Перспективы развития гибридной технологии

 

Несколько лет назад особо продвинутые представители мирового автопрома начали демонстрировать на автомобильных выставках необычные транспортные средства с гибридными приводами. Причинами, подтолкнувшими автопроизводителей к созданию высокотехнологичных машин, стали непрекращающийся в то время рост цен на нефть и стремление к более экологичным силовым агрегатам.

Напомню, что гибридомобиль параллельного типа – это транспортное средство, оснащенное дизельным или бензиновым двигателем, электродвигателем-генератором небольшой мощности, автоматизированной коробкой передач и увеличенным, по сравнению с традиционными машинами, блоком аккумуляторных батарей. Такая машина может приводиться в действие отдельно от автомобильного ДВС или от одного электродвигателя, или обеих силовых установок одновременно.

Важным преимуществом гибридомобиля является его заметно меньший расход топлива по сравнению с обычным автомобилем. Это происходит благодаря использованию разных приводов и возможности аккумулировать и использовать энергию торможения. При разгоне машины одновременно разгоняют дизельный двигатель и электромотор. Далее, во время движения, ее приводит в действие только дизель. При торможении электротрансмиссия переводится в режим генератора и тем самым начинает улавливать рекуперативную энергию торможения. Выработанная электроэнергия поступает в АКБ и накапливается для последующего использования. Во время остановки в транспортном потоке у машины с гибридным приводом происходит отключение основного двигателя, а после возобновления движения автомобиль начнет ускоряться только от одного электромотора. При необходимости набрать крейсерскую скорость дизель включится автоматически, а электромотор отключится.

Итак, гибридомобиль обладает сравнительно низким расходом топлива, эта экономия в различных моделях колеблется в пределах от 25 до 37% по сравнению с традиционными дизельными автомобилями, а также сокращенной на 30% эмиссией выхлопных газов.

Первый гибридный дизель/электрический легкий военный грузовик корпорация GM выпустила в 2003 году. В 2004-м появился гибридный фургон Mercedes-Benz (Sprinter). Позднее американские корпорации International Truck and Engine Corp. и Eaton Corp. выпустили концепт коммунального автомобиля с гибридным приводом. Гибридная тема за последние годы получила довольно широкое распространение. Опытные образцы с комбинированным приводом создали и выпустили подавляющее большинство мировых автопроизводителей. Многие начали серийный выпуск. В 2009 году в мире было выпущено 6934 гибридных коммерческих автомобиля и автобуса. На фоне сотен тысяч это, вроде как, выглядит маргинально, но специалисты говорят, что автогибриды будут доминирующей темой в мировом автомобилизме к 2020 году. К такому выводу пришли аналитики американской исследовательской компании Frost & Sullivan. В своем недавнем исследовании они утверждают, что гибридная технология станет ведущей в сегменте рынка, связанного с альтернативными приводами.

Это, в частности, касается городских автобусов, а также среднетоннажных развозных и тяжелых коммунальных грузовиков. Директор по глобальному прогнозированию Frost & Sullivan Сандип Кар видит главную причину растущей популярности гибридомобилей в том, что для их массового развития не требуется значительных инфраструктурных преобразований, по сравнению с другими альтернативными направлениями.

«У правительств сегодня просто нет денег для масштабных инфраструктурных преобразований, которые необходимы для широкого распространения тех же электромобилей или транспортных средств, работающих на сжатом или сжиженном природном газе», – отметил Сандип Кар. «Это делает гибридные машины идеальным транспортом ближайшего будущего», – добавил он. Компания Frost & Sullivan прогнозирует, что объемы производства транспортных средств, оснащенных гибридными приводами, к 2020 году достигнут 300 000 штук. Это, понятно, в несколько десятков раз превосходит сегодняшние 9000 машин. Ее аналитики также оптимистичны в оценках будущих периодов, по их прикидкам, к 2020 году 59% городских автобусов в Северной Америке будут оснащены гибридной системой, а доля тяжелых коммерческих гибридомобилей составит 15% от общего количества. По другим альтернативным направлениям Frost & Sullivan прогнозирует следующее: только 12% автобусов и 4% грузовиков будет оснащено полным электроприводом, а газовыми будут только от 7% автобусов и 8% коммерческих автомобилей. Оптимистично оценивают глобальный рынок гибридного коммерческого транспорта исследователи компании NextGen Research. По их мнению, в 2013 году общее количество выпускаемых в мире гибридов достигнет 27 000 единиц.

 

В том, что в США занялись анализом мирового рынка гибридов, нет ничего удивительного, ведь сегодня половина всего глобального производства и продаж гибридомобилей происходит в Северной Америке. А кто же будет номером два? «Если вы думали, что вторым по величине рынком для гибридомобилей и электротранспортных средств будет Европа, то вам дается еще одна попытка», – подчеркнул Кар. «Китай, несомненно, станет вторым по величине рынком за пределами США», – добавил он.

 

Китайские автопроизводители и поставщики высокотехнологичных компонентов гибридных трансмиссий постепенно двигаются вперед и в скором времени смогут превратиться в ведущих мировых поставщиков данной техники.

«Тем не менее, в краткосрочной и среднесрочной перспективах, американские компании, такие как Eaton Corp., BAE Systems и Allison Transmission, останутся лидерами мирового рынка в производстве гибридных модулей», – подчеркнул Сандип Кар.

Рассматривая причины, почему гибриды станут популярными у потребителей в ближайшее время, аналитики указали на три основные фактора. Это повышающаяся урбанизация, увеличение интенсивности грузоперевозок и связанные с этим проблемы дорожных заторов, а также сохраняющаяся высокая стоимость топлива. Однако гибриды не являются идеальным решением для всех транспортных задач. К примеру, в дальнобойном сегменте никто пока что не ожидает прорыва. Тут можно вспомнить, как компания Peterbilt создала гибридный седельный тягач Peterbilt Hybrid Model 386, который оснащался мотором Cummins ISX мощностью 400 л. с., электродвигателем Eaton, 10-скоростной автоматизированной коробкой передач Fuller UltraShift и четырьмя литий/ионными аккумуляторами. Но опытная эксплуатация гибридного прототипа продемонстрировала лишь 8,5%-ную экономию топлива.

Еще одна американская корпорация Daimler Trucks North America LLC (DTNA) совсем недавно разработала свой первый гибридный магистральный тягач Freightliner Cascadia. Тяжеловоз оборудован параллельным гибридным приводом, который включает дизельный двигатель Detroit Diesel DD 15 (EPA – 2010) мощностью 440 кВт с крутящим моментом 2778 Нм, стандартную механическую коробку передач, электротрансмиссию с функцией генератора, разработанную японскими конструкторами из Daimler Trucks Global Hybrid Center, и мощный блок литий/ионных аккумуляторных батарей. Особенностью этого гибридного грузовика является использование обычной КП и электротрансмиссии, агрегатированной со второй приводной осью задней тележки, что обеспечивает надежность работы всего транспортного средства и более низкую стоимость, по сравнению с Peterbilt Hybrid Model 386.

В этом сегменте американцы оказались не одни, первый европейский гибридный тяжелый грузовик Mercedes-Benz Axor BlueTec Hybrid, нацеленный на рынок дальнобойщиков, два года назад создали конструкторы Daimler Trucks. Автомобиль оснащен 7,2-литровым дизельным двигателем OM 926 мощностью 326 л. с., 12-скоростной автоматической трансмиссией Mercedes PowerShift и 60-сильным электромотором с функцией генератора Eaton (США). Испытания показали, что «дальнобойный гибрид» из Европы достиг экономии в 6-10% топлива, в сравнении с аналогичным тягачом Axor 1833 с дизельным двигателем.

Резюмируя дальнобойные гибридные проекты, можно отметить, что магистральный автопоезд пока что не может достичь экономии топлива, сопоставимой с показателями развозного автомобиля. Ведь большую часть времени дальнобойщики проводят на длинных перегонах, где им постоянно необходима максимальная мощность основного силового агрегата, и там не так много участков «разгон-торможение». Именно поэтому все, чего сумели достичь гибридные тяжеловозы, это экономия топлива в пределах 8,5-10%, и то, благодаря движению по холмистым участкам, там, где гибридная трансмиссия может что-нибудь поднакопить. В противовес этому у развозных гибридных транспортных средств, работающих в основном в городах с частыми разгонами и торможениями, экономия топлива достигает 25-35%.

 

То есть можно утверждать, что гибридные коммерческие автомобили начнут по-настоящему развиваться лишь в определенных сегментах рынка, таких как развозные грузовики, фургоны, автобусы и коммунальные тяжеловозы, используемые на коротких маршрутах возле и внутри больших городов. «Гибриды отлично демонстрируют свои преимущества на перегруженных улицах мегаполисов, там, где им приходится очень часто разгоняться и тормозить», – поясняет Кар. «Спроса на гибриды в сегменте дальнемагистральных перевозок не будет вообще, что может стать большим препятствием для крупномасштабного производства и проникновения на развитые авторынки, такие как США», – добавляет он.

Говоря про увеличенную стоимость, которая сегодня сопутствует всем гибридным автомобилям, примерное превышение в $10 000, американские аналитики считают, что инвестиции, приходящие в развитие нового автомобильного направления, должны сначала замедлить рост цен на гибриды, а затем, к 2020 году, существенно снизить стоимость комбинированных автобусов и грузовиков. Конечно, развитие и создание серийных производств способны повлиять на цену гибрида для конечного потребителя, но самым важным фактором, который будет определять скорость внедрения гибридной технологии в течение следующего десятилетия, станет цена на топливо. «Согласно нашим исследованиям, большинство автоперевозчиков хотят иметь высокую рентабельность и окупаемость нового транспортного средства в течение 4-5 лет», – отметил Кар. «С наметившимся быстрым ростом цен на дизтопливо, срок окупаемости гибрида может быть значительно сокращен, и это, в конечном счете, станет лучшим стимулом для покупки экономичного автомобиля, чем налоговые льготы или другие финансовые стимулы», – добавил он.

 

Еще один аспект гибридизации – это сохранение грузоподъемности транспортного средства. Ведь снаряженная масса грузовика, как ни странно, не уменьшается, когда к основному ДВС добавляют электротрансмиссию с внушительным блоком аккумуляторных батарей. Поэтому при проектировании гибридных коммерческих автомобилей всегда нужно найти компромисс между экономичностью и оптимизацией снаряженной массы.

Кстати, упоминавшиеся ДВС/электрические гибридные приводы могут регенерировать лишь 25% энергии торможения и накапливать ее в АКБ.

Этот малый процент обусловлен невозможностью установить более емкие батареи, так как резко уменьшится грузоподъемность машины, а также значительно вырастет ее цена из-за дополнительного высокотехнологичного узла.

По этой причине вместо традиционных комбинированных конструкций, автопроизводители недавно стали внедрять необычные проекты гибридных транспортных средств.

Так, корпорация EATON запустила в серийное производство аккумулирующую гидравлическую систему Hydraulic Launch Assist (HLA), которая может быть встроена в шасси грузового автомобиля, благодаря чему он станет гибридным транспортным средством. Как и другие автогибриды, параллельная дизель/гидравлическая система HLA регенерирует энергию торможения в сумматоре (гидроаккумулятор), после чего сохраненная мощность используется для ускорения машины. Гидро-гибридная технология Eaton может улавливать около 75% кинетической энергии торможения, что выглядит куда привлекательнее, чем 25%, регенерированные дизель/электрическими гибридами. Продолжая перечислять преимущества HLA, надо отметить, что гидроузлы системы можно вмонтировать в стандартное автомобильное шасси, к тому же цена встраиваемых компонентов будет намного дешевле, чем различные альтернативные ДВС/электрические приводы. Этим уже воспользовалась фирма Peterbilt Motors Company, выпустившая тяжелый мусоровоз Model 320 Hybrid.

Дорожные испытания коммунального грузовика показали, что мусоровоз Peterbilt Model 320 Hybrid потребляет на 30% меньше топлива и выделяет на 40% меньше вредных отработанных газов. Кроме этого, применение регенеративной тормозной системы способствует тому, что дизель/гидравлический гибрид почти не истирает тормозные колодки, а это, в свою очередь, ведет к снижению (более чем в два раза) затрат на техническое обслуживание всего транспортного средства. Генеральный директор компании Peterbilt Motors Company Билл Джэксон сказал: «Тестируя Model 320 Hybrid, мы убедились, что гидрогибрид HLA является идеальным экологичным муниципальным транспортом, который позволяет добиться высокой эффективности благодаря невысокой стоимости, 30%-ной экономии топлива и сокращению затрат на техническое обслуживание. Гидравлическая технология доказала свою высокую надежность при работе транспортного средства с интенсивностью 800-1200 остановок в течение дня. Исходя из стоимости, необходимой для покупки гидрогибрида, и его экономичных способностей, можно подсчитать срок окупаемости грузовика, оснащенного системой HLA. Он составит примерно 2-3 года».

Группа исследователей из Швеции разработала ДВС/воздушную автогибридную систему, которая работает подобно гидравлической технологии, но аккумулирует в баллонах сжатый воздух. Предполагается, что это будет гораздо дешевле при серийной реализации и экономически более эффективным решением. Скандинавские ученые подсчитали экономию топлива на своих опытных образцах – она достигала 60%.

Заслуживает внимания и механическая гибридная технология KERS (Kinetic Energy Recovery System – система регенерации кинетической энергии), разработанная британской компанией Torotrak plc, принадлежащая американской корпорации Allison Transmission. Англичане говорят, что их новейший гибридный привод с полнотороидальным сцеплением уже был опробован на одном из городских автобусов и показал 30%-ную экономию топлива. Дизель/механическая гибридная система представляет собой колесо-маховик с механической аккумулирующей системой (по типу, если кто помнит, детской игрушки с инерционным механизмом), связанной через бесступенчато-регулируемую трансмиссию (CVT) с основной цепью привода. Трансмиссия CVT включает два главных элемента: полно-тороидальный фрикционный привод или вариатор и эпициклический редуктор. Все эти элементы адаптируют и корректируют большую разницу между скоростями вращения маховика и выходного вала коробки передач, разрешая при этом движение механической энергии в любом направлении.

В итоге механический накопитель энергии торможения Torotrak получился довольно компактным узлом с небольшой собственной массой, его можно установить по желанию автовладельца в стандартное транспортное средство и, самое главное, дополнительный узел обойдется покупателю не так дорого, как сегодня стоят дизель/электрические гибридомобили, и он, конечно, даст ожидаемую экономию топлива.

Говоря про гибриды в автомобильном транспорте, можно констатировать, что новомодная тема добралась и до производителей строительной техники, которые также активно ищут варианты создания менее «прожорливых» механизмов.

Пионером в этом направлении стала компания Volvo Construction Equipment, создавшая гибридный колесный погрузчик Volvo L220F Hybrid с параллельным дизель/электрическим приводом. Эта строительная машина оснащается: дизельным двигателем Volvo D12; системой ISG (Integrated Starter Generator), которая сочетает в себе свойства электромотора и генератора; стандартной гидростатической трансмиссией и блоком аккумуляторных батарей.

Упомянутая система ISG отключает основной двигатель, как только он начинает работать без нагрузки, и очень быстро запускает его, когда мощность становится востребованной. Никаких скачков между этими режимами работы погрузчика никто не может заметить, так как плавность обеспечивает гибридная система ISG. Она мгновенно переключается в режим электромотора с мощностью 50кВт и, питаясь электроэнергией от блока АКБ, выполняет все функции машины. Но как только нагрузка на трансмиссию начинает возрастать, электроника «пробуждает» дизель, так что оператор даже не заметит, когда основной двигатель погрузчика «работал», а когда «отдыхал». Экономия топлива у погрузчика от применения инновационной системы ISG достигает 25% по сравнению с дизельным аналогом Volvo L220F.

Два года назад французская компания Mecalac Ahlmann получила золотую медаль выставки Intermat-2009 за инновационную модель экскаватора Mecalac 12MTX Hybrid. Землеройная машина с эксплуатационной массой 9 тонн комплектуется основным двигателем Deutz мощностью 51кВт, а для привода гидросистемы механизма применяется электромотор-генератор Heinzmann мощностью 15/30 кВт. По предварительным оценкам, гибридный экскаватор будет сжигать на 25% меньше топлива, чем обычный чисто дизельный землекоп. Серийное производство экскаватора Mecalac 12MTX Hybrid началось в этом году.

Владимир Чехута

Комментарии пользователей

Извините, но у Вас не достаточно прав для добавления комментария.

Авторизация