Насколько вы верите заявлениям ведущих автомобильных концернов мира о том, что они заинтересованы в сохранении окружающей среды? Действительно, компании вкладывают огромные средства в разработку систем гибридного привода, экономичных двигателей и топливных элементов.
На самом же деле промышленники никогда не славились попытками ограничить уровень загрязнения окружающей среды. Реальная борьба с традиционными "прожорливыми" двигателями внутреннего сгорания (ДВС) началась в 70-х гг. прошлого столетия, когда американское правительство и большинство руководителей европейских стран, обеспокоенные реальной угрозой энергетического кризиса, стали требовать от производителей автомобилей не только экономичности моторов, но и снижения уровня выбросов выхлопных газов в атмосферу.
Из политической плоскости вопрос постепенно переходил в практическую. Что разрешит экологические и экономические проблемы? Одним из самых перспективных направлений считается создание автомобилей, работающих на топливных элементах без применения ДВС. Но до тех пор, пока эта технология не будет "отшлифована" как следует, повсеместно будут внедряться гибридные установки в качестве временной альтернативы ДВС.
Уже сейчас гибридомобили трудно назвать экзотикой. Несколько раз в год мы слышим об адаптации технологии к новым моделям новых марок. Конкуренция в этом секторе растет, но больше всех здесь пока что преуспевают японцы. И наиболее эффективной связкой электродвигателя и ДВС в настоящее время располагает, пожалуй, Toyota Prius третьего поколения.
В большинстве случаев за движение гибридомобиля отвечает комбинация ДВС и электромотора. Во время торможения часть высвободившейся кинетической энергии с помощью электродвигателя (при замедлении он работает как генератор) преобразуется в электрическую и накапливается в аккумуляторах. Эта энергия затем вновь используется при ускорениях, что позволяет в значительной мере разгрузить ДВС. Потребление топлива уменьшается ровно настолько, сколько было накоплено энергии при предыдущих торможениях. Другими словами, чем больше торможений вы совершаете, тем меньше денег тратите на заправке!
Теперь собственно про топливные элементы (Fuel Cell). Это химические источники тока, которые расщепляют атомы водорода на протоны и электроны и приводят в действие электродвигатель, не выбрасывая в атмосферу ничего, кроме водяного пара и тепла. Благодаря топливным элементам автомобили могут стать не только чище, но и безопаснее, комфортабельнее и, возможно, дешевле. В сочетании с компактными системами рулевого управления, торможения и газа технология топливных элементов позволит инженерам отделить шасси от кузова, который станет намного просторнее и, что возможно, сменным. Скажем, утром на работу вы добираетесь на обычном седане, а вечером возвращаетесь домой на кабриолете! Несмотря на широкое внедрение высоких технологий, коэффициент полезного действия (КПД, то есть эффективность преобразования топливной энергии в механическую работу) ДВС не превышает 25-30%. У автомобиля на топливных элементах КПД вдвое выше - значит, энергии он будет потреблять вдвое меньше!
Авто на топливных элементах фактически представляет собой автомобиль, работающий на электрической тяге. Однако двигатель в отличие от 100-процентных электромобилей получает энергию не от аккумуляторной батареи, а от батареи топливных элементов. Электричество вырабатывается в результате отрыва электронов от атомов водорода, проходящих через мембрану топливного элемента. Возникающий электрический ток приводит в действие электродвигатель, который вращает колеса. Протоны атомов водорода затем соединяются с кислородом и электронами, в результате чего образуется вода в виде пара. Однако уже сейчас очевидно, что серьезно говорить о широком распространении машин на топливных элементах можно будет только минимум лет через двадцать-тридцать.
Для того чтобы сделать автомобиль экологически чистым и перевести экономику на общенациональное использование водородного топлива, создать необходимую инфраструктуру водородных заправочных станций, потребуются миллиардные затраты. Кроме того, водород должен производиться с использованием возобновляемых источников энергии. В настоящее время его получают в основном из природного газа, что приводит к выделению углекислого газа, способствующего так называемому парниковому эффекту. Также необходимо будет сформировать целую систему стимулов и рыночных механизмов для реализации столь грандиозного экологического проекта.
Поэтому вполне логично, что работы по совершенствованию традиционного ДВС продолжаются каждым уважающим себя автомобильным концерном.
Так, немецкие разработчики позволили открыть новые горизонты перед дизельными моторами. Единая для группы цилиндров топливная магистраль Common Rail позволяет держать наготове достаточный запас сжатого под высоким давлением топлива и оперативно выстреливать его порции через форсунки посредством распылительных отверстий. Электроника управляет подачей топлива с высокой точностью, а форсунки работают в так называемом многоимпульсном режиме: благодаря компьютерному управлению в ходе одного цикла топливо впрыскивается несколько раз. Бензиновые же моторы постепенно "сокращаются" в рабочем объеме и все чаще располагают эффективной комбинацией турбонаддува и непосредственного впрыска, позволяющей добиться существенной экономии топлива без потери производительности.
Не подумайте только, что ввиду ужесточающихся норм выбросов вредных веществ и растущих цен на топливо дни многолитровых бензиновых двигателей сочтены. Новейшая технология - механизм отключения цилиндров - позволяет экономить больше топлива и проходить сертификацию на соответствие даже самым строгим нормам, таким как SULEV (Super Ultra-Low Emissions Vehicle, то есть автомобиль с ультранизким содержанием вредных веществ в выхлопе).
Усредненное значение экономии горючего при отключении половины цилиндров составляет 10%, при определенных условиях она может достигать и 20%. Система работает тем эффективнее, чем больше рабочий объем двигателя и число деактивируемых цилиндров. Как правило, разработчики довольствуются 50-процентной "квотой отключения". Классический большой американский двигатель V8 с центральным распредвалом наиболее удачно вписывается в такую схему. В принципе система отключения части цилиндров оправдывает себя не только на темпераментных дорогих моделях, что с успехом демонстрирует Honda со своим "малобюджетным" 6-цилиндровым мотором. В Японии ее модели Inspire и Accord IMA с гибридной силовой установкой, основой которой является трехлитровый бензиновый двигатель i-VTEC V6, пользуются устойчивым спросом.
Как показывает пример японцев, отключение цилиндров и гибридная силовая установка могут отлично взаимодействовать, эффективно дополняя друг друга без потери специфических качеств и преимуществ каждого способа. Существующие системы деактивации цилиндров предусматривают механическую блокировку впускных и выпускных клапанов, однако в будущем все может стать намного проще благодаря так называемым "бескулачковым" двигателям. Например, сейчас специалисты британской инжиниринговой компании Lotus ведут активную работу над совершенствованием новейшей технологии Active Valvetrain Technology (AVT, активное управление клапанами), которая не предусматривает распредвалов вовсе. Управление осуществляется при помощи специальных гидравлических приводов. Правда, когда такой "жизнеспособный" мотор установят на серийный автомобиль, пока неясно.
Несомненно одно - и в 2029 году автомобили, приводимые в движение экономичными бензиновыми и дизельными моторами, будут доминировать. А дальше? В любом случае - закат "нефтяной эпохи".
Максим АБЛОВ
