ГИБРИДНИК ДЕШЕВЛЕ ЧЕМ ЗА 130 000 РУБЛЕЙ, инструкция Опции

[ГенШи]

Гибридный автомобиль — из серийного.
В нашей стране гибридный автомобиль разрабатывают несколько организаций. Но эти проекты всего лишь повторяют разработки зарубежных фирм десятилетней давности. Создать дешевый автомобиль гибридного типа с использованием известных зарубежных устройств и компоновочных схем невозможно, даже с привлечением тамошних разработчиков и поставщиков.
Главное, нет реальной концепции отечественного гибридного автомобиля массового спроса, малобюджетного и относительно недорогого (не больше 130 тыс. руб.). А ведь в нашей стране еще сохранились компетентные специалисты-профессионалы, руководители с хорошим техническим образованием, даже изобретатели.
Многие забыли, что в 80-х гг. недорогие отечественные автомобили экспортировались в Англию, Швецию, Финляндию, Испанию и т.д.
Как известно, полный цикл разработки платформы нового автомобиля стоит около 1 млрд евро, а продолжительность цикла составляет 3—5 лет. Но, даже если найти и объединить компетентных профессионалов, грамотных инженеров и конструкторов, то все фантазии о создании концептуального автомобиля невозможно осуществить раньше 2015 г. Даже с привлечением зарубежного опыта и специалистов.
Они же ведут эти работы с начала 90-х с триумфальными достижениями только, я считаю, в усложнении конструкции и повышении стоимости автомобиля. Для убедительности достаточно посмотреть на гибридный «Порше» 2010 г. (ДВС — 380 л.с. плюс электродвигатели и сложнейшая трансмиссия). Уточнять его стоимость не имеет смысла. А нам нужны другие варианты, нужны технологические прорывы (инновации, модернизации, новаторские решения). Создать оптимальный гибридный автомобиль к 2012 г. могут отечественные конструкторы, изобретатели, технологи и частные бескорыстные технари, а не топ-менеджеры и «административный ресурс» с абсолютно рыночной философией, замкнутой только на личные перспективы.
В нашей стране сегодня без затраты 1 млрд евро на создание и разработку платформы амбициозного гибридного автомобиля
можно создать оптимальный гибридный автомобиль стоимостью 130 тыс. руб. с использованием отечественных комплектующих на базе любой легковой машины.
Такой суперавтомобиль, превосходящий зарубежные гибридные автомобили, будет иметь регулярный спрос и в Стране восходящего солнца, и в Корее, и в Китае, и в Индии (где Тато стоит 4 тыс. долл.), в Африке и Латинской Америке и даже в стране «заходящего автомобильного солнца» США.
Для преобразования серийного автомобиля с двигателем внутреннего сгорания в гибридный потребуются самые незначительные изменения.
Во-первых, снимаем с двигателя его «родные» стартер и электрогенератор. А маховик двигателя преобразуем в короткозамкнутый ротор электромотора-генератора. При этом по наружному периметру диска маховика устанавливаем полоски постоянных магнитов. В плоскости маховика концентрично ему закреплен фазный статор с электрическими обмотками. Таким образом, получается типичный для гибридных автомобилей электромотор и генератор, только совмещенный и расположенный на маховике двигателя. В этом случае электродвигатель, установленный на маховике, применяется и как стартер ДВС.
Поэтому этот электроагрегат является одновременно стартер-генератором и тяговым электродвигателем. При этом мощность электроагрегата в режиме тягового двигателя 11 кВт (15 л.с.). Такое устройство упрощает конструкцию гибридного автомобиля, снижает его вес и позволяет отказаться от серийных стартера и генератора, устанавливаемых на двигатель внутреннего сгорания.
Во-вторых, для легкового автомобиля на любой серийный литой колесный диск с низкопрофильной шиной можно установить съемное мотор-колесо мощностью 5 л.с. Аналог такого отечественного мотор-колеса освоен в производстве группой «Инкар» в г. Королеве.
Общая мощность 4 мотор-колес отечественного гибридного автомобиля на базе серийного составляет 20 л.с. (4 х 5 л.с.).
Например, чистый электромобиль Мицубиси Концепт EZ-MIEW имеет 4 мотор-колеса по 20 кВт (27 л.с.) каждый. На электромобиле с общей мощностью мотор-колес около 108 л.с. установлена батарея литий-ионных аккумуляторов весом 150 кг, что обеспечивает пробег до 120 км, а полная перезарядка батареи занимает от 1 до 7 ч. Вес машины 1600 кг, максимальная скорость 150 км/ч. Это данные 2006 г.
Если сравнить технические данные японского электромобиля и отечественного электромобиля ВАЗ-2108 ЭМ (1990 г.), выполненного по программе «Экологический фонд СССР», станет очевидно, что японские специалисты за 16 лет не намного превзошли нас.
И это притом что на ВАЗе установлен один промышленный электродвигатель ПТ мощностью 25 л.с. (18,5 кВт) и батарея никель-кадмиевых аккумуляторов (5 шт.), которые значительно уступают литий-ионным. А даже в наши дни чистый электромобиль является экзотикой, хотя у него самая простая трансмиссия и блок управления не сложнее, чем у троллейбуса.
Конечно, у гибридного автомобиля трансмиссия во много раз сложнее. Такая сложность (навязанная потребителям) нужна только производителю автомобилей, потому что на этом можно делать деньги, создавать рабочие места на своих заводах и контролировать эксплуатационно-логистическое сопровождение с информационно-справочным обслуживанием и созданием фирменных инженерных центров в крупнейших городах развитых стран.
Иначе зачем автомобилю с поршневым двигателем мощностью 320 или 380 л.с. (BMW, «порше») устанавливать 2 электродвигателя, семискоростную трансмиссию с 3 планетарными передачами и 2 дифференциалами в коробке передач? Для того чтобы снизить расход топлива с 25 л до 20 л на 100 км пути, т.е. на 10%. Не делайте мне смешно, как говорят в Одессе. При разумной гибридной компоновке такой машине потребуется всего 5 л дизтоплива на 100 км пути по городскому циклу. И всего полтора двигателя: 120 л.с. и 60 л.с. для комплекта электродвигателей. А сниженная масса автомобиля в такой компоновочной конфигурации обеспечит гибриду ускорение с места до 100 км/ч за 3,1 с. Ведь автомобиль стал в 2 раза легче и у асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором «экскаваторная» характеристика зависимости крутящего момента от оборотов двигателя. То есть максимальный крутящий момент достигается при нулевых оборотах ротора — сразу при включении двигателя. Значит, уже на месте при включении электромоторов возникает крутящий момент на колесах 25 кг*м. У поршневых моторов максимальный крутящий момент достигается при 3500—4000 об/мин, поэтому им нужна 5—7 ступенчатая коробка передач и обязательно с задним ходом. Для электро- или гибридного автомобиля этого не требуется. Достаточно только изменить направление движения электротока в цепи питания электродвигателя, и машина пойдет задним ходом.
Следовательно, гибридному автомобилю не нужна «шестиступенчатая» коробка передач, как на устаревшем токарном станке. Отсутствие коробки передач в трансмиссии гибридного автомобиля упрощает его конструкцию и снижает вес. Ведь «совершенство достигается не тогда, когда нечего добавить, а тогда, когда нечего отсечь» (А.Экзюпери). Наверное, поэтому и не ставят на троллейбусы коробку передач, могут подумать конструкторы гибридных автомобилей.
Кроме того, нужны оптимальные бортовые источники электроэнергии: по стоимости, емкости, габаритам, времени заряда, рабочему диапазону температур, сроку службы, числу зарядных циклов, весу и т.д.
Если в конце 80-х гг. самыми лучшими аккумуляторами были никель-кадмиевые (авиакосмические серебряно-никилевые исключались по стоимости), то в 2000-х гг. промышленное применение получили литийионные, а затем и литий-фторуглеродные аккумуляторы. Эти аккумуляторы с успехом применяются зарубежными фирмами для создания электро- и гибридных автомобилей «передового» научно-технического уровня.
В нашей стране литий-ионные и литий-фторуглеродные аккумуляторы не применяются на электро- и гибридных автомобилях, потому что мы давно превзошли их научно-технический уровень. У нас литий-ионные и литий-фторуглеродные аккумуляторы производит ФГУП «НИИЭМ» в г. Электроугли Московской обл. Эти аккумуляторы имеют отличные удельные характеристики, в 2 раза превосходящие никель-кадмиевые аккумуляторы. Но, как говорят, в своем Отечестве...
А в своем отечестве в 90-е гг. были созданы прекрасные стартерные и тяговые конденсаторы — новые экологически чистые источники тока. Из них комплектовались быстрозарядные стартовые батареи на сверхъемких конденсаторах весом всего 3,3 кг. И тяговые конденсаторные батареи, которые были установлены на легковые электромобили, на микроавтобусы и даже на автобус «Лужок» (типа ПАС), который демонстрировался на многочисленных выставках и ходил по городу. Эти суперконденсаторные батареи были созданы в г.Троицке Московской обл. в НПО «ESMA». Время заряда суперконденсаторов КДЭС всего 13—15 мин, а количество таких циклов для тяговых батарей — 10 тыс., для стартерных импульсных — 1 млн.
Семь лет назад суперконденсаторы были освоены на 3ЭМ «Энергия» в г.Королев Московской обл. Они выпускаются серийно для электромобилей, мотоциклов и цехового транспорта. Их вес: одна банка тяговых — 17 кг, стартерных — 5 кг.
Надо сказать, что еще в 80-х гг. в г.Королеве ученым-изобретателем А.Шматко был создан супергенератор на двойном электролитическом слое, который уже в те годы имел параметры, близкие к конденсаторам типа 3ЭМ и ГДЭС.
Затем блок управления гибридным автомобилем. Блок управления даже простейшего электромобиля предусматривает рекуперацию энергии при торможении, разгон автомобиля, движение на подъем и с крутых спусков, а также процесс зарядки аккумуляторов.
У гибридного автомобиля блок управления должен, кроме того, контролировать взаимодействие ДВС, стартер-генератора, мотор-колес, аккумуляторов и т.д. Поэтому блок управления функционально здесь определяется компоновочной схемой гибридного автомобиля.
Итак, гибридный автомобиль на базе серийного автомобиля ВА3-2108 (сухая масса — 830 кг) принят для сравнения с электромобилем ВА3-2108 ЭМ, сухая масса которого 1150 кг, при этом вес аккумуляторной батареи 250 кг, вес электродвигателя ПТ мощностью 25 л.с. — 70 кг.
Электромобиль ВА3 при полном весе 1400 кг двигателем 25 л.с. легко разгоняется до скорости 120 км/ч. Предполагаемый гибридный ВАЗ-2108 имеет следующую компоновочную схему: ДВС + на маховике стартер-генератор, он же тяговый двигатель (15 л.с.) + (20 л.с.) четыре мотор колеса + конденсаторы.
Поэтому коробка передач на гибриде не нужна, как и на ЭМ. Электромоторы позволяют разгоняться с большим ускорением, чем при ДВС, ведь у применяемых электродвигателей (асинхронный с коротко замкнутым ротором) характеристика крутящего момента по оборотам «экскаваторная».
Следовательно, у ВАЗ-2108 двигатель мощностью 65 л.с. (1300 смЗ) для гибрида (65 л.с. + 35 л.с.) будет иметь завышенную мощность. Гибриду достаточно ДВС 45 л.с., общая мощность 80 л.с. При такой мощности и сниженной сухой массе всего 750 кг гибридный автомобиль будет иметь отличную динамику и расход топлива 3 л на 100 км пути.
Такая концепция позволяет преобразовать серийный автомобиль в гибридный, при этом снизить вес снаряженного автомобиля, оптимизировать его трансмиссию, снизить массу ДВС и повысить суммарную мощность автомобиля.
Гибридный автомобиль можно создать на базе не только отечественного автомобиля, но и на базе зарубежного, например Пежо 107, Мерседес Смарт и т.д. за 1—1,5 г. при минимальном финансировании.
На устройство гибридного автомобиля автором получены 7 патентов на изобретения.
Предлагаемая концепция гибридного автомобиля позволяет эксплуатировать его в следующих вариантах:
1. Чистый электромобиль с электродвигателями мощностью 35 л.с. с бортовыми конденсаторами заряжаемыми от сети 220 В;
2. Стандартный автомобиль с ДВС;
3. Гибридный автомобиль с ДВС и центральным электродвигателем (60 л.с.) и бортовыми конденсаторами, заряд от сети 220 В;
4. Гибридный автомобиль с ДВС с центральным электродвигателем плюс 4 мотор-колеса (80 л.с.);
5. Мини-гибридный автомобиль. В этом случае работают только 2 задних мотор-колеса (2х5) 10 л.с. Такой (см. рис.) автомобиль можно использовать в сельской местности, на территории дачных поселков или гольфклубов.
Мини-гибридным автомобилем можно управлять дистанционно. В таком режиме скорость его автоматически ограничивается в диапазоне 3—5 км/ч. Пульт дистанционного управления удобно использовать, находясь рядом с машиной при ее парковке, при подруливании. Во время прогулки в поле машина, как верный друг, будет идти рядом с водителем.