Техника на грани. Тенденции и современность

Нехватка топлива невероятно стимулирует умственную деятельность изобретателей и инженеров, позволяя им творить настоящие чудеса в  науке и технике. Одним их последних чудес автомобильной техники можно считать автомобили с так называемым гибридным приводом: ответ разума человека злой природе, а заодно — очередным калифорнийским нормам токсичности выхлопных газов.

Многие, наверняка, помнят те далекие времена, когда полки наших продовольственных магазинов были наполовину пусты, а колбасу и сахар выдавали по талонам. Причина нехватки еды была понятна каждому — Земля просто не в состоянии была прокормить все возрастающее население одной шестой своей части и многие были благодарны тому малому, что давала им природа. Когда же на упомянутых полках становилось совсем пусто, на помощь населению приходили космонавты, докладывая в ЦУП (Центр управления полетами) о сенсационном открытии съедобной плесени, питающейся пустотой, дающем, хотя и не пропитание, но какую-то надежду на выживание в далеком будущем. Что касается текущего момента, очень помогали в такой ситуации  дальневосточные рыбаки (рыбаками их называли по-старинке, поскольку все  тогда уже забыли как выглядит рыба), которые рапортовали о многократном увеличении добычи морской капусты — питательного и полезного продукта…

Вы спросите, а при чем здесь автомобили? А собственно говоря, почему вы решили, что речь пойдет об автомобилях? Кажется, мы пока не давали повода в этом, хотя, если учитывать основную тематическую направленность нашего журнала, то повод говорить об автомобилях все же есть, тем более, есть возможность связать морскую капусту с автомобилями.

Проблема ресурсов, точнее нехватки ресурсов  на нашей планете, будь то продукты питания или топливо для автомобилей, — постоянная головная боль всего человечества. На протяжении всей истории нас  периодически лихорадит с этими самыми ресурсами: засухи, наводнения и прочие природные катаклизмы морили голодом целые народы. А в последнее столетие к перебоям еды для человека прибавились перебои с топливом для автомобиля.

Топливные кризисы, наступающие каждый раз, когда геологи объявляют о том, что запасов нефти хватит еще лет на десять, выстраивают миллионы машин в очереди на автозаправки и приводят к прочим, с позволения сказать, неудобствам. Но, как говорится, у каждого минуса есть свои плюсы. Так же, как и в случае со съедобной плесенью, нехватка топлива невероятно стимулирует умственную деятельность изобретателей и инженеров, позволяя им творить настоящие чудеса в  науке и технике. Одним их последних чудес автомобильной техники можно считать автомобили с, так называемым, гибридным приводом: ответ разума человека злой природе, а заодно — очередным калифорнийским нормам токсичности выхлопных газов.

Среди экспонатов Парижского автосалона 1993 года VOLVO ECC не выделялся, как впрочем и другие модели VOLVO,  изысканным дизайном, но «внутренний мир» этого автомобиля был весьма необычен. Никто тогда и представить себе не мог, что именно этот VOLVO откроет новый виток гонки  высоких технологий, нацеленных на повышение экономичности и экологичности. И хотя проблема экономичности в то время как-то стала отходить на второй план (геологи дали традиционным автомобилям еще десяток-другой лет жизни) — калифорнийские нормы токсичности сделали свое дело, и концепция шведских инженеров нашла многочисленных последователей.

Главной отличительной особенностью VOLVO стала комбинация газотурбоэлектрической силовой установки и никель-кадмиевых аккумуляторных батарей в качестве источников тока для тягового электродвигателя, причем некоторая  словесная тяжеловесность этой комбинации лишь частично отражает ее конструктивную сложность, хотя на первый взгляд все выглядит совсем просто. Газовая турбина мощностью 56 л.с. с числом оборотов на рабочем режиме примерно 42 тысячи  в минуту вращает ротор компактного генератора, вырабатывающего электрический ток для привода тягового электродвигателя и подзарядки аккумуляторных батарей. При этом, силовая установка может работать в трех режимах: когда источником энергии служит газотурбогенератор, когда источником энергии служат тяговые аккумуляторы, и, наконец, комбинированный режим для получения максимальных динамических характеристик, когда обе энергетические установки работают совместно.

Комбинированная (или гибридная) силовая установка позволила добиться расхода топлива в городских условиях на уровне 5,2  литра на 100 километров, что для автомобиля снаряженной массой около 1600 кг показатель отличный, но не выдающийся — современные автомобили с дизельными двигателями довольно близки к этому. Но, как мы отмечали, топливная экономичность стала отходить на второй план в мире автомобилестроения, уступая место экологичности. А что касается чистоты выхлопа, то VOLVO в этом — вне конкуренции. Если даже ЕСС постоянно будет работать с включенной турбиной, то суммарная «экологическая нагрузка» от этого автомобиля составит 80% от самых лучших показателей для обычных машин. В случае, если 30% мощности будет вырабатываться на борту, а остальное поступать из обычной сети, «экологическая нагрузка» составит только 27%.

Таким образом, автомобиль сочетает в себе достоинства электромобиля: абсолютную безвредность при движении на батареях в городских условиях и высокие динамические показатели, а также большой запас хода, свойственные автомобилям с ДВС. В то же время, как часто бывает, когда пытаются соединить воедино две противоположности — комбинация имеет все недостатки обеих. Тем не менее, логика в построении такой гибридной установки очевидна, но резонно задать такой вопрос: почему, все таки, газовая турбина?

Газотурбинный двигатель «прославился», прежде всего, своей «прожорливостью» — экспериментальные автомобили расходовали минимум на 20% топлива больше своих бензиновых или дизельных аналогов. И опыт показал, что дальнейшие работы по улучшению экономичности турбин заходят в тупик. Тем не менее, каких-то двадцать-тридцать лет назад перспективы установки газотурбинного двигателя на автомобиль казались весьма заманчивы. Газовая  турбина  имеет высокую мощность при небольшой массе и габаритах, очень выгодную характеристику  крутящего момента, позволяющую обходиться без коробки передач; турбина практически лишена вибраций, а высокочастотные колебания, сопровождающие  ее работу,  достаточно эффективно глушатся. Выхлоп газотурбинного двигателя очень чистый, а сам двигатель может работать на самом разнообразном топливе, вплоть до угольной пыли. И наконец, газотурбинный двигатель прост в обслуживании и надежен. Однако, рост цен на топливо свел эти преимущества на нет, и если бы не инженеры VOLVO, турбина еще не скоро бы попала под капот автомобиля, пусть и экспериментального. Ведь именно в сочетании с высокотехнологичным электрогенератором такие преимущества газовой турбины, как компактность и высокие рабочие обороты, проявились самым ярким образом. Что касается плохой экономичности, то  турбина грешит этим в большей степени на переходных режимах,  которые можно избегать при работе в составе газотурбогенератора.

Компания VOLVO  не ограничилась постройкой одного опытного образца легкового автомобиля — за ЕСС последовал грузовик ЕСТ и городской автобус ЕСВ, выполненные по тому же принципу и имеющие яркий футуристический вид, неплохо отражающий технологический уровень этих транспортных средств.

грузовик ЕСТ, седан ЕСС, автобус ЕСВ
Шведская семья гибридомобилей: грузовик ЕСТ, седан ЕСС, автобус ЕСВ

Вы, наверное, обратили внимание, что мы постепенно удаляемся от темы, с которой начался наш разговор, а именно от темы топливно-энергетических ресурсов, в сторону экологии, затрагивая  мимоходом вопросы техники и дизайна. И прежде, чем продолжить наше движение по замысловатой логической спирали, сделаем небольшое отступление.

Лет так за пять до появления VOLVO ЕСС в России одно из уважаемых высших учебных заведений  в сотрудничестве с одним из отечественных автомобильных гигантов приступила к разработке семейства внедорожных грузовых автомобилей с электрической трансмиссией и газотурбогенератором в качестве силового агрегата. Исходя из особенностей применения таких машин, режим работы на тяговых аккумуляторах, так же как и сами аккумуляторы, не предусматривались. А так, этот проект можно считать одним их идейных предвестников гибридных автомобилей VOLVO, и, быть может, мы когда-нибудь расскажем более подробно об этом грандиозном замысле российских ученых и инженеров. А пока об еще одной «виртуальной» российской разработке в этом направлении: о концептуальном автомобиле MEGA V,  дизайн-проект которого был впервые представлен на конкурсе CAR DESIGN COMPETITION’94 в Японии. Стоит отметить, что концепция этой машины базируется как раз на разработках тех самых вышеупомянутых отечественных внедорожников с электрической трансмиссией, что  же касается тяговых аккумуляторов, то идея их использования — всего лишь совпадение с разработкой VOLVO, обусловленное естественным ходом времени.

MEGA V
MEGA V — финалист CAR DESIGN COMPETITION’94 в Японии. Первая публикация в журнале CAR STYLING, август’93

В попытке сохранить баланс между формой и содержанием новизна технической «начинки» нашла отражение в новизне дизайна и идеи применения  концептуальной легковой модели MEGA V — тот важный момент, который проигнорировали шведские разработчики и большинство их последователей. Российская модель представляет собой автопоезд в составе головного двухместного модуля и прицепного модуля, рассчитанного на трех-четырех пассажиров. В прицепном модуле располагается газотурбогенератор, вырабатывающий энергию для привода тяговых электродвигателей и для подзарядки аккумуляторов, расположенных в головном модуле. Возможные режимы работы аналогичны другим типам гибридных автомобилей. Кроме того, головной двухместный модуль — сверхкомпактный автомобильчик длиной не больше, чем SMART может автономно передвигаться, например, по городу только на электрической тяге, в то время как прицеп «отдыхает» на стоянке. Совершив «экскурсию» по городу в режиме NO EMISSION, то есть без вредного выхлопа, можно присоединить прицепной модуль и отправляться на скоростную трассу, где автопоезд чувствует себя как «рыба в воде».

RENAULT PANGEA
RENAULT PANGEA: французы внимательно изучают японские журналы

Вы, наверняка, давно обратили внимание на одну историческую закономерность: одни что-то придумывают, другие подхватывают идею, делают опытные образцы и таскают их по всем выставкам (мы имеем в виду нашумевший в свое время RENAULT PANGEA, см. фото: газотурбогенератор находится в прицепном модуле, тяговые аккумуляторы в головном…), а японцы, глядишь, уже вовсю продают то, о возможности существования чего некоторое время назад никто и не догадывался. Так, совершенно удивительным было появление на рынке в 1998 году автомобиля  TOYOTA PRIUS с гибридным приводом, правда, в отличие от того же VOLVO, на нем применен обычный бензиновый двигатель, а не более экзотическая газовая турбина. Схема  и режимы работы гибридной силовой установки также отличаются от шведской и в целом более замысловаты, чем известные до этого. Кстати, по данным журнала CAR-АВТОМОБИЛЬ, PRIUS продается  по цене чуть ли не в три раза ниже себестоимости. Но кто-кто, а TOYOTA может себе позволить не думать о сиюминутной материальной выгоде, когда речь идет о технологическом приоритете и престиже фирмы!

TOYOTA PRIUS
TOYOTA PRIUS — первый в мире серийный гибридный автомобиль

Да, все у нас запуталось — начали с пустых прилавков, а закончили престижем фирмы, да и морскую капусту не удалось связать с автомобилем. Но, в конце концов, вы же понимаете, что пустые прилавки в те далекие времена никак не были связаны с истощением ресурсов Земли. Так и недавнее повышение цен на бензин на той самой бывшей одной шестой ее части никак не связано с близким полным истощением запасов нефти на планете. И все эти гибридные автомобили… Явно, «в этом есть что-то не то…»