Пройдет немало времени, пока машины с «нулевым выхлопом» – например, водородомобили – окончательно вытеснят предков с бензиновыми и дизельными моторами. А пока выпускают продукты переходного периода – так называемые гибриды. В паре с двигателем внутреннего сгорания работает электромотор: он дает прибавку мощности и крутящего момента, помогает экономить топливо и существенно улучшает экологические показатели.
Число таких моделей растет. В нашей виртуальной дуэли сошлись два основоположника гибридного движения. «Тойота Приус» живет уже во втором поколении – первая версия дебютировала в 1997 году, став пионером серийной гибридизации в мире.
Двумя годами позже вышла «Хонда Инсайт». Концепции японских машин в общем сходные, но реализованы по-разному.
В ЦАРСТВЕ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Полуторалитровый бензиновый двигатель «Тойоты», разработанный специально для «Приуса», действует по циклу Аткинсона. Геометрическая степень сжатия 13,5 по сравнению со многими двигателями с традиционным циклом Отто очень высокая. Чтобы не допустить разрушительной детонации, впускной клапан закрывают значительно позже нижней мертвой точки, «выплевывая» часть свежего заряда обратно во впускной коллектор. Получается, что для сжатия смеси поршень использует только часть своего хода, а на такте расширения – весь. Это выгодно с точки зрения полноты сгорания смеси и позволяет получить лучшие экологические показатели и экономичность.
Фазы газораспределения регулирует известная по другим моторам «Тойоты» система VVT. Блок управления в зависимости от нагрузки и оборотов рассчитывает оптимальное время открытия и закрытия клапанов и отдает команду гидравлическим поворотным устройствам, вращающим распредвалы. Для двигателя «Приуса» конструкторы максимально облегчили поршни, подобрали пружины клапанов с оптимальной жесткостью, установили систему выпуска с минимальным противодавлением. Большинство конструктивных решений, конечно, перешло от предшественника – мотора первого поколения. Новым двигателем управляет компьютер с 32-битным процессором.
«Хонда», разрабатывая мотор для «Инсайта», также ставила во главу угла экономию топлива и экологию. Конструкторы постарались не только изыскать высокотехнологичные материалы, дабы снизить общий вес агрегата и потери на трение, но и сократить количество деталей. Например, многоклапанная конструкция (по четыре на цилиндр) обходится одним распредвалом в постели головки блока. Кстати, для снижения трения на коромыслах установили ролики, а на юбки поршней нанесли антифрикционное покрытие. Разработчики заявляют, что таким образом потери мощности удалось сократить на 30%. Для облегчения конструкции масляный картер, а также корпуса блоков управления изготовили из магниевого сплава, который примерно на треть легче алюминиевого. Некоторые детали двигателя, в частности впускной коллектор и крышка головки блока, сделаны из композитных материалов.
Динамические характеристики двигателя «Хонды» улучшает система регулировки фаз VTEC. Реализовать «в железе» многие любопытные решения заставила и экология. Например, выпускной коллектор объединен с головкой блока. Отработавшие газы быстрее прогревают нейтрализатор, а значит, при холодном пуске вредные выбросы меньше загрязняют атмосферу. Неразборная конструкция позволила выиграть и в весе. Кроме того, для экономии топлива на режимах малой и средней мощности двигатель работает на обедненных смесях, при сгорании которых выделяются окислы азота. Улавливать их – дело дополнительного NOx-нейтрализатора.
ПЛЮС КИЛОВАТТЫ
Бензиновый двигатель мощностью 57 кВт в одиночку не смог бы обеспечить достойные динамические характеристики «Приуса». В паре с ним работает 50-киловаттный электромотор переменного тока. В отличие от гибридной установки первого поколения, здесь электрический двигатель играет уже не вспомогательную, а главенствующую роль. Автомобиль трогается на электротяге даже при довольно динамичном разгоне. Бензиновый агрегат вступает в работу намного позже. При средних скоростях и на некоторых режимах – в основном, когда двигатель внутреннего сгорания работает в неоптимальном диапазоне оборотов, электромотор также берет на себя основную нагрузку.
Любопытно, что водитель, нажав кнопку EV (Electric Vehicle – электрический автомобиль) на панели приборов, может задать режим, при котором двигатель внутреннего сгорания вообще не включится. С полностью заряженными аккумуляторами «Приус» проезжает лишь «на электричестве» до 2 км со скоростью не более 50 км/ч.
Коробки передач как таковой у гибридной «Тойоты» нет. Электрический и бензиновый двигатели, а также стартер-генератор соединены планетарной передачей, момент от которой через редуктор (отношение 4,11:1) идет на колеса. Согласовывает работу трансмиссии управляющий блок, отдавая команды исполнительным механизмам планетарной передачи, подтормаживающим нужные шестерни.
«Хонда» придерживается иной схемы. Электромотор мощностью 7 кВт лишь помогает двигателю внутреннего сгорания и в одиночку не работает. Как и у «Приуса», на остановках бензиновый мотор глохнет, не растрачивая понапрасну топливо и не загрязняя атмосферу. Чтобы его пустить, достаточно выжать сцепление и включить первую передачу.
Бесщеточный электромотор переменного тока у «Хонды» компактнее и легче «тойотовского». Узкий 60-миллиметровый корпус установлен между двигателем и коробкой передач (на выбор – механическая пятиступенчатая или вариатор). На разгоне электромотор подкручивает коленвал, а при торможении действует как генератор, преобразуя механическую энергию в электрическую и отдавая ток металлогидридной батарее, расположенной в полу за сиденьями. По емкости и габаритам она меньше, чем у «Приуса». Но ведь электродвигатель «Тойоты» в несколько раз мощнее. Зато, в отличие от «Приуса», при выходе из строя электромотора на «Инсайте» можно ехать на бензиновом двигателе.
ПОВАЛЬНАЯ ЭКОНОМИЯ
Одна из основных задач, которую ставили перед собой разработчики гибридов, – сделать авто ни по внешнему виду, ни по динамическим качествам не отличающимся от «нормальных» машин. Гибрид должен выделяться дружелюбием к окружающей среде и скромным расходом топлива. По расчетам «Хонды», на долю гибридного агрегата приходится примерно 65% сэкономленного бензина. А где остальные 35%?
Разработчики «Инсайта» старались максимально облегчить машину. Снять лишние килограммы смогли не только с компактного силового агрегата. Двухместный кузов – алюминиевый, за исключением некоторых деталей из почти невесомых композитных материалов. Стальное «платье» оказалось бы почти на 40% тяжелее.
Инженеры «Тойоты» тоже понимали: лишний вес – напрасно потерянные литры бензина. Поэтому «гибридным» сделали и кузов из высокопрочных облегченных стальных, алюминиевых и композитных деталей. Конечно, феноменальных результатов «Хонды» «Тойоте» достигнуть не удалось. Однако не стоит забывать, что «Инсайт» меньше, да и в салоне всего два места, а в «Приусе» усядутся пятеро.
При разработке кузовов, естественно, огромное внимание уделили аэродинамике. «Облизали» все, что можно, а днища автомобилей сделали абсолютно плоскими. На «Инсайте» даже закрыли задние колеса щитками. Результат: Сx «Хонды» – 0,25, «Тойоты» – 0,26.
Сэкономить бензин помогают узкие шины с низким сопротивлением качению. Особенно необычен размер «обуви» «Приуса». Усилители рулевого управления гибридов – электрические. Они не забирают у двигателя лишние силы и не растрачивают вхолостую драгоценное топливо. По этой же причине компрессор кондиционера «Приуса» тоже приводится электромотором.
Пора подводить итоги первого этапа гибридизации. С технической точки зрения «Тойота» интереснее. Недаром при разработке первого «Приуса» было выдано 300 патентов, а второго – 530. Некоторые крупные фирмы уже купили у «Тойоты» лицензии. «Хонда» сильна в другом – «гибридные» компоненты более компактны и легки.
Обе концепции жизнеспособны. Выпуск «приусов» растет, а «Хонда» делает уже несколько моделей с гибридными установками. Очевидно, союз электричества и бензина будет крепнуть. А объем топливного бака станет интересовать нас не больше, чем емкость аккумуляторных батарей.
