В статье обрисована проблема охраны окружающей среды при эксплуатации автомобильного транспорта и обозначены возможные пути ее решения, обобщены сведения по эксплуатации гибридных силовых установок для автомобильного транспорта и обоснована необходимость их массового использования на городских автобусах до получения массового распространения технологии «топливных элементов».
Все расчетные и ездовые циклы задают скорость движения транспортного средства в каждый момент времени цикла (в зависимости от времени или пройденного расстояния) при движении по горизонтальной дороге В реальных условиях эксплоатации горизонтальных участков дорог мало, в большинстве случаев транспортное средство движется на спуск или на подъем. При движении на подъем скатывающая сила добавляется к силе сопротивления качения, сопротивления воздуха и при разгоне – силе инерции, при движении на спуск – вычитается из их суммы.
При совершенствования транспортных силовых установок одними из основных задач ставится снижение расхода топлива и токсичности выхлопных газов. Особенно остро эти задачи стоят на автомобильном транспорте, двигатели которых значительную часть времени работают с изменяющимися величинами частоты вращения и нагрузки, со значительно превышающие возможные величинами удельного расхода топлива и токсичности выхлопных газов в расчете на единицу транспортной работы.[1] (здесь и далее - ссылка по сноске размещена в конце статьи)
Сегодня, когда ясно, что геологические запасы нефти небезграничны и близки к исчерпанию, а количество автотехники стремительно растет, требуется не только кардинально снизить расход топлива и загрязнение окружающей среды, но и найти замену топливу нефтяного происхождения, чтобы оставить нефть для тех отраслей промышленности, где без нее нельзя обойтись.
В большинстве разработок вопросы охраны окружающей среды зачастую сводятся только к снижению токсичности выхлопных газах транспортных двигателей. Практически не разработана проблема оценки общего загрязнения окружающей среды в расчете на единицу транспортной работы, при использовании того или иного топлива «за весь цикл» (начиная от добычи сырья, при и его транспортировке и переработке, транспортировке готового топлива «до бака автомобиля» и заканчивая сжиганием топлива в двигателе). Не проводилась оценка количества потребленного кислорода в расчете на единицу транспортной работы при использовании того или иного топлива «за весь цикл».
Проблема снижения отрицательного воздействия на окружающую среду не может быть успешно решена только решением одного аспекта. Она должна решаться комплексно, поиском оптимального сочетания и, зачастую, компромиссов в решении отдельных аспектов.
Автомобильные двигатели непрестанно совершенствуются, и в результате удалось снизить токсичность выхлопных газов в несколько десятков раз, а расход топлива на несколько процентов. Совершенствование самих транспортных средств также позволило снизить расход топлива на несколько процентов.
При существующих сегодня техническом и технологическом уровнях развития промышленности возможна реализация нескольких решений, снижающих потребление топлива и/или позволяющих отказаться от топлива нефтяного происхождения, основными из которых являются:
- Переход на альтернативные топлива, (природный или полученный из бытовых отходов газ, спирты и растительные масла и их смеси с традиционным «нефтяным» топливом, твердое топливо для газогенераторных установок);
-Использование различных технологий прямого получения электроэнергии при окислении топлива в специальных реакторах («топливных элементах»);
- Развитие технологий гибридной силовой установки.
Использование альтернативных топлив требует относительно недорогого дооснащения автомобиля (в пределах до 6-10 % их стоимости), но требует создания топливной инфраструктуры соответствующей мощности. Создание инфраструктуры – мероприятие дорогостоящее и длительное, и пока автомобили, потребляющие альтернативные топлива, не будут широко распространены, создавать такую инфраструктуру не будет выгодно. Пока не будет обеспечена «шаговая» доступность заправочных станций, автомобили на альтернативных топливах не будут пользоваться спросом[2]. Кроме того, для максимального уменьшения затрат, желательно согласовывать темп создания инфраструктуры альтернативных топливных структур с ростом автомобильного парка и выработкой ресурса элементами традиционной топливной инфраструктуры.
Зарубежный опыт показал, что для успешного развития инфраструктуры альтернативных топлив необходима тщательно разработанная государственная программа стимулирования эксплоатации автомобилей, использующих альтернативные топлива и создания соответствующих топливных инфраструктур.
Большие резервы имеются в использовании газообразного топлива - сжиженного нефтяного (пропан-бутан) или компримированного природного (метан) газа запасы которых в России значительно превосходят запасы нефти.
Токсичность выхлопных газов при использовании природного газа в 3-5 раз ниже, ГСН – в 2-3 раза по сравнению с выхлопными газами жидкого нефтяного топлива на одном и том же двигателе. Аппаратура для использования природного газа удорожает транспортное средство на 3 - 8%, стоимость газа в расчете на транспортную работу в полтора раза меньше, чем нефтяного топлива и газовая аппаратура достаточно быстро окупается. Уже накоплен большой опыт эксплоатации автомобилей, потребляющих компримированный и сжиженный газы, но сеть заправочных станций еще недостаточно широко развита.
Топливные элементы (ТЭ) не требуют обязательного создания отдельной топливной инфраструктуры, так как могут использовать как традиционное топливо, так и практически любое альтернативное, и процесс создания инфраструктуры альтернативных топлив может быть растянут на любой экономически целесообразный срок. Полное окисление топлива в ТЭ обеспечивает предельно низкие уровни токсичности продуктов сгорания. Сегодня топливные элементы имеют высокую для широкого распространения стоимость, но, по мере развития технологии, их стоимость будет уменьшаться. Прогнозируется, что она снизится до приемлемой для широкого распространения, лет через 30-40.
Газогенераторные установки для использования твердого топлива не находят широкого применения из-за большого расхода топлива, трудоемкости его заготовки и загрузки. Однако вдали от сети заправочных станций они не имеют альтернативы. Токсичность выхлопных газов сравнима с токсичностью выхлопных газов природного газа, но потребление кислорода в 5-7 раз больше.
Исходя из сложившейся ситуации, сегодня требуется такое техническое решение, которое позволит, используя уже сложившуюся топливную инфраструктуру, дополнительно снизить расход традиционного топлива и общее количество выбрасываемых в окружающую среду токсичных веществ, по мере развития инфраструктуры альтернативных топлив, переходить на них с минимальными затратами, быть легко реализуемым на сегодняшнем техническом и технологическом уровнях развития производства и, желательно, иметь экономическую эффективность не хуже, чем у традиционных конструкций.
Сегодня одним из решений поставленной проблемы может быть гибридная силовая установка.
Оптимальный путь развития силовых установок для автотранспорта представляется следующим: создание гибридных силовых установок, использующих сложившуюся топливную инфраструктуру, постепенная модернизация топливной инфраструктуры (совершенствование традиционного топлива и растянутое на экономически целесообразный срок плановое развитие инфраструктуры альтернативных топлив), одновременная модернизация работающих и создание новых силовых установок на альтернативных топливах, параллельно с этим совершенствование технологии топливных элементов, и, когда использование топливных элементов станет экономически выгодным, перевод транспорта на топливные элементы. [3][4][5]
Гибридные силовые установки (ГСУ) позволят снизить в несколько раз загрязнение окружающей среды и потребление топлива на 25-40% по сравнению с аналогичными транспортными средствами традиционной конструкции при относительно небольших затратах путем ограничения диапазона работы двигателя по оборотам и нагрузкам наиболее оптимальными режимами и рекуперацией энергии при торможении.
ГСУ состоит из первичного двигателя – ДВС, одной или нескольких электромашин (работающих в генераторном и/или тяговых режимах), накопитель электроэнергии (аккумуляторные и/или конденсаторные батареи), системы управления, некоторые ГСУ содержат и механическую трансмиссию
Автомобили с ГСУ стали широко распространяться в конце 20 века, когда на рынок вышли Honda Insight и Toyota Prius, хотя с момента появления первых прототипов ГСУ к тому времени прошло почти 100 лет.
Первый автомобиль с силовой установкой "Mixte", в которой можно было усмотреть элементы гибридной - Lohner Coach Factory - был создан в 1901 году Фердинандом Порше на базе "Lohner-Porsche". Ведущие колеса приводил электродвигатель, питающийся от АКБ. Поскольку в то время аккумуляторы не могли обеспечить сколько-нибудь приемлемый пробег, на машине был установлен бензогенератор. Совершенная для своего времени аккумуляторная батарея весила 160 килограммов и могла выдавать мощность 5.22 кВт в течение 20 минут. Рекуперации энергии не было. Топливный бак вмещал 10 литров топлива, пробег на одной заправке составлял 50 км, максимальная скорость достигала рекордных тогда 50 км/ч. В одном из заездов автомобиль развил 56 км/ч, улучшив существовавший тогда рекорд скорости практически на 9 км/ч и в том же 1901 году конструктор, управляя своим автомобилем, выиграл серию ралли Exelberg. Намного опередивший свое время автомобиль был выпущен всего в нескольких экземплярах, и, будучи сложнее и дороже других автомобилей, надолго остался в истории только как технический курьез. [6]
Спустя полтора десятилетия, в 1915 году фирма Woods Motor Vehicle, производящая электромобили, выпустила "Dual Power" с ГСУ параллельной схемы. На скорости до 25 км/ч машину двигал электродвигатель, питающийся от аккумуляторной батареи. При превышении этой скорости или истощения запаса энергии в батареи запускался ДВС, мощность с которого передавалась на ведущие колеса механической трансмиссией. Для зарядки аккумуляторной батареи тяговый электродвигатель переводился в генераторный режим. Максимальная скорость составляла 55 км/ч. За три года было выпущено около 600 машин. Но и эти машины вскоре были надолго забыты. [7]
Только в 1960-х годах 20 века Виктор Воук (Victor Wouk), которого сейчас считают "крестным отцом гибридного автомобиля", разработал и построил несколько предсерийных прототипов ГСУ.[8] . Спустя еще 10 лет, в 1974 году, инженер Девид Арфурс (David Arthurs) создал автомобиль на базе Opel GT (полная масса 750 кг) с ГСУ, в которой было реализовано рекуперативное торможение (до того рекуперативное торможение использовалось только на проводном электротранспорте и электромобилях). Расход топлива первого образца составлял 3,14 л/100 км, и за два года его удалось снизить до 2,8 л/100 км[9].
В США в середине 1960-х годов началась разрабатываться и принятая в 1970 году «Федеральная программа по разработке и производству экологически чистых автомобилей» («Federal Clean Car Incentive Program») существенно повысила интерес к гибридным автомобилям. В рамках этой программы в 1972 был построен прототип с элекродвигателем мощностью 16 кВт.[10]
В 1989 году на базе переднеприводного Audi 100 Avant quattro был построен экспериментальный Audi 100 Avant Duo со съемной ГСУ параллельного типа, приводящей заднюю ось. ГСУ, состоящая из электродвигателя Siemens мощностью 16,8 кВт и никель-кадмиевой батареи, ощутимо увеличивала снаряженную массу и снижала динамичность, из-за чего «гибридная» версия имела меньший спрос, чем «негибридная». В 1991 году построили второе поколение Audi Duo – также на базе Audi 100 Avant quattro, но мощность электродвигателя была увеличена до 38 кВт. [11][12]
29 сентября 1993 года в США была принята программа «Партнерство для создания нового поколения машин» («Partnership for a New Generation of Vehicles» - PNGV), в рамках которой автопроизводители - Chrysler, Ford, General Motors, USCAR, Dodg и другие должны были начать сотрудничество[13].
В США всего за год – с середины 2002 года до середины 2003 количество машин с ГСУ увеличилось практически в полтора раза - с 32200 до 43400, четверть которых - 11400 – была зарегистрирована в штате Калифорния.
В Японии за семь лет - с конца 1997 по ноябрь 2004 в общей сложности было выпущено и продано автомобилей с ГСУ: Toyota 306’862, Honda 81’867.[14]
В 2004 году темп создания новых автомобилей с ГСУ и запуска их в производство резко вырос благодаря введению более строгих норм токсичности выхлопных газов и растущим ценам на топливо. Тогда же вышли на рынок Honda Insight и Тойота Prius,
Хонда в течение первых 11 месяцев 2004 года выпустила 26,773 автомобилей с ГСУ. В июне 2007 года Toyota выпустила гибридную версию Lexus "GS450h". В течение 2008 года автопроизводители Японии выпустили 12 новых моделей автомобилей с ГСУ против «не менее 14» планируемых годом ранее.[15] Большинство моделей с ГСУ были созданы на базе негибридных версий, экономия топлива гибридной версии по сравнению с обычной достигала 35-40%. Так, ходовая часть гибрида Хонда Civic идентична негибридной версии, расход топлива составляет 4,7 л/100 км.
В 2005 году Toyota объявила, что каждая модель будет выпускаться как с классическим (бензиновым или дизельным) двигателем, так и с ГСУ.
В 2003 году была разработана съемная ГСУ для Renault Kangoo. Короткие поездки автомобиль мог совершать в режиме электромобиля, аккумуляторы можно было заряжать от сети.[16][17] В 2005 был начат выпуск первого гибридного SUV - универсала повышенной вместимости - Ford Escape Hybrid.
Можно прогнозировать дальнейший рост интереса к «гибридным» технологиям по мере ужесточения требований к токсичности выхлопных газов.
К настоящему времени по гибридной технологии создается все больше транспортных средств. – от микролитражек[18] и даже мотоциклов[19] до тяжелых армейских грузовиков. В 2004 году грузовики с ГСУ были построены небольшими сериями на Mercedes Benz (Sprinter), Micro-Vett SPA (Daily Biоmodale) International Truck и Eaton Corp. в США[20]. Экспериментальные модели гибридных грузовиков создали Iveco в Европе и Engine Corp., Eaton Corp. FedEx в США. Для транспортных автомобилей армии США были разработаны дизельные ГСУ последовательного типа Future Combat System, Millenworks Light Utility Vehicle, International FTTS, модель HEMTT A3, и Shadow RST-V.[21]
В Нью-Йорке в 2005 году начали замену такси на гибридные. К 2007 году заменили всего 375 машин, в дальнейшем планировали заменять по 2500 машин ежегодно, но, в связи с мировым кризисом, планы едва выполнили на четверть. В Сан-Франциско планировали осуществить к 2008 году замену всего парка такси на гибридные машины, но до конца не выполнили.[22]. Впрочем, часть машин перевели на компримированный природный газ. [23]
Грузовые автомобили с ГСУ разрабатывались DAF Trucks, MAN AG совместно с MAN TGL Series, Nissan Motors и Renault Trucks с Renault Puncher, ZF Friedrichshafen. Больше всего грузовых автомобилей с дизельной ГСУ разработано в Японии. Первый грузовой автомобиль с дизель-электрической ГСУ последовательной схемы выпускался с 2006 года на Hino Motors (Филиал Toyota).[24] В середине 2005 года на Isuzu построили Elf Diesel Hybrid Truck, и несколько позднее International DuraStar Hybrid. В том же году выпустили дизель-электрический коммерческий грузовик Mitsubishi Fuso Canter Eco Hybrid.
На автомобилях с ГСУ могут устанавливаться как двигатели с принудительным воспламенением смеси, так и с воспламенением от сжатия. В качестве топлив могут применяться как нефтяные топлива, так и альтернативные. На легковых автомобилях в основном используют двигатели с принудительным воспламенением смеси, двигатели с самовоспламенением в основном используют на автобусах и грузовых автомобилях. Впрочем, на легковых автомобилях Peugeot (Peugeot 307) и Citroen (Citroën C4 Hybride HDi и Citroën C-Cactus) применен дизельный двигатель.[25] Возможно, в ближайшее время появится гибридная версия и Peugeot-308 с дизельным двигателем.[26]
ГСУ может использоваться не только для снижения расхода топлива, но и как бустерная система для временного увеличения мощности (актуально для автомобилей-перехватчиков дорожной полиции и автомобилей повышенной проходимости) или «встроенная» электростанция для привода оборудования. (актуально для машин аварийных служб).[27],[28],[29] ГСУ без серьезных изменений в конструкции «встает» на автомобили с электротрансмиссией, применяемой на многоосных сочлененных автопоездах повышенной проходимости.
Следует подчеркнуть, что основные цели создания ГСУ – снижение расхода топлива и уменьшение загрязнения окружающей среды. Но заметно уменьшить себестоимость перевозок приоритетной задачей никогда не ставилось. Автомобили с ГСУ, конечно, имеют меньший расход топлива и меньше загрязняют окружающую среду, но автомобиль с ГСУ изначально сам существенно дороже, требует более дорогого технического обслуживания, большего количества расходных частей и материалов и может окупить «гибридную переплату» в разнице стоимости только уменьшением стоимости израсходованного топлива за период эксплоатации.
По результатам исследований, проведенным в Европе, при среднестатистической эксплуатации практически все модели автомобилей с ГСУ, выпускаемые сегодня, могут окупить «гибридную переплату» за пяти-семи лет.[30] Срок эксплоатации машины, по истечении которого ее меняют, обычно не превышает пяти-шести лет. То есть автомобиль с ГСУ может окупиться только к концу срока эксплоатации. Согласно результатам исследований, проведенных в США, автомобили с ГСУ будут интересны потребителям, если будут окупать более высокую начальную стоимость и более дорогое техническое обслуживание за счет меньшего потребления топлива за период не более 4-5 лет.[31] Однако цены на топливо непостоянны и прогнозировать период окупаемости сложно.
По мировому опыту, суммарная стоимость эксплоатации автобусов (без учета их начальной стоимости) – традиционных с дизельной силовой установкой и с дизельной ГСУ ставится одинаковой для парка примерно в 500-550 машин. При меньшем количестве машин более дешевыми в эксплуатации будут автобусы с дизельной силовой установкой, при большем – с гибридной.
Экономические выгоды от эксплоатации транспортных средств с ГСУ минимальны и практически не могут быть интересны на фоне значительно больших начальных затрат. Одной пропаганды (сохранения окружающей среды, престижности ездить именно на автомобиле с ГСУ и пр.) недостаточно, чтобы побудить интерес населения к автомобилям с ГСУ. Если не проводить политики, поощряющей эксплуатирование гибридов, то, в ряде случаев, они не смогут окупить «гибридную переплату», что приведет к снижению спроса.[32],[33] Поэтому в экономически развитых странах разрабатываются и принимаются на уровне государственных программы по стимулированию приобретения и эксплоатации гибридных машин.
В Канаде при покупке легкового автомобиля с расходом топлива не более 6.5 л/100 км или грузового автомобиля с расходом топлива не более 8.3 л/100 км выплачивается государственная дотация в размере до $2,000. Автомобили с ГСУ облагаются меньшим, по сравнению с обычными, налогом, для них введен специальный «зеленый» номерной знак, который освобождает от оплаты на парковках в центрах городов, разрешает проезд по полосам, выделенным для общественного транспорта, и занимать места «во второй очереди» на парковках у магазинов (места «в первой очереди выделены для инвалидов, для всех остальных – «в третьей очереди). [34][35][36]
В Колумбии налог на приобретение автомобиля с ГСУ до 01 апреля 2011 года был снижен на величину вплоть до эквивалента $2000 по сравнению с налогом на приобретение аналогичного автомобиля с обычной силовой установкой.
В Исландии с 30 марта 2004 года при приобретении или аренде любых машин с ГСУ можно получить скидку до $3,000.[37]
В Ирландии можно получить скидку до 25% стоимости автомобиля (оплачивает государство) и снижение налога на автомобиль до 50% по сравнению с негибридным.
В Нидерландах суммарная величина снижения налога и субсидии на приобретение автомобиля может достигать эквивалента $6,000.
В Швеции при приобретении гибрида физические лица могут получить субсидию в размере, эквивалентном $1600 и снижение налога на 40% для автомобилей с ГСУ и на 20% для других «экологичных» автомобилей.[38]
В Англии налог рассчитывается исходя из общей токсичности выхлопных газов и на автомобили с ГСУ он самый низкий. Кроме того, для автомобилей с ГСУ въезд в центр городов, в том числе Лондона, бесплатный.[39]
В США, в зависимости от штата, при приобретении автомобиля с ГСУ можно получить налоговый вычет в размере до $3,400. В нескольких государственных субъектах (на 2009 год Нью-Йорк, Калифорния, Вирджиния и Флорида) на ряде магистралей выделены полосы для гибридных автомобилей.[40] Кроме того, в Калифорнии гибридные автомобили не проверяют на токсичность выхлопных газов. В Лос-Анжелесе, Сан-Хосе и нескольких других (штат Калифорния) на парковках с гибридных автомобилей не взимается плата. В нескольких штатах предусмотрена статья бюджета, (первыми ее ввели в Калифорнии) из которой транспортные предприятия получают дотации на приобретение и эксплоатацию автобусов с ГСУ.
В Канаде действует программа "Автомобильное Небо", разработанная для ускорения замены старых, "грязных" машин. При покупке новой машины и одновременной сдачи старой («трейд-ин») дополнительно выдается сертификат на $1000.
Если обобщить мировой опыт создания и эксплоатации автомобилей с ГСУ, можно выделить их существенные особенности:
-· как правило, при последовательной или последовательно-параллельной схеме первичный двигатель имеет меньшие размеры и мощность;
-· возможно задавать двигателю режимы работы с минимальным количеством токсичных веществ в выхлопных газах, на режимах минимального расхода топлива, поскольку режим работы двигателя ГСУ не зависит напрямую от параметров движения (скорости, количества пассажиров в салоне и уклона дороги);
-· возможность выключать первичный двигатель в ряде режимов движения (при подъезде к остановке, во время остановки и отезде от нее, при движении в тоннелях и «зеленых зонах и др);
-· силовая характеристика тяговых электродвигателей позволяет отказаться от коробок передач;
-· возможность рекуперации энергии при торможении;
-· меньшее использование и, соответственно, больший срок службы тормозных механизмов;
-· меньший расход топлива в следствии ограничения диапазона работы двигателя по частоте вращения и нагрузке наиболее оптимальными и рекуперацией энергии при замедлениях (хотя встречаются сообщения о уменьшении расхода топлива у экспериментальных образцов до 50 и даже 60%, на подавляющем большинстве запущенных в серийное производство моделей уменьшение расхода топлива составляет до 25-30%, редко до 40% со сравнению с негибридной аналогичной по пассажировмести моделью);
-· меньшие загрязнения атмосферы;
-· высокая эффективность работы при движении с частыми остановками и разгонами, причем, чем больше замедлений с рекуперацией на единицу пути, тем, по сравнению с обычной силовой установкой, эффективность выше; [41]
-· меньший уровень шума при работе (однако уменьшение шума нельзя однозначно считать положительным фактором, поскольку автомобиль становится менее заметным на дороге);
· меньший расход топлива делает менее существенным влияние изменения стоимости топлива на себестоимость перевозок, и, как следствие, большую стабильность в планировании себестоимости перевозок;
-· уменьшается отношение времени, затраченного на заправку автомобиля топливом ко времени работы автомобиля на заправленном топливе при одном и том же топливном баке, уменьшается себестоимость доставки топлива «в бак автомобиля» в расчете на единицу транспортной работы автомобиля;
Автомобилям с ГСУ присущи и недостатки.
Прежде всего, они в полтора-два раза дороже, и существенная часть удорожания обусловлена стоимостью накопителя. Ресурс некоторых типов накопителей ограничен, их так же придется регулярно менять, а стоимость накопителя распределять на стоимость перевозок за срок службы. Батареи, чувствительные к замерзанию или перегреву, могут потребовать подогрева или охлаждения, что повлечет затраты энергии и снизит эффективность. При длительных режимах работы с постоянной нагрузкой эффективность работы ГСУ снижается и может быть меньше, чем у традиционных конструкций. ГСУ состоит из большого количества электрических и электронных систем и требует дорогостоящего техобслуживания и контрольно-диагностического оборудования. Глубина луж или снежного покрова ограничивает движение гибридных автомобилей сильнее, чем обычных.
Существенной, но успешно решаемой проблемой является утилизация и переработка отслуживших батарей. Так, Toyota и Honda еще в 2006 году, через два года после начала массового выпуска гибридов, объявили о готовности к полной переработке батарей и выкупают их для переработки.[42]. Практически прекращено использование опасных для окружающей среды, с небольшим ресурсом и сложно перерабатываемых NiMH батарей «первого поколения». Все шире используются менее опасные для окружающей среды (но более дорогие) никель-кадмиевые. Мощности перерабатывающих производств наращивают с опережением роста количества перерабатываемых батарей, что исключает нанесение вреда окружающей среде при хранении батарей для переработки.
Массовое изготовление гибридов повлечет не только экономические, но и политические проблемы. Уже сейчас под пристальным вниманием мирового сообщества находятся страны, на территории которых имеются значительные запасы полезных ископаемых, необходимых для производства накопителей. Список стран, в которых планируется добывать полезные ископаемые силами "мирового сообщества" возглавляют Афганистан и страны ЮАР. [43][44][45][46]
Гибридная силовая установка работает тем эффективнее, чем больше на единицу пути совершается разгонов и замедлений. За городом, при длительном движении с постоянной скоростью, использовать ее неэффективно. Максимальную эффективность ГСУ покажет на городских автобусах, проходящих от остановки до остановки всего несколько сотен метров.
Автобусы с ГСУ стали массовыми после появления батарей с высокой емкостью и относительно малым весом. Конструктивная схема всех созданных автобусов с ГСУ практически одинаковая.
В подавляющем большинстве случаев выбирается дизельный двигатель, как правило, наддувный, реже – атмосферный, из-за меньших значений удельного расхода топлива. Значительно реже устанавливали двигатель с принудительным воспламенением. Обычно применяется подходящий серийно выпускаемый двигатель, что резко снижает стоимость разработки и изготовления, но на нескольких автобусах с ГСУ устанавливали специально разработанный. Ряд проектов предлагает «кит-комплект» ГСУ, который может устанавливаться на любой автобус, подходящий по массовым и габаритным характеристикам.
ГСУ автобусов показали себя надежными машинами, ни в чем не уступающими дизельным. В Коннектикутском Университете были проведены сравнительные испытания двух автобусов с ГСУ и двух обычных дизельных автобусов одинаковой вместимости и полной массы при движении в одном и том же дорожном цикле. В ходе испытаний измерялась токсичность выхлопных газов. В выхлопных газах в процентном отношении: количество сажи у автобусов с ГСУ и у обычных дизельных было практически одинаковое, а количество окислов азота (NOx) и окиси углерода (СО) у автобусов с ГСУ было значительно ниже. Так как автобус с ГСУ, «произвел» меньше выхлопных газов на единицу работы, то, следовательно, он значительно «чище» дизельного.
По результатам испытаний, в выхлопных газах ГСУ с двигателем с принудительным воспламенением содержится меньше сажи и окислов азота (в расчете на единицу работы), но они имеют и меньшие показатели снижения расхода топлива[47].
Надо отметить, что порядок проведения испытаний автобусов еще полностью не регламентирован, результаты зависят от методики проведения и могут сильно различаться. Так, уменьшение расхода топлива, по результатам испытаний, проведенных по заказу департамента транспорта г. Коннетикут (Connecticut Department of Transportation), составляет 10-35%, а проведенных National Renewable Energy Laboratory (NREL), вдвое больше - от 25 до 50 %.[48]
Возможно, что в самое ближайшее время грузовые автомобили и автобусы с ГСУ догонят легковые по количеству. Ведь для тяжёлого транспорта, работающего целый день с многочисленными остановками, применение гибридной силовой установки оказывается ещё более выгодным.[49]
Не стоит сбрасывать со счетов то, что технологии, используемые при создании гибридных машин, часто оказываются на «перекрестках» различных отраслей и задают новые направления развития существующим технологиям.
Значительно снизить количество загрязнений, выбрасываемых в окружающую среду автомобилями, можно и менее затратными методами. Так, по оценкам, произведенным в Канаде в 2005-2006 годах, новые автомобили (которых около 7%), «выдали» чуть больше 1% загрязнений, «поставленных» автотранспортом, В 2005 году только что сошедший с конвейера автомобиль загрязнял окружающую среду в 37 раз меньше, чем сопоставимый с ним (по полной массе и мощности двигателя) автомобиль 1985 года выпуска. Проблема замены старых автомобилей может решаться опять же на государственном уровне – повышением налогов на старые, «грязные» автомобили и субсидирование из собранных средств приобретение новых.
Существуют технические решения, которые можно применить и на обычных автомобилях, и на гибридных. Так, отключение подачи топлива в часть цилиндров при низких нагрузках снижает расход топлива до 12%, в ряде случаев до 40%, уменьшает количество окислов азота на величину до 30%, сажи до 65-70%, оксида углерода – до 25-30%.
В 2007 несколько автопроизводителей начали выпуск «неполных» гибридных автомобилей, (терминология еще не устоялась) в них были применены только некоторые элементы «гибридной» технологии.[50][51] Так, энергия, выработанная рекуперативным электротормозом (часто используется штатный генератор, только большей мощности, приводимый при торможении от трансмиссии) запасается в аккумуляторной батарее, привод генератора от двигателя включается только при необходимости, двигатель выключается при остановке машины и снова пускается перед началом движения - система "стоп-старт", (двигатель глушится при полной остановке при нажатой педали тормоза и пускается при отпускании педали тормоза). Такие решения незначительно увеличивают стоимость, но и незначительно уменьшают расход топлива.[52]
[1] http://www.gwmg.ca/pdf/Insinger_Report.pdf
[2] http://www.fueleconomy.gov/feg/hybrid_sbs_cars.shtml Compare hybrid cars
[3] [http://luminatechnologies.org/luminaaco.html
[4] http://www.autonews.com/apps/pbcs.dll/article?AID=/20070416/REG/ 70416014/-1
[5] http://www.wfs.org/futcontja07.htm WFS Energy Diversity as a Business Imperative
[6] Georgano N., Beaulieu Encyclopedia of the Automobile, London, HMSO, 2000, ISBN 1-57958-293-1
[7] http://pr.caltech.edu/periodicals/EandS/articles/LXVII3/wouk.html
[8] http://www.fuelcellsworks.com/Supppage1855.html
[9] при переводе величин использовались величины: миля (США) = 1609.343 км, галлон (США) = 3,785 л.
[10] http://www.hybridcars.com/epa-numbers/hybrids-and-the-epa-fuel-economy-controversy.html
[11] http://www.audi.com/audi/com/en2/about_audi_ag/news/press_echo/ Audi_Q7_hybrid___making_a_clean_start.html
[12] http://www.audi.com/cr/about_audi_ag/company_perspective/design /studies/q7_hybrid_concept/hybrid_history.html
[13] http://www.ncseonline.org/NLE/CRSreports/energy/eng-9.cfm
[14] http://www.fedex.com/us/about/responsibility/environment/ hybridelectri cvehicle.html
[15] http://www6.lexisnexis.com/publisher/EndUser?Action=UserDisplayFull Document&org=LexisNexis Publisher
[16] http://www.go-ev.com/EMIS.html
[17] http://www.hybridcenter.org/hybrid-center-how-hybrid-cars-work-under-the-hood-2.html
[18] http://www.ecycle.com/hybrid.html
[19] http://www.hybrid-vehicles.net/ecycle-hybrid-motorcycles.htm
[20] http://www.greencarcongress.com/2007/10/fedex-to-launch.html
[21] http://www.army-guide.com/
[22] http://www.politicalaffairs.net/article/articleview/5575/1/32/ Some Big Apple Taxis to Go Green]
[23] http://english.epochtimes.com/news/5-11-11/34504.html]
[24] http://www.fedex.com/us/about/responsibility/environment/hybri delectricvehicle.html About FedEx Hybrid Electric Vehicle in the USA]
[25] http://www.psa-peugeot-citroen.com/document/presse_ communique/CP_hybride_HDI_GB11387050 79.pdf
[26] http://www.autoexpress.co.uk/news/autoexpressnews/207600/ Autoexpress on diesel-electric Peugeot 308
[27] [http://www.businessweek.com/technology/con tent/sep2005/tc20050920_8040_tc_217.htm
[28] http://www.msnbc.msn.com/id/19049079/
[29] [http://news.nationalgeographic.com/news/2005/08/0808_050808_hybrid _cars.html
[30] по данным анализа, проведенного Intellichoice.com в январе 2007
[31] "Consumer Reports" опубликовал статью в April 2006
[32] http://www6.lexisnexis.com/publisher/EndUser?Action=UserDisplayFullDocument&o gId=10=l:618716736
[33] http://greenprophet.com/2008/02/19/hybrid-cab-fleet/ Israel Mulls Hybrid Taxis]
[34] http://www.tc.gc.ca/programs/environment/ecotransport/ ecoauto.htm
[35] http://www.trd.fin.gov.on.ca/userfiles/HTML/cma_3_6551_1.html
[36] http://www.canada.com/ottawacitizen/news/story.html?id=8?Ontario to offer perks for drivers who go green
[37] http://www.gov.pe.ca/infopei/index.php3?number=1017738&lang=E
[38] http://www.vv.se/templates/page3____21927.aspx Eco car subsidy
[39] [http://www.cclondon.com/exemptions.shtml Discounts and exemptions | Transport for London] ]
[40] http://www.virginiadot.org/comtravel/hov-rulesfaq.asp
[41] http://www.fti-cvt.com/hybrid_vehicles_.htm Folsom Technologies, Inc. Hybrid Hydraulic, Hybrid Electric, and CVT technologies]
[42] http://www.greencarcongress.com/2007/10/fedex-to-launch.html FedEx to Launch Commercial Hybrid-Electric Vans from Iveco in Europe][43] http://theanchorhouse.com/2008/03/
[44]. Reuters Latest News. 8 Ноября 2007, G, Nishiyama. "Япония предлагает Китаю снизить поставку редкоземельных металлов."
[45] http://pubs.usgs.gov/fs/2002/fs087-02/fs087-02.pdf
[46] http://www.gwmg.ca/pdf/Insinger_Report.pdf
[47] http://www.startribune.com/19474989.html "Looking for a hybrid? Prepare for a long wait" to obtain one
[48] С сайта NREL.org
[49] http://www.spectrum.ieee.org/jan07/4848
[50] http://editorial.autos.msn.com/article.aspx?cp-documentid=434544
[51] http://www.fueleconomy.gov Fuel Economy
[52] http://www.fueleconomy.gov/feg/tax_hybrid_old.shtml
Автор - Федцов Валерий Владимирович, МГМУ «МАМИ», аспирант