Электросиловая установка с бензиновым мотором – будущее автомобиля?

3 апреля 2025

Возможно, гибридные силовые установки с сочетанием бензинового ДВС и электромотора станут стратегией будущего

В 1966 году компания General Motors построила Chevrolet Electrovair II – электрическую версию заднемоторного седана Chevrolet Corvair (у нас более известного благодаря писателю Ральфу Нейдеру как «Опасен на любой скорости» – авт.), оснащенную новейшими технологиями из аэрокосмической и электронной промышленности.

Ускорение электромобиля почти соответствовало 110-сильному бензиновому Corvair, но без шума и вибрации, присущих двигателю внутреннего сгорания.

Тем не менее, Electrovair II не хватало запаса хода и быстроты заправки своего бензинового собрата.

В рекламном видеоролике закадровый голос говорит: «Electrovair II может проехать всего 40–80 миль [64–129 км] в зависимости от того, как вы им управляете, прежде чем его серебряно-цинковые батареи придется подзаряжать. Подзарядка занимает почти шесть часов. Очевидно, что для создания практичного автомобиля необходимо найти лучшую батарею, но Electrovair II впервые продемонстрировал, какими могут быть [ездовые] характеристики электромобиля, когда будет найден этот лучший источник энергии».

Шесть десятилетий спустя ученые все еще ищут лучшую батарею – такую, которая заряжается так же быстро, как раздаточная колонка заполняет бензобак, и обеспечивает транспортному средству пробег более 350 миль (563 км) до подзарядки.

Поскольку ведущее американский автомобильный журнал Automotive News отмечает свой 100-летний юбилей, он предложил обзор этой темы как с исторической, так и с футуристической точки зрения.

В этом выпуске рассмотрено будущее силовых агрегатов.

Двигатели внутреннего сгорания по-прежнему правят
Попытка заменить бензин в качестве основного топлива для автомобилей так же стара, как и сам автомобиль.

В качестве замены рассматривались пар, газовые турбины (ГТД), которые могли бы работать на чем угодно, от жира для фритюра до духов «Шанель №5», водорода и природного газа.

До недавнего времени именно электромобили на аккумуляторах (BEV) казались преемниками.

Однако поток заявлений от различных автопроизводителей в последние годы о том, что они не будут вкладывать значительные средства в новые двигатели внутреннего сгорания, превратился в ложную тревогу для тех, кому нравится рев и вибрация от нажатия на педаль газа.

Компания Toyota Motor, например, работает над повышением тепловой эффективности (КПД) своих двигателей, что повышает экономию топлива и снижает выбросы CO₂ за счет преобразования большего количества тепла, выделяемого в процессе сгорания, в полезную работу.

Например, двигатели Dynamic Force от Toyota могут достигать КПД в 41%.

Большинство двигателей внутреннего сгорания работают с эффективностью около 30%в. (По данным Министерства энергетики США, электромобили показывают КПД диапазоне ~70%).

Немецкий Porsche планирует SUV с двигателем внутреннего сгорания, который может стать заменой его бензиновому кроссоверу Macan, поскольку автопроизводитель увеличивает инвестиции в бензиновые модели на фоне более медленных, чем ожидалось, продаж электромобилей.

Компания Mercedes-Benz заявила в текущем году, что разрабатывает новый двигатель внутреннего сгорания в ответ на свои вялые продажи электромобилей.

Двойная мощность
Но даже когда автопроизводители начинают инвестировать в новые ДВС, они также ищут способы объединить электричество с бензиновыми двигателями.

Директор передовой исследовательской лаборатории двигателей в Университете Кеттеринга во Флинте (штат Мичиган) Грег Дэвис сказал: «Я считаю, что наиболее экономически эффективный выигрыш может быть получен за счет изменения работы двигателя внутреннего сгорания с помощью электрификации».

Он подчеркнул: «Двигатели внутреннего сгорания не имеют широких областей высокой эффективности [т.е. не выдают высокого КПД на переменных режимах], поэтому их объединение с электроприводами в гибридных электромобилях – отличный способ ограничить использование двигателя рабочими областями с более высокой эффективностью».

Ранние гибриды (HEV) Toyota Prius и Honda Insight стали первым шагом в этом направлении (на фото выше).

Они использовали электричество для старта с места – важная часть цикла вождения, которая требует наибольшей мощности, а затем передавали управление бензиновому двигателю.

То, что может возникнуть, по крайней мере, на некоторых мировых рынках – это постоянный союз бензиновых двигателей и электродвигателей.

Гибриды с увеличенным запасом хода (RHEV)
Даже самые ранние изобретатели автомобиля, включая самого Фердинанда Порше, осознавали преимущества электрификации бензиновой силовой установки.

Так, в начале 1900-х Порше установил электрические двигатели в ступицах передних колес в автомобиль под маркой Lohner-Porsche.

Эта машина дебютировала в 1900 году на Всемирной выставке в Париже. Но чрезмерный вес 80-вольтовых свинцово-кислотных аккумуляторов и электродвигателей серьезно ограничивал запас хода.

В своем следующем автомобиле, Mixte, Порше добавил бензиновый двигатель для питания генератора для подзарядки аккумуляторов.

Современная реплика гибрида Lohner-Porsche «Semper Vivus» 1901 года

Это был первый гибрид с увеличенным до 200 км запасом хода.

Перемотаем на 125 лет вперед, и бензиново-электрическая силовая установка с увеличенным запасом хода, которую впервые применила Porsche, находится на пороге возвращения.

В этом году Ram запускает пикап 1500 Ramcharger с увеличенным запасом хода (фото его шасси на заставке).

Возрожденный бренд Scout планирует предложить расширитель запаса хода для своих внедорожников и пикапов.

Генеральный директор Ford Джим Фарли заявил, что «расширитель запаса хода» для внедорожников и пикапов компании появится в 2027 году.

Двигатель e-Power от Nissan, используемый в электромобиле с увеличенным запасом хода, продаваемом за рубежом, достигает 50-процентной тепловой эффективности и будет запущен в американских версиях кроссовера Rogue в 2026 году.

Mazda и Subaru также работают над новым поколением двигателей, специально предназначенных для гибридных силовых установок.

А подразделение AMG компании Mercedes-Benz работает над «высокоэлектрифицированным» V8.

Дэвис считает, что мы увидим электродвигатели, не просто прикрученные к бензиновому двигателю, но и интегрированные в его конструкцию.

Он сказал: «Это также позволяет использовать двигатели с меньшим рабочим объемом, что снижает затраты, поскольку мощность двигателя может быть объединена с электрической мощностью в ситуациях кратковременного высокого спроса».

Не стоит исключать электромобили
Тем не менее, электромобили остаются серьезным конкурентом для доминирования традиционных двигателей внутреннего сгорания, т.е. ICE.

По данным S&P Global Mobility, электромобили пока что составили 8% от числа регистраций новых транспортных средств в США в 2024 году, или 1,28 млн транспортных средств, что на 11% больше, чем в 2023-м, и превзошло 2,5-процентный рост продаж всех легковых автомобилей в прошлом году.

Все эти транспортные средства используют различные конфигурации литий-ионных аккумуляторов.

Для большинства моделей АКБ обеспечивают запас хода не менее 250 миль (402 км), зарядку от скоростных чарджеров за 45–60 минут и низкоскосростную домашнюю зарядку в течение ночи.

Два новых типа аккумуляторов – натрий-ионные и твердотельные, имеют потенциал для замены сегодняшних литий-ионных элементов на большинстве электромобилей, позволяя им достигнуть, наконец, удобства эксплуатации ICE, т.е. обычных авто с ДВС.

Натрий-ионные аккумуляторы могут стать менее дорогими в производстве, поскольку сырье, которое они используют, широко распространено и относительно дешево.

Однако меньшая плотность по удельной мощности и более короткий срок службы остаются двумя основными проблемами этого типа аккумулятора, над которым сейчас работают инженеры-электротехники.

Твердотельные аккумуляторы, которые могут появиться на американских электромобилях к 2030 году, обещают более быструю зарядку, меньший риск возгораний и большую плотность энергии.

Однако их существенной проблемой твердотельных аккумуляторов остается их дороговизна в производстве.

В Китае в середине марта компания BYD объявила, что ее зарядная станция Super e-Platform может обеспечить запас хода в 248 миль (399 км) всего за пять минут, что уравнивает электромобиль со скоростью заправки бака бензинового автомобиля.

Все еще электрическое будущее
Научный сотрудник Крис Боррони-Берд, работавший над разработкой топливных элементов в Chrysler и General Motors, сказал, что он видит на дорогах через столетие (2125 год!) совсем другой тип автомобиля.

Так, силовые агрегаты будут работать на аккумуляторах, получая большую часть энергии от солнечных панелей, считает он.

Усовершенствованные мотор-колеса улучшат маневренность и обеспечат большую гибкость конструкции.

Силовой агрегат будет не единственной частью ТС с меньшим воздействием на окружающую среду.

Примерно так будет выглядеть мир XXII века согласно Крису Боррони-Берду

Или так...

Он заявил: «Транспортные средства подходящего размера, изготовленные из переработанных и натуральных материалов и оснащенные крышей с солнечными панелями, могут использоваться в качестве дополнения к общественному транспорту и облегчать перемещение людей и товаров для кошельков и планеты в целом».

P.S. Получается, что по мнению американского ученого через столетие привычных автомобилей не останется даже в Америке, а то что будет ездить по дорогам – превратится во всего лишь средство «доставки последней мили», и надо понимать, беспилотное. Помнится, что на эту же тему еще 15 лет назад отставной глава GM Рик Вагонер заявил, что: «через 15-20 лет люди просто перестанут учить своих детей умению водить автомобиль из-за распространения беспилотников». Так вот, пока что не перестали, а тотальное внедрение робокаров отодвинулось вправо еще лет на 15–20.

Доставка «последней мили станет полностью автоматизированной

Думается, что и с ДВС произойдет нечто подобное – высокоэффективные двигатели с КПД за 40% для бензиновых и за 50% для дизельных типов (к тому же, возможно, на биотопливе из водорослей и(или) на «электронном» бензине и дизеле) в сочетании с интеллектуальной электрической трансмиссией (например, принудительно переключающейся на электрический привод в пробках и в туннелях и т.п. с целью минимизации вредных выбросов) окажутся вполне достойной не столько альтернативой,

Возможная и такая картина будущего: по автотрассам пойдут исключительно робокары и роботраки (на аккумуляторах и с гибридными силовыми установками на электронном топливе или водороде), а над ними вереницами будут лететь грузовые и пассажирские дроны

сколько «дальнобойным и офф-роуд» дополнением, для электромобилей с аккумуляторами нового поколения, которые в сочетании со сверхмощными зарядными станциями станут по потребительским характеристикам (пробег и время зарядки) сравнимы с обычными автомобилями. Ну а высокоэффективные солнечные панели, например, полностью возьмут на себя энергообеспечение кондиционирования салонов и прочих функций (рефрижераторных установок автопроездов, например)…

Подписывайтесь на наш Тelegram-канал и следите за обновлениями!
Подписаться.

Наш интернет магазин: irim3.ru

Загрузка