Гибридный практикум

– Гибридные автомобили постепенно из диковинки становятся реальностью. Россия упорнее других стран сопротивляется этому «нашествию», но с Востока давно просачиваются «приусы», оставаясь никому ненужными, лишенными сервиса…

– Ну, это вы напрасно, не надо так драматизировать ситуацию. Да, «приусы» просачиваются постепенно – но ведь давно и неуклонно! Да, прибывшие по частным каналам, они не имеют сервиса – но лишь официального! А неофициально их вполне успешно обслуживают и ремонтируют не только на востоке страны, но уже и в Москве. При этом самое интересное, на мой взгляд, заключается в том, что тот элемент, который был изначально рассчитан на ограниченный срок службы и выхода из строя которого все так опасались – я имею в виду аккумуляторные батареи, до сих пор служит. По крайней мере, я не знаю ни одного случая выхода из строя АКБ. Кроме тех, естественно, когда владельцы самостоятельно и целевым образом «гробили» эти бесценные устройства.

– Если ситуация не столь безнадежна, как нам представлялось, вернемся «к истокам» и попробуем вообще объяснить читателям, что такое «гибриды», какова цель их появления, на ваш взгляд?

– Тогда придется начинать в буквальном смысле слова «от печки». Потому что в данном случае эта «печка» – топливо, точнее – его расход. Есть довольно распространенное и устоявшееся мнение, что большие двигатели гораздо прожорливее маленьких, и как раз в больших моторах кроется все зло. И если, дескать, пересадить всех водителей на микролитражки, сразу все изменится коренным образом. В этих рассуждениях есть, конечно, свой резон, но все совсем не так прямолинейно. Давайте остановимся перед светофором и вспомним элементарную физику. Мы стоим – скорость равна нулю, двигатель шелестит на холостых и, действительно, потребляет топливо в соответствии со своей кубатурой. Но вот дали зеленый свет, мы разгоняемся и приобретаем какую-то кинетическую энергию в соответствии с формулой mV2/2. Эта энергия получается из топлива, других источников на автомобиле нет. Вспомнили формулу? Первое обозначение в числителе – масса, второе – скорость. Поскольку скорость для всех законодательно ограничена, рассматриваем совершенно фантастический вариант, будто мы так все и ездим: и старенький «Запорожец», и новый Porsche Cayenne . Значит, второй сомножитель можно из рассмотрения вообще убрать: он для всех одинаков. А вот первый всегда разный! Если микролитражка весит 1 тонну, то ее «визави» – целых 3 тонны! Следующий светофор, на нем красный свет, и мы останавливаемся. Куда делась кинетическая энергия движения? Грубо говоря, вся израсходовалась на преодоление сопротивления воздуха, сопротивления качению шин и нагрев тормозных механизмов при торможении. (Вообще-то, это крайне досадно: тратить столько денег, чтобы с помощью автомобиля вот так распылять все это по ветру!) Давно подсчитано: при городской езде автомобиль расходует на 100 км пробега примерно 6 л топлива на тонну массы. Как видите, все предельно просто. Только ради бога, как говорил Мюллер, «не хватайте меня за язык»: я не забыл, что этот показатель зависит и от динамики разгона, и от лобового сопротивления, и от давления в шинах, и от профиля дороги, и пр., и пр. Все это оставим за скобками специально для того, чтобы найденная нами истина засверкала во всей своей красе: 6 л на 1 тонну массы. Именно от этой цифры «пляшут» автомобильные инженеры, стремясь создать экономичный автомобиль и мечтая когда-нибудь получить-таки заветный расход 3 литра на 100 км пути. Может быть, нам и посчастливится увидеть результат. Пока же в Европе и не только в ней, а всюду, где всерьез обеспокоены ситуацией с экологией, рублем (точнее – евро, конечно, или иеной, или долларом) агитируют граждан за маленькие автомобили, предоставляя сознательным автомобилистам налоговые льготы, места на парковках и другие заманчивые преференции.

Итак, первая задача гибридного автомобиля – расходовать меньше топлива. Трогание с места – а это самый неэкономичный режим – происходило за счет электрической энергии. Следующая идея: кинетическую энергию набравшего ход автомобиля при торможении превратить не в тепло тормозных колодок, а снова возвращать в батарею. В гибридных силовых установках в режиме торможения тяговый электродвигатель переходит в режим генератора. Такой режим носит название рекуперативное торможение.

– Вы хотели немного затронуть вопросы конструкции…

– Мы как раз плавно подошли к этой части темы. Итак, главная изюминка запатентованного компанией Тойота принципа – параллельность работы электрического мотора и ДВС. Тяговый электромотор разгоняет автомобиль, используя энергию аккумуляторных батарей. В режиме рекуперативного торможения он превращается в генератор и возвращает энергию тому же аккумулятору. Неизбежные потери энергии компенсируются бензиновым двигателем, который исправно крутит генератор и в обычном порядке подзаряжает батарею. И тяговый мотор, и бензиновый работают на запатентованную трехступенчатую «планетарку» – очень умное устройство, позволяющее путем торможения одного из контуров объединять, перераспределять и разделять мощностные потоки. Система оказалась не просто безотказной, но и настолько хорошо сбалансированной, что, по моим данным, износ колодок «приусов» весьма мал! Иными словами, торможение осуществляется электромотором, а потому автомобиль хорош на скользкой дороге и даже на льду, где он полностью управляем.

Специалисты предрекали Prius короткую жизнь и огромные сложности в части ремонта. Оно и понятно: гарантийный срок жизни батареи ограничен, стоимость этого агрегата велика, а о том, что батареи в нашей холодной стране долго не живут, наслышаны все. Естественно, что первые «приусы» стали к нам поступать в возрасте около пяти лет: предусмотрительные японцы избавлялись от них как раз в тот момент, когда считали это экономически целесообразным. Увы, они просчитались. Почти все батареи на автомобилях первых выпусков живы до сих пор, исключение составляют лишь те из них, кого доконал «человеческий фактор». Поясняю: блок батарей нуждается в активной вентиляции, и выходное отверстие вентиляционного канала на автомобилях первого выпуска (10-й кузов) выведено на заднюю стойку и закрыто декоративной решеткой. При мойке наши специалисты нередко именно эту решеточку мыли самым тщательным образом… и заливали батарею. Других системных причин гибели батарей пока, насколько мне известно, не зафиксировано, а уже на 12-м кузове вентиляционный канал выведен в недоступное для мойщиков место.

Однако, батарея – действительно уязвимый узел: она боится полного разряда.

– Какова же все-таки истинная роль бензинового двигателя в этой конструкции?

– В ситуации, когда от автомобиля требуется полная мощность, в силовой процесс включаются все системы. Обычно Prius хватает его электрических силовых агрегатов. А бензиновый служит для подзарядки аккумулятора и, между прочим, для обогрева автомобиля. Кстати, двигатель в ранних версиях используется совсем небольшой, объемом 1,3 литра, работает он практически в стационарном режиме с частотой вращения коленчатого вала 1000 оборотов в минуту и тепла выдает настолько мало, что конструкторы были вынуждены даже применить своеобразный «накопитель», который снабжает автомобиль калориями в те минуты, когда бензиновый мотор отключен.

Надо особо отметить, что бензиновый двигатель спроектирован так, что имеет практически нулевые выбросы вредных составляющих в отработавших газах. Это стало возможным лишь потому, что от двигателя в данном случае не требуются мощность и эластичность крутящего момента: достаточно того, что он уверенно запускается и исправно крутит генератор.

К слову сказать, езда на Prius – это нечто невероятное по ощущениям. Автомобиль бесшумно трогается с места. Вот уже и стрелка спидометра добралась до отметки «100», а тахометр показывает только 1000 об/мин. Это странно и неестественно. И в какой-то момент вдруг вы слышите: заурчал бензиновый мотор, он завелся для подзарядки батареи. Чтобы избавить водителя от необходимости все время прислушиваться и ловить знакомые звуки, конструкторы были вынуждены даже поставить электронные «обманки»: имитировать привычные автомобильные шумы и транслировать их в салон. Более того: они электронным образом имитируют рывки трансмиссии при переключении передач, хотя, естественно, никакой КПП там нет, и шаговый электродвигатель обеспечивает плавность при любой частоте вращения ротора, начиная с нуля.

– У любого автомобиля рано или поздно обнаруживаются «слабые места». Неужели их нет у Prius?

– Похоже, японцы так тщательно готовили модель к выходу в свет, что заложили в конструкцию завидный запас надежности. В результате у автомобиля практически, вы правы, не осталось слабых мест. Но эта же тщательность сыграла с конструкторами злую шутку: неприятность подстерегла их там, где ее не ждали. Изучение тех автомобилей, которые рано или поздно попадали в сервис, показало: как раз бензиновый мотор чаще всего оказывался изношенным просто в хлам. Если вдуматься, это и неудивительно. Запускается он от того же генератора, через который заряжает батарею: просто генератор в этом случае переходит в режим работы стартера и при запуске раскручивает двигатель до 1000 об/мин. Согласитесь: при такой раскрутке запустится самый «убитый» двигатель! А поскольку на ходовых качествах его работа никак не отражается, о нем через какое-то время почти забывают. Работает и работает. А спохватываются только тогда, когда начинаются проблемы с зарядкой батареи. И лишь тут выясняется, что двигатель давно нуждается в капитальном ремонте… Кстати, бензиновый двигатель можно завести принудительно, с кнопки, этим иногда пользуются… и «сажают» батарею окончательно. А это для Prius, как мы уже отмечали, означает смерть.

Считаю необходимым сделать одно жизненно важное предупреждение для тех, кто когда-нибудь вдруг впервые станет ремонтировать тяговый электродвигатель. Это устройство собрано на чрезвычайно мощных магнитах. Настолько мощных, что при попытке руками вставить ротор в статор человеческих сил не хватает, чтобы удержать эти детали на расстоянии: они сближаются столь неумолимо и стремительно, что просто обрезают пальцы рук.

– Ваше мнение относительно иных систем гибридного привода столь же положительно?

– Honda расположила последовательно на одном валу тяговый электромотор и бензиновый двигатель. Немцы пошли тем же путем, но соединили бензиновый двигатель с трансмиссией через дополнительное сухое сцепление, которое просто выключается, когда нет нужды в бензиновом моторе. Эти схемы, на мой взгляд, плохи тем, что электромотору заведомо отводится роль второстепенного, вспомогательного, а главным остается по-прежнему бензиновый мотор. Ну, посудите сами: если на гибридном Porsche Cayenne мощность бензинового мотора составляет около 300 л.с., то мощность тягового электромотора не идет с ним ни в какое сравнение: она равна 40 л.с.! Аналогичная конструкция с примерно теми же соотношениями мощностей есть и у Nissan, и у других автопроизводителей.

Однако было бы правильно сразу отдавать себе отчет в том, что гибридные схемы – это всего лишь переходный этап от господства бензинового двигателя, точнее – ДВС, к тотальному внедрению электромобилей и иных альтернативных систем. Именно за ними будущее наземного транспорта.