Высокой мысли пламень (Часть третья)

Под ПГ понимаются ГЭУ, в которых мощность мотор-генератора достигает 75 кВт. В дополнение к функциям СГ в данном случае обеспечивается режим езды только на одном электроприводе, без помощи ДВС.

Разработка глубоко затрагивает весь автомобиль, поскольку ПГ требует второго (со стороны электродвигателя) сцепления, а также тяговой аккумуляторной батареи с соответствующим запасом энергии.

Заметное увеличение мощности требует существенного увеличения уровня напряжения тяговой батареи. Существующая бортовая сеть на 14V при этом может быть сохранена, но дополняется промежуточным конвертором, обеспечивающим связь между этими двумя сетями.

Электродвигатель как правило устанавливается между ДВС и коробкой на месте маховика. Имеется также буферный накопитель, но в данном случае он уже небольшой, а вот ДВС – почти полноразмерный.

К примеру, у серийного гибридного автомобиля HondaCivic буферная аккумуляторная батарея весит всего 20 кг и расположена под полом багажника. Последовательное соединение 120 цилиндрических элементов по 1,2 V обеспечивает общее напряжение 144 V, но при этом ёмкость батареи – всего 6,5 А-ч.

ДВС – 1 л, 62,6 кВт, общий момент 157 Нм при 2 500 об/мин. Рекламируемый расход топлива 5,1 литра на 100 км, снаряжённая масса 1 200 кг.

Все силовые установки, которые не вписываются ни в одну из перечисленных концепций, относятся к комбинированному типу (Dual HEV).

Общим для всех ГЭУ комбинированного типа при всём их конструктивном разнообразии является наличие не менее двух электрических машин и достаточно сложная трансмиссия, в результате чего они могут работать как в последовательном, так и в параллельном режиме.

Компенсацией усложнению трансмиссии по сравнению с установками последовательного типа служит возможность работы в параллельном режиме, что снижает требования к пиковым мощностям узлов электропривода и тем самым снижает размеры, массу и стоимость установки.

Однако из-за необходимости второй электрической машины, выполняющей различные функции, ГЭУ комбинированного типа проигрывают по тем же показателям параллельной концепции.

В качестве примера комбинированной энергоустановки служит конструкция силового агрегата, получившего широкую известность, – первого серийного гибридного автомобиля Toyota Prius.

Его силовой агрегат называют ещё последовательно-параллельным. В нём привод ведущих колёс осуществляется, как и в параллельной схеме, и от электродвигателя, и от ДВС.

А преобразование механической энергии ДВС осуществляется и с помощью генератора, как в последовательной схеме, и с помощью механического делителя мощности, распределяющего её между генератором и приводом ведущих колёс.

Это наиболее сложный в реализации вариант гибридной энергоустановки, но, тем не менее, Toyota Prius серийно выпускается уже десятый год. Он неоднократно признавался лучшим автомобилем года.

Однако заявленные характеристики по расходу топлива 3,6 л/100 км в городском режиме практически не были подтверждены испытаниями.

Это, видимо, произошло из-за того, что они соответствуют японскому стандартному циклу езды 10/15, характеризующемуся низкой скоростью движения в городе и даже на открытой дороге, что является типичным для Японии. Реально получено 4,5 л/100 км.

Надо сказать, что на сегодняшний момент не выработано однозначной позиции, какой тип ГЭУ предпочтительнее. Citroen, например, имеет и последовательную, и параллельную схемы.

Проанализировав все эти варианты, мы остановили свой выбор на параллельном типе ГЭУ, как на наиболее просто реализуемом, так как при этом используется стандартный силовой агрегат, в который между ДВС и КП устанавливается электрический мотор-генератор.

Есть и ещё один довод в пользу параллельного типа энергоустановки. Он заключается в том, что конструкция силового агрегата практически одинакова, что для параллельного гибрида, что для СГУ. Различие заключается только в мощности электрической машины и в алгоритме её функционирования.

Если в СГУ электрическая машина должна разгонять только двигатель до оборотов х.х., то в параллельном гибриде она должна разгонять весь автомобиль, т.е. для гибридного варианта требуемая мощность всегда явно больше.

Учитывая, что предельно допустимые диаметры электрической машины и в том и в другом случае одинаковы (определяются конструкцией силового агрегата), то разница будет лишь в аксиальной длине.

В одном случае это будет проставка между ДВС и КП толщиной, к примеру, 40 мм, а в другом – 60 мм, что, естественно, несущественно.

Лишь бы всё это поместилось под капотом автомобиля.

Исходя из этого, совместно с Новосибирским государственным техническим университетом (НГТУ) была разработана конструкторская документация для двух автомобилей: 2110 и 1118.

В первом случае из-за ограниченности ширины подкапотного пространства удалось реализовать только вариант со стартёр-генераторным устройством на пиковую мощность 4 кВт и напряжением 42 V.

Во втором случае был реализован гибридный вариант типа Power Assist, являющийся полным аналогом серийно выпускаемых гибридных автомобилей Honda Insight и HondaCivic.

Если сравнить характеристики автомобилей 1118 в гибридном исполнении с автомобилем HondaCivic, то видно, что последний, выигрывая у гибридной Калины по расходу топлива 28%, имеет почти вдвое большую стоимость.

Последнее обстоятельство может быть решающим для реализации автомобилей ВАЗ в гибридном исполнении на зарубежных рынках.

В настоящее время разработана КД на все элементы полноразмерной гибридной энергоустановки параллельного типа, проведены предварительные расчёты расхода топлива при движении по европейскому циклу для четырёх алгоритмов управления.

Собран автомобиль с мотор-генератором 4 кВт на напряжение 42 V. Реализован старт-стопный режим, над остальными режимами предстоит ещё поработать.

Следует отметить, что этот автомобиль сделан без всякого финансирования, на чистом энтузиазме ВАЗа и двух новосибирских предприятий – НГТУ и Института ядерной физики (ИЯФ).

Для создания полноразмерного гибрида с мощностью на 15 кВт требуется заключение договоров с предприятиями-соисполнителями примерно на 3,5 – 4 млн. руб.

В своё время, в сентябре 2003 года, мы выходили с таким предложением к вице-губернатору Самарской области В. Казакову и вроде бы даже получили положительную резолюцию, но до практического выделения средств дело так и не дошло.