Гібрид по-харківськи
Вітчизняний гібридний автомобіль, на жаль, поки не знайшов дороги до виробника.
Екологічного завтра для традиційних автомобілів із двигуном внутрішнього згоряння нема. Низький ККД, складність конструкції й обслуговування, шкода для навколишнього середовища — причини, які тягнуть його на дно історії. А тут ще й європейці із планами заборонити в себе всі бензинові й дизельні автомобілі до 2050 року. Чи можна подарувати традиційному авто квиток у майбутнє? Можна, створивши гібрид звичайного та електромобіля.
Такий гібрид уже існує і в Україні. Щоб побачити його на власні очі, кореспондент «УТГ» відвідав кафедру автомобільної електроніки Харківського національного автомобільно-дорожнього університету (ХНАДУ). Моїм співрозмовником став завідувач кафедри автомобільної електроніки професор Олексій Бажинов.
— У ДВЗ надто багато недоліків, які неможливо усунути в принципі, — пояснює Олексій Васильович, поки ми йдемо до гаража з «хадівським» гібридом. — Його не можна зупиняти й запускати миттєво, потужність залежить від кількості обертів. Щоб рушити, необхідно розкрутити колінчастий вал і маховик, а це зовсім непотрібна втрата енергії. У двигуна внутрішнього згоряння жорстка залежність між витратою палива та швидкістю. Моя машина, приміром, за семи літрів, що належать їй за паспортом, на швидкості 5 кілометрів на годину «їсть» 40 літрів на сотню. ДВЗ надзвичайно неефективний у разі пробок, які для наших великих міст давно стали звичною проблемою. Протилежність бензинового — електродвигун. Він має максимальний крутний момент на мінімальних обертах. Йому однаково, що ви стоїте в пробці. Скільки на нього подали напруги, так він і крутиться. Електродвигун не знає, що таке холостий хід. Він економічний і працює від дешевої електроенергії.
Електричний двигун давно довів свою ефективність у електропоїздах, трамваях і тролейбусах. Але мала ємність акумуляторів, їхня велика вага й тривалість зарядки звели нанівець усі переваги електромобіля. Поїхавши на дачу, ви зможете повернутися тільки наступного дня, коли акумулятори зарядяться. Виходом може бути сполучення ДВЗ і електродвигуна. Із таким тандемом ви позбудетеся недоліків обох двигунів і поєднаєте їхні переваги. Розганяючись, електродвигун допомагатиме бензиновому на невигідних режимах і на оптимальних для ДВЗ швидкостях відключатиметься. Економія палива в міському циклі — колосальна. А як бонус ви одержуєте динаміку розгону від двох силових установок.
ВЕД із генератора
На цій оптимістичній ноті мій співрозмовник відчиняє двері гаража. Зовні — нічого особливого. «Таврія» як «Таврія». Тільки замість номера — напис «Випробування». А тим часом до нас приєднується Володимир Двадненко, кандидат технічних наук, доцент, розробник керуючої електроніки для гібрида. Відчиняє капот. Під ним — звичайний серійний двигун із невеликими доробками. Електродвигун і електроніка, що обслуговує його, розмістилися в кутку.
— Якби ми використовували звичайний мотор від електрокара, то він би зайняв занадто багато місця, — пояснює фахівець. — Бензиновий двигун довелося б викинути. Ми зробили так званий вентильний електродвигун з електронним керуванням. Тягові акумулятори сховали під сидіннями. Витрата бензину в нашій «Таврії»-пікап 7,5 літра за паспортом, у режимі гібрида — 2,5. У такому економічному режимі «Таврія» зі свинцевими акумуляторами може проїхати лише п’ятдесят кілометрів. Потім працюватиме як звичайний автомобіль, попутно заряджаючи тягові акумулятори від рекуперації. Використання літій-іонних батарей здатне збільшити пробіг у гібридному режимі до 125 кілометрів, але такі акумулятори задорогі для нашої кафедри.
— Наш гібрид розроблений на базі «ЗАЗ-1105» «Таврія» (пікап), — говорить Олексій Васильович. — Електродвигуном став звичайний генератор Г290, такі використовуються на автомобілях «ГАЗ 41». Важить «іграшка» чимало — 22 кілограми. На генератор ми поставили датчики Холла, які фіксують положення ротора. На сигнали від них реагує комутатор, який подає напругу на потрібні частини обмотки статора, щоб провернути ротор. Так ми одержали з генератора безколекторний (або, як його ще називають, вентильний) електродвигун (ВЕД). Звичайно, це не ідеальне рішення. Переважно для гібридних автомобілів використовують синхронні електричні машини з висококоерцитивними постійними магнітами на роторі, такі ВЕД мають більш високий ККД і кращі електричні характеристики. Але вони занадто дорогі, зокрема для нашої розробки. Склавши електродвигун із генератора, ми втратили в ККД, але несподівано виграли в накаті. Генератор без постійних магнітів на роторі набагато легше крутиться, тому наша «Таврія» має дійсно чудовий накат, кращий, ніж у деяких заводських гібридів.
Ще одна цікава особливість авто — метод розігріву двигуна внутрішнього згоряння. У гібридній «Таврії» охолоджувальна рідина є також і нагрівальною. У ДВЗ умонтовані електронагрівники, які можуть перед виїздом підігрівати двигун від мережі. Час виїзду можна задати за допомогою таймера або «зателефонувати» машині за 20 — 50 хвилин із мобільного телефона. Особливо актуально це взимку. Завдяки такому вдосконаленню на прогрів двигуна не витрачається бензин, полегшується його пуск у мороз і відразу починає працювати нагрівник салону. Крім того, нагрівання ДВЗ проводиться замість нагрівання гальмових механізмів за рекуперативного гальмування (гальмування електродвигуном у режимі генератора) у випадку, коли тягові акумулятори заряджені або не можуть прийняти всю електроенергію, яка виробляється під час гальмування.
Тест-драйв
Закінчивши розмову, ми сідаємо в машину. Єдина відмінність від заводської — амперметр на приладовій дошці.
— Потужність нашого електродвигуна лише сім кіловатів — близько десяти кінських сил, — веде далі Володимир Якович. — Цього вистачає, щоб розігнати машину до сорока кілометрів на годину. Мало. Але не забувайте, що електродвигун має максимальний крутний момент на мінімальних обертах. Спробуємо…
Сівши за кермо, я освоююся. Мотор не гудить. Звук роботи двигуна є, але він надто тихий, більше схожий на трамвайний. Машина йде дуже плавно й слухняно. Ми піднімаємося на невелику гірку. За звичкою я натискаю на газ сильніше, але розумію, що дарма — електродвигун тягне й без цього.
Розвороти на електродвигуні теж дуже зручні. Я тисну на газ рівно стільки, скільки хочу, не боячись, що машина стихне. А ще не треба перемикатися на знижену або підвищену передачу.
Ми зупинилися, і Володимир Двадненко попросив мене здати назад, щоб в’їхати у ворота лабораторії. Рука потяглася до коробки передач, але викладач мене зупинив.
— Коробку не чіпайте, під кермом є тумблер «уперед-назад».
Це логічно. Електромотору байдуже, у який бік крутитися, але для мене це було принаймні дивно. Ніколи не думав, що матиму стільки задоволення від їзди на «Таврії». Більш того, схочу й собі таку ж. Такої зручності в керуванні я не відчував давно, тим більше на вітчизняній машині.
Коли поїдемо?
Сьогодні в Україні можна купити закордонні набори для автомобілів у вигляді мотора, убудованого в колесо, контролера та акумуляторів. За ідеєю, вони можуть перетворити будь-який автомобіль на гібридний з усіма його перевагами. Адже це вихід для автолюбителів, які бажають купити таку машинку!
— Технологія так званого мотор-колеса розроблена досить давно, але використовувати її можна зовсім не скрізь, — заперечує Олексій Васильович. — Наприклад, в «БєлАЗах», де розмір колеса величезний, це чудовий вихід, і така технологія там успішно працює багато років. Але в легкових авто це програшний варіант. По-перше, для керованості легковику важлива низька непідресорена маса, а мотор-колесо — річ важка. По-друге, його складно зробити герметичним, а в разі потрапляння води всередину такий двигун може вийти з ладу. І, мабуть, найголовніше: він не пристосований до наших доріг. Японці створювали такі машини. Наприклад, електричний Mitsubishi Lancer із чотирма мотор-колесами. Він має небачену динаміку розгону. Але все це диво закордонної техніки безсиле проти наших вибоїн. Хоча не можу не визнати, що такий «майстер-набір» на сьогодні — єдиний спосіб переробити в домашніх умовах машину під гібрид.
То чи можливо кмітливому автолюбителеві створити гібрид у своєму гаражі?
— Не так просто, — уважає Володимир Двадненко. — Сама установка генератора не дуже складна. Але головна особливість цього автомобіля — керуюча електроніка. Саме вона перетворює генератор на вентильний електродвигун — один із найефективніших і найнадійніших. Силова електроніка та мікропроцесорна техніка вирішують, як включати в роботу ДВЗ і електродвигун, як комбінувати їхні зусилля, режими рекуперації та гальмування. І, звичайно ж, таку електроніку неможливо створити без серйозної професійної підготовки.
А взагалі, звичайно ж, за гібридними авто майбутнє не тому, що в них більш досконалий двигун, а тому, що філософія цих апаратів інша. У такій машині енергія не повинна марнуватися. Коли генератор виробляє енергію й акумулятори не можуть поглинути її всю, надлишки електроніка спрямовує на нагрівальні елементи або кондиціонер. От тільки немає в «Таврії» кондиціонера …
Схоже, не буде й масового виробництва вітчизняних гібридів. Хоча створити їх можна. У їхньому виробництві немає суперскладних технологій, деталі не такі дорогі, а принципова схема вже розроблена, перевірена в роботі й запатентована. Навіть якщо автомобіль, подібний до харківської «Таврії», і коштуватиме дорожче, його ціна непорівнянна з вартістю іноземних гібридів. У ХНАДУ навіть приїжджали представники АвтоЗАЗу, були у захваті від дослідного зразка. На тому все й закінчилося.
А за кордоном тим часом уже пішли далі. Там такий гібрид уважають більш ніж автомобілем. Приміром, приїхавши на дачу, де немає електрики, ви підключаєте машину до будинку — і у вас є світло. Коли акумулятори розрядяться, автоматично запуститься двигун і генеруватиме електрику стільки, скільки треба. А якщо у вас на даху будинку є сонячні батареї, ви взагалі підключаєте авто до них і не думаєте про великі витрати на паливо. Зарядившись, машина їде на електриці, а розрядивши акумулятори, рухається на бензині.
