В чем перспектива гибридов?

Экология сегодня в тренде. Конструкторы всеми силами стараются снизить расход топлива, а значит − и выбросы вредных веществ. В идеале их желательно свести к нулю или почти. Электромобили и газовое топливо выглядят заманчиво, но есть сдерживающие факторы, главный из которых − неразвитая инфраструктура. При этом сегодня автоконцерны все большую перспективу видят в гибридах. Почему?

Первый Toyota Prius, появившийся в 1997-м году, показал, что от бензинового мотора можно добиться заметной экономии, и сделать это довольно просто. Конечно, самые внушительные цифры экономии гибрид демонстрирует на беговых барабанах при замере расхода топлива по методике NEDC, в реальной жизни экономия меньше. Но это − для потребителя. Для производителя же гибриды − очень выгодная штука. Причина лежит на поверхности.

За последние двадцать лет автомобили усложнились по конструкции и подорожали настолько, что на этом фоне расходы на дополнительную электронику гибрида, сравнительно небольшую батарею и перенастройку ДВС выглядят очень скромно.

Простота

На фоне современных моторов и КПП гибридная силовая установка − это сравнительно простая и относительно недорогая технология. Гибриду не нужны сложные конструктивные решения для достижения низкого паспортного расхода топлива. Нужен обычный бензиновый мотор: атмосферный, даже без непосредственного впрыска, с простейшим ГРМ, без систем отключения цилиндров, и т.д. В общем-то, это может быть двигатель не намного сложнее тех, что выпускались в середине 1990-х, и намного проще нынешних массовых моторов.

У гибрида дорогая батарея? Смотря у какого. Литий-ионные аккумуляторы увеличенного объема на некоторых подзаряжаемых гибридах (Plug-In hybrid) действительно не дешевы, но не обязательно использовать именно их. Никель-металгидридные батареи на моделях Toyota неплохо себя зарекомендовали. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы тоже всесьма хороши: они почти не боятся морозов, обладают приличным ресурсом и стоят дешевле, чем литий-кобальтовые аккумуляторы. Также гибриду не нужен мощный электромотор и дорогая силовая электроника: если что − всегда поможет ДВС.

На гибриде можно установить полумеханическую-полуэлектрическую трансмиссию, легкую и эффективную, пример − Synergy Drive. Также можно применить двухступенчатую планетарную передачу, а эффективность работы привода сохранить, увеличив мощность генератора, как это сделано на Mitsubishi Outlander PHEV. Даже в самом не оптимальном режиме эксплуатации расход топлива подобного гибрида сопоставим с расходом ультрасовременных дизелей с несколькими турбинами и многостоупенчатыми АКПП. Надо ли говорить, насколько такой дизель и такой "автомат" дороже в изготовлении?

Экономия

За счет чего гибрид экономит топливо? Первое, что приходит в голову − за счет движения на электротяге на малых скоростях и за счет рекуперации. Да, это верно, но это − поверхностный ответ, хотя рекуперация действительно позволяет сохранять до 70% кинетической энергии.

Очень важный плюс  гибридов в другом. В промежуточных режимах работа ДВС крайне неэффективна. В городском режиме КПД может составлять всего 10% − как у паровой машины. Газодинамические потери − огромны. Причина − в рваном ритме и, соответственно, в составе смеси: она или уже не поджигается, или детонирует, или еще не поджигается. В результате нужна дроссельная заслонка, позволяющая регулировать соотношение воздуха и топлива.

Управление мощностью путем изменения давления воздуха, конечно, дает свои результаты. Можно отказаться от дросселя и перейти к управлению по топливу, как это сделано, например, у дизельных моторов. Однако у гибрида есть способ попроще. Можно или догрузить мотор зарядкой батареи до оптимального по расходу топлива режима, или просто остановить его, если он не нужен.

Работающий в оптимальном режиме простенький атмосферный бензиновый двигатель оказывается в два-три раза экономичнее современных даунсайзинговых турбомоторов в режиме частичной нагрузки и даже дизелей, работающих вне оптимального режима. На трассе происходит примерно то же самое: двигателю не дают работать в не оптимальном режиме. Все это благоприятно сказывается не только на расходе топлива, но и на ресурсе мотора.

Кстати, а почему большинство гибридов − бензо-электрические, а не дизель-электрические? Все просто: дизель хорош именно тем, что отлично работает в режиме частичных нагрузок. Это значит, что экономия будет достигаться только за счет рекуперации, при этом для производителя такой гибрид окажется дороже. Вряд ли дизель-электрические гибриды станут массовыми до тех пор, пока не исчерпаются все возможности снижения расхода топлива у гибридов с обычными бензиновыми моторами.

Цена и стоимость

Если гибрид проще по конструкции, чем машина с обычным современным двигателем, то логично предположить, что и в производстве он обходится дешевле. Почему же приходя в автосалон мы видим, что гибриды дороже? Автопроизводители не очень любят делиться информацией по этому поводу. Как шутят в Интернете, если за что-то более дешевое покупатель готов платить дороже, чем за обычное, то почему бы и нет? Гибрид − это модно, а модное дешевым быть не может. Так что, вот еще один плюс гибридов − наверное, самый главный для автопроизводителей.

Итак, гибридная конструкция проверена практикой, относительно проста в изготовлении, не требует развития инфраструктуры и позволяет заметно снизить средний расход топлива по модельному ряду, что сегодня для автопроизводителей очень важно. Значит ли это, что в обозримом будущем гибридов на дорогах станет заметно больше? Поживем − увидим.

Фраза "гибридный автомобиль" сразу вызывает ассоциации с Toyota/Lexus, и это закономерно. Японский производитель первым стал популяризировать эту тему, и добился успеха: на сегодняшний день во всем мире продано свыше 10 млн. гибридов Toyota/Lexus. На этом фоне гибриды других марок несколько меркнут, хотя они присутствуют в модельных рядах многих автопроизводителей: GM, Honda, Hyundai/Kia, VW Group, BMW, Mercedes-Benz, PSA, Ford, и т.д.

Газ и электричество

Газ сжиженный (LPG) и сжатый (CNG) используются в качестве топлива уже давно. Автомобилей на газе больше, чем гибридов, и количество будет только расти. Главное, что способствует популярности − низкая цена топлива. С точки зрения экологии все отлично: выбросы СО2 на газе снижаются на 70...80%. Газомоторные автомобили укладываются в нормы Евро-6 без применения дополнительных систем нейтрализации выхлопа.

Мировыми лидерами являются страны Азии. Число автомобилей на газе в Китае превысило отметку в 5 миллионов (20% автопарка), в Иране – 4 миллиона (14%), а в Пакистане и Индии – 3 миллиона: более 30% автопарка. В процентном соотношении чемпионами, наверное, являются страны СНГ с невысоким уровнем доходов. Например, в Армении около 50% машин переоборудованы на газ. Из европейских стран лидером является Польша: 14% автопарка ездит на газе, в Латвии – около 7%.

Наиболее массовым пока остается сжиженный пропан-бутан (LPG). Объемы его потребления будут становиться все больше, в том числе − в Европе, где в силу экологических требований на этот вид топлива со временем планируется перевести чуть ли не весь коммерческий транспорт.

Сжатый газ менее распространен: оборудование для него – дороже, а заправок меньше. Их количество планируется увеличить. Согласно директивам ЕС, к 2025-му году все страны Евросоюза должны покрыть сеть основных дорог заправками со сжатым газом на расстоянии не более 150 км одна от другой. Есть еще один важный нюанс: газ сегодня стал возобновляемым ресурсом − его научились производить из бытовых отходов. За примерами далеко ходить не надо: сжатый биометан предлагают, например, в Эстонии. Ажиотажа, правда, не наблюдается, поскольку 11 заправок на всю страну − это не много.

В Европе также работают над этой темой. В частности, Seat совместно с крупной европейской частной компанией разработали технологию получения биогаза из сточных вод. По словам разработчиков, среднее очистное сооружение, укомплектованное специальным оборудованием, может вырабатывать до  миллиона литров биогаза ежегодно.

Любопытный проект был анонсирован и в Латвии, в начале 2018-го года. Местная компания озвучила планы по выпуску инновационного оборудования, которое позволит заправлять автомобиль природным газом в домашних условиях.