Крепитесь, люди! Нам всем придется ездить на гибридах

17/08/2010 в Ликбез 2 173 4

Непрерывное ужесточение экологических норм заставляет производителя заниматься модернизацией не только двигателя, но и трансмиссии. Скоро будут введены такие нормы, вписаться в которые сможет только гибридный автомобиль. Это значит, что все автомобили, продаваемые в Европе, будут гибридными.

Во времена не столь давние, каких-то 80 лет назад, люди превыше всего почитали комфорт. В моду вошла простая и практичная одежда, ценились просторные квартиры непременно в тихих районах, наручные часы вытеснили карманные, на цепочке, потому что были удобнее. Люди оценили телефон и автомобиль – хоть они появились раньше, но именно в 30-е годы они стали массовыми. Разумеется, следуя канонам моды автомобиль строили максимально комфортабельным, непременно с мягкой подвеской и легким рулем. Следуя идеологии удобства, конструктора уменьшили количество передач в КП до трех, а то и до двух (не считая задней). Например, у Бугатти 28, тип 30 КП была трехступенчатая, причем для трогания с места и вообще езды использовалась вторая, прямая передача. На ней же Бугатти разгонялась до 150 км/ч. Первую передачу пускали в ход только при трогании в горку, а на третьей, скоростной, машину можно было разогнать до 200 км/ч. У Гитлера был Хорьх с двумя передачами, причем ездили (и трогались) на второй.

А сейчас в почете управляемость и экология. И автомобили, и кресла стали не в пример жестче, а руль острее. Более того: количество передач в коробках неуклонно растет, есть КП для легковых автомобилей с семью и даже восьмью ступенями. Не смотря на то, что характеристики двигателей непрерывно улучшаются. В чем тут секрет?

На самом деле секрета никакого нет. Дело в том, что коробка передач строится под характеристики (ВСХ) конкретного двигателя. На тех, старых моторах они были совсем не такими, как на современных – крутящий момент достигал максимума чуть ли не на оборотах холостого хода. За что расплачивались никудышной литровой мощностью, чудовищными  размерами и весом, вялой динамикой и, разумеется, просто зверским аппетитом. Современные моторы в погоне за экономией топлива имеют куда меньшие рабочие объемы, и как следствие – меньший крутящий момент. Для поддержания двигателя в диапазоне рабочих оборотов и были созданы многоступенчатые КП. С увеличением числа передач конструкторы добиваются наиболее эффективной работы двигателя по экономичности и тяговым возможностям, а нормы экологии только подстегивают процесс.  В качестве примера приведу диграмму, предоставленную одним из мировых лидеров по производству КП – немецким концерном ZF

Зависимость расхода топлива от количества ступеней коробки передач

На рисунке прекрасно видно, как уменьшается расход топлива с ростом количества передач в коробке. Всего по сравнению с трехступенчатой коробкой восьмиступенчатая позволяет сэкономить аж до 22% топлива! Однако, с ростом сложности агрегата увеличивается его цена, падает надежность и становится дороже ремонт.

Гибридная коробка ZF-eTronic

Тем не менее, простым увеличением количества ступеней дело не заканчивается. Непрерывное ужесточение экологических норм заставляет производителя заниматься модернизацией не только двигателя, но и трансмиссии. Скоро будут введены такие нормы, вписаться в которые сможет только гибридный автомобиль. Это значит, что все автомобили, продаваемые в Европе, будут гибридными. Путь усложнения и удорожания автомобиля неизбежен, и с этим придется смириться.

Какие же новые сложности обрушатся на нашу голову? Пройдемся по классификации гибридов.

Основные типы гибридных трансмиссий

Последовательный – самый очевидный из них. В нем двигатель крутит генератор, а ведущие колеса приводит электромотор. Преимущества схемы очевидны: в силу идеальной характеристики электромотора, он на любых оборотах в состоянии  выдать максимальную мощность. Его крутящий момент почти по экспоненте возрастает с падением оборотов, стремясь к бесконечности при нулевых оборотах (на самом деле, бесконечности не будет, поскольку в моторе все же есть кроме реактивного сопротивления, которое и создает, собственно, крутящий момент, и активное — сопротивление проводов). С помощью электромотора гораздо легче сдвинуть с места тяжелые грузы, обладающие огромной инерцией. По такой схеме построены тепловозы и большегрузные самосвалы. Однако последовательный гибрид громоздок и дорог.
Раздельный гибрид (он же сплит) – пожалуй, наиболее совершенный с технической точки зрения гибрид на сегодняшний день. Наилучшим образом реализует возможности и ДВС, и электропривода. Но, к сожалению, требует разработки и изготовления целого ряда оригинальных узлов, причем, весьма сложных, оттого дорог. Подобный гибрид используется в «Тойоте – Приус»

Параллельный гибрид хоть и не может похвастать наивысшими характеристиками, но он — самый технологичный, и, стало быть, самый дешевый в производстве. Изготовителю трансмиссий гораздо проще начать производство именно таких гибридов, поскольку в них используются уже имеющиеся коробки передач, производство которых хорошо отлажено. Электромотор в параллельном гибриде устанавливается между ДВС и коробкой передач. Можно смело предположить, что именно этот тип гибридов получит наибольшее распространение в ближайшее время в Европе, а, значит, и в России. А раз так, имеет смысл остановиться подробнее именно на них. Примером послужит серийная автоматическая 8-ступенчатая КП компании ZF с разными типами параллельного подключения электромотора.

Типы параллельных гибридных трансмиссий

Итак, параллельные системы разбиты на три типа. Самый простой из них,  микро-гибрид, способен обеспечить двигателю лишь режим старт-стоп, нужный для того, чтобы глушить двигатель на коротких остановках, например, на светофоре, чтобы он не работал впустую на холостом ходу. Пуском его занимается мощный стартер, который часто работает «по совместительству» и генератором. Коробка передач при этом используется штатная, с одним маленьким дополнением под названием HIS – Hydraulic Impulse Oil Storage – импульсный масляный насос. Он нужен для того, чтобы быстрее создать давление масла в каналах КП при пуске двигателя. Автомобили с подобными системами уже вовсю выпускаются.

Средний гибрид

Средний гибрид более сложный. Он предусматривает наличие электромотора мощностью 30-60 кВт. Такой мотор может помогать ДВС разгонять автомобиль, особенно на малых оборотах коленвала, а при торможении способен запасать электроэнергию в аккумулятор. Коробка передач в остальном самая обыкновенная, серийная, без каких-либо переделок.

Полный гибрид

Наконец, полный гибрид. Он обеспечивает, кроме прочего, движение только на элекротяге, при выключенном ДВС. Разумеется, электромотор здесь еще большей мощности, 60-100 кВт, а на грузовиках и автобусах – до 250 кВт.

В этой коробке передач уже нет гидротрансформатора – его роль с успехом выполняет электромотор. Он же используется и в качестве генератора для пополнения заряда АКБ. Разумеется, режим рекуперации здесь тоже имеется. Для движения на электротяге, при выключенном ДВС, предусмотрена специальная фрикционная муфта, отсоединяющая его от коробки передач. Вместо импульсного масляного насоса установлен электрический – IEP – Integrated Electric Oil Pump. Он необходим для нормальной работы автоматической коробки при неработающем ДВС. Для полноценной работы подобного гибрида нужна батарея большой емкости, в привычных автолюбителю единицах измерения, 400-600 А*ч или больше, а это удовольствие ох какое недешевое.

Расход топлива с разными типами гибридной трансмиссии

Подведем итог. Да, автомобиль становится все сложней и дороже, особенно с батареями большой емкости, цена которых сопоставима с ценой самого автомобиля. Но гибридизация неизбежна, поскольку это единственный путь выполнения норм по токсичности. Да и выгоды свои у нее есть: полный гибрид в городском трафике снижает расход топлива до 30%. Кроме того, значительно надежнее станет пуск двигателя зимой – мощный электоромотор легко раскручивает ДВС до полутора-двух тысяч оборотов и даже больше, тогда как привычный нам стартер только до 200 об/мин. Так что бояться остановок-пусков ДВС на светофорах не надо, это лишь дело привычки.

4 ответа на Крепитесь, люди! Нам всем придется ездить на гибридах

  1. А так ли экологичны гибриды? Какие газы выделяются аккумуляторами в атмосферу? И не являются ли эти газы более опасными чем углекислый? Как будут утилизироваться отслужившие свой срок аккумуляторы? Ими будут отравлять почву или воздух? Прибавьте к этим проблемам стоимость гибрида. Получится, что экономичность и экологичность таких автомобилей очень сомнительна.

  2. Весьма слабо. Например:
    1.Есть ещё вариант с приводом от ДВС на передние колёса, а от электромотора — на задние. С точки зрения теоретической эффективности это, может быть, и не лучший вариант, зато даёт простоту в производстве, полный привод без дорогих и сложных раздаток и муфт. Двигатель при этом заводится «сходу», от колёс. Даже при малом аккумуляторе такая схема даёт возможность строить очень эффективные ESP, когда устойчивость поддерживается не только подтормаживанием, но и увеличением тяги на колесе и плавным, практически безынерционным изменением доли тяги на задних колёсах.

    Я не рекламирую этот способ, как передовой :-), просто, раз уж взялись описывать — описывайте всё, этот вариант не теоретический, он тоже применяется.

    2.Почему обсуждается только гидромеханическая АКПП? Это как раз самый бесперспективный вариант, дорогой и требующий абсолютно нефункциональных доделок вроде доп.насосов. Куда лучше механическая коробка с роботом. Там есть сцепление, которое позволит отключать двигатель (сцепление на АКПП — как седло на кошке), и там есть электродвигатель, который (даже в варианте с малым аккумулятором) уберёт главный недостаток схем со сцеплением — разрывы потока мощности (клевки и дёрганья при переключении передач).

  3. Вы просто невнимательно прочли. Речь шла о совершенно конкретной трансмиссии фирмы ZF, той, которая уже пошла в серию. Из имеющихся вариантов гибридов она по параметру цена-качество на сегодняшний день считается одной из самых сильных. Более того — такую трансмиссию можно ставить на уже готовые модели автомобилей без переделок конструкции и компоновки (а именно это — самое дорогое в производстве).
    Полный гибрид ZF и есть коробка-автомат БЕЗ гидротрансформатора (его роль играет электромотор-генератор), об этом написано прямо.
    Ну а промежуточные варианты вроде устройства «старт-стоп» — это просто вынужденная дань евронормам по выхлопу. О чем тоже сказано прямо и недвусмысленно.

    Что касается вариантов с раздельным приводом (но один мост — ДВС, на другой — электромотор), то он в любом случае дороже, поскольку требует серьезных переделок в конструкции. Да и недостатков у него хватает.
    Суть материала в том, чтобы в общих словах рассказать о том, с какими трансмиссиями столкнутся в скором времени наши автомобилисты, а не в широком обзоре возможных гибридов. И об этом тоже сказано прямо. :-)

    Будущее, бесспорно, за электротрансмиссией, вроде тепловозной, с той разницей, что на автомобиле должен стоять мощный аккумулятор. К сожалению, современные технологии не позволяют построить компактную (и — главное — дешевую) электротрансмиссию. Но когда, наконец, появится достаточно мощный компактный электромотор и дешевый аккумулятор приличной емкости, тогда и начнут строить машины с электротрансмиссией

  4. Вы совершенно правы, задавая свои вопросы. К сожалению, производитель не заинтересован в экологичности, он лишь выполняет указания правительства. Которому на экологию тоже плевать по большому счету. Идет своеобразная игра, в которой все участники хотят выглядеть белыми и пушистыми, думая при этом одни — о максимальной прибыли, другие — об удержании власти.
    Тем не менее сама идея рекурперации, когда энергия торможения не трансформируется на тормозных колодках в тепло, а запасается в батареях, чтобы потом снова разогнать автомобиль, заманчива.
    Ну а если попытаться ответить на Ваш вопрос конкретно… Не зная точных цифр, можно прикинуть грубо в уме. Всякая вещь, готовое изделие или узел стоит некоторую сумму денег. Эта цена, как правило, складывается из затрат на НИОКР, обработку материалов (и сами материалы) и т.д. Все операции требуют определенных энергозатрат. Например, надо добыть руду, обогатить ее, сварить сплав стали, отлить или отштамповать полученный материал. Все операции энергозатратны. Всякую трату электроэнергии можно выразить в деньгах. Дальше просто. Берете разницу в цене гибридного и обычного автомобиля (разумеется, того же класса и т.д.), и делите ее на разницу в расходе топлива. Вы получите экономию бензина а рублях. Ну и вычисляете, за какой строк машина окупится. Если ни в какой — то и экологии нет.

Прокомментировать

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *