На протяжении всего XX века у большинства ведущих автопроизводителей появление каждой новой модели было обусловлено введением тех или иных технических новшеств. Касалось ли это подвески, двигателя или кузова – каждый раз это был серьезный шаг вперед в эволюции автомобиля.
О том, продолжается ли эта эволюция, или сегодня можно говорить лишь о новом дизайне и новых версиях электронных систем и программного обеспечения, порталу MotorPage.ru рассказал Управляющий директор ООО «Тойота Мотор» Дирк Годелив Де Ман.
- Эволюция, безусловно, продолжается, например, в области создания автомобилей, которые работают на альтернативных источниках энергии.
Так, электроэнергия обладает мощным потенциалом в качестве альтернативы нефтепродуктам. Однако препятствиями для дальнейшего развития электромобилей в настоящее время являются вес, размер и стоимость аккумуляторной батареи повышенной емкости, необходимой для преодоления достаточных расстояний на одном полном заряде. Развитие аккумуляторных технологий – ключ к созданию полноценного электромобиля.
За 13 лет, прошедших с момента выпуска первого автомобиля Prius, компания Тойота добилась определенных успехов в сфере разработки и создания аккумуляторных батарей. Батареи уменьшились в размерах, стали легче, дешевле и одновременно с этим гораздо эффективнее. Однако осталось еще много нерешенных вопросов. Один из них – высокая стоимость литиево-ионных аккумуляторных батарей. В связи с этим, необходимо либо найти способы снижения их стоимости, либо создать более дешевую альтернативу.
Стремясь решить эту проблему, компания Тойота еще в начале 1990-х гг. начала разработку собственной технологии производства АКБ, а в июне 2008 года сформировала специализированный отдел, занимающийся исследованиями в этой области.
- Расскажите об истории технических инноваций компании Тойота последнего десятилетия
Если говорить об инновациях в области использования альтернативных источников энергии в автомобиле, следует выделить три направления или этапа.
1. Гибридные технологии:
Компания Тойота ведет научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в области гибридных технологий более 30 лет. В 1970-х гг. инженеры компании продемонстрировали гибридные модели Toyota S800 и Century, в которых сочетались газотурбинные двигатели и электродвигатели. В то же самое время началась работа по созданию электромобилей.
В 1994 году компания Тойота запустила проект G21. Целью проекта являлось создание «экологичного автомобиля» XXI века, который, несмотря на превосходные экологические показатели, обеспечивал бы комфорт и удовольствие от вождения, свойственные традиционным автомобилям. Кроме того, перед разработчиками ставилась задача сконструировать систему, в полтора раза более эффективную, чем обычные бензиновые или дизельные двигатели. При разработке собственной гибридной системы Toyota Hybrid System (THS) специалисты компании изучили более 100 вариантов гибридного привода.
Модель Prius первого поколения появилась на японском рынке в 1997 году (в Европе она появилась тремя годами позже) и стала первым серийным автомобилем с гибридным приводом. В переводе с латыни слово “prius” означает «идущий впереди», и это название стало символичным для автомобиля, выпущенного еще до наступления эпохи всеобщей обеспокоенности вопросами охраны окружающей среды.
Данное событие стало основной вехой в разработке системы гибридного привода. Уникальная гибридная система Toyota Hybrid Synergy Drive модели Prius сочетала в себе 1,5-литровый бензиновый двигатель и мощный электродвигатель с бесступенчатым вариатором. Гибридный привод развивал максимальную мощность 74 кВт (101 л.с. по стандарту DIN), расход топлива не превышал 5,1 л на 100 км, выбросы CO2 составляли всего лишь 120 г/км.
В течение трех лет с момента выхода модели на рынок компания Тойота значительно доработала аккумуляторную батарею, электродвигатель и инвертор. В 2003 году гибридная система THS II модели Prius была дополнена преобразователем мощности, существенно повысившим КПД системы. Prius второго поколения имел максимальную мощность 82 кВт (111 л.с. по стандарту DIN), расход топлива сократился до 4,3 л/100 км, выбросы CO2 - до 104 г/км.
Новое поколение автомобилей Toyota Prius, представленное в 2009 году, отличается существенно модернизированной системой привода. 90% узлов и деталей гибридного привода подверглись усовершенствованию, благодаря чему система получилась более легкой, компактной и мощной. Значительные усилия инженеров были направлены на улучшение работоспособности привода при эксплуатации в холодных климатических условиях, повышение топливной экономичности и беспрецедентное снижение содержания CO2 в отработанных газах.
На смену 1,5-литровому пришел 1,8-литровый бензиновый двигатель. Общая мощность системы гибридного привода возросла до 100 кВт (136 л.с. по стандарту DIN), расход топлива сократился до 3,9 л/100 км, выбросы CO2 снизились до 89 г/км, что оказалось лучшими показателями среди семейных автомобилей.
2. Гибридный автомобиль с возможностью зарядки от электросети
В настоящее время в Японии, США и Европе проходят испытания гибридного автомобиля с возможностью зарядки от электросети Prius Plug-in Hybrid (PHV). Данный автомобиль работает как электромобиль при движении на короткие расстояния и как обычный гибридный автомобиль в дальних поездках.
Гибридный Prius с зарядкой от электросети знаменует начало использования литиево-ионных аккумуляторных батарей в гибридных автомобилях Toyota. Обладая исключительно высокой объемной плотностью энергии, они более компактны, чем никель-металлогидридные батареи, и обеспечивают значительное увеличение пробега в режиме EV на одном полном заряде при минимальных неудобствах с точки зрения веса или расположения. Кроме того, для заряда им требуется гораздо меньше времени, чем никель-металлогидридным АКБ.
Две трети батареи заряжаются при подключении к внешнему источнику питания. Оставшаяся треть объединена с системой полного гибридного привода нового Prius традиционным способом и постоянно подзаряжается в ходе нормальной работы системы.
Время заряда блока АКБ нового гибридного Prius от обычной бытовой розетки составляет полтора часа.
3. Электромобиль
Для коротких поездок по городу компанией Тойота был разработан новый концептуальный электромобиль, созданный на базе компактной платформы модели Toyota iQ. Электродвигатель автомобиля развивает 45 кВт мощности и 160 Нм крутящего момента при 2690 об/мин. Максимальная скорость движения достигает 110 км/ч. Автомобиль может проехать до 80 км без подзарядки, не выбрасывая при этом вредных веществ.
- Использование электроэнергии – это единственное, с Вашей точки зрения, перспективное направление?
- Нет. В 1992 году компания Тойота также начала работу над гибридными автомобилями на топливных элементах (Fuel Cell Hybrid Vehicles (FCHV). Специалисты компании разработали водородные топливные элементы и бак для хранения водорода под высоким давлением. Первый в мире серийный автомобиль на топливных элементах - Toyota FCHV – появился в 2002 году, а в 2005 году он получил сертификат соответствия.
Топливная экономичность нового поколения гибридного автомобиля Toyota на топливных элементах - FCHV-adv – отличается от показателей предшественника на 25%. Благодаря применению бака для хранения водорода под давлением 70 МПа собственной конструкции автомобиль может проехать примерно 830 км, что в два раза превышает показатель предыдущего поколения. Кроме того, повышена работоспособность автомобиля в холодных климатических условиях - модель FCHV-adv можно эксплуатировать при температуре –30 градусов по Цельсию.
- Каким Вы видите автомобиль будущего в перспективе одного-двух модельных поколений? В каком направлении будет происходить техническое развитие?
- Компания Тойота считает, что гибридный привод Hybrid Synergy Drive станет основной технологией, предлагаемой для всех будущих моделей наших автомобилей. Система разработана таким образом, чтобы она могла найти применение в будущих разработках. Ее можно использовать как на гибридных автомобилях и электромобилях, так и на автомобилях, работающих на топливных элементах. Специалисты компании Тойота продолжают работать над сокращением размеров, массы и стоимости основных компонентов гибридного привода, таких как электродвигатель, инвертор и аккумуляторные батареи. К началу 2020 гг. компания намерена предлагать комплектации с гибридным приводом Hybrid Synergy Drive для каждой модели Toyota.
Благодаря потенциалу гибридных автомобилей с топливными элементами по долгосрочному решению экологических и энергетических проблем многие считают их наиболее вероятным кандидатом на сегодняшний день на роль идеального экологичного автомобиля.
Но, несмотря на тот факт, что гибридный автомобиль с топливными элементами не производит выбросов CO2, для объективной оценки его энергоэффективности и воздействия на окружающую среду необходимо принимать во внимание выбросы, создаваемые различными способами получения водорода. Кроме того, плавный переход на «водородное» общество представляется непростым шагом. Прийти к консенсусу по методам производства и доставки водорода и созданию инфраструктуры заправочных станций можно только в результате совместных усилий всех участников общества, включая правительства разных стран.
