29 Марта 2017 г.    $ 56.94 (-0.09)    € 61.81 (-0.15)

Экология или экономика?

Ученые интенсифицировали поиски альтернативных источников энергии для автомобилей. Временами казалось – вот-вот, но снова приемлемое решение ускользало из рук… Изменение отношения к автомобилю в семидесятых годах было вызвано не экологией, а экономикой. Поднялись цены на топливо – и огромные многолитровые американские «дредноуты», поглощающие невероятные объемы бензина, перестали интересовать покупателя. Маленькие юркие «японки» ворвались на рынок самой автомобильной державы мира и остались там навсегда. Автопром Европы не был столь заражен гигантизмом, как заокеанский, но и здесь сказалось влияние ситуации.

Постоянный поиск
Уменьшение габаритов и снижение объемов двигателей – не единственный ответ на вызов времени того периода. Переднеприводные машины становятся доминирующими. Дизель прочно обосновывается под капотом легковушек. Увеличивается степень сжатия. Автоматическая коробка передач становится настолько привычной, что к настоящему времени многие водители просто не умеют ездить с механической. Карбюратор становится анахронизмом: ДВС обзаводятся системой впрыска топлива во впускной трубопровод или непосредственно в цилиндр. И – в семидесятых годах впервые в истории модель автомобиля, предназначенного для серийного производства, обдули в аэродинамической трубе. С тех времен конструкторы в постоянном поиске повышения эффективности использования энергии сгорания углеводородов в цилиндрах ДВС. Полные права получили наддув, четырехклапанное газораспределение, обеднение смеси путем повышения турбулентности заряда в цилиндре. Бортовой компьютер расширил возможности экономии горючего. Электромагнитный привод клапанов и электронное управление, механизм отключения цилиндров, изменение фаз газораспределения и подъема впускных клапанов, а у дизеля – многоимпульсный режим работы форсунок – вот далеко не полный перечень ухищрений, повышающих КПД, чтобы снизить расход топлива и уменьшить выброс в атмосферу вредных веществ.

Все это время шел поиск альтернативных источников энергии. С 1978 года в японском университете Кейо ведется работа по созданию электромобиля на химических аккумуляторах. Небезуспешно. Особо впечатляют последние достижения. Новая модель профессора Симицу, пятиместная Eliica, на литиево-ионных батареях, при весе около 2,5 т развивает скорость до 400 км/ч и имеет запас хода до 320 км. Только одно «но». Она стоит около 4,5 млн. долларов США… И никакой запуск в серию не способен существенно изменить ситуацию – цена обусловлена дороговизной аккумуляторов. Да и вопрос экологии такого электромобиля лишь с первого взгляда кажется простым. Изготовление аккумуляторов связано с химическим производством. А еще есть проблема их утилизации после эксплуатации. И выработки дополнительной электроэнергии для зарядки. Сомнительно, что все это существенно безопаснее для окружающей среды, чем бензиновые моторы.

Eliica      
Пятиместная Eliica из Японии представляет собой электромобиль 

С семидесятых годов прорабатывается идея использования водорода как топлива. Были созданы топливоячеистые элементы, вырабатывающие электроэнергию с его использованием, – их КПД оказался вдвое выше, чем у ДВС. Оставался вопрос заправки. Здесь образовалось два подхода. Согласно одному, водород предлагалось накапливать в порах специальных кристаллов, но тут дальше лабораторных экспериментов (преимущественно в США) дело пока не пошло. Японцы выбрали лобовое решение – стали разрабатывать резервуары для хранения газообразного водорода и смогли изготовить особо прочные баллоны, в которые тот закачивается под высоким давлением. Оснащенная такими «баками» Honda FCX, с запасом хода до 500 км, развивающая скорость до 150 км/ч, еще в 2002 году получила право на коммерческий выпуск в США и Японии, а в 2006 году компания объявила о начале производства автомобилей на базе этого прототипа. В прошлом году получила разрешение на эксплуатацию в Японии и модель Toyota FCHV. Одной заправки водородного «бака» этой пятиместной машины (срок эксплуатации 15 лет) хватает для поездки в 330 км, до 100 км/ч она разгоняется за 12 секунд, а максимальная скорость – 155 км/ч. Конечно, перед владельцами встанут вопросы заправки и технического обслуживания. Да и цена не маленькая. Кроме того, что особенно важно для России, такой автомобиль предстоит «научить» ездить на морозе. Для решения этих проблем потребуется время.

А что сейчас?
Начало XXI века ознаменовалось топливно-энергетическим кризисом. Цены на нефть выросли в разы. Чем ответили автомобильные производства мира на вызов времени? «Тойота» с «Хондой» и здесь удерживают пальму первенства. В 1997 году на рынок вышел гибридный автомобиль Toyota Prius. Это пятиместная легковушка с полуторалитровым ДВС (58 л.с.), работающим в паре с тяговым электромотором переменного тока (30 кВт). В зависимости от условий движения, бортовой компьютер определяет степень участия каждого из них. Трогается машина на электродвигателе, в спокойном режиме работает ДВС, а в форсированном – оба. При торможении происходит зарядка аккумуляторов. Холостого хода у ДВС нет. Аккумуляторы никельгидридные, срок службы 8 лет (160 000 км). Инженеры «Тойоты», кажется, использовали все возможные способы повышения КПД. ДВС работает по циклу Аткинсона (степень сжатия и степень расширения различны), проведена огромная работа по снижению потерь на трение в двигателе, кузов предельно облегчен, для чего используются легированные сплавы (это оправдано и потому, что вес аккумуляторов с силовой установкой впечатляют), у машины низкопрофильные шины для снижения сопротивления качению. И венец всего – аэродинамика. Коэффициент лобового сопротивления – 0,3! Все это дало возможность снизить расход топлива до 3,57л/100км. А в 2003 году на рынок попала Toyota Prius II, ставшая лучшим автомобилем Северной Америки 2004 года. Она просторнее, резвее и экономичнее своей предшественницы (2,8 л/100км). При этом цена на обе модели не заоблачная – 18-20 тыс. долларов США (проект убыточный, хотя «Тойота» этого не афиширует – фирма столбит рынок). И в сознании покупателей уже происходят изменения. Десятки тысяч единиц первой модели разошлись в Японии и США, а на вторую даже образовалась очередь.

Toyota Prius      
Toyota Prius - первый массовый "гибрид". На фото - второе поколение бестселлера 

Гибридное двухместное купе Honda Insight вышло на рынок в 1999 году. Подход инженеров «Хонды» мало отличается от подхода конкурента. Аналогично были использованы все резервы повышения КПД. Бортовой компьютер так же регулирует взаимоотношения трехцилиндрового ДВС и маршевого электродвигателя, питаемого теми же никельгидридными аккумуляторами. Правда, материалом для кузова избраны алюминиевые сплавы, а коэффициент лобового сопротивления составляет всего 0,25. Как результат – расход горючего 3,1л/100км. Цена – 20 тыс. долларов США.

Популяризации этих двух моделей способствует мода на экологически чистые автомобили у звезд шоу-бизнеса и кино – многие из них пересели на Toyota Prius или Honda Insight. И все – серийных образцов больше нет? На удивление, ни европейские, ни американские автогиганты оказались не готовыми вступить в гонку за серьезную экономию горючего (или за экологию?). Лишь маленькая начинающая баварская фирма «Лоремо» заявила о планах выпуска сверхэффективного автомобиля – Loremo LS. Она выжала все возможности из союза двухцилиндрового турбодизеля мощностью 20 л.с. и шасси весом 450 кг с коэффициентом лобового сопротивления 0,2(!). Для авто с посадочной формулой «2+2» динамика несколько слабовата (до 100 км/ч машина разгоняется за 20 секунд), но максимальная скорость составляет 160 км/ч. А расход всего 1,5 литра на 100 км пути! Фирма планирует начать выпуск машины в 2008 году и продавать ее за 11 тыс. евро.

Топить можно и ассигнациями
Но есть решение гораздо более реальное для России. Газ. Природный – метан или сжиженный – пропан-бутан. Его использование в качестве топлива имеет много плюсов. Газ дешевле бензина. Лучше сгорает в цилиндрах, и выхлоп становится более экологичным. Работа двигателя более щадящая – в результате увеличивается межремонтный пробег. Работать на газе может практически машина любого производства… И никакой переделки двигателя не требуется! Но есть и недостатки. Прежде всего – снижение мощности (на 10-12%) и трудности с запуском двигателя зимой (нивелируются при комбинированном – газ-бензин – питании: запуск и старт на бензине, потом переход на газ; на подъеме не хватает мощности – переключение на бензин). Ну, и часть багажника занимает газовый баллон. Да необходимые расходы на установку и эксплуатацию газового оборудования, интерес к которому среди автомобилистов растет. Развитию этого направления препятствуют ограниченное предложение такой технологии на рынке, а также существенно меньшее (по сравнению с бензоколонками) количество заправочных станций. Хотя трудно исключить противодействие нефтяных компаний (ведь и государственная программа Бразилии по переводу автопарка страны на этанол, вырабатываемый из тростника, тоже продвигается совсем не легко).

Настоящая битва за экологически чистый автомобиль начнется, лишь когда нефти станет ощутимо не хватать. Или будет найден более выгодный источник энергии. Если есть прибыль от сжигания жидких углеводородов, люди от нее не откажутся. Никакое ухудшение экологии (пока каждый не будет реально чувствовать это на себе) кардинально не изменит сознание. С подобной ситуацией человечество сталкивалось около ста лет назад. Увеличение числа конных экипажей в крупнейших городах мира в конце XIX века привело к тому, что муниципальные службы не успевали убирать навоз с улиц. Для решения проблемы привлекались лучшие умы, ученые с мировыми именами – даже Дмитрий Иванович Менделеев участвовал в этих проектах. Спустя сорок лет навоза на улицах не стало. Стали жечь нефть. А ведь великий русский химик предупреждал: «Нефть – не топливо. Топить можно и ассигнациями».