Автодайджест №238

⇡#Электрокары и гибриды

Американская компания Elio Motors была основана в 2008 году. Недавно она представила уже четвертое поколение модели Elio. Точнее, это четвертое поколение прототипа, ведь автомобиль пока так и не стал серийным. Однако все идет к тому, что выпуск интересной машинки будет начат совсем скоро. Ранее руководство Elio Motors уже сообщало, что при помощи местного правительства компании удалось приобрести штамповочное и сборочное оборудование закрытого завода General Motors в городе Шривпорт, штат Луизиана. Это предприятие когда-то выпускало пикапы Chevrolet Colorado, GMC Canyon и Isuzu i‑Series. Теперь прожорливые грузовички уступят место автомобилю, который должен стать их полной противоположностью: на экомобиле Elio не увезешь много груза, зато он должен стать невероятно экономичным.

Основатель и генеральный директор Elio Motors Пол Элио представил новую версию прототипа на ежегодном кинофестивале «Сандэнс», который проводится в конце января в штате Юта. Во время мероприятия даже нашлась пара знаменитостей (чьи имена пока не публикуются), которые оформили у Пола Элио два предзаказа. В декабре производитель начал запись в очередь желающих приобрести экономичную машину, к концу месяца было собрано 6300 подписок стоимостью 100 долларов.

Вопреки первому визуальному впечатлению, Elio вовсе не является электрокаром. Это автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, основной задачей которого является достижение минимально возможного расхода топлива. Дебютная модель должна потреблять всего 2,8 литра топлива на 100 километров при движении по трассе. В Elio установлен вполне обычный компактный двигатель: три цилиндра, объем 0,9 литра, мощность 55 лошадиных сил. Главным оружием в борьбе с расходом топлива станет легкий и обтекаемый кузов. Трехколесный кузов трицикла сделан максимально узким. При такой компоновке единственно возможный пассажир сидит за водителем.

Масса Elio пока не сообщается, но кузов из композитных материалов должен быть достаточно легким. Его длина составляет 4 метра, колея передних колес — 1,7 метра. Кстати, в этом автомобиле даже есть небольшой багажный отсек. Топливный бак скромного объема 30 литров в загородном режиме позволяет проехать до 1075 километров при заявленном расходе. Еще одним достоинством новинки станет безопасность: несмотря на стремление производителя сделать машину как можно более легкой и компактной, Пол Элио обещал, что его автомобиль во что бы то ни стало сдаст краш-тест Национального управления безопасностью движения на трассах (National Highway Traffic Safety Administration — NHTSA) на пять звезд. Дебютная версия Elio будет доступна с пятискоростной трансмиссией, которая может быть как механической, так и автоматической.

Задумка Пола Элио кажется отличной: американец хочет выпустить бензиновый автомобиль с минимальным расходом топлива. Однако в городе Elio будет потреблять уже 4,8 литра на 100 километров — по этому параметру машинка вполне может сравниться с дизельными европейскими малолитражками, которые окажутся не в пример практичнее этой трехколесной модели, рассчитанной на двух человек. Неоспоримым преимуществом Elio станет цена: сейчас производитель обещает продавать новинку по 6 800 долларов. Если все пойдет по плану, то выпуск экомобиля на заводе в штате Луизиана может быть начат уже в 2015 году.

Совершенно очевидно, что достоинства электрических машин не ограничиваются высокой эффективностью и отсутствием вредного выхлопа (хотя для производства энергии, которой впоследствии будут заряжены батареи такого транспортного средства, зачастую опять же используются не самые чистые способы). Одно из преимуществ раскрывается при создании полноприводных машин: четыре отдельных электромотора, встроенные непосредственно в колеса или соединенные с ними с помощью приводов, позволяют отказаться от громоздких и дорогих механизмов и систем. Американская компания EVDrive уже ставит на поток электрификацию квадроциклов, легковых машин и даже внедорожников.

Руководство EVDrive считает, что проще привлечь клиентов с помощью уникальной электрической техники, способной доставлять удовольствие. Одним из примеров является квадроцикл Kawasaki Teryx4. По умолчанию он комплектуется бензиновым двигателем объемом 750 кубических сантиметров, но инженеры EVDrive приготовили для этого транспортного средства повышенной проходимости нечто более интересное. На автомобиль установили четыре герметичных электромотора EVDrive EVD35 пиковой мощностью 35 кВт, или 47 лошадиных сил. Их умышленно дефорсировали до 30 кВт/40 лошадиных сил. Иными словами, на этот легкий квадроцикл приходится 120 кВт, или 160 лошадиных сил. По общей тяге в грубом выражении квадроцикл превосходит большинство суперкаров — 984 Н·м.

Столь впечатляющие данные позволяют Teryx4 разгоняться с места до максимальной скорости 72 км/ч менее чем за четыре секунды. При этом технический директор и один из основателей EVDrive Боб Симпсон утверждает, что при нажатии на педаль газа даже на совершенно сухом асфальте все четыре колеса мгновенно срываются в пробуксовку. Дополнительно к этому автомобиль способен разворачиваться на месте, что просто немыслимо при использовании двигателя внутреннего сгорания.

Электрическая система Terra-Torque-Drive также будет полезной при преодолении экстремального бездорожья. Ради возможности подать одинаковую тягу на все четыре колеса серьезные внедорожники должны обладать раздаточной коробкой и тремя дифференциалами с возможностью блокировки. В случае с электрической версией Kawasaki Teryx4 достаточно лишь грамотно настроить электронику. Если утрировать, то все громоздкое железо заменяет пара строчек программного кода. Дополнительно к этому электромоторы не требуют поступления и отвода воздуха, поэтому можно не заботиться об установке шноркеля. Но специалисты EVDrive все же использовали в Kawasaki Teryx4 двигатель внутреннего сгорания. Одноцилиндровый агрегат мощностью 20 лошадиных сил заряжает батареи.

Сейчас компания EVDrive продает комплекты для переоборудования практически любой машины в гибрид или электрокар, а также предлагает услуги по установке этих сложных систем.

Одним из многочисленных недостатков электрических автомобилей является зависимость от климата. Все мы знаем, что большинство современных типов аккумуляторов трепетно относятся к температуре. В мороз их емкость существенно снижается, что негативно сказывается и на дальнобойности электрокаров, и на эффективности расхода энергии. Мы уже говорили о том, что в отдельные периоды 2013 года Tesla Model S становилась абсолютным лидером продаж в Норвегии, а ведь в этой северной европейской стране отнюдь не самый мягкий климат. Очередное подтверждение способности электромобилей благополучно переносить низкую температуру нашли аналитики компании FleetCarma.

FleetCarma является дочерним предприятием CrossChasm Technologies Inc. Основным полем деятельности FleetCarma стали исследования на рынке корпоративных автопарков. Опыт компании позволяет предпринимателям или заведующим гаражами быстро выяснить, какая модель окажется более выгодной при конкретных условиях эксплуатации. В новом отчете специалисты FleetCarma попытались сравнить поведение автомобилей с двигателем внутреннего сгорания и электромотором при отрицательных температурах.

Как и ожидалось, электрический транспорт негативно относится к морозам. Когда показания градусника снижаются с 23 градусов по Цельсию до -18, запас хода электромобилей уменьшается почти на треть — минус 29 процентов. В этом отношении бензиновые машины более выгодны, ведь в их случае падение составило 19 %. При этом исследователи отметили, что зеленый транспорт больше зависит от выбора маршрута и водителя: при нуле градусов разница максимальных показателей со средними составила аж 66 процентов, в то время как аналогичный показатель традиционных автомобилей — 35 процентов.

Также американцы определили, какие компоненты автомобиля больше всего расходуют электричество и бензин. В электромобилях до 43 % всей энергии уходит на отопление кабины. В этом аспекте машины с ДВС в 10 раз более эффективны, ведь их потери составили всего 4 %. Столь существенная разница прогнозируема: в бензиновых машинах тепло салона является, по большому счету, побочным эффектом, ведь отопитель работает от системы охлаждения мотора. В отсутствие процесса сжигания электрические автомобили вынуждены тратить большое количество энергии на активацию фенов.

Также много заряда уходит на прогрев самой батареи — до 22 %. При этом бензиновые двигатели оказываются менее эффективны в мороз: их расход увеличивается на 14 процентов из-за необходимости прогрева против 7 процентов у электрокаров. К тому же из-за работы на холостом ходу во время простоев теряется еще 15 % против всего 2 % у электрических агрегатов. Однако несмотря на в целом пессимистические данные по электрокарам, итоговая арифметика говорит о том, что с понижением температуры за бортом выгода владельца «зеленой» машины будет только возрастать. Американские исследователи приводят такие данные: при 23 градусах тепла одна миля электрического пробега обойдется в 2,6 цента, бензинового — в 15 центов. При наступлении 18-градусного мороза стоимость возрастет соответственно до 3,8 цента и 18,6 цента. Иными словами, выгода владельца электрической машины увеличится с 12,4 до 14,8 цента. Вот такая занимательная математика: хотя в мороз на электромобиле далеко не уедешь, его финансовое превосходство над бензиновыми машинами будет только возрастать.

⇡#Автомобильные технологии

В июле прошлого года был впервые представлен гоночный гибрид Nissan ZEOD RC (Zero Emission On Demand Racing Car, «гоночный автомобиль с нулевыми выбросами по требованию»). Затем в октябре японцы опубликовали его технические параметры. Однако тогда инженеры так и не назвали параметров двигателя внутреннего сгорания. Лишь теперь японцы раскрыли свой секрет.

В июле 2014 года Nissan ZEOD RC станет первым болидом, который проедет один круг гонки «24 часа Ле-Мана» полностью на электрической тяге. Протяженность данного круга составляет 13,6 километра. Чтобы пройти эту дистанцию в боевом режиме, потребуется очень много энергии. Гоночный автомобиль с удовольствием побежал бы и дальше на чистом электричестве, но для этого не хватит емкости батарей. Чтобы не останавливаться на долгую зарядку, Nissan ZEOD RC начнет использовать бензиновый двигатель. Ранее предполагалось, что его объем составит 1,6 литра, однако на деле он окажется даже чуть-чуть компактнее — 1,5 литра. Правда, это совсем не простой движок от какой-нибудь Nissan Tiida. Здесь всего три цилиндра, но максимальная мощность составляет 400 лошадиных сил, а пиковый крутящий момент — 380 Н·м

Не зря президент гоночного подразделения Nismo Шоичи Миятани держит новый двигатель на руках. Японец вовсе не занимается профессиональной тяжелой атлетикой, просто инновационный мотор получился действительно легким и компактным. Его вес составляет всего 40 кг, а при размерах 500x400x200 мм его вполне могут принять в качестве багажа в большинстве аэропортов мира. Инженеры даже посчитали удельную выходную мощность на килограмм живой массы: 10 лошадиных сил с килограмма. По данным японской марки, это даже больше, чем у моторов болидов «Формулы-1». Напомним, что с 2014 года в Королевских гонках используется 1,6-литровый V6 с турбонаддувом.

Двигатель Nissan DIG-T R раскручивается до 7500 оборотов в минуту. Чтобы сделать мотор более эффективным, японцы даже прибегли к помощи французского нефтегазового гиганта Total: специалисты компании разработали новое масло. Полноценный дебют этого чудо-агрегата состоится уже ближайшим летом: гонка на выносливость «24 часа Ле-Мана» назначена на 14-15 июня.

От спортивных болидов перейдем к проблемам массовых автомобилей. Каталитический конвертер-нейтрализатор является обязательным атрибутом современной легковушки. Он позволяет сделать выхлоп немного чище, снизив содержание окиси углерода, оксида азота и углеводородов. Доктор Бенджамин Кингсбери вместе с коллегами из Имперского колледжа Лондона готов предложить новую технологию производства нейтрализаторов, которая снизит размер и стоимость изготовления этого незаменимого компонента, но при этом повысит эффективность его работы.

Всем известны куртки с холлофайбером (от англ. hollow fiber — полые волокна). Этот синтетический материал позволяет сохранять тепло благодаря солидной воздушной прослойке. В новом катализаторе доктор Бенджамин Кингсбери предлагает использовать керамический «холлофайбер». Схематично он состоит из огромного количества тоннелей с большой внутренней площадью. Именно эта особенность позволяет более эффективно перерабатывать выхлопные газы.

Согласно данным разработчиков, применение нового типа нейтрализатора благодаря уменьшению противодавления (давления, оказываемого выпускными газами на камеру сгорания) позволит снизить расход топлива на 2-3 процента. Высокофорсированные моторы могут примерно на столько же увеличить отдачу. Дополнительно к этому инновационная технология даст возможность сделать сам корпус катализатора примерно вдвое компактнее. Ну и наконец, новая керамическая подложка требует на 80% меньше дорогих редкоземельных металлов, что приведет к снижению стоимости производства.

Кроме перечисленного, к достоинствам изобретения доктор Бенджамин Кингсбери относит стойкость к изнашиванию. Благодаря меньшей скорости разрушения металлов в конструкции удалось снизить износ с 35 % до всего 4 % за 100 000 километров пробега. Британский ученый уже получил патент на свое изобретение. На данный момент доктор Бенджамин Кингсбери открыл компанию MicroTech Ceramics Ltd. для коммерциализации своей разработки.

Во многих современных литий-ионных аккумуляторах анод сделан из графита. Первоначально изобретатели пытались использовать металлический литий, но это отрицательно сказывалось на стабильности батареи: после циклов зарядки/разрядки в устройстве возникали дендриты (пространственные образования), что со временем приводило к замыканию электродов. В результате — взрыв или возгорание. Графит не давал таких отрицательных последствий, благодаря чему и был выбран в качестве основного материала анода. На этом можно было навсегда забыть неудачный опыт использования металлического лития, если бы не его высокая емкость. В теории этот материал способен повысить максимальный заряд с 372 мА·ч на грамм при графитовом аноде до 3860 мА·ч на грамм, то есть примерно в десять раз.

Команда лаборатории энергетики при Институте передовых технологий Samsung (Samsung Advanced Institute of Technology), который является дочерним подразделением Samsung Electronics, обещает создать новый вид электролита, который будет относительно стабильным при использовании с металлическим литием. Он уменьшит образование дендритов. В журнале Scientific Reports указаны некоторые технические параметры изобретения: созданный южнокорейскими учеными электролит сможет выдерживать до 100 циклов зарядки/разрядки при высокой поверхностной емкости — 12 мА·ч на квадратный сантиметр.

Развитие электрокаров в последнем десятилетии существенно повысило спрос на аккумуляторы с большой емкостью. Современные литий-ионные батареи уже не позволяют существенно повысить характеристики при сохранении технологий. Поэтому исследователи вновь пытаются приручить литий-серные и литий-воздушные аккумуляторы. Их важнейшим компонентом является анод из металлического лития. Также непременным условием создания АКБ с высокой плотностью стало повышение поверхностной емкости анода. По мнению изобретателей Института передовых технологий Samsung и редакторов журнала Scientific Reports, литий-серные и литий-воздушные батареи в перспективе смогут существенно увеличить максимальный пробег электрокаров. Но прежде ученым потребуется выполнить еще одно условие: увеличить поверхностную емкость анода хотя бы до 10 мА·ч/см².

Если верить приведенному графику, то достижение поверхностной емкости анода заявленной величины 12 мА·ч/см² в случае использования литий-серных аккумуляторов позволит увеличить удельную емкость до примерно 340 Вт ·ч/кг. Для литий-воздушных моделей этот параметр еще выше — 520 Вт ·ч/кг. Так или иначе, это существенно больше, чем 180 Вт ·ч/кг у литий-ионных батарей при той же поверхностной емкости анода. Если перевести эти данные в более удобные для понимания величины, то при сохранении массы батареи неизменной нововведение позволит увеличить пробег электромобиля с 220 километров у литий-ионных моделей до 380 у литий-серных и 600 у литий-воздушных.

Конечно, пока длительность жизни батареи в 100 циклов зарядки/разрядки не производит впечатления. Дополнительно к решению этой проблемы сотрудники Института передовых технологий Samsung должны будут расправиться еще с целой массой сложных задач. Пока южнокорейская компания не называет даже примерного срока, когда новые типы аккумуляторов могут появиться на серийных электрических машинах.