Инженер отдела технической поддержки компании Gates Алексей Безобразов недавно провел занятие для специалистов автосервисных предприятий на тему «Решения Gates для гибридных автомобилей». В целом тематика встречи была гораздо шире производственных решений компании – все началось с выяснения необходимости электрификации транспортных средств.
Очевидно, что большое количество автомобилей с их вредными выбросами стало проблемой для окружающей среды. В 1984 году в автомобилях с бензиновым двигателем внутреннего сгорания появился катализатор. В 1992 году вместе с появлением электронного одноточечного впрыска в Европе были введены экологические нормы Euro 1. В 1996 году с разработкой многоточечного впрыска и EGR для дизеля пришли нормы Euro 2. Следующий этап с появлением в 2000 году электронного дросселя, системы Common Rail и турбонагнетателя ознаменовался введением Euro 3. В начале 2000-х годов начали набирать популярность и первые серийные гибридные автомобили. Норматив Euro 4 был введен в 2005 году с появлением последовательного впрыска и катализатора рядом с выпускным коллектором. В 2009 году был введен стандарт Euro 5, так как дизельные моторы стали оснащать сажевым фильтром. В 2014 с появлением 3-цилиндровых двигателей, системы AdBlue и подключаемых гибридов ввели нормы «Евро-6». И наконец, в 2020 году вместе с мягкими дизельными и бензиновыми гибридами был введен стандарт Euro 6d. Так последовательно вредные выбросы были снижены с 3800 до 250 мг/км.
Вместе с принятием технических мер, направленных на снижение вредных выбросов, в Европе была проанализирована ситуация с использованием автомобилей. Картина получилась впечатляющей. Оказалось, что половина машин в день проезжает не больше 20 километров. Около 35% преодолевают расстояние от 20 до 60 км в день. И лишь 15% проезжают за день больше 60 километров. При этом часы пик, сфетофоры и пробки позволяют горожанам двигаться в автомобиле со средней скоростью от 7 до 30 километров в час. Двигатели от 15 до 30% времени работают на холостом ходу. На этом фоне инженеры стали уменьшать объем моторов, разработали систему «старт-стоп», стали развивать различные подсистемы и функции, позволяющие снижать расход топлива, но при этом наращивать эффективность энергоотдачи. Однако, как ни крути, ситуация складывалась для двигателей внутреннего сгорания не лучшим образом, ведь коэффициент полезного действия «огнедышащих» моторов составлял лишь 25% с бензином и 30% в дизельном варианте, в то время как электромоторы выдают КПД на 90–95%.
Конструкторы предложили различные варианты электрифицированной архитектуры автомобилей. В варианте P0 стартер-генератор соединяется ременным приводом с двигателем внутреннего сгорания в системе привода вспомогательных агрегатов (ABDS). В архитектуре P1 стартер-генератор встроен между ДВС и сцеплением, подключается непосредственно к коленвалу. Архитектура P2 подразумевает наличие стартер-генератора, также встроенного между ДВС и трансмиссией либо подключенного через ремень сбоку. Схема P3 обозначает соединение электродвигателя с трансмиссией зубчатой передачей. В архитектуре P4 электродвигатель подключается к задней оси транспортного средства зубчатой передачей.
В ходе развития гибридизации автомобилей их стали делить на микрогибриды, мягкие гибриды и полные гибриды. В микрогибридном исполнении автомобиль имеет систему «старт-стоп», а во время движения работает только двигатель внутреннего сгорания. Топливная эффективность по сравнению с негибридным исполнением вырастает на 10 процентов. В мягких гибридах стартер-генератор участвует в движении автомобиля, в них интегрируются более мощные электродвигатели, вместе с генератором и аккумулятором они играют довольно значимую роль. Топливная эффективность мягких гибридов на 20–25% выше по сравнению с негибридными вариантами. В полных гибридах используются те же компоненты, что и в мягких гибридах, но более мощные, благодаря этому они могут передвигаться исключительно на электроэнергии. Электродвигатели мощностью 30–50 кВт сочетаются с батареями на 200–300 В. Топливная эффективность полных гибридов на 40–45% превосходит негибридные автомобили.
В настоящее время гибриды делятся на подключаемые (PHEV) и аккумуляторные (BEV). Подключаемые гибриды подключаются к зарядной станции, имеют компактный двигатель и крупные электрические компоненты, способные заряжаться от электросети. Подключаемые гибриды сочетают работу ДВС с движением в электрическом режиме. Аккумуляторный гибрид оборудуется только электромотором, который получает энергию от батареи. Обе разновидности этих гибридов предназначаются для городских поездок на небольшие расстояния.
Говоря о тенденциях развития электрифицированного транспорта, эксперты приводят такую статистику: в 2020 году доля автомобилей с двигателем внутреннего сгорания составляла 84%, мягких гибридов на дорогах было 7%, подключаемых гибридов и электромобилей – 9 процентов. К 2025 году соотношение соответственно изменится как 55% на 23% и 22%. А к 2030 году доля автомобилей с ДВС в этой пропорции сократится до 26%, мягких гибридов будет 34%, подключаемых гибридов и электромобилей – 40 процентов.
Технически гибридные агрегаты тоже принесли с собой некоторые особенности. Так, большую емкость и мощность получают батареи, в системах «старт-стоп» применяются более прочные, нежели ранее, приводные ремни и модифицированные натяжители, действующие в обоих направлениях. Электрифицированные автомобили оснащаются усиленными стартерами с функцией генератора, а также ультраконденсаторами и преобразователями постоянного тока.
В завершение занятия ведущий ознакомил слушателей с ассортиментом комплектующих, выпускаемых компанией Gates для гибридных транспортных средств. А когда перешли к секции вопросов и ответов, участники мероприятия столкнулись с неожиданным феноменом – вопросов ни у кого не было. Впрочем, объяснение тут простое: с проблемами гибридов на практике механики еще не сталкивались. Вебинар получился больше образовательным и познавательным, но от того не менее интересным.