Часть первая, экономичная. Экономия топлива, рекуперация энергии, гибриды, KERS

Когда-то автомобили были простыми и состояли из небольшого количества деталей. Такую конструкцию, при желании, вы можете повторить сами. Автор материала, например, сделал это, вооружившись болгаркой, дрелью, напильником и сварочным аппаратом. В качестве "донора" использовались детали от отслуживших своё машин и купленный, по случаю, мотор от старого советского "Запорожца".

Конечно, такую машину на дорогу никто не выпустит, хотя, например, в США существует зародившееся ещё перед второй мировой войной движение самодеятельных тюнеров автомобилей (нечто вроде модного в своё время у нас моддинга системных блоков ПК), которые создают так называемые "хот-роды". Они получают даже разрешение на езду по дорогам общего пользования. Но, собственно, речь не об этом.

Современный автомобиль - сложная инженерная конструкция, построить и спроектировать которую под силу только специализированному предприятию. Ведь здесь должно учитываться всё: безопасность и надёжность узлов и агрегатов, удобство, простота в управлении, эргономика, дизайн, аэродинамика, вместимость и многое, многое другое.

Современный автомобиль - сложная инженерная конструкция, построить и спроектировать которую под силу только специализированному предприятию.

А в последние годы ко всем этим составляющим добавилась ещё и экономичность. Сейчас абсолютно все производители резко снизили литраж и количество цилиндров двигателей легковушек, сократили вредные выбросы CO² в атмосферу, сохранив при этом мощность моторов на прежнем уровне, а зачастую и повысив её, разумеется, за счёт использования передовых технологий, форсирования, установки дополнительного турбонаддува и т.д.

Потребление топлива у таких моторов снижено примерно на треть, а кое-где и наполовину. Появились даже двигатели, которые потребляют 1 л. бензина на 100 км пробега (пока такие модели существуют только в виде концептов, например, L1 от Volkswagen, но через три-пять лет они появятся и на дорогах).

Сейчас появились двигатели, в которых часть цилиндров (один или несколько) могут автоматически отключаться на низкой скорости или при небольших нагрузках.

Для снижения расхода топлива производители идут на самые различные ухищрения. Например, увеличивают число передач в трансмиссии (сейчас уже выпускаются автоматические девятискоростные коробки передач, их делает компания немецкая ZF Friedrichshafen AG). Как известно, широкий диапазон выбора скорости и режима движения даёт возможность дополнительной экономии топлива. Так вот, у девятиступенчатых "автоматов" ZF эта экономия составляет не менее 16 процентов (то есть, больше полутора литров топлива с десяти).

Но и это - всего лишь полумеры. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) стареет, начинает потреблять больше горючего. Водитель может часто ездить по городу, где на постоянных разгонах-торможениях и на холостом ходу расход топлива ещё больше возрастает. Каков же выход?

Его нашли, создав так называемые "гибридные" автомобили. Дополнительную мощность в них создаёт электромотор, который подключается к работе в городе, когда машина движется на малых оборотах. Он помогает ДВС вращать колёса на подъёмах, работает во время кратковременных остановок в пробках, на красный свет (обычный мотор в это время выключается) и запасает электричество в пассивном режиме (конструкция электродвигателя предполагает возможность его работы в качестве генератора).

Одним из первых гибридов стала популярная во всём мире японская "легковушка", хэтчбек Toyota Prius. Координацию работы электромотора и бензинового двигателя, естественно, обеспечивает бортовой компьютер. Причём, его программное обеспечение имеет защиту, так как является не только секретом компании, но и обеспечивает безопасность авто.

Впрочем, там, где есть компьютер, есть и хакеры, легко его взламывающие. Последние "Приусы" расходуют не более 3,7-4 л. топлива на 100 км пробега. А японский хакер Такаси Тоя, несколько лет назад, перенастроив компьютер машины, снизил расхода топлива до 2,9 л. на 100 км. Говорят, сейчас его сокращают ещё больше. Удивительно только, что компания Toyota не пригласила этих умельцев к себе на работу.

Последние "Приусы" расходуют не более 3,7-4 л. топлива на 100 км пробега. А японский хакер Такаси Тоя, несколько лет назад, перенастроив компьютер машины, снизил расхода топлива до 2,9 л. на 100 км.

Очевидно, что управляющая программа гибрида не так уж сложна. Она отдаёт команды электронике автомобиля, интерпретируя полученную от датчиков (спидометра, например) информацию, переключает машину на электрическую или бензиновую тягу, контролирует и подзаряжает аккумуляторы (их у "Приуса" - целый блок). Собственно, некоторые, наиболее продвинутые читатели "Компьютерных Вестей" сами могли бы, при необходимости написать подобную программу, имей они под рукой всю необходимую информацию. Как говорится, была бы честь предложена.

Кроме электромотора, экономичность современных гибридов обеспечивает ещё целый ряд систем. Наиболее важные из них - блок, под названием "стоп-старт" и устройство рекуперации энергии при торможении.

Система "стоп-старт" очень проста. Когда автомобиль останавливается, обычно двигатель его продолжает работать, отсоединяется только привод на ведущие колёса. Таким образом, мотор потребляет лишнее топливо. В пробках двигатель может "урчать" часами, расходуя деньги владельца машины и засоряя атмосферу CO².

В гибридах и новых авто почти всех крупных автомобильных брэндов двигатель во время кратковременной остановки выключается. Электроника автоматически включает его снова, когда водитель нажимает на газ. Разумеется, технология предполагает значительную доработку связки стартер-двигатель, повышение её надёжности. Обычный стартер в обыкновенном авто от таких нагрузок быстро вышел бы из строя, да и двигатель тоже долго не прослужил бы.

Второе устройство, обеспечивающее дополнительную экономичность - это система рекуперации энергии. На транспорте она используется уже давно -двигатели электровозов, троллейбусов, трамваев в режиме торможения вырабатывают электричество, так как легко переключаются в рекуперативный режим. У гибридов дополнительную энергию тоже вырабатывает электромотор, у бензиновых авто - специальный генератор, подключённый к ведущим колёсам через дифференциал.

Периодически инженеры пытаются использовать в качестве накопителя маховик (первым идею реализовал советский учёный Н. Гулиа). Такой маховик применялся некоторое время даже в автомобилях "Формулы-1" (его использовала команда Williams). Он назывался Mechanical KERS (Kinetic Energy Recovery System). Разработкой такого маховика занимается и компания Volvo. И образец показывал неплохие результаты - раскрученный до 60 тыс. об/мин маховик обеспечивал мощность до 80 л.с. в момент старта машины с места.

Диаметр такого устройства не превышает 20 см, а вес - 6 кг. Маховик сделан из углеродного волокна, вращается он в безвоздушном пространстве, контролируется собственным процессором. Маховик подключается к колёсам через вариатор и позволяет экономить до 20 процентов топлива.

К сожалению, в машинах "Формулы-1" даже таким небольшим агрегатам места не нашлось. Там в последнее время использовался электрический вариант устройства, с генератором. И только в 2013 году, возможно, команды "Формулы" вернутся к использованию чисто механического варианта KERS, поскольку новые агрегаты этого типа имеют уже подходящие размеры, вес и мощность.

Гибридные технологии сейчас стали использоваться шире, чем даже несколько лет назад. Появились так называемые облегчённые гибриды, где электромотор выполняет только вспомогательные задачи и наоборот: автомобили, в которых ДВС только подзаряжает аккумуляторы, а всю основную работу выполняет электромотор.

Гибридные технологии сейчас стали использоваться шире, чем даже несколько лет назад.

Сейчас строится множество и других вариантов гибридных авто. Параллельные гибриды (когда электрический и бензиновый моторы работают вместе, поддерживая друг друга), последовательные (одновременно работает либо один, либо второй двигатель), полноприводные (двигатель внутреннего сгорания вращает только передние или только задние колёса, а вторую пару колёс крутит электромотор). Полноценные гибриды появились у таких известных автопроизводителей, как BMW, GM, Mercedes и другие.

Основные элементы, обеспечивающие экономию топлива, получают практически все новые модели автомобилей крупных компаний. Это экономичный двигатель в связке с системой рекуперации электроэнергии при торможении и системой "стоп-старт". Автомобили, снабжённые этими устройствами, называют ещё "микро-гибридами".

Гибридные и экологически безопасные технологии полным ходом внедряются во всём мире. К примеру, в Нью-Йорке большую часть такси давно уже составляют гибридные автомобили.

В Нью-Йорке большую часть такси давно уже составляют гибридные автомобили.

Впрочем, на гибридах конструкторская мысль не остановилась. Придуман, например, воздушно-компрессорный двигатель (MDI). Он работает на сжатом воздухе. Первый образец автомобиля мог проехать 200 км на одной зарядке. Сама зарядка длится 3 мин. Максимальная скорость такой машины составляет 110 км/ч. В машине есть специальный бак, куда можно заливать бензин. На бензино-воздушной смеси мотор работает дольше. И топлива нужно совсем немного. К сожалению, столь экзотические силовые установки пока не получили распространения из-за сложности и низкой мощности.

Появились двигатели на водородных топливных элементах. Но эта технология пока ещё слабо отработана. К тому же, хранение и транспортировка водорода - довольно опасное предприятие (вспомните печальную судьбу дирижабля "Гинденбург"), общепризнанных стандартов и технологий в этой области пока недостаточно. Но, несмотря на это, водородные автомобили уже выпускаются.

Следующее слово, определённо - за электромобилями. Но о них мы поговорим в следующий раз.

Эдуард ТРОШИН