Куда приведут современные авто технический прогресс и законодательные нормативы? Есть ли предел экономичности? Подсчитывает Миша Теплов.
У «Тойоты-Приус» третьего поколения благодаря гибридному агрегату (двигатель внутреннего сгорания и электромотор) суммарной мощностью 99 кВт (134 л.с.) отличные характеристики экономичности: расход горючего – 4,7 л/100 км, выбросы CO2 – 89 г/км. Подзарядка литий-ионной батареи от сети пока не предусмотрена.
Бросить в стороне теорию глобального потепления не получится, даже если она неверна. Хотя бы поэтому, что меры по понижению выбросов углекислого газа СО2 в атмосферу уже приняты.
Европейский Альянс с 2015 года ограничивает для легковых автомобилей уровень выбросов СО2 уровнем 130 г на 1 км пути в режиме стендовых испытаний по европейскому ездовому циклу MVEG. В более понятных цифрах это значит, что средний комбинированный расход горючего легковым автомобилем (36,82% пробега приходится на городские улицы, 63,18% – на загородные трассы) должен быть снижен до 5,4–5,5 л бензина либо 4,85–4,95 л дизтоплива на 100 км. Авто, которые будут превосходить этот норматив, станут приметно дороже, так как их изготовителям придется платить штрафы, а покупателям – дополнительные налоги. В целом по ЕС, если учесть применение других видов горючего, суммарный уровень выбросов СО2 на один новый автомобиль планируют понизить даже до 120 г/км. Подобные меры принимаются и в США, где к 2016 модельному году средневзвешенный расход горючего у новых легковых автомобилей и легких грузовиков будет снижен до уровня 35,5 мили на галлоне горючего, либо 6,63 л/100 км. Для бензиновых машин это значит выброс приблизительно 156 г СО2 на километр.
Разумеется, что в ближнем будущем автомобиль перетерпит суровые конфигурации. При этом временное понижение цены нефти и углеводородного горючего чуть ли их значительно затормозит. Новое поколение экологичных транПодвесканых средств будет отличаться не только лишь малым расходом горючего, да и пониженным потреблением хоть какой энергии, используемой на движение.
ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОГНОЗ
«Фольксваген-Поло Блюмоушн» просторнее собственного предшественника 10-летней давности – «Лупо 3L», но в экономичности приметно проигрывает ему: 87 г/км CO2 означают средний расход дизельного горючего 3,3 л/100 км. Под его капотом схожий трехцилиндровый мотор мощностью 55 кВт (75 л.с.) и система рекуперации энергии при торможении (мини-гибрид). В 2010 году это будет самый экономный 5-местный автомобиль.
Введение жестких нормативов на выбросы СО2 безизбежно ведет к определенной рационализации техники. Так, из-за завышенного сопротивления движению, возможно, сократят выпуск машин с более высочайшими параметрами проходимости, практически созданных для обыденных дорог (кроссоверы и внедорожники). Может быть, снизится спрос на авто бизнес класса, цена эксплуатации которых вырастет из-за их несоответствия нормативам выбросов СО2.
Зато еще большее распространение получат мини-, малогабаритные и средние авто, относящиеся к европейским размерным классам А, В и С. Переход их на гибридные силовые установки состоится нескоро, а при условии сохранения цен на углеводородное горючее растянется на десятилетия.
Но для более большой и дорогостоящей техники (автомобили, авто представительского и бизнес-класса, минивэны и кроссоверы) «гибридизация», пожалуй, неминуема. Даже с экономными дизельными движками им не уложиться в данные пределы выброса СО2. Вобщем, уже сейчас ясно, что сначала казавшиеся чрезмерными европейские нормативы оказались полностью выполнимы, так что европейцам не придется поголовно пересаживаться на микроавтомобили.
Методы понижения расхода горючего и выброса СО2 отлично известны. Это, во-1-х, понижение суммарного дорожного сопротивления, складывающегося из аэродинамического и сопротивления качению шин. Во-2-х, более действенное преобразование энергии горючего в механическую (уменьшение утрат в движке и коробки). Есть и третье направление – экономия энергии, затрачиваемой на привод вспомогательных агрегатов: сервоприводов, кондюка, мультимедиасистемы.
Чем-то тут могут посодействовать солнечные батареи на крыше, которые восполнят недочет зарядки аккума.
«Фольксваген-Лупо 3L», выпускавшийся в 1999–2005 годах, до настоящего времени остается более экономным серийным автомо- билем с экстремально низким расходом – 2,7/3,6/3,0 л/100 км (MVEG) и выбросом СО2 в 81 г/км. Оснащался трехцилиндровым тур- бодизелем (1,2 л, 61 л.с.), автоматизирован- ной механической трансмиссией передач и систе- мой «старт-стоп». Не воспользовался спросом из-за относительно высочайшей цены.
Если способности понижения сопротивления у современных автомобилей фактически исчерпаны, то процесс преобразования энергии горючего в механическую все еще далек от рационального. Имеющиеся ДВС плохо адаптированы для работы с малой нагрузкой – конкретно в этом режиме их эффективность оставляет вожделеть наилучшего. Внедрение разных технических приемов (отключение цилиндров, изменение фаз газораспределения, турбонаддув), естественно, дает положительный эффект, но резервы громадны!
Даже в более подходящих критериях КПД современных движков относительно их стендовой мощности, обычно, не превосходит 46% для дизелей и 35% для бензиновых моторов. При работе с частичной нагрузкой он в полтора-два раза меньше! Потому отключение ДВС при движении с малой, от 5 до 50 км/ч, скоростью (или его работа под более высочайшей нагрузкой для
привода генератора) дает существенную экономию горючего у гибридного автомобиля с дополнительным электродвигателем. При этом для движения на таких скоростях требуется совершенно маленькая мощность!
СКОЛЬКО Необходимо?
В таблице даны примерные издержки мощности и расход дизельного горючего на движение 3-х условных легковых автомобилей – представителей размерных классов А и С, также 7-местного минивэна – в спектре скоростей от 7,2 до 90 км/ч. При расчете малой мощности, нужной для движения, учитывалось только дорожное сопротивление, КПД механической коробки и издержки (450–500 Вт) на привод генератора. Так, для городского хэтчбека класса А при движении со скоростью 36 км/ч (выше, чем средняя скорость в испытательном цикле MVEG!) требуется всего 1,76 кВт (2,4 л.с.) мощности, для машины же размерного класса С – только 2,15 кВт (2,9 л.с.). Кстати, в европейском MVEG средняя скорость движения в городском цикле – всего 19,2 км/ч (наибольшая – 50 км/ч), в загородном – 62,6 км/ч (наибольшая –120 км/ч)! Это событие и позволяет автомобилям с гибридной силовой установкой наслаждаться маломощными электродвигателями: их 10–15 кВт (13,6–20,4 л.с.) довольно для движения практически во всевозможных режимах MVEG! Так, в случае установки 15-киловаттного мотора на наши гипотетичные машины классов А и С их наибольшая скорость в «электрическом» режиме будет достигать больших 110 и 106 км/ч соответственно. Потребность в подключении основного бензинового либо дизельного мотора появится только
при езде с более высочайшей скоростью и, естественно, при движении в общем потоке с насыщенными разгонами и ускорениями.
Кстати, чтоб обеспечить машине своей массой 1200 кг разгон с места до 100 км/ч за 12–13 с, будет нужно энерговооруженность порядка 80–90 л.с./т. Это означает, что при суммарной мощности силовой установки 70–80 кВт
(96–108 л.с.) динамика автомобиля будет полностью применимой. На долю ДВС придется всего 60–65 кВт (82–88 л.с.).
ЧЕГО Ожидать ОТ ГИБРИДОВ
Китайский BYD F3 DM располагает всего только литровым бензиновым мотором в 50 кВт (68 л.с.), но к тому же таковой же мощно- сти электродвигателем. Компания заявляет 100-километровый припас хода на электриче- ской тяге. 1-ый в мире серийный подзаря- жаемый гибрид обустроен генератором всего на 25 кВт; с разряженным аккумом он способен только нерасторопно доковылять до розетки, откуда получает основное пита- ние. Наибольшая скорость ограничена 160 км/ч – это предел для умеренного бензи- нового мотора.
Для гибридных машин, которые оснастят никель-металлогидридными батареями маленький емкости и дизельными движками, можно ждать выбросов СО2 ниже 130 г/км даже в размерных классах D и Е, также у средних минивэнов и кроссоверов. Так, уже сейчас технологически достижим уровень выбросов СО2 в 90 г/км и расход около 3,4 л/100 км дизтоплива (MVEG) для хэтчбеков гольф-класса, а для машин класса В реальны значения 80–81 г/км (3,0 л/100 км). Бензиновые движки потребляют на 20–25% больше горючего, но с применением конкретного впрыска и наддува разрыв сократится до 12–17%. Это позволит понизить расход бензина до 3,4–3,5 л/100 км (класс В) и 3,8–4,0 л/100 км (класс С). Но массовыми модификации сумеют стать исключительно в случае конструктивного роста цен на горючее либо при предстоящем ужесточении норм.
Расход горючего подзаряжаемых гибридов с более совершенными литий-ионными батареями и сильными электромоторами формально может быть равен… нулю, так как испытательный цикл MVEG длиной 11 007 м можно пройти лишь на электротяге без подключения ДВС. Таковой гибрид правомерно именовать электромобилем с автономным источником питания, а заместо расхода горючего указывать потребление энергии на единицу пройденного пути. Расход горючего будет уже переменной
величиной, зависящей от дневного пробега на электротяге, и потребление горючего, к примеру, на дистанции 100 км будет приметно меньше, чем на 500-километровом маршруте.
К огорчению, по-настоящему легких, энергоемких и дешевых тяговых батарей, применимых для установки на легковые авто, пока не создают, электромобили еще не способен соперничать с обыкновенными машинами по дальности пробега. Так что наиблежайшее будущее остается за обычным бензиновым двигателем, но для огромных машин в Европе умеренная «гибридизация» смотрится неминуемой.