Моторостроение: революций не предвидится

М. Никитин, аспирант МГТУ «МАМИ»

Сейчас все больше говорят об альтернативных силовых агрегатах. Каковы реальные перспективы их установки на автомобили?

В последнее время автомобилестроители сталкиваются с двумя противоречащими друг другу группами требований. С одной стороны, их продукция должна соответствовать постоянно ужесточающемуся экологическому законодательству, с другой – удовлетворять постоянно растущие запросы потребителей, которые хотят получить автомобиль, отвечающий их представлениям о безопасности, комфорте, индивидуальности, удовольствии от вождения. И это при постоянно растущей конкуренции. Как видим, производители вынуждены решать целый комплекс вопросов в условиях жестких законодательных ограничений.

Ужесточение экологического законодательства стимулирует технические инновации и совершенствование традиционных силовых агрегатов. Особенно интенсивное развитие наблюдается в области дизельных двигателей. Совершенствование топливных систем высокого давления и систем фильтрации значительно увеличило эффективность и снизило токсичность отработавших газов. Это отражается на реальных объемах продаж, хотя на рост доли рынка влияет ряд других факторов, в том числе рост цен на топливо.

В качестве альтернативы производители выступают с абсолютно новыми типами силовых агрегатов. Технология топливных элементов, характеризующаяся низкой или практически нулевой токсичностью, чрезвычайно низким уровнем шума, высокой эффективностью, использованием возобновляемых природных материалов является законодателем моды. Все ведущие производители встали на путь разработки технологии топливных ячеек и очень динамично осуществляют НИОКР, что практически невозможно было увидеть несколько лет назад. Фактическим проявлением этой динамики стали опытные образцы NECAR-1 ... NECAR-4 и NEBUS от DaimlerChrysler и опытные образцы, выпущенные другими производителями (Toyota, GM, Ford, Honda).

Институт технической термодинамики немецкого центра авиации и космонавтики (DLR) провел анализ разных силовых установок, исходя из их экологических характеристик, по результатам которого было объявлено, что при определенных условиях топливные элементы могут составить серьезную конкуренцию существующим двигателям внутреннего сгорания. Двигатели на топливных элементах будут постепенно проникать на рынок, однако не следует ожидать значительного объема продаж в ближайшие 15 – 20 лет.

Коммерциализация технологии продвигается очень тяжело. Это также отмечается промышленными альянсами, которые формируются в настоящее время. Тем не менее, работы ведутся, и осуществляется пробный выпуск. Так, запуск Toyota Prius как первого массового гибридного автомобиля осенью 1997 г. предшествовал появлению моделей других производителей (например, Honda), и это показывает, что автопром уже достаточно агрессивно вступает на путь обучения. Для Toyota гибрид представляет стратегический переходный этап в направлении технологии топливных ячеек. Богатый опыт будет получен из электрических силовых агрегатов и их использования потребителем, и станет основой для дальнейшей разработки технологии топливных ячеек.

Топливные элементы (РКК «Энергия»)

Однако, и гибридные силовые агрегаты, и топливные ячейки имеют по сравнению с «классическими» ДВС серьезные недостатки:

– требуют значительно большего пространства для размещения;

– имеют малый запас хода;

– обеспечивают худшую динамику;

– энергоустановки на топливных элементах все еще чрезвычайно тяжелы.

В результате всего этого объективная реализация и глобальное распространение альтернативных энергоустановок в настоящее время находятся под вопросом. Если рассматривать перечисленные проблемы с практической точки зрения, вопрос сводится к следующему: примут ли потребители эти недостатки только ради лучшей защиты экологии?

Без сомнений, наилучший шанс в будущем энергоустановок на топливных элементах заключается в чрезвычайно низком уровне токсичности отработавших газов в отношении СО, СН и NOx. Но это решение только половины проблемы, так как необходимо учитывать не только эти показатели. Нужна общая концепция, приемлемая для рынка, – как в промышленно развитых, так и в развивающихся странах. Частью этой концепции является цена. Пренебрежение этим фактом опасно для экологически чистой технологии, которую невозможно будет использовать, если она окажется недоступной потребителям из-за цены, которую потребители не способны или просто не готовы платить.

Поэтому более разумно подойти с осторожностью к чрезмерно оптимистическим оценкам технологии топливных элементов. Любой новый силовой агрегат станет успешным, т.е. конкурентоспособным, если будет не только экологически чистым, но и продемонстрирует экономические преимущества.

Ожидаемая стоимость силовых агрегатов на топливных элементах и хранения энергии в настоящее время более чем вдвое превышает стоимость традиционных ДВС. Потребители очень чувствительны даже к незначительному увеличению стоимости энергии, поэтому очевидно, что распространение технологии топливных элементов как альтернативы привычным двигателям будет затруднено в ближайшем будущем из-за высокой стоимости.

Таким образом, двигатель внутреннего сгорания с его достаточно низкой ценой, вследствие производственных и операционных расходов, останется хорошей, конкурентоспособной концепцией силового агрегата. Но он останется таковым только в случае, если мы продолжим оптимизацию концепции как с позиций экологии (несмотря на рост парка транспортных средств, загрязнение окружающей среды в 2010 г. по сравнению с 1990 г. значительно уменьшится благодаря совершенствованию традиционных силовых агрегатов, а также применению альтернативных топлив и новых видов силовых установок, хотя ожидаемый потенциал последних к 2010 г. оценивается как незначительный), так и с учетом экономических параметров. В настоящее время, ни топливные элементы, ни иные альтернативные технологии для легковых автомобилей не могут конкурировать с двигателями внутреннего сгорания в удовлетворении требований потребителей в отношении низкой стоимости и «удовольствия от вождения». И общая сумма характеристик делает ДВС лучшей системой для наших автомобилей на какое-то время.

Тем не менее, необходимо практически использовать каждую реальную технологию для сохранения здоровья нашей планеты и, в то же время, убедить потребителей в разумности этих шагов. Это вызов, который необходимо принять на пути дальнейшего развития. Вполне очевидно, что необходимо сконцентрировать усилия на дальнейшем совершенствовании альтернативных систем, таких как топливные ячейки, так как в далеком будущем ограниченная доступность природного топлива сделают новые силовые агрегаты необходимостью. И в конечном счете, это не вопрос выбора той или иной системы, а того, что необходимо сфокусировать дальнейшие работы на двигателях внутреннего сгорания и одновременно – альтернативных концепциях.

От каждого производителя зависит, определит ли он на достаточно ранней стадии, какой из опробованных подходов приведет к достижению цели. Независимо от того, кто ведет разработки в «ошибочном» направлении – возможно даже вынужденно – встретится с огромными трудностями в среднесрочной перспективе. Стратегической основой развития любого производителя двигателей является ДВС, он останется самым распространенным силовым агрегатом, применяемым в автомобилях, и будет превалировать даже тогда, когда один из альтернативных силовых агрегатов будет готов к выходу на рынок в среднесрочной перспективе.

М. Никитин, аспирант МГТУ «МАМИ» Основные Средства 10'2002 17 января 2005

Комментарии (2)

Панченко. rotorproton@mail.ru
Альтернативные силовые агрегаты см. на сайте ДВИГАТЕЛИ И ДВИЖИТЕЛИ ПАНЧЕНКО
30 июля 2012 – 06:26 Ответить
Евгений. Ziryanov@mail.ru
Нужна не революция, революция - это прыжок к недостигнутому, нужен шаг который четко и ясно приблизит к поставленной цели.
26 апреля 2005 – 19:49 Ответить