Мерседес–Бенц Клуб Москва

Мерседес Сообщество без политики и границ

Главная

Статьи (пресса)

Мировая революция состоится

НОВОСТИ

КЛУБ

ВСЕ О MERCEDES-BENZ

Мировая революция состоится

Аргументы «за»…

Экология уже давно перестала быть монополией «зеленых». Проблема достигла официального уровня, внимание к ней все возрастает. В Европе она нашла отражение в постоянно ужесточающихся нормативах по выбросам. Евро-4 оставляет очень мало возможностей традиционным ДВС. Однако это – «цветочки» в сравнении с положением дел в США.

Характерный пример подхода 21 века к вопросам чистоты окружающей среды – это нормы CAFE (Corporate Average Fuel Economy), ограничивающие в среднем суммарное потребление традиционного топлива всеми автомобилями конкретного автопроизводителя, поступившими на рынок США. Параллельно с ограничениями для традиционных ДВС во многих странах обсуждаются меры, стимулирующие внедрение «чистого» транспорта.

Налоговые льготы при приобретении гибрида в США действуют уже сегодня. В Японии «чистый» транспорт стал элементом национальных программ развития.

… и палки в колеса

Создать по-настоящему безвредный транспорт с нулевым выбросом, достаточным запасом хода, приемлемыми динамическими характеристиками и умеренной стоимостью сегодня не удалось никому. На пути электромобиля к массовому производству по-прежнему непреодолимые барьеры: нет сети заправок, аккумуляторы дают очень ограниченный запас хода. При этом их вес и габариты все еще далеки от желаемого минимума, а цена непомерна.

Поэтому отказа от ДВС в ближайшее время не ожидает никто. Однако время его монополии закончилось. В обозримой перспективе основой массового производства станут гибридные схемы. Параллельно будут развиваться альтернативные виды топлива. Например, выбранный нами для рассмотрения сегодня DaimlerChrysler видит большое будущее за топливными элементами. Однако о них мы поговорим отдельно, они того заслуживают. Ведь именно они – основа революции, то есть отказа от привычных нам сегодня двигателя и топлива.

Впрочем, проблемы топливных элементов очень похожи на беды электромобилей. Заправок нет. Получение водорода из метанола или даже бензина высокой очистки потенциально возможно. Но это снова создает вредные выбросы и, кроме того, требует наличия на борту реформера – установки по преобразованию топлива. А это, очевидно, дополнительный вес и немалый.

Значительные проблемы у гибрида возникают, кроме перечисленного, на этапе распределения энергии от двух различных источников. Традиционная трансмиссия практически не применяется. Коробка передач все чаще заменяется на бесступенчатую – CVT либо электронно управляемую ступенчатую.

Что такое гибрид?

Понятие «гибрид» вроде бы и не нуждается в пояснении. Очевидно, это автомобиль с силовыми установками как минимум двух типов. Обычно – традиционным двигателем внутреннего сгорания (ДВС) и электрическим мотором. Вполне понятная и логичная схема. Однако попробуйте углубиться в детали – и начинаются неясности. Автомобиль с одной силовой установкой – ДВС – имеет вполне понятную, общеизвестную компоновку: силовая установка – трансмиссия – колеса. Добавьте в эту схему вторую силовую установку – и привычная ясность исчезнет, как дым.

Колеса теперь могут приводиться и ДВС, и электромотором, и обеими силовыми установками сразу. Бедная трансмиссия: у нее мало шансов сохранить прежнюю конструкцию. Собственно, до сих пор у специалистов не сложилось (и вряд ли сложится) единое мнение по оптимальному сочетанию силовых установок. Кто-то рассматривает электромотор как вспомогательный агрегат, включая его последовательно в готовую классическую схему перед ДВС (стартер-генератор) или после (генератор и «бустер»). Есть варианты независимости – каждой силовой установке дают свою ведущую ось и собственную трансмиссию. Вспомним и схему Toyota, которую инженеры концерна характеризуют как синергию. К этому добавим растущую популярность так называемых мотор-колес, позволяющих практически исключить трансмиссию, создавая необходимое тяговое или тормозное усилие на каждом ведущем колесе…

Специалисты DaimlerChrysler насчитали 25 различных способов взаимодействия ДВС и электромотора! При этом взаимодействие обычно не предполагает постоянную одновременную работу двух силовых установок. Очень часто роль электромотора ограничивается поддержанием режима «старт-стоп», то есть прекращения работы ДВС при остановке на красный свет, например. Однако столь минимальная роль электромотора характерна лишь для ранних гибридов.

Технологии гибридов

Из всего многообразия конфигураций «ДВС-электромотор» для себя DaimlerChrysler наиболее интересной сочла параллельную. Основаниями для такого предпочтения стали особенности такой схемы: активное снижение вредных выбросов, сокращение расхода топлива (ДВС), хорошая разгонная динамика при одновременной работе двух силовых установок.

Одним из перспективных вариантов параллельной схемы считается та, что получила обозначение TTR (оно будет расшифровано чуть позже). Она предполагает «разделение» ведущих осей между электрическим мотором и ДВС. В схему TTR удачно вписывается уже существующая полноприводная трансмиссия 4MATIC, обычная для современного Mercedes класса Е.

В гибриде на его базе электромотор приводит передние колеса, а ДВС – задние. Есть и обратная схема, где ДВС приводит передние колеса, а электромотор – задние. Реализована она на Chrysler Minivan. Как один из основных вариантов для переднеприводных автомобилей концерн рассматривает последовательную схему. Электромотор помещается перед ДВС и трансмиссией и работает, в основном, как стартер-генератор. В соответствии с описанной схемой работает гибридный привод концепта ESX3. Небольшой электромотор (15 кВт) помещен перед трехцилиндровым дизелем с непосредственным впрыском. Концепт демонстрирует впечатляющий результат экономичности – 3,3 л/100 км в смешанном цикле (город-трасса).

Собственно, полный список концептов приводить вряд ли стоит. Хотя бы потому, что ни один не стал пока серийным автомобилем со значительным объемом продаж. Поэтому для галереи мы отобрали лишь некоторые экспонаты. Они, на наш взгляд, наглядно демонстрируют подходы DaimlerChrysler к конструированию гибридов.

Dodge Ram Contractor Special

Электромотор, в первую очередь, предназначен для работы в режиме генератора, пока автомобиль находится на стоянке. При движении вторая силовая установка используется крайне редко. Допустим, для обеспечения дополнительной тяги в сложных условиях, таких, как подъем на очень крутой холм.

Dodge Durango TTR

Существуют и такие вот необычные способы сочетания двух силовых установок. Обычный для подобного серийного автомобиля двигатель V8 в гибридной версии заменен на более компактный и экономичный V6.

Дополняет его электромотор мощностью 86 л.с. Такое сочетание обеспечивает сокращение расхода топлива на 16%. Согласитесь – пока все нормально и понятно. Но обратите внимание на дополнение к названию – TTR. Это безобидное сочетание букв расшифровывается как «Through The Road», то есть «через дорогу». А означает оно то, что силовые установки не имеют между собой какой-либо механической связи и соединены только через контакт колес с дорожным полотном. Кстати, аналогичная схема применена в концептах Mercedes HyPer на базе A-Class и Hymatic на базе E-class.

Dodge Power Box

Демонстрация традиционного агрессивного стиля, уверенной победы под бездорожьем и … топливной экологичности. Отличные ходовые качества традиционного прожорливого монстра V8 реализует «дуэт»: электромотор плюс турбированный ДВС – V6, который работает на сжатом природном газе.

Запас хода – более 560 км, средний расход топлива – 9 л/100 км. Это почти на 60% лучше, чем у «традиционного» аналога. Динамика же практически не пострадала: разгон до 100 км/ч с места происходит за 7 секунд. Объем ДВС 2,7 л, мощность 187 кВт (250 л.с.), мощность электромотора 52 кВт (70 л.с.).

В конструкции применены перспективные сверхлегкие материалы, такие, как термопластик, пригодный ко вторичной переработке. PowerBox стал основой для создания двух перспективной концептов – ЕSX3 и Jeep Commandec 2.

ЕSX3

Автомобиль, ставший результатом целого ряда мер по снижению веса. Дизель в сочетании с электромотором мощностью 15 кВт обеспечивают расход топлива 3,3 л на 100 км.

Топливные элементы – это…

Новое – это хорошо забытое старое. Это напрямую относится к топливным элементам. Революционная разработка, призванная перевернуть автомобильную, и не только, промышленность 21 века была открыта и даже экспериментально изготовлена английским ученым Вильямом Гроувом (William Grove) в 1839 году! Сэр Вильям создал первый миниатюрный электромеханический «завод», способный вырабатывать электроэнергию. Сырье – водород. Процесс – реакция водорода и кислорода. В результате реакции выделяются электроэнергия и тепло, а единственный «выброс» – это химически чистая вода в виде пара.

Конструктивно топливный элемент – это «сэндвич». Между двумя газопроницаемыми электродами из графитовой бумаги находится электролит. Одиночная ячейка вырабатывает низкое напряжение, поэтому для получения необходимого уровня ячейки, как обычно, объединяют в блоки. Выработанная энергия приводит электромотор, позволяя наконец-то реализовать мечту об автомобиле с настоящим нулевым и теперь уже без вредных выбросов.

-254 градуса

Водород в качестве источника электроэнергии от топливных элементов или просто от топлива интересует специалистов уже очень давно. Однако на пути его применения многие годы стояли, казалось бы, непреодолимые препятствия. Впрочем, многие из них существуют и сейчас. Это, во-первых, необходимость иметь постоянный и дешевый источник водорода. Поскольку на этапе производства экологически чистого топлива совершенно неуместны «грязные» технологии. К тому же, цена подобного топлива должна быть конкурентоспособной по отношению к традиционному.

Кроме того, водород – газ, и компактно хранить его в баке можно либо сжатым при высоком давлении, либо сжиженным при низкой температуре – минус 254 градуса Цельсия. Долгое время такие способы оставались слишком сложными для массового применения. Кроме того, снова приходится вспомнить про отсутствие сети заправочных станций.

Источниками водорода, особенно на первом этапе внедрения топливных элементов, могут быть метанол, бензин, метал-гидриды, борогидрид натрия. Однако все «вторичные» источники водорода возвращают нас к наличию вредных выбросов, заметных уже при их первичном разложении на водород и ряд других соединений, не используемых в процессе работы топливных элементов.

История вопроса

DaimlerChrysler гордится своим первенством в запуске мелкосерийного производства настоящих автомобилей с нулевым вредным выбросом. А началось все в 1994 году, 13 апреля, когда была представлена концепция «Нового электрического автомобиля» – New Electric Car. Коротко – NECAR. Собственно, только гордость и оптимизм первопроходцев дают право назвать автомобилем ту лабораторию на колесах, которой, на самом деле был NECAR-1. Однако тот оптимизм был оправданным, и 10 лет развития технологии дают все основания так говорить. Перечислим основные концепты, ставшие вехами развития технологии топливных элементов.

NECAR-1

Весь полезный объем микроавтобуса MB, ставшего основой для создания прототипа, заняли генерирующие электрическую энергию ячейки общим весом 800 кг. С трудом удалось выкроить место для водителя и одного пассажира. Говорить о динамических характеристиках или запасе хода было еще очень рано.

NECAR-2

14 мая 1996 года миру был представлен МВ класса V, где топливные элементы скромно прятались под задними сиденьями, оставляя 6 мест для пассажиров. Элементы позволяли вырабатывать мощность 50 кВт. Запас хода составил 250 км, максимальная скорость была на уровне 110 км/ч. Два бака с водородом расположили на крыше.

NEBUS

Опять весной, опять в мае, но уже 1997 года, прошла первая демонстрация городского автобуса на топливных элементах. Автобус имел запас хода 250 км, что должно было обеспечить дневной пробег без дозаправки. Мощность – 250 кВт, максимальная скорость – 80 км/ч. Автобусы работали на регулярных линиях в городах Осло, Гамбург, Перт, Мельбурн, Мехико и Сакраменто.

NECAR-3

Это первая разработка концерна в области топливных элементов, способная «на борту» осуществлять преобразование жидкого топлива в водород. Сырьем служит метанол, дополнительное оборудование – реформер. Основой послужил стандартный автомобиль А-класса, однако после установки всего комплекса оборудования в нем едва осталось два посадочных места. Максимальная скорость – 120 км/ч. Год выпуска – тот же 1997.

NECAR-4

Концепт знаменует новый этап развития технологии топливных элементов. Представленный в США 16 марта 1999 года прототип имеет компактную силовую установку и штатный объем салона – пять человек плюс багаж. Пол сконструирован по принципу сэндвича, в него «упакованы» емкости со сжиженным водородом. Максимальная скорость – 145 км/ч, запас хода – 450 км. На базе NECAR-4 был разработан вариант на сжатом водороде – NECAR-4а, более компактный, имеющий мощность 75 кВт. Запас хода сократился до 200 км. Автомобиль был разработан специально для тестов в Калифорнии, известной своим особенно внимательным отношением к технологии топливных элементов. NECAR-4а прошел ходовые испытания в жестких условиях высоких и низких температур – пустыни и зимы.

NECAR-5

Этот концепт стал развитием идеи NECAR-3, заправляемого жидким метанолом и имевшего на борту реформер для его преобразования. Новинка, представленная в ноябре 2000 года, базировалась на платформе А-класса. Систему, приводящую в движение NECAR-5 и реформер, удалось разместить под полом. Концепт стал на 50% мощнее своего предшественника при одновременном сокращении габаритных размеров системы вдвое и ее веса на 300 кг.

В 2002 году NECAR-5 преодолел маршрут от Сан-Франциско до Вашингтона. Путь был проложен через Калифорнию с ее жарким климатом, ряд крупных городов с напряженным уличным движением, пробками и светофорами, через Скалистые горы – перевал высотой 2640 метров. Таким образом конструкторы хотели оценить универсальность концепта и его приспособленность к реальным условиям движения.

SUV, автомобиль дорогого и престижного класса, тоже может быть чистым. Именно эту идею подтверждает данный концепт. Заправлять дружественный природе джип надо метанолом, так что на борту пришлось найти место и для реформера. Год выпуска – 2001.

Natrium

Концепт этот необычен тем, что в качестве сырья для получения водорода используется твердое вещество – NaBH4, соль, которая выглядит как белый порошок. Каталитическая реакция позволяет выделять из соединения водород. Такое неожиданное решение оказалось достаточно прогрессивным с точки зрения ходовых характеристик. Natrium, построенный на базе минивэна Chrysler Town & Country имеет запас хода 500 км, достигает скорости 100 км/ч за 16 секунд при максимуме в 129 км/ч.

Citaro

В отношении автобуса Citaro создатели сами используют эпитет «революционно новый». И это вполне точно. 10 крупных транспортных операторов Европы получили по три автобуса для ежедневного тестирования в различных условиях: северная зима Скандинавии, жаркое лето Испании, холмистый рельеф Штуттгарта. Длина Citaro – 12 метров, запас хода – 200 км, вместимость – 70 пассажиров. Мощность топливных элементов – 200 кВт. Топливо – сжатый водород, хранится в баллонах, размещенных на крыше автобуса.

F-Сеll

Это – первый автомобиль на топливных элементах, попавший в мелкосерийное производство. В 2003 году он стал доступен для проката и, таким образом, для потребительской оценки. Мнения собирают в Европе, США, Японии и Сингапуре. Первая партия опытных образцов – 60 автомобилей. F-Сеll стал той маленькой революцией, которая со временем, возможно, перевернет автомобильный мир. Его дальнейшее совершенствование – уже не борьба концепций и подходов, а практическая доводка почти готовой к серии модели.

Построен F-Cеll на основе длиннобазного Mercedes A-classe. В «толстом» полу скрыта система топливных элементов. Топливо F-Cеll – это сжатый водород под давлением 350 бар. Без каких-либо дополнительных химических преобразований он питает топливные элементы, обеспечивающие электромотор мощностью 65 кВт. Запас хода – 150 км. Разгон с места до 100 км/ч – 16 секунд, максимальная скорость – 140 км/ч.

//akb.carclub.ru