Електрика проти бензину. Початок протистояння.

Стаття на конкурс

Автор: Рудий Андрій Володимирович, к.т.н., м. Львів, Національна академія сухопутних військ

Зараз нікого вже не можна здивувати авто на електричній тязі. Ми сприймаємо сучасний електромобіль як закономірну еволюцію транспортних засобів. Втім його історія набагато довша і має свої драматичні моменти.

Чи потрібно нагадувати, що перші офіційно зареєстровані рекорди швидкості були досягнуті саме на електромобілях? Але згодом двигун внутрішнього згоряння швидко зайняв дуже тверду позицію у сегменті автомобільних силових установок і міцно утримує її до теперішнього часу, інколи поступаючись місцем електродвигунам. Втім не дуже сильно. Протягом двадцятого сторіччя електродвигуни обмежено використовувалися у якості електромеханічної трансмісії.

Перша спроба електрокарів вийти на ринок відбулася у 1997 році. Компанія GeneralMotors випустила автомобіль EV1. Оснащений свинцево-кислотними батареями EV1 мав запас ходу до 120км. А у комплектації з нікелево-металогідридними батареями запас ходу збільшувався до 240км. Для свого часу це було дуже непогано. За динамічними характеристиками EV1 був здатний скласти впевнену конкуренцію автомобілям з двигунами внутрішнього згоряння. Маючи масу 1400кг та асинхронний двигун потужністю 102кВт (126к.с.), він був здатен розганятися до 96км/год за 9 секунд і мав програмно обмежену швидкість у 126км/год (тобто технічно міг рухатися і швидше). Також автомобіль мав дуже високі шанси зайняти нішу на ринку та потіснити авто з двигунами внутрішнього згоряння. Таких автомобілів було випущено 1117штук. У 2003 році, під тиском американського нафтового лоббі, проект EV1 було згорнуто, а випущені автомобілі, під приводом виявлення критичних помилок у проектуванні та виробництві, були відкликані у власників та знищені. Це було першою поразкою електромобілів у війні з двигунами внутрішнього згоряння. 

Але зупинити розвиток електрокарів було вже неможливо. Створення легких літій-іонних акумуляторних батарей, потужних та компактних асинхронних двигунів та блоків керування ними дало можливість ринку електромобілів здійснити стрибок, який зміг  подолати монополію двигунів внутрішнього згоряння. Сучасні електромобілі вже сильно відрізняються від EV1 як за технічними характеристиками, так і за технологічним оснащенням. І так само не перестають приваблювати любителів високих технологій.

У чому ж полягає привабливість електричного тягового двигуна?  

У першу чергу це так звані маркетингові переваги. До них можна віднести екологічність– авто з електричним тяговим приводом має так звану «нульову емісію», про що виробники намагаються сповістити споживача написами на кузові автомобіля. На хвилі боротьби за екологію це дозволяє електромобілям впевнено утримуватися на ринку, незважаючи на спірні питання екологічності виробництва самих електромобілів та електроенергії, якою вони живляться. Наступною перевагою є висока ергономіка та безшумність. Програмне керування електродвигуном дозволяє реалізовувати широкий спектр режимів роботи електроприводу, що, у свою чергу позитивно впливає на зручність керування. А низькі показники шуму під час роботи електрокару роблять знаходження у ньому комфортним.­­

Також існують і технічні переваги. Наприклад, компонування. Електричний асинхронний двигун займає дуже мало місця і його можна розмістити навіть у колесі автомобіля. Одночасно з цим акумуляторну батарею зручно розташувати під підлогою, займаючи високу площу та рівномірно розташовуючи масу автомобіля. Це дозволяє вивільнити відсіки, де зазвичай розташовується двигун та трансмісія під додаткове місце для вантажу. Електричний тяговий двигун не потребує додаткової керованої трансмісії, оскільки сам має достатньо широкий діапазон робочих обертів. Це також позитивно впливає на кількість агрегатів приводу автомобіля. Тяговий електричний привід не потребує обслуговування у тому обсязі, якого потребує двигун внутрішнього згоряння, що робить його зручним для експлуатації пересічним користувачем. І остання суттєва технічна перевага тягового електричного приводу полягає у дуже широкій полиці крутного моменту. У двигунів внутрішнього згоряння полиця крутного моменту, тобто діапазон обертів, при яких з колінчастого валу знімається максимальний крутний момент, обмежується кількома сотнями обертів і ніколи не починається з мінімальних обертів холостого ходу. Простіше кажучи для отримання максимальної тяги на ведучих колесах необхідно спочатку розвинути достатню кількість обертів. А це займає час.

Електричний двигун майже на усьому діапазоні обертів має полицю крутного моменту і лише коли двигун виходить на оберти близькі до максимальних, його крутний момент падає. Це означає, що за рівних умов електричний двигун здатен майже з нульових обертів видати на ведучі колеса максимальний крутний момент і забезпечити максимальне прискорення. А відсутність складної трансмісії також зменшує втрати цього моменту у самому приводі. У цей час класичний двигун внутрішнього згоряння буде лише виходити на свій максимальний крутний момент. Саме вдалим використанням цієї особливості і пояснюється така безумовна перевага автомобілів Ілона Маска над звичайними авто з двигунами внутрішнього згоряння, яку він демонструє у рекламних проспектах.

Здавалося б класичні двигуни здають позиції та будуть витіснені електричними у найближчі часи. Але у 2017 році фірма Mazda анонсувала новий бензиновий двигун MazdaSKYACTIV-X, економічність якого, за твердженням інженерів фірми, наближається до економічності електрокарів, а викиди у атмосферу значно зменшено у порівнянні з двигунами старшого покоління. 

Це свідчить лише про одне. Двигун внутрішнього згоряння не збирається здавати свої позиції так просто. А значить, ми станемо свідками цікавої та запеклої боротьби технологій між тепловими та електричними машинами. Майбутнє вже поруч.