 60 км. Причем при схеме трансмиссии, родственной тойотовской, связь между элементами силовой установки и колесами осуществляется не планетарной передачей, а простыми сцеплениями. Ну и, конечно, предусмотрен третий электромотор, вращающий заднюю ось. Он, кстати, и на обычных легковушках становится популярным. Зачем городить сложную компоновочную схему, если спереди можно оставить ДВС с генератором, а сзади установить электродвигатель, связав его только проводами. Двигаясь на батарее, автомобиль будет заднеприводным, а при работе обоих двигателей обретет 4WD. Так устроены Peugeot 3008 Hybrid4, Peugeot 508 RXH и Volvo V60 Plug-in Hybrid. Как следует из названия, последний еще и можно заряжать от сети. Какие гибридные вариации стоит ожидать в ближайшее время? То, что они появятся, сомнений почему-то нет.
Массовой «электрификации» автопарка, особенно в регионах, далеких от центра, пока не предвидится. Но гибриды уже прочно завладели умами российских потребителей. Причем, еще начиная с Prius первого поколения, которые активно завозились из Японии. Тем более много Приусов 2003-го модельного года, привозимых, в том числе, из Европы и США. По тем и другим есть достаточный опыт эксплуатации и ремонта.
Что может стать причиной последнего? Логично было бы подумать, что элементы HSD, в частности, никель-металл-гидридная батарея. Тут не все так просто. Производитель (Panasonic) дает на нее гарантию в 8 лет или 160 тыс. км. При этом реальный срок службы больше. В городских режимах движения, если ее не «мучить» высокими скоростями, она способна протянуть 10-11 лет. Однако Prius в кузовах NHW10 и NHW11 с разной компоновкой батарейного узла и разным количеством силовых элементов уже «вне игры». Panasonic эти элементы выпускать перестал, покупать их бэушными смысла нет, можно приобрести разве что made in China. Стоят такие от 1500 до 3000 руб./шт., а менять придется все (38 или 40 в зависимости от кузова). Выходит в половину стоимости автомобиля. В итоге первый Prius теперь становится недвижимостью.
Батареи Prius второго поколения (NHW20) такие же долгожители — сейчас в сервисы с их отказами приходят машины 2003-04 гг. Такие оживляются покупкой подержанных аккумуляторов. Стоимость может лежать в пределах 20-40 тыс. руб. Впрочем, до этого возраста все же придется менять отдельные элементы (от 1500 руб./шт.). Они подходят от нынешней генерации Prius (ZVW30). Правда, просто поставить их нельзя — необходима процедура выравнивания заряда, с которой знакомы только специализированные сервисы (около 6 тыс. руб.). Кстати, никель-металл-гидридная батарея не боится холодов, разве что перед «низкотемпературным отдыхом» стоит зарядить ее с помощью двигателя. И не давать ей разряжаться при простое, периодически заводя ДВС.
Есть еще одна возрастная проблема, связанная с тем, что вся система не любит высоких температур и потому имеет свой контур охлаждения с электропомпой и антифризом. В инверторе (от 10 тыс. руб.), который занимается распределением энергии и расположен под капотом, есть радиатор, посаженный на термопасту. А в опасной близости от него — управляющие транзисторы. Со временем (те же 10-11 лет) паста высыхает, транзисторы сгорают. Разумеется, надо следить за уровнем антифриза (входит около 3 л), его состоянием. И обязательно менять «охлаждайку», особенно если Prius пришел из Японии или Калифорнии — она обычно имеет высокую температуру замерзания. Бывали случаи, когда на Prius NHW20 от этого сгорала помпа.
Интересно, что на 10-ках помпа включалась по температурному датчику и, например, в морозы почти не работала. А на 11-м и 20-м Приусе молотит постоянно, не отличаясь большим ресурсом. Toyota даже проводила отзывную кампанию для машин, выпущенных в 2003-07 гг. Однако до сих пор автомобили с пробегом около 100 тыс. км и вышедшей из строя помпой в сервисах гости нередкие. Стоит насос от 3,5 до 9 тыс. руб. и отличается тем, что работает с определенной производительностью — дабы «не взбалтывать» антифриз и не создавать пузырьки воздуха. Поэтому замена на «альтернативную» деталь невозможна.
Нужно обращать внимание и на трансмиссию, в которой используется масло Toyota ATF WS (замена в российских условиях через 30 тыс. км). И, разумеется, на двигатель, будь это полуторалитровый 1NZ-FXE на первых двух поколениях или 2ZR-FXE объемом 1,8 л у 30-ки. Ему присущи типичные проблемы всех современных моторов. А цикл Миллера-Аткинсона, при котором впускные клапаны закрываются на такте сжатия, накладывает свою специфику. Такие двигатели критичны к смещению фаз газораспределения, происходящему к 100 тыс. км — растягивается цепь ГРМ. Ну и, конечно, не стоит требовать от агрегата ресурсных подвигов. При несоблюдении элементарных правил тотального износа можно ожидать и после 200 тысяч. Хотя есть примеры, когда 1NZ-FXE был жив и после 400 тысяч.
В общем, не так страшен черт. Само собой, гибридная система добавляет автомобилю специфических особенностей. Но какие-то проблемы при правильной, естественно, эксплуатации появятся только в престарелом возрасте. А до него теперь не всегда доживают автомобили с обычными моторами.
Максим Маркин |