Фольксваген: новый "Гольф" с гибридным приводом
Неудержимый рост цен на нефть постепенно стал доминирующей темой во всём мире. В Китае и США, Индии и Бельгии, Непале и Великобритании, Франции и Испании прошли демонстрации протеста против непомерно высоких цен на бензин и дизельное топливо. Мы не станем здесь рассуждать о причинах этого феномена и исследовать вопрос, кто же больше виноват в сложившейся ситуации – страны-экспортёры нефти, добывающие её слишком мало, или страны, потребляющие нефть в слишком больших количествах, или международные спекулянты, или все вместе взятые. Но совершенно очевидно, что такие темпы роста цен на ископаемые углеводороды мировая экономика просто не выдержит. И то сказать: менее чем за 10 лет нефть подорожала в 15 раз и продолжает дорожать. Но нет худа без добра: этот безудержный рост цен вынуждает промышленность в срочном порядке искать альтернативу нефти и её производным. Конечно, не все отрасли оказываются в равном положении. Хуже всего в этом смысле приходится химикам: нефть для них – незаменимое сырьё. Зато энергетики всё успешнее осваивают альтернативные источники энергии – ветер, солнечное излучение, морской прибой, тепло из недр Земли. А вот автомобилестроители – за исключением разве что японцев – до самого недавнего времени особого усердия не проявляли. Что-то они, конечно, всё-таки делали: совершенствовали топливные элементы, вырабатывающие электроэнергию из водорода, или пытались приспособить традиционные двигатели внутреннего сгорания под нетрадиционное горючее вроде рапсового масла. Но в серию эти прототипы так и не пошли. И только японские автоконцерны – сперва «Тойота», а потом и «Хонда» – вот уже не первый год предлагают покупателям модели с гибридным приводом. Правда, основную работу и в этих машинах выполняет всё же двигатель внутреннего сгорания, однако иногда ему на помощь приходит электромотор, который питается от аккумулятора, накапливающего энергию, выделяемую при торможении. Это позволяет существенно повысить коэффициент полезного действия привода и соответственно снизить расход горючего. Поначалу это техническое решение воспринималось всего лишь как остроумная, но не столь уж необходимая инновация. А сегодня оно представляется первым шагом в единственно верном направлении. В Западной Европе цена 95-го бензина, по некоторым прогнозам, уже в нынешнем году превысит 2 евро за литр, и это, конечно, не предел. Тут уж неважно, расходует ли машина 10 литров горючего на 100 километров пробега или 8 литров или даже 6, – всё равно для большинства населения автомобиль становится непозволительной роскошью. Для автомобилестроительной промышленности это означает крах. Ведь в условиях вынужденного массового отказа от уже имеющихся машин говорить о покупке новых и вовсе бессмысленно. Если, конечно, они тоже ездят на бензине или дизельном топливе. Иное дело – электропривод! То, что совсем недавно воспринималось как экзотика и считалось почти бесперспективным, сегодня оказалось магистральным направлением развития техники. И это вдруг признали все автоконцерны мира. Никто не вспоминает про топливные элементы, про водород – топливо будущего, про рапсовое масло или про биоэтанол. Все грезят об электромобилях. Правда, пока дело упирается в аккумуляторы. Но недавно немецким учёным удался своего рода прорыв. Специалисты фирмы «Evonik Industries» в Эссене и Дуйсбургского университета совместно создали новый композиционный материал с необычными свойствами. Герхард Хёрпель (Gerhard Hörpel), сотрудник фирмы «Evonik», поясняет:
Изначально наша цель состояла в разработке и производстве мембран – тонких пористых плёнок, применяемых, например, для фильтрации. Однако в процессе испытания этих мембран мы пришли к выводу, что они могут существенно повысить безопасность и эксплуатационные характеристики литий-ионных аккумуляторов.
Так называемые литий-ионные аккумуляторы почти по всем показателям намного превосходят аккумуляторы любого другого типа – им свойственны высокая ёмкость при малой массе и низкий саморазряд, у них нет эффекта памяти. Именно поэтому они получили столь широкое распространение в мобильных телефонах, плеерах, ноутбуках и так далее. Но у литий-ионных аккумуляторов есть один существенный недостаток, препятствующий их применению в автомобилях. Андреас Гуч (Andreas Gutsch) из фирмы «Evonik» говорит:
Используемые сегодня литий-ионные аккумуляторы не способны обеспечить должный уровень безопасности. В определённых условиях может произойти возгорание. Наша цель состояла в том, чтобы с помощью нашей мембраны реализовать совершенно безопасную аккумуляторную батарею.
В литий-ионных аккумуляторах важнейшим элементом конструкции является так называемый сепаратор – тонкая мембрана, разделяющая анод и катод, но пропускающая ионы лития, поток которых и образует электрический ток. Как правило, этот сепаратор выполнен из полимерной плёнки и вполне успешно выполняет свою функцию. Но применение такого аккумулятора в автомобиле предъявляет к мембране повышенные требования, поскольку серьёзная авария может сопровождаться столь высокой механической нагрузкой, что сепаратор разрушится. Разрыв мембраны приведёт к короткому замыканию – сперва точечному, однако оно вызовет резкий рост температуры и, как следствие, плавление сепаратора, в результате чего площадь замыкания стремительно расширится. В такой ситуации угроза возгорания и пожара вполне реальна. Авторам разработки удалось создать чрезвычайно прочный и термостойкий сепаратор из пористой полимерной ткани с тончайшим керамическим покрытием. Новый материал, получивший торговое название «separion», обладает свойствами, которые никак не вяжутся с нашими привычными представлениями о керамике. Разработчики создали особые керамические наночастицы на базе оксида алюминия, а затем нанесли их на полимерную основу, получив термостойкую мембрану, проницаемую для ионов лития. Благодаря нанотехнологиям этот керамический материал настолько гибок, что производится на машинах, напоминающих бумагоделательные, и выпускается скатанным в рулоны. Помимо термостойкости, литий-ионные аккумуляторы с керамическим сепаратором обладают и ещё одним важным достоинством: они выдерживают до 10-ти тысяч циклов заряд/разряд, то есть раз в 20 больше, чем аккумуляторы с полимерной мембраной. По мнению Герхарда Хёрпеля,..
Этот показатель делает возможным их применение в автомобилях как с гибридным, так и с чисто электрическим приводом.
К чисто электрическому приводу мы ещё вернёмся, а пока остановимся на гибридном. Совсем недавно, 26-го июня, немецкий концерн «Фольксваген» провёл в Берлине торжественную презентацию новой модификации «Гольфа» – «TwinDrive» с гибридным приводом. Причём немецкая версия гибридного привода существенно отличается от японской. Прежде всего, тем, что в «Гольфе» электродвигатель выполняет основную функцию, а двигатель внутреннего сгорания – вспомогательную. Глава концерна «Фольксваген» Мартин Винтеркорн (Martin Winterkorn) говорит:
По городу вы едете на «Гольфе TwinDrive» в электрическом режиме без выхлопных газов и совершенно бесшумно. Такой режим позволяет вам проехать до 50-ти километров. А езду на более значительные расстояния обеспечивает экологичный и экономичный двигатель внутреннего сгорания – в данном случае дизельный. В целом это даёт беспрецедентно низкий расход горючего – 2,5 литра на сто километров пробега. В то же время наш «Гольф TwinDrive» имеет весьма солидную мощность – 130 киловатт, это больше 170-ти лошадиных сил.
Такое техническое решение позволило значительно упростить конструкцию гибридного «Гольфа» по сравнению с моделями конкурентов, – подчёркивает Юрген Леопольд (Jürgen Leopold), возглавляющий в концерне отдел научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ:
У имеющихся сегодня на рынке машин с гибридным приводом обязательно есть коробка передач, потому что у них довольно слабые электромоторы. Причём это очень сложное в механическом отношении устройство. Мы же для себя решили, что проектируем нашу машину по принципу «чем проще, тем лучше», и предпочли одноступенчатую коробку передач. Поэтому наш «Гольф TwinDrive» в режиме привода от двигателя внутреннего сгорания едет примерно как обычный бензиновый автомобиль на 4-й или 5-й передаче. Понятно, что при такой конструкции вы не сможете тронуться с места, потому что вам не хватит крутящего момента. Вот эти функции – старт и езду на малых скоростях – и берёт на себя электродвигатель.
В будущем это действительно будет один электродвигатель на передней оси, пока же их три – ещё два сидят на задних колёсах. Каждый – мощностью в 41 лошадиную силу, но суммарная мощность электродвигателей ограничена 75-ю лошадиными силами – таковы параметры аккумулятора. Дизельный двигатель с системой подачи топлива «Common Rail» имеет рабочий объём цилиндров 1,5 литра и развивает мощность 102 лошадиные силы. Он может работать в 3-х режимах: заряжать аккумулятор, поддерживать работу электродвигателей или обеспечивать тягу самостоятельно. «Гольф TwinDrive» разгоняется от 0 до 100 км/час за 9,9 секунды, его максимальная скорость – 170 км/час.
Вторая особенность машины состоит в том, что её аккумулятор рассчитан на зарядку от обычной бытовой розетки с напряжением в 220 вольт. Для этого в бампере спрятан электрокабель с вилкой на конце. Зарядка занимает 4,5 часа, а при наличии источника более сильного тока это время может быть сокращено наполовину.
Правда, электропривод сам по себе ещё ничего не говорит об экологичности автомобиля, поскольку она связана с происхождением электроэнергии. Если электрогенератор работал за счёт ископаемых энергоресурсов, значит, выброс парниковых газов в атмосферу всего лишь передислоцировался и происходит не из выхлопной трубы автомобиля, а из труб теплоэлектростанции. Но объём этих выбросов в любом случае гораздо меньше, чем у двигателя внутреннего сгорания. Клаус Дитер Маубах (Klaus Dieter Maubach), глава энергетической компании «Eon-Energie», которая совместно с «Фольксвагеном» участвует в разработке «Гольфа» с гибридным приводом, говорит:
Если бы вы сегодня, уже сегодня, эксплуатировали электромобиль, заряжая его от наших электростанций, то на каждый километр пробега приходилась бы эмиссия в 90 граммов углекислого газа. Тем самым мы нашу общую цель – снижение выбросов СО2 до 120-ти граммов на километр пробега – не только достигли бы, но и превзошли. Мы же планируем довести этот показатель и вовсе до 60-ти граммов на километр.
Дело в том, что компания «Eon-Energie» планирует осуществлять зарядку электромобилей преимущественно за счёт электроэнергии, полученная из альтернативных источников. Примечательно и ещё одно перспективное техническое решение, предложенное энергетиками: когда гибридных и чисто электрических автомобилей станет много – а в Германии, по прогнозам, к 2020-му году их количество составит около миллиона штук, – их можно будет использовать в качестве децентрализованного аккумулятора, накопителя электроэнергии. Эта проблема особенно актуальна для энергии, добываемой из альтернативных источников, поскольку там её количество подвержено значительным и совершенно непредсказуемым колебаниям: то ветер только что крыши не сносит, то полный штиль. Клаус Дитер Маубах говорит:
Непостоянству, присущему ветроэнергетике, мы впервые сможем противопоставить аккумулятор огромной ёмкости, но состоять он будет из рассредоточенных по всей стране миллионов автомобильных аккумуляторов, децентрализованно подключённых к нашим сетям.
Для этого придётся переоборудовать всё электрохозяйство страны, заменив в каждом доме традиционные механические счётчики новыми цифровыми на базе микропроцессоров. Но это – дело будущего. Пока же в Берлине, а также в Вольфсбурге, где расположен головной офис концерна «Фольксваген», 20 «Гольфов» с гибридным электро-дизельным приводом будут проходить испытания в условиях реального города. На дальнейшую разработку этой машины в ближайшие 3 года предполагается потратить 45 миллионов евро. Самое главное – совершенствование аккумуляторных батарей: нынешние слишком тяжёлые (160 килограммов), недостаточно ёмкие (пробег в городе – 50 километров) и непомерно дорогие (10 тысяч евро, а приемлемой считается цена не выше 3-х тысяч евро). Серийный выпуск этой машины запланирован на 2015 год. Слишком поздно, полагают эксперты. Не исключено, что к тому времени у конкурентов уже будут более эффективные и чисто электрические приводы. Да и глава «Фольксвагена» Мартин Винтеркорн признаёт:
В отдалённой перспективе, мы тоже в этом уверены, будущее принадлежит электромобилю, заряжаемому от домашней розетки.
Вот только перспектива эта может оказаться не столь уж отдалённой: и «Дженерал моторз», и «Митсубиси», и «Фиат», и даже «Даймлер» со своим «Смартом» – все эти концерны намерены уже в 2010-м году выйти на рынок с электромобилями. Это стремление вполне понятно, поскольку сулит новый бум: ведь в Европе почти три четверти автовладельцев проезжают в день не более 40 километров, для таких поездок электромобиль – идеальное средство передвижения. При нынешних ценах на электроэнергию 100 километров пробега будут обходиться всего в 2 евро. Да и дефицита электроэнергии ожидать не приходится: если бы сегодня все автомобили Германии вдруг перешли на электропривод, потребность в электроэнергии возросла бы лишь на 6 процентов. Да что там говорить, американская фирма «Tesla Motors» в марте уже начала выпуск двухместного спортивного электромобиля: его мощность – 185 киловатт, максимальная скорость – 201 км/час, время разгона от 0 до 100 км/час – всего 4 секунды, максимальный пробег без подзарядки аккумулятора – 350 км. Если же гараж оборудован солнечными батареями, то этого тока машине достаточно, чтобы проезжать до 80-ти километров в день вообще без подключения к внешней электросети. В год фирма планирует выпускать 2 тысячи штук. Несмотря на цену в 109 тысяч долларов, спрос на машину велик: всё, что уже произведено и ещё будет произведено в текущем году, давно распродано, сейчас идёт предварительная запись на следующий год. Так что электромобиль – дело весьма перспективное и вполне реальное. Министр экологии Германии Зигмар Габриэль (Sigmar Gabriel) говорит:
Как сегодня вдоль улиц мы имеем парковочные автоматы, так в будущем там будут установлены розетки для зарядки электромобилей.
Впрочем, эксперты указывают на ещё одну, неожиданную, но серьёзную проблему. Она связана с беззвучностью электромобиля. Зигмар Габриэль сформулировал её так:
Конечно, все, кто котел бы избавиться от шума, радуются, но зато резко снижается уровень безопасности: пешеход не слышит, что приближается электромобиль. Над этим надо подумать.