Гибрид по-харьковски
Отечественный гибридный автомобиль, к сожалению, пока не нашел дороги к производителю.
Путь в экологическое завтра традиционным автомобилям с двигателем внутреннего сгорания заказан. Низкий КПД, сложность конструкции и обслуживания, вред для окружающей среды — причины, тянущие его на дно истории. А тут еще и европейцы с планами запретить у себя все бензиновые и дизельные автомобили к 2050 году. Можно ли подарить традиционному авто билет в будущее? Можно, создав гибрид обычного и электромобиля.
Такой гибрид уже существует и в Украине. Чтобы увидеть его собственными глазами, корреспондент «УТГ» отправился на кафедру автомобильной электроники Харьковского национального автомобильно-дорожного университета (ХНАДУ). Моим собеседником стал заведующий кафедрой автомобильной электроники профессор Алексей Бажинов.
— У ДВС слишком много недостатков, которые невозможно устранить в принципе, — поясняет Алексей Васильевич, пока мы идем к гаражу с «хадовским» гибридом. — Его нельзя останавливать и запускать мгновенно, мощность зависит от числа оборотов. Чтобы тронуться, необходимо раскрутить коленчатый вал и маховик, а это совершенно ненужная потеря энергии. У двигателя внутреннего сгорания строгая зависимость между потреблением топлива и скоростью. Моя машина, к примеру, при семи литрах, положенных ей по паспорту, на скорости 5 километров в час «ест» 40 литров на сотню. ДВС крайне неэффективен при пробках, которые для наших крупных городов давно стали привычной проблемой. Полная противоположность бензиновому — электродвигатель. Он имеет максимальный крутящий момент на минимальных оборотах. Ему все равно, что вы стоите в пробке. Сколько на него подали напряжения, так он и крутится. Электродвигателю чуждо понятие холостого хода. Он экономичен и работает от дешевой электроэнергии.
Электрический двигатель давно доказал свою эффективность в электропоездах, трамваях и троллейбусах. Но малая емкость аккумуляторов, их большой вес и длительность зарядки свели на нет все преимущества электромобиля. Выехав на дачу, вы сможете вернуться только на следующий день, когда аккумуляторы зарядятся. Выходом может стать совмещение ДВС и электродвигателя. С таким тандемом вы избавитесь от недостатков обоих двигателей и совместите их достоинства. Разгоняясь, электродвигатель будет помогать бензиновому отключаться на невыгодных режимах и на оптимальных для ДВС скоростях. Экономия топлива в городском цикле — колоссальная. А в качестве бонуса вы получаете динамику разгона от двух силовых установок.
ВЭД из генератора
На этой оптимистической ноте мой собеседник распахивает дверь гаража. Внешне — ничего особенного. «Таврия» как «Таврия». Только вместо номера — надпись «Испытания». А тем временем к нам присоединяется Владимир Двадненко, кандидат технических наук, доцент, разработчик управляющей электроники для гибрида. Открывает капот. Под ним — обычный серийный двигатель с небольшими доработками. Электродвигатель и обслуживающая его электроника разместились в углу.
— Если бы мы использовали обычный мотор от электрокара, то он бы занял слишком много места, — поясняет специалист. — Бензиновый двигатель пришлось бы выбросить. Мы сделали так называемый вентильный электродвигатель с электронным управлением. Тяговые аккумуляторы спрятали под сиденьями. Расход бензина у нашей «Таврии»-пикап 7,5 литра по паспорту, в режиме гибрида — 2,5. В таком экономичном режиме «Таврия» со свинцовыми аккумуляторами может проехать всего пятьдесят километров. Потом будет работать как обычный автомобиль, попутно заряжая тяговые аккумуляторы от рекуперации. Использование литий-ионных батарей способно увеличить пробег в гибридном режиме до 125 километров, но такие аккумуляторы слишком дороги для нашей кафедры.
— Наш гибрид разработан на базе «ЗАЗ-1105» «Таврия» (пикап), — говорит Алексей Васильевич. — Электродвигателем послужил обыкновенный генератор Г290, такие используются на автомобилях «ГАЗ 41». Весит «игрушка» немало — 22 килограмма. На генератор мы поставили датчики Холла, которые фиксируют положение ротора. На сигналы от них реагирует коммутатор, подающий напряжение на нужные части обмотки статора, чтобы провернуть ротор. Так мы получили из генератора бесколлекторный (или, как его еще называют, вентильный) электродвигатель (ВЭД). Конечно, это не идеальное решение. В основном для гибридных автомобилей используют синхронные электрические машины с высококоэрцитивными постоянными магнитами на роторе, такие ВЭД имеют более высокий КПД и лучшие электрические характеристики. Но они слишком дороги, в частности для нашей разработки. Собрав электродвигатель из генератора, мы потеряли в КПД, но неожиданно выиграли в накате. Генератор без постоянных магнитов на роторе намного легче крутится, поэтому наша «Таврия» обладает поистине великолепным накатом, лучшим, чем у некоторых заводских гибридов.
Еще одна интересная особенность авто — метод разогрева двигателя внутреннего сгорания. В гибридной «Таврии» охлаждающая жидкость — она же и нагревающая. В ДВС вмонтированы электронагреватели, которые могут перед выездом подогревать двигатель от сети. Время выезда можно задать с помощью таймера или «позвонить» машине за 20—50 минут по мобильному телефону. Особенно актуально это зимой. Благодаря такому усовершенствованию на прогрев двигателя не расходуется бензин, облегчается его пуск в мороз и сразу начинает работать отопитель салона. Кроме того, нагрев ДВС проводится вместо нагревания тормозных механизмов при рекуперативном торможении (торможении электродвигателем в режиме генератора) в случае, когда тяговые аккумуляторы заряжены или не могут принять всю вырабатываемую при торможении электроэнергию.
Тест-драйв
Закончив разговор, мы садимся в машину. Единственное отличие от заводской — амперметр на приборной доске.
— Мощность нашего электродвигателя всего семь киловатт — около десяти лошадиных сил, — продолжает рассказ Владимир Яковлевич. — Этого хватает, чтобы разогнать машину до сорока километров в час. Мало. Но не забывайте, что электродвигатель имеет максимальный крутящий момент на минимальных оборотах. Попробуем…
Сев за руль, я осваиваюсь. Мотор не гудит. Звук работы двигателя есть, но он слишком тихий, больше похож на трамвайный. Машина идет очень плавно и послушно. Мы поднимаемся на небольшую горку. По привычке я нажимаю на газ сильнее, но понимаю, что зря — электродвигатель тянет и без этого.
Развороты на электродвигателе тоже очень удобны. Я жму на газ ровно столько, сколько хочу, не боясь, что машина заглохнет. А еще не нужно переключать на пониженную или повышенную передачу.
Мы остановились, и Владимир Двадненко попросил меня сдать назад, чтобы въехать в ворота лаборатории. Рука потянулась к коробке передач, но преподаватель меня остановил.
— Коробку не трогайте, под рулем есть тумблер «вперед-назад».
В общем-то, логично. Электромотору нет разницы, в какую сторону крутить, но для меня это было, по крайней мере, странно. Никогда не думал, что получу столько удовольствия от езды на «Таврии». Более того, захочу и себе такую же. Такого удобства в управлении я не испытывал давно, тем более на отечественной машине.
Когда поедем?
Сегодня в Украине можно купить зарубежные наборы для автомобилей в виде мотора, встроенного в колесо, контроллера и аккумуляторов. По идее, они могут превратить любой автомобиль в гибридный со всеми его достоинствами. Это ведь выход для автолюбителей, желающих заполучить такую машинку?
— Технология так называемого мотор-колеса разработана достаточно давно, но использовать ее можно далеко не везде, — качает головой Алексей Васильевич. — Например, в «БелАЗах», где размер колеса ого-го, это отличный выход, и такая технология там успешно работает многие годы. Но в легковых авто это проигрышный вариант. Во-первых, для управляемости легковушке важна низкая неподрессоренная масса, а мотор-колесо — вещь тяжелая. Во-вторых, его сложно сделать герметичным, а при попадании воды внутрь такой двигатель может выйти из строя. И, пожалуй, самое главное: он не приспособлен для реалий наших дорог. Японцы создавали подобные машины. Например, электрический Mitsubishi Lancer с четырьмя мотор-колесами. Он имеет потрясающую динамику разгона. Но все это чудо заграничной техники бессильно против наших колдобин. Хотя не могу не признать, что такой «мастер-набор» на сегодня — единственный способ переделать в домашних условиях машину под гибрид.
Так возможно ли смекалистому автолюбителю создать гибрид в своем гараже?
— Не так просто, — считает Владимир Двадненко. — Сама установка генератора не очень сложна. Но главная особенность этого автомобиля — управляющая электроника. Именно она превращает генератор в вентильный электродвигатель — один из самых эффективных и надежных. Силовая электроника и микропроцессорная техника решают, как включать в работу ДВС и электродвигатель, как комбинировать их усилия, режимы рекуперации и торможения. И, конечно же, такую электронику невозможно создать без серьезной профессиональной подготовки.
А вообще, конечно же, за гибридными авто будущее не потому, что у них более совершенный двигатель, а потому, что философия этих аппаратов другая. В такой машине энергия не должна расходоваться впустую. Когда генератор вырабатывает энергию и аккумуляторы не могут поглотить ее всю, излишки электроника направляет на нагревательные элементы или кондиционер. Вот только нет в «Таврии» кондиционера …
Похоже, не будет и массового производства отечественных гибридов. Хотя создать их можно. В их производстве нет суперсложных технологий, детали не столь дороги, а принципиальная схема уже разработана, проверена в работе и запатентована. Даже если автомобиль, подобный харьковской «Таврии», и будет стоить дороже, его цена несравнима со стоимостью иностранных гибридов. В ХНАДУ даже приезжали представители АвтоЗАЗа, восхищались опытным образцом. Далее ничего не последовало.
А за границей тем временем уже пошли дальше. Там такой гибрид считают больше, чем автомобилем. К примеру, приехав на дачу, где нет электричества, вы подключаете машину к дому — и у вас есть свет. Когда аккумуляторы разрядятся, автоматически запустится двигатель и будет генерировать электричество ровно столько, сколько нужно. А если у вас на крыше дома есть солнечные батареи, вы вообще подключаете авто к ним и не думаете о больших расходах на топливо. Зарядившись, машина едет на электричестве, а разрядив аккумуляторы, продолжает движение на бензине.
