Автомобили будущего

Константин Смирнов, Контракты

"Все! Наигралась..."

Компания Google решила спонсировать специалистов или компании, которые смогут предложить реальную программу по продвижению на рынок гибридных автомобилей plug-in hybrid (с двигателем внутреннего сгорания и электрическим, который может заряжаться от внешнего источника питания). Компания планирует выдать шесть грантов на сумму от $100 до $200 тыс. каждый, чтобы ускорить внедрение новой технологии, а также разработки и тестирование автомобилей, существенно экономящих топливо и, соответственно, уменьшающих вредные выбросы в атмосферу. Западные эксперты, впрочем, считают, что Google преследует меркантильные цели, пытаясь заработать на создании автомобилей со смешанным типом тяги. При этом они акцентируют внимание на том, что Google пока не ошибалась при выборе источника прибыли.

До недавнего времени на рынке автомобилей-гибридов спорили две японские компании — Toyota и Honda. Производители из Западной Европы и Америки взирали на «экологическую» стратегию японцев достаточно равнодушно. Однако к концу 2007-го практически все автоконцерны анонсировали разработку гибридных автомобилей, некоторые даже признали, что будущее автопрома — за экологическими автомобилями. Впрочем, серийно выпускать гибридные машины пока решились единицы. Дело в том, что разработать такие автомобили оказалось проще, чем их продать. В первую очередь из-за неразвитости инфраструктуры обслуживания гибридов и целого ряда недостатков, присущих экологическим автомобилям. Новинки с трудом пробивают себе дорогу. Однако очень скоро все может измениться.

Дышите глубже

Toyota Prius — первый и самый известный в мире автомобиль с гибридным двигателем. В городе Prius расходует лишь 3,2 литра бензина на 100 км. Но на трассах используется только бензиновый двигатель, поэтому экономии нет.

По данным Американского института нефти (American Petroleum Institute), 43% производимых в мире нефтепродуктов используется в качестве топлива для автомобилей — главных источников загрязнения атмосферы. В США самый большой автопарк — свыше 230 млн машин. Неудивительно, что именно американцы (в 1990-х годах в штате Калифорния) начали мощную антиавтомобильную кампанию под лозунгом «За чистоту окружающей среды». В результате в нескольких штатах был принят небезызвестный закон ZEV: производители автомобилей могут превышать выделенные им квоты на продажу только в том случае, если не менее 5% от этого объема приходится на долю машин типа ZEV, то есть не выбрасывающих в атмосферу отработанных газов.

Дальше — больше. Чтобы заставить автопроизводителей сделать двигатели чище, правительства США и Европейского Союза установили стандарты по «чистоте выхлопа», которые с каждой пятилеткой ужесточаются. В частности, с 1 сентября 2009 г. стандарту Евро 5 должны соответствовать все производимые в странах ЕС автомобили, спустя год — все машины, поступающие в продажу. А уже с 1 сентября 2014-го вступит в силу более жесткий стандарт — Евро 6 (см. Рамки грязных приличий). Интересно, что, в отличие от американских, европейские стандарты пока не регулируют выбросы «парникового» углекислого газа (СО2), а только вредного для здоровья СО (угарный газ). Евро 5 и Евро 6 «требуют» от производителей выпускать легковые автомобили и микроавтобусы с выбросом вредных частиц PM (particulate matter, т. е. твердых или жидких частиц), не более 5 мг/км. По окисям азота (NOx — нитроксидов) для дизелей установлена норма 180 мг/км (Евро 5) и 80 мг/км (Евро 6). Правда, для некоторых автомобилей сделали исключения. В частности, стандарты менее строги для карет скорой помощи. В льготный список, видимо не без помощи автомобильного лобби, попали также внедорожники. Но с введением Евро 6 абсолютно все экологические льготы для автоконцернов будут отменены.

В отличие от большинства японских автомобильных концернов, которые считают, что будущее за гибридными типами приводов и двигателями на альтернативных видах топлива, немецкие производители лоббируют смягчение экологических норм или перенос даты введения стандартов на более поздние сроки.

Компания Honda обещает создать самый дешевый (около $14 тыс.) серийный автомобиль, оснащенный гибридным силовым агрегатом. В основу новой разработки, которая появится в 2009 году, лягут элементы дизайна концепт-кара Small Hybrid Sports, представленного в марте 2007 года на Женевском автосалоне.

По мнению руководителя BMW Норберта Райтхофера, единые экологические требования для всех автомобилей, независимо от типа двигателя и его мощности, являются одной из самых больших ошибок ЕС. Многие автопроизводители считают, что введение с 2012 года жестких норм выбросов СО2 необходимо, однако их следует устанавливать отдельно для внедорожников, спорткаров и компактных городских машин.

Немецкие автоконцерны, похоже, добились своего. Еврочиновники рассматривают возможность немного смягчить экологические требования относительно уровня выбросов СО2. Сейчас средний выхлоп СО2 составляет 162 г/км. По первоначальным планам ЕС, к 2012 года средний уровень выбросов у каждой машины, продающейся на европейском рынке, не должен превышать 120 г/км. Норму выбросов хотят увеличить до 125 г/км, причем на этот показатель автопроизводители должны выйти только к 2015 году.

Тем не менее даже нормы Евро 6 не могут конкурировать с действующими американскими экологическими стандартами для автопроизводителей. Речь идет о Калифорнии и еще десятке штатов (обеспечивающих совокупно около 30% продаж всех автомобилей в США).

В частности, стандарт по окисям азота для дизелей — 40 мг/км (жестче европейского на 40 мг). «Невероятно! Американский потребитель уже сейчас может купить суперчистый дизельный Mercedes у местного дилера, а немецкий должен ждать до 2015 года, чтобы приобрести машину, хотя бы отдаленно похожую на эту», — возмущается Джос Дингз, директор Европейской федерации транспорта и окружающей среды. Дингз имеет в виду Mercedes E320 BlueTec с технологией прямого впрыска от фирмы Bosch, которому в начале апреля в Нью-Йорке присвоили звание World Green Car.

Пределы совершенства

С технической точки зрения самый совершенный автомобиль-гибрид из тех, которые предлагает рынок — Lexus GS450h

Евро 5 требует сократить максимально допустимое количество твердых частиц сажи и дизтоплива на 80%, что приведет к широкому применению дизельных фильтров по улавливанию этих частиц — diesel particle filters (DPFs). В свою очередь стандарт Евро 6 сокращает допустимый уровень окисей азота на 50% (по сравнению с Евро 5), что, вероятно, увеличит спрос на специальные нейтрализаторы lean NOx traps (LNT) или фильтры, оснащенные системой впрыска карбамида Selective Catalytic Reduction (SCR) для нейтрализации вредных выхлопов.

По оценке Рольфа Леонарда, руководителя направления по развитию дизельных систем фирмы Bosch, двигатель внутреннего сгорания будет основным приводом и через 20 лет. Другое дело, что за счет оптимизации управления впрыском (до восьми впрысков за рабочий такт) и повышения еще на 500 бар рабочего давления в дизеле, будут сокращаться «сырьевые выхлопы» несгоревшего топлива, что в комбинации с системой фильтров позволит добиться соответствия самым строгим нормам выбросов. «С 2009 года у нас появится новое поколение фильтров для улавливания твердых частиц. Тогда мы будем одновременно поставщиками дизельных систем и систем по обработке выхлопных газов», — уверен Рольф Леонард.

В компании Bosch предполагают, что на развивающихся рынках Азии, где экологические стандарты ужесточаются чуть ли не каждый год, большим спросом будут пользоваться системы электронного регулирования топливного впрыска для дизельных двигателей. Компания Bosch планирует, что в период с 2007 по 2010 год объем продаж системы дизельного впрыска Common Rail в Индии и Китае вырастет с 100 тыс. шт. до 1,3 млн шт. в каждой из двух стран.

На мотор-шоу в Лос-Анджелесе Honda представила модель FCX Clarity — свой первый серийный автомобиль, работающий на водороде. 134-сильная установка на топливных ячейках в процессе химической реакции между водородом и кислородом вырабатывает энергию для электромоторов, которые и приводят в движение автомобиль. Новинка является полностью «экологически чистой», поскольку выхлопом является обычная вода.

В 2006 году автомобильные подразделения компании Bosch инвестировали в перспективные разработки более EUR2,7 млрд (10% от общего объема продаж по автомобильному направлению). Около половины этих инвестиций направили на разработку и усовершенствование топливных систем, в том числе с учетом новых экостандартов в Европе. «Наша долгосрочная цель — шаг за шагом снижать уровень эмиссии СО2 для автотранспорта. Поэтому мы, например, адаптируем системы впрыска к биотопливу, работаем с технологией топливных элементов и гибридными концепциями привода», — рассказывает Бернд Бор.

Системы прямого бензинового впрыска Bosch второго поколения в сочетании с турбонаддувом позволяют уменьшить габариты двигателя при сохранении мощности. При этом выбросы CO2 снижены примерно на 15% по сравнению с обычными системами впрыска. Сейчас Bosch выпускает около 900 тыс. систем прямого бензинового впрыска, а к 2010-му эта цифра должна превысить 2 млн.

Впрочем, в компании Bosch считают, что будущее автопрома за новыми типами приводов. «У нас уже есть серийные заказы как на бензиновые, так и на дизельные гибриды. В частности, на компоненты для приводов на природном газе, а также систему Flex Fuel для гибкого управления двухтопливными двигателями (бензин и этанол), которые имеют хорошие перспективы на северо- и южноамериканских рынках», — говорит Бернд Бор.

Машинки на батарейках

Постсоветский автопром пока разработал лишь два электромобиля — украинский ЗАЗ-1109 и российский ВАЗ-1111. ЗАЗ-1109 работает на обычных аккумуляторах. В бензиновом эквиваленте потребляет 1 л на 100 км, или 20 кВт/ч на 100 км. Аккумулятор рассчитан на 400 перезарядок, одна зарядка — это 100 км; заряжается от обычной розетки. Батарея к этому автомобилю стоит около $1000. ВАЗ-1111 производится исключительно на заказ. Стоит около $4 тыс. Работает на никель-кадмиевых щелочных аккумуляторах — 110 аккумуляторов по 1,2 вольта каждый. Максимальная скорость 90 км/ч, разгон до 60 км за 14 сек. Дальность пробега на одно йзарядке — 100 км по городу.

Законодателями экологической моды в автомобилестроении являются японские концерны. Первый в мире автомобиль с гибридным двигателем (бензиновый плюс электромотор) разработан компанией Toyota. Prius дебютировал в 1997 году и с самого начала проходил в производственных планах Toyota как чисто гибридный автомобиль. Все прочие представители группы «гибридов» марки Toyota, да и не только, появлялись на свет как дополнение к базовым бензиновым моделям, чтобы поразить покупателей повышенными тяговыми характеристиками. Вслед за Toyota гибридное направление начала развивать Honda, за ней — все остальные.

Основные продажи автомобилей на бензиновой (дизельной) тяге и аккумуляторах пока приходятся на Японию и США. Именно автомобили с бензиновым/дизельным двигателем и электроприводом занимают первые строчки рейтингов самых чистых авто. Главное преимущество такого гибрида — снижение расхода топлива и вредных выхлопов, благодаря полному автоматическому управлению (с помощью бортового компьютера) режимом работы двигателей.

Система управления автомобилем работает примерно так: сначала действует электромотор, при обычном движении — бензиновый двигатель, при разгоне — двигатель и электромотор. Когда скорость снижается, аккумулятор подзаряжается. Один из основных недостатков гибридных автомобилей этого типа — сложность, а следовательно, и дороговизна производства. Кроме того, батареи имеют небольшой диапазон рабочих температур и очень быстро разряжаются. Негативное влияние использованных аккумуляторов на окружающую среду создает проблему утилизации. Естественно, все эти сложности не способствуют удешевлению обслуживания гибридов. Опыт США показывает, что автомеханики берутся за ремонт гибридных автомобилей с большой неохотой.

Автомобильные компании сейчас вкладываюет многомиллионные суммы в разработку новых технологий, которые смогли бы удешевить производство гибридных автомобилей. Land Rover и Jaguar, например, в исследования уже вложили более 700 млн фунтов стерлингов.

О своих планах до 2010 года потеснить Toyota и Honda в сегменте экологических машин заявила компания Nissan Motor. В ближайшее время она планирует завершить разработку серийных электро- и гибридные моделей. При поддержке партнера Renault SA японский автогигант намерен создать автомобили, работающие на биоэтаноле. Французы предоставят японцам технологии производства биотопливных двигателей, а японская компания поделится разработками гибридных автомобилей.

Daimler AG заявил о намерении продавать свои электромобили во Франции. Продажей будет заниматься французская фирма Matra. Daimler AG собирает 2-, 4- и 6-местные электромобили. Скорость экологически чистых машин — 40 км/час, а дальность пробега на одной зарядке 50 км. Предполагается, что электромобили приобретут коммунальные службы, полиция.

Интересно, что далеко не все автоконцерны верят в «гибридное» будущие автопрома. Компания Porsche, например, отказалась от попыток самостоятельного производства гибридов. Mitsubishi изначально не пыталась создать гибридный автомобиль, а сконцентрировалась на разработке электромобилей. Месяц назад Осаму Масуко, президент Mitsubishi Motors, заявил, что руководимая им компания не будет в ближайшее время плодить гибриды, как это делают чуть ли не все автопроизводители.

Инженеры компании сосредоточатся на разработке сверхэффективных дизелей и электромобилей, заряжающихся от обычных розеток. Компания сначала хочет добиться ощутимого успеха в производстве электрокаров, а затем уже адаптировать эту технологию для производства так называемых подключаемых гибридов (plug-in hybrids, см. Экологический словарь). Главная трудность при создании таких машин — отсутствие технологии, позволяющей производить батареи достаточной емкости по приемлемой цене. Для решения этой проблемы Mitsubishi скооперировалась с GS Yuasa Corporation и очень надеется в 2010 году все-таки приступить к полномасштабному производству электромобилей.

В ноябре в США начались официальные продажи самого быстрого электромобиля в мире — Hammacher Schlemmer. До 96 км/ч автомобиль разгоняется всего за четыре секунды. Его максимальная скорость превышает 180 км/ч. Машина оснащена двумя электромоторами суммарной тягой почти в 1,350 Нм, в США стоит $108 тысяч.

В мае правительство Японии объявило о намерении выделить в $1,72 млрд местным автопроизводителям на разработку экологических автомобилей. Инженеры должны сосредоточиться в первую очередь на создании двигателей на топливных элементах, вырабатывающих электроэнергию за счет реакции водорода с кислородом.

За последние 30 лет на исследования в этой области государственные и частные организации США потратили более $15 млрд. Подобные исследования сейчас активно проводят и автоконцерны — Honda, General Motors, Ford, Mazda, Toyota, Daimler начали выпуск экспериментальных автомобилей, работающих на водородных двигателях.

На ноябрьском мотор-шоу в Лос-Анджелесе компания Honda представила первый серийный водородный автомобиль — FCX Clarity. Он оснащен 134-сильной установкой, работающей на водороде. Машина способна разогнаться до 92 км/ч за 10 сек, максимальная скорость составляет 160 км/ч. По словам представителей японской компании, полностью заправленного 171-литрового бака для водорода будет достаточно, чтобы проехать без дозаправки более 430 км. Представители компании обещают, что производство FCX начнется уже в самое ближайшее время, а первые экземпляры этого автомобиля появятся в США в середине следующего года. Однако водородную Honda можно будет взять только в аренду на три года с ежемесячными платежами около $600, включая сервисное обслуживание и страховку.

Компания BMW намерена начать серийное производство моделей седьмой серии, оснащенных двигателями внутреннего сгорания, в которых в качестве топлива используется водород. Руководство BMW надеется представить автомобиль в ближайшие два года. Для начала компания собирается выпустить несколько тысяч машин, работающих на водороде и бензине.

Несмотря на то что в последние годы стоимость топливных элементов снизилась, сейчас автомобили с водородными движками стоят в 20 раз дороже, чем с бензиновыми моторами. По оценкам Rocky Mountain Institute, в 1998 году, когда был создан первый современный топливный элемент, его себестоимость составляла несколько тысяч долларов на киловатт. Сейчас — $500-800, а если будет начато массовое производство, цена снизится до $50-100 за киловатт. Из водорода можно произвести в три раза больше энергии, чем из аналогичного количества бензина. Однако, по оценкам Джозефа Ромма, бывшего помощника министра энергетики США, автора книги «Водородное очковтирательство», автомобили на водороде достигнут показателей гибридных (цена машины, стоимость одной заправки, уровень безопасности, количество вредных выбросов) не ранее 2030 года.

У всех автоконцернов, разрабатывающих водородные автомобили, схожие технологические проблемы. Например, ограниченный объем водородного бака, а также дороговизна изготовления комплектующих.

Автоконцернам сложно будет продавать автомобили на водородном топливе, поскольку нет соответствующих заправочных станций и сервисных центров. По оценкам Аргоннской национальной лаборатории (Argonne National Laboratory), в масштабах США на «водородную инфраструктуру» необходимо более $600 млрд. Добывать водород из воды сейчас очень дорого, поэтому в США 95% водорода производится из природного газа (метана). Джозеф Ромм прогнозирует, что если США перейдут на водородные автомобили, то вместо зависимости от поставщиков нефти Соединенные Штаты попадут в зависимость от поставщиков газа.

Как работает гибридный двигатель? 4 литра на 100 км и пр.

{flv}toyota{/flv}

---

Экомобили: большой выбор

Гибридные автомобили (бензиновый и электрический двигатель):

• Honda Civic Hybrid,
• Honda Insight,
• Toyota Prius,
• Ford Escape,
• Ford Prodigy,
• Chrysler Citadel и пр.

Электрические автомобили:

• Nissan Altra EV,
• Nissan Hypermini,
• Solectria Corp.Citivan,
• Toyota RAV4-EV и пр.

Автомобили со спиртовым двигателем:

• Chrysler Sebring,
• Dodge Caravan,
• Dodge Grand Caravan,
• Dodge Stratus,
• Ford Explorer,
• Mercury Mountaineer,
• Mercury Sable,
• Ford Ranger FFV,
• Ford Taurus,
• Chevrolet Silverado,
• Chevrolet Suburban,
• Chevrolet Tahoe,
• GMC Sierra,
• GMC Yukon,
• Mazda B3000 и пр.

Автомобили, работающие на природном газе:

• Dodge Ram Maxi Van,
• Ford Crown Victoria,
• Ford E 250 Van,
• Chevrolet Express,
• GMC Savana,
• Honda Civic GX и пр.

Автомобили с бензиново-газовыми двигателями:

• Ford F-150,
• Chevrolet Cavalier,
• Chevrolet Express,
• Chevrolet Silverado,
• GMC Savana,
• GMC Sierra и пр.

Автомобили с водородными двигателями:

• Honda FCX Clarity,
• Necar 1

---

Экологический словарь

Hybrid electric vehicle (HEV) — машины с бензиновым/дизельным двигателем и аккумуляторными батареями для привода электромоторов. Зарядка аккумуляторов происходит во время торможения (кинетическая энергия движения преобразуется в электрическую). Аккумуляторы могут подзаряжаться от работающего двигателя через штатный генератор.

Battery electric vehicle (BEV) — машины, оснащенные исключительно аккумуляторными батареями, для подзарядки которых требуется внешний источник питания.

Plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) — разновидность гибридных автомобилей, сочетающих в себе преимущества обеих систем. Аккумуляторы могут подзаряжаться как от работающего двигателя, так и от внешнего источника питания.