Kiedy porównaliśmy cztery hybrydowe pionierki, jedna zostawiła inne w tyle

Zanim hybrydy stały się normą, te cztery samochody pokazały, jak szybko rozwijała się technologia.

[Ta historia pierwotnie ukazała się w majowym wydaniu MotorTrend z nagłówkiem "Stan Unii Hybrydowej."] Dwa pierwsze pełnoprawne samochody hybrydowe gazowo-elektryczne dostępne w USA były niczym innym jak technologicznymi skokami w kosmos, tak wielka była ich różnica w stosunku do ustalonych paradygmatów budowy samochodów. Wszyscy zachwycaliśmy się opływowym kształtem Honda Insight, egzotyczną konstrukcją aluminiową i stratosferycznymi danymi EPA.

Następnie olśnił nas Toyota Prius z wieloma silnikami elektrycznymi i wyświetlaczami przepływu energii niczym z gry wideo. Ale gdy początkowe zdumienie opadło, nie mogliśmy nie zauważyć, że te samochody nie były zbyt satysfakcjonujące w codziennej jeździe.

Dwuosobowy Insight był pierwszym, który trafił na rynek pod koniec 1999 roku, a sedan Prius pojawił się wkrótce potem. Oba przyspieszały jak samochody ekonomiczne sprzed dekady. Jeździły na twardych oponach o wysokiej efektywności, które oferowały minimalną przyczepność i z zapałem podążały za rowkami i wybojami na jezdni. Oba samochody często przyspieszały i hamowały w szarpany i nieliniowy sposób, gdy pomoc silnika elektrycznego włączała się i wyłączała.

Ich zawieszenia również były skalibrowane pod kątem wysokiej efektywności. Minimalny kąt pochylenia przednich kół oraz wspomaganie elektryczne kierownicy sprawiały, że feedback z kierownicy był stłumiony, a samochody wymagały ciągłej korekty, aby pozostać na pasie autostrady. Najgorsze było to, że zwykli kierowcy, nie tylko testerzy z ciężką nogą z magazynów, nie osiągali wysokich wartości oszczędności paliwa zarejestrowanych przez EPA.

W końcu większość obiektywnych analityków motoryzacyjnych zgodziła się, że nawet księgowi Enronu nie mogliby wyczarować czarnego atramentu z kosztów projektowania, rozwoju i produkcji tych samochodów poniżej 21 000 dolarów. Nawet z perspektywy czasu, nasze początkowe znudzenie wydaje się uzasadnione.

Przewińmy pięć lat modelowych do przodu — i krajobraz hybrydowy ma szansę na dramatyczną zmianę. Przechodzimy daleko poza kategorię "eksperymentu naukowego". Ta technologia nie będzie już ograniczona do małych, dziwnie wyglądających ekonomicznych pudełek, które zmuszają właścicieli do poświęcania prowadzenia lub komfortu na ołtarzu oszczędności i ekologii. Zamiast tego, wsparcie elektryczne ma zająć swoje miejsce obok doładowania i turbodoładowania jako sposób na efektywne zwiększenie wydajności normalnych, wysokowydajnych pojazdów, jednocześnie cicho podnosząc statystyki Corporate Average Fuel Economy (CAFE).

Teraz wydaje się, że nadszedł dobry czas, aby przyjrzeć się, jak daleko hybrydy się rozwinęły i dokąd zmierzają.

Aktualny stan sztuki oszczędności paliwa

Główni nabywcy samochodów i ciężarówek nie wykazali prawdziwego entuzjazmu dla pojazdów oszczędnych w paliwie, ale nasz rząd uważa, że ich potrzebujemy, więc podnosi standardy średniej oszczędności paliwa dla lekkich ciężarówek z obecnych 20,7 mpg do 21,0 mpg na rok modelowy 2005, 21,6 mpg na 2006 i 22,2 mpg na 2007. CAFE dla samochodów osobowych pozostanie na poziomie 27,5 mpg, przynajmniej na razie. Pojazdy o wyższej wydajności nadchodzą, niezależnie od tego, czy ich chcemy, czy nie.

Jeśli porozmawiać z inżynierem motoryzacyjnym na temat oszczędności paliwa, większość przyzna, że przy projektowaniu pojazdu, aby spełniał określone cele dotyczące rozmiaru, wagi i wydajności, przejście z tradycyjnego silnika benzynowego na mniejszy silnik wspomagany przez silnik elektryczny i akumulator z regeneracyjnym ładowaniem przyniesie oszczędność paliwa na poziomie około 25 procent. Zamiast tego, przejście z oryginalnego silnika benzynowego na równie mocny silnik wysokoprężny również zaoszczędzi około 25 procent. W sierpniu 2002 roku przetestowano te twierdzenia o parytecie silników wysokoprężnych i hybrydowych, wysyłając VW Jettę z silnikiem wysokoprężnym na 250-milową trasę mieszanej jazdy z porównywalnym Toyota Prius i Honda Civic Hybrid. Średnia oszczędność paliwa na trasie wahała się od 39,4 mpg (Honda) do 42,3 mpg (VW), a przyspieszenie do 100 km/h różniło się od 12,7 sekundy (Toyota) do 13,8 sekundy (VW).

Oczywiście, hybryda z silnikiem diesla zapewniłaby jeszcze lepszą oszczędność paliwa, ale przyszłość silników diesla w tym kraju jest niepewna. Surowe nowe przepisy dotyczące emisji grożą zakazaniem silników diesla w lekkich pojazdach, chyba że nastąpi przełom technologiczny, który znacznie zmniejszy emisję cząstek stałych (sadzy) i NOx (tlenków azotu). Te przepisy weszły w życie w tym roku w stanach przestrzegających standardów Kalifornii, a w 2008 roku będą wprowadzane na całym kraju, co sprawia, że coraz więcej producentów samochodów zwraca się ku hybrydom zasilanym benzyną, aby poprawić swoje wyniki CAFE.

Toyota i Honda przeszły wyraźnie różnymi ścieżkami w tej hybrydowej rzeczywistości. System Integrated Motor Assist (IMA) Hondy w modelach Insight i Civic Hybrid jest łagodny i elegancko prosty w działaniu — silnik elektryczny znajduje się pomiędzy tradycyjnym silnikiem a skrzynią biegów — pięciobiegową manualną lub bezstopniową skrzynią biegów (CVT).

Oszczędność paliwa osiąga się poprzez wyłączanie silnika podczas postoju lub toczenia się oraz poprzez zmniejszenie rozmiaru silnika i poleganie na silniku elektrycznym w celu wspomagania przyspieszenia. Silnik jest zasilany energią zgromadzoną podczas zwalniania i hamowania, kiedy działa jak generator, ładując akumulator pokładowy. (Dzisiejsze hybrydy nigdy nie są podłączane do ładowania.) Hybrydy Hondy nie mogą przyspieszać tylko na zasilaniu elektrycznym.

Toyota Hybrid Synergy Drive (HSD) jest bardziej skomplikowana. Silnik benzynowy jest unikalny, wykorzystując lekkie, niskotryskowe komponenty wewnętrzne zaprojektowane do pracy przy maksymalnej prędkości wynoszącej tylko 5000 obr./min. Mechaniczny stopień sprężania 13.0:1 poprawia efektywność, ale zawory dolotowe zamykają się tak późno, że mieszanka powietrzno-paliwowa doświadcza tylko 9.5:1 sprężania, co pozwala silnikowi pracować na zwykłym paliwie. Unikalna automatyczna skrzynia biegów planetarnych pozwala samochodowi przyspieszać z miejsca do prędkości powyżej 48 km/h tylko na zasilaniu elektrycznym, jeśli kierowca przyspiesza delikatnie, co znacznie zwiększa oszczędność paliwa w porównaniu do osiągów łagodnej hybrydy Hondy. Gdy przyspiesza się mocniej, silnik benzynowy włącza się. Gdy wciśnie się pedał do dechy, oddzielny generator przełącza się na pracę jako dodatkowy silnik dla jeszcze większej pomocy. Oszczędność paliwa jest znacznie mniej znacząca przy prędkościach autostradowych, gdzie silnik musi pracować ciągle, co wyjaśnia, dlaczego wyniki EPA Priusa są najwyższe w teście miejskim.

Inne technologie oszczędzania paliwa, takie jak bezstopniowe i sześciobiegowe lub siedmiobiegowe skrzynie biegów, dezaktywacja cylindrów, bezpośredni wtrysk benzyny, silniki o zmiennym stopniu sprężania, a nawet silniki benzynowe z zapłonem kompresyjnym są wprowadzane lub są w fazie opracowywania, ale niewiele z nich obiecuje przewyższenie 25-procentowej poprawy hybryd.

Czy hybrydy to już prawdziwe samochody?

Stylizacja Priusa z 2004 roku może być na tyle atrakcyjna, aby przyciągnąć osoby, które nie interesują się technologią ani oszczędnością paliwa, na jazdę próbną.

Tacy ludzie odkryją przestronny, wygodny samochód, który przyspiesza w rozsądny sposób (w 10.2 sekundy do 100 km/h przy pełnych akumulatorach, jest o 2.2 sekundy szybszy niż Prius z 2003 roku testowany tego samego dnia) i jedzie po drodze płynniej i ciszej, wymagając mniej wkładu w kierowanie. Większe opony (P185/65R15 w porównaniu do P175/65R14) nadają nowemu Priusowi bardziej pewne dynamiczne prowadzenie, chociaż opcjonalny (i agresywny) system kontroli stabilności w naszym testowym samochodzie uniemożliwił nam określenie poprawy w naszych testach slalomu i skidpad.

Wprowadzając technologię hamulców elektronicznych i dalej udoskonalając komputery zarządzające różnymi silnikami, generatorami i hamulcami ciernymi podczas przyspieszania i hamowania, nowy Prius działa znacznie płynniej, dzięki czemu kierowca jest znacznie mniej świadomy różnych przekazów zachodzących pomiędzy elektrycznym a mechanicznym sprzętem. Elektryczne wspomaganie kierownicy wydaje się bardziej normalne, chociaż nie dorównuje najlepszym systemom hydraulicznym.

Honda Civic Hybrid jest znacznie bardziej dopracowanym i przyjaznym użytkownikowi pojazdem niż ważący 853 kg Insight. Twarde opony dwuosobowego modelu oraz różnica 10,9 cm w szerokości toru przedniego i tylnego sprawiają, że jazda po wyboistych nawierzchniach jest wyzwaniem, a nierówności odczuwane są w intymnych detalach. Cienkie boczne szyby i minimalna izolacja akustyczna nie filtrują hałasu wiatru i drogi, co sprawia, że kierowca czuje się dość bezbronny, dzieląc drogę z dużymi SUV-ami. Choć Insight przejechał przez nasz slalom najszybciej ze wszystkich (101,4 km/h w porównaniu do 100,6 km/h dla najlepszego Civica), informacja zwrotna z układu kierowniczego rzadko zachęca kierowcę do podejmowania heroicznych manewrów.

Civic, w przeciwieństwie do Insight, wygląda i prowadzi się jak normalny samochód, poruszając się prosto po większości dróg z minimalnym wysiłkiem. Lepiej amortyzuje nierówności niż Insight, ale nie dorównuje jakości jazdy nowego Priusa. Z przekładnią CVT, Honda przyspiesza niemal tak płynnie jak Toyota, chociaż jest prawie dwa punkty wolniejsza do 100 km/h (w 12,1 sekundy). Naciśnięcie hamulców powoduje, że Civic zwalnia z charakterystycznym dla hybryd szarpaniem, gdy regeneracja energii z baterii wchodzi i wychodzi.

Każda dyskusja na temat osiągów przyspieszenia powinna uwzględniać ulotny charakter mocy hybrydowej. Wspinając się na Pikes Peak, bateria szybko się wyczerpuje poniżej linii drzew, a mały silnik spalinowy ledwo łapie oddech. Testowaliśmy każdy z tych samochodów z możliwie wyczerpaną baterią i zauważyliśmy, że czasy przyspieszenia 0-100 km/h spadły o 1,3 i 1,5 sekundy dla Hondy oraz o 3,3 i 4,7 sekundy dla Priusa.

Ani Toyota, ani Honda nie wymagają okresowej konserwacji baterii ani komponentów napędu hybrydowego, a każda z nich oczekuje, że akumulator wytrzyma ponad 160 000 km.

Jeśli chodzi o rzeczywistą oszczędność paliwa, nadal istnieje znaczna różnica między danymi EPA a rzeczywistością (patrz pasek boczny). Wciąż wątpimy, czy którykolwiek z tych samochodów jest sprzedawany zgodnie z tradycyjnym, książkowym pojęciem rentowności. W rzeczywistości, przypuszczamy, że nowy Prius, którego cena zaczyna się od 20 510 dolarów, jest najbardziej dotowanym samochodem na rynku.

Długoterminowa Perspektywa

Zapytaj szefów motoryzacyjnych, co widzą w swoich kryształowych kulach, a wielu z nich powie, że dostrzega świat zmierzający w kierunku gospodarki wodorowej, z ogniwami paliwowymi jako ostatecznym celem. Te pojazdy z ogniwami paliwowymi będą hybrydami, łączącymi wodór i powietrze jako główne źródło energii elektrycznej, ale polegającymi na jakimś rodzaju urządzenia do przechowywania energii na pokładzie jako zapas. Ta bateria, kondensator, koło zamachowe lub cokolwiek innego pozwoli pojazdowi odjechać, podczas gdy zimne ogniwo paliwowe się nagrzewa i włącza, a także zapewni natychmiastowe przyspieszenie na żądanie (ogniwa paliwowe nie mogą dostarczać dużych skoków mocy tak szybko, jak kierowcy przyzwyczaili się do oczekiwania od silników benzynowych). Oczywiście, będzie również przechowywać energię odzyskaną podczas hamowania.

Logiczne jest, że firma z największym doświadczeniem w dostrajaniu i integrowaniu hybryd gazowo-elektrycznych może być w najlepszej pozycji do projektowania i rozwoju pojazdów z ogniwami paliwowymi, które prowadzą się jak normalne samochody i ciężarówki, gdy technologia dojrzeje, a infrastruktura stanie się dostępna. Jeśli ta przyszłość miałaby nastąpić za pięć lat, postawilibyśmy wszystko na Toyotę. Prawdopodobnie jest to co najmniej 25 lat w przyszłości, ale reszta branży już ma sporo do nadrobienia. W międzyczasie ciesz się zwiększoną wydajnością i oszczędnością paliwa swojego następnego samochodu hybrydowego, ciężarówki lub SUV-a.

Co dalej z hybrydami?

Rozważając presję CAFE na ciężarówki oraz wrodzony potencjał zysku w tym segmencie, nie jest zaskoczeniem, że większość działań związanych z hybrydami w nadchodzących latach będzie miała miejsce w segmencie ciężarówek. Jesienią Toyota wzmocni swój system HSD do użycia w Lexusie RX 400h, a na początku 2005 roku wprowadzi Toyotę Highlander Hybrid. Technologia jest identyczna z tą w Priusie, ale moc baterii i silnika elektrycznego zostanie podwojona, a 3,3-litrowy silnik V-6 zastąpi 1,5-litrowy czterocylindrowy. Łączna moc ma wynosić ponad 270 koni mechanicznych, a oszczędność paliwa ma być lepsza niż obecna średnia 27,6 mpg dla kompaktowych sedanów, co przekłada się na oszałamiający zasięg 600 mil. Modele z napędem na wszystkie koła otrzymają dodatkowy silnik elektryczny napędzający tylne koła, co poprawi przyczepność i przyspieszenie (spodziewaj się niskich czasów poniżej siedmiu sekund do 60 mph); nie oczekuj jednak, że pokonasz szlak Rubicon. Toyota może nawet dostosować HSD do użycia w nadchodzącej ciężarówce zastępującej Tundrę.

Tego lata Ford rozpocznie produkcję Escape Hybrid, który połączy 2,3-litrowy silnik czterocylindrowy z planetarną skrzynią biegów CVT, wykorzystującą dwa silniki elektryczne, podobnie jak Toyota HSD, z tym że opcja napędu na wszystkie koła będzie mechaniczna, a nie elektryczna. Sprzęt hybrydowy dodaje 200 funtów, ale zapewnia osiągi silnika V-6 z oszczędnością paliwa w mieście szacowaną na 35 do 40 mpg. Ciągnięcie przyczepy będzie ograniczone do 1000 funtów. Ceny jeszcze nie zostały ustalone, ale Ford przyznaje, że będą one w pewnym stopniu subsydiowane.

Jesienią Honda połączy swój system IMA z silnikiem V-6 w Accordzie, a silnik będzie mógł pracować na trzech cylindrach, gdy sześć nie jest potrzebnych. Połączenie to ma zapewnić oszczędność paliwa na poziomie Civica przy osiągach lepszych niż w normalnym Accordzie V-6.

GM obecnie produkuje system mild hybrid dla klientów flotowych ciężarówek (sprzedaż detaliczna rozpocznie się pod koniec tego roku). Działa on jak IMA Hondy, integrując 19-konnym silnikiem elektrycznym w konwerterze momentu obrotowego skrzyni biegów 4L60E, która jest połączona z silnikiem V-8 o pojemności 5,3 litra. Wyłączając silnik podczas postoju i zwalniania oraz używając silnika do wygładzania blokady konwertera momentu obrotowego przy niskich prędkościach, system zapewnia korzyści w oszczędności paliwa na poziomie 10-12 procent. Jednak jego główną atrakcją dla docelowej grupy odbiorców — wykonawców budowlanych — jest wbudowany generator 120-woltowy o mocy 14 000 watów. System podniesie cenę Chevroleta Silverado lub GMC Sierra o około 2500 dolarów.

Kolejny projekt mild hybrid GM zastąpi rozrusznik i alternator w Saturnie Vue 2006 i Chevrolecie Malibu 2007 dziewięcio-konnym silnikiem elektrycznym napędzanym paskiem. GM spodziewa się oszczędności paliwa na poziomie 12-15 procent z tego systemu, w połączeniu z CVT.

Pełne hybrydy pojawią się w pełnowymiarowych SUV-ach GM w 2007 roku oraz w dużych ciężarówkach rok później. Niewiele szczegółów technicznych zostało jeszcze ujawnionych, ale wiadomo, że system mieści się w przestrzeni tradycyjnej automatycznej skrzyni biegów i zawiera dwa zestawy przekładni planetarnych, z których każdy ma silnik elektryczny o mocy 25-30 koni mechanicznych wewnątrz lub połączony z jego zębatką słoneczną.

Razem zapewniają one nieskończony zakres przełożeń od 4.0:1 do 0.6:1. Pracując w połączeniu z silnikiem V-8, który może wyłączyć cztery cylindry, całkowite oszczędności paliwa szacowane są na 25-35 procent.

Na wystawie w Detroit w styczniu Mercedes-Benz zaprezentował koncepcję klasy S wyposażoną w silnik V-6 oraz system hybrydowy z dwoma silnikami, zdolny do osiągania prędkości 50 mph tylko na zasilaniu elektrycznym. Łączna moc wynosiła rzekomo 309 koni mechanicznych, co wystarczało do osiągnięcia 60 mph w 7,5 sekundy i maksymalnej prędkości 155 mph, przy zużyciu paliwa o 20 procent mniejszym niż w przypadku silnika V-8 klasy S. Mitsubishi również zaprezentowało swoją koncepcję Eclipse z napędem E-Boost, składającą się z silnika V-6 o mocy 269 koni mechanicznych o pojemności 3,8 litra napędzającego przednie koła oraz silnika elektrycznego o mocy 201 koni mechanicznych napędzającego tylne koła. Podejrzewamy, że tego rodzaju hybryda "przez drogę" (silnik i silnik elektryczny są połączone tylko przez drogę) może być trudniejsza do dostrojenia do płynnej pracy i może być mniej prawdopodobne, że wejdzie do produkcji.