ЦАХИЛГААН НОЁД

• Toyota Prius-ийн анхны загвар гарснаас хойш аль хэдийнээ 20 жил болжээ.
• Үүнтэй холбогдуулан Mихаил Гзовский болон Максим Сачков нар hybrid-ын хувьслыг бүх цаг үеийн Prius-ээр танилцууллаа. Зургийг: Георгий Садков.
  

Загвар нь 20 болон 30 гэсэн тэмдэглэлтэй он залуу Prius-ууд хаа сайгүй байдаг ч өмнө нь засварт орж байгаагүй эхний үеийн Prius тэр бүр олдоод байдаггүй юм. Тиймээс бид уйгагүй хайсаар хамгийн анхны hybrid болох Prius 10-аас арай илүү хүчин чадалтай 2000 оны шинэчилсэн Prius 11-г оллоо. Түүний батарей нь бүрэн цэнэгтэй байснаас гадна урьд нь засварт орж байгаагүй болохоор бидний шаардлагад бүрэн нийцэв.

ЦАГ ХУГАЦААГААР АЯЛСАН НЬ

Аль 2001 онд Prius 11-ийг “За рулём”-ийн багаар туршиж байсан болоод ч тэрүү энэ зүүн талдаа рультэй Prius-д суухад маш их зүйл дурсагдаж байлаа. Туршилтын автомашин ч тэр үйлдвэрээс гараад арав гаруй жил болсон гэхэд үл мэдэг сэвтэй, бага зэргийн косметик засвар хийхэд л шинэ юм шиг харагдах ба явахад салонд ямар ч дуу чимээ сонсогдохгүй, тэнхлэг ч сулраагүй жигтэйхэн өнгөлөг байлаа. Гагцхүү цагийн аясаар  элэгдсэн жолооны хүрд л үйлдвэрээс гараад нэлээдгүй олон жил болсныг илэрхийлж байсан юм.

Он хөгшин тэрэг учраас тоормос нь бага зэрэг тааруу байх нь аргагүй. Тухайн үедээ л дэлхийн хамгийн дэвшилтэт технологийн машин байсан болохоор энэ мэт жижиг зүйлийг нь ч уучилъя.

Харин хоёрдугаар үеийн Prius-д нэлээд сүрхий шинэчлэлтүүдийг хийсэн юм шүү. Хэдийгээр Prius 20-ийг загварлаг болсон гэж хэлэхгүй ч гадаад үзэмж, гоо зүйн хувьд Prius-11-ээс хавьгүй дээр болж. Түүнчлэн 11-ийн арын  суудлыг эвхэж болдоггүй байсан бол 20-д мэдээж энэ дутагдлыг засаад авсан. Ер нь салоныг тэр чигт нь шинэчилснээр улам аятайхан болсныг онцолмоор байна. Жишээлбэл суудлыг илүү тав тухтай болгож жолооны хүрдэн дээрх араа шилжүүлэгчийг урд самбар дээрх Parking товчлууртай жижиг цахилгаан шилжүүлэгчээр орлуулсан юм.

Седан тэрэг хэтчбек болж хувирснаар автомашин уртсаж арын суудлын зай томорчээ. Хэдийгээр үйлдвэрлэгчид багаажны зайг багассан гэж үздэг ч надад лав бусдаасаа хамаагүй том юм шиг санагдлаа. Хэмжилтийн арга барил нь өөр байсан юм болов уу? Харин бид багаажны хэмжилтийг бодит тээшний хэмжээтэй шоонуудаар хийсэн юм.

Хоёр болон гуравдугаар үеийн Prius-ууд хоорондоо их төстэй ч 2009 оны загвар нь зальтай “нүд”, хажуу талын эмжээр болон шинэчилсэн гэрлийн ачаар хамаагүй сүр жавхаатай харагдаж байлаа. Салон бол янзын болжээ. Хэт “модон” хийцтэй салонд хөнгөн удирдлагын самбар, 2D дэлгэц, паар, эйркондишн болон GPS-г удирддаг руль дээрх товчлуур, спидометрийн өвөрмөц гэрэлтүүлэг нь хээнцэр хэв маягтыг бий болгоно.

Орос жолооч нар hybrid технологийг оросын замд нийцэхгүй хэмээн үздэг байна. За тэгвэл туршаад үзчихье! Эхлээд салон хэр хугацаанд халахыг шалгая. Цаг агаар ч яг тохирч гадаа -26 хэм хүйтэн байна. Түүнчлэн Prius-ийн сүүлийн загварын зохион бүтээгчдийн хэлэхээр дэвшилтэт EHR систем нь хөргөлтийн шингэнийг ажилласан хийн дулаанаар халаадаг тул машины салон богино хугацаанд халдаг байх нь.

Машинуудаа гадаа хонуулсны дараа салонд температур хэмжигч байрлуулан хөдөлгүүрийг асааж үзье. Салоны температур түрүүлж +20 хүрсэн автомашиныг ялагчаар тодруулна. Ингээд... тэмцээн эхэлмэгц Prius-11 нь бусдаасаа түрүүлж халан найдлага төрүүлж байсан ч 13 дахь минутад Prius-20 гүйцэж тэргүүн байр эзлэв. Тэгэхээр Prius-20 түрүүлж бензин хөдөлгүүрийн ажиллагааг зогсоодгоос гадна батарейг бүрэн цэнэглэснийг мэдээлдэг байна. Нөгөө шинэ нөхөр яасан бэ?

Заагдсан температурт 55 минут буюу Prius-20-оос 10 минут хоцорсноор их л бээрэг болохоо харууллаа. Үүнийг Toyota-ийн үйлдвэрлэгчид тайлбарлахдаа: “Оросын шатахуун чанаргүй болохоор Орос руу EHR-гүй (Exhaust Heat Recovery) Prius-30 нийлүүлэхээс өөр аргагүй” гэдэг байна. Тэгэхээр ийнхүү хөргөлтийн шингэнийг ажилласан хийгээр халаадаг системгүй шинэ Prius бусдаасаа удаан халдаг болж таарав. Одоо л яагаад Prius-30 ингэж удаан халдгийг ойлголоо.

Үр дүн нь их сонирхолтой юм аа (график харна уу). Hybrid-ийн анхдагчийг ялагдагч болгохгүй байхаар шийдлээ. Үүнд, Prius-11-г дараа дараагийн загваруудын адил европын нөхцөлд туршин гаргаж байгаагүйг анхаарна уу. Тэгсэн ч аль хэдийнээ 100 000 км явсан Prius-11 илүү дэвшилтэт “хамаатнуудаасаа” дутахааргүй цэмбэгэр байлаа.

Hybrid-ууд замын түгжрэлд яах бол? Яг энэ үед л hybrid машины давуу тал болох шатахуун хэмнэлтийн үр ашиг гарч эхэлдэг. Манай Prius-ууд туршилтын замаар ар араасаа цувж жолооч нар нь үе үе солигдож байсан юм. Нийт 100 км явахад одометр дундаж хурд 25 км/ц гэж заалаа. Хотын жолоодлогод оролцох машин өдрийн турш яг л ийм хурдаар ийм зайг туулдаг байх. Ялагчийг яваандаа зарлая. Тэр болтол жолооны ард юу мэдрэхийг харцгаая.

Hybrid-уудын хөдөлгүүр улаан гэрлэн дохио дээр унтарч ногоон гэрэл асмагц мэдэгдэхгүй ажиллаж эхэлнэ. Батарейг цэнэглэсэн тохиолдолд hybrid-ууд цахилгаан горимоор асдаг. Харьцуулахад Prius-11 нь 20 км/ц хүртэл хурдалж байж бензин хөдөлгүүрийг автоматаар асаадаг бол 20 болон 30-ууд зөвхөн цахилгаан горимоор хэдэн километр явж байж (хүсвэл удирдлагын самбар дээрх EV товчлуурыг дарж) асна. Хөгжилтэй нь батарей суусан тохиолдолд Prius нь жолоочид байдлыг эвтэйхнээр тайлбарлаад өгчихдөг.

Ингэхэд EV тохируулгыг АНУ-ийн зах зээлд нэвтрүүлэх гэж нэлээн юм болж байжээ. Хөдөлгөөний аюулгүй байдлыг чанд мөрддөг америкчуудад ямар ч дуу чимээгүй Prius нь явган зоригчдод аюултай гэж үздэг байв. Япончууд харин үүний хариуд

“Та Даваа гарагийн өглөө эрт ажилдаа гарахдаа гараашаа онгойлгон агаар бохирдуулахгүй, хөршүүдээ ч сэрээлгүй “өлмий дээрээ” явж байгаа юм шиг Prius-ээр  явбал догь биш гэж үү?” гэсэн утгатай сурталчилгааг больё гэтэл нь цацсаны эцэст EV товчлуурыг АНУ-д хуулиар баталсан гэдэг.

Эргээд зам руугаа орцгооё. Prius-11-ийн тоормосны педалиас хөлөө авбал нэг л  залхуутай явж эхэлнэ. Гагцхүү туйлын тэвчээртэй жолооч л хүйчтэйхэн шиг хаазлах хүслээ арай ядан дарах байх. Харин нөгөө хоёр машин хөнгөн шингэн байж нөөц шатахуун болон киловаттын илүүдэл үлдээдэг байна.

Гурав дахь үеийн hybrid нь цахилгаан горимоос гадна хэмнэлтийн горим (Eco) руу шилждэг онцлогтой. Eco товчлуурыг дарвал тэр даруйд динамик суларч, хаазны педаль нь богино зайд хүчтэй гишгэхэд хариу үйлдэл үзүүлэхээ байдаг. Ингэх нь төвөгтэй санагдаж магадгүй ч шатахууны хэмнэлт илт мэдэгдэнэ.

Бид тоглоомыг шударга байлгах үүднээс хотын жолоодлогоор шинэ Prius-үүдийн нэмэлт тохируулгуудыг ашиглаагүй юм. 100-д 7,0 л шатахуун зарцуулдаг Prius-30 нь хамгийн хэмнэлттэй машин байв. “Хөгшчүүл” ч бас муугүй үзүүлэлт харуулж Prius-20 7,6 л харин Prius-11 8,0 л зарцууллаа. Хотын жолоодлогоос учраас хамаагүй давхиагүй ч шинэ Prius нөгөө хоёроосоо хамаагүй хүчтэй гэдгийг мартаж болохгүй. За, тэгвэл нэг сайхан давхиад үзчих үү?

Чөлөөтэй зам руу гараад 100 км/ц хурдтайгаар зэрэгцэж явна гэсэн дүрэм тогтоолоо. Замын ачаалал их байгаагүй ч цуваа эгнээгээр явахад Prius-ууд нэг нэгнээ гүйцэж түрүүлэх гэж цаг их алдсанаас болоод дундаж хурд 60 км/цагаас дээш хэтрээгүй юм.

Аяндаа хурд 60 км/ц давахад Prius-11 болон Prius-20 хоёрын динамикийн ялгаа нь илт мэдэгдэж эхэллээ. 20 арай өөртөө итгэлтэй давхих ч аль алины хаазыг тултал нь гишгэвэл хүч дутсанаас болж сэтгэл гонсойх мэдрэмж төрж байсан. Харин 136 морины хүчтэй Prius-30 хамаатнуудаасаа хамаагүй хурдан бөгөөд шидэт Power товчлуурыг дарвал салхи татуулаад л алга болно. Энэ товчлуур нь хүч нэмдэггүй ч олон төрлийн цахилгаан хүлээсийг тайлдаг учиртай. Жишээ нь хөлдүү замаар дугуйгаа шарвуулан төвөггүй явна гэсэн үг. Гол нь нэг бол шатахуун хэмнэх эсвэл эрч хүчтэйгээр гүйцэж түрүүлэх гэсэн сонголт жолооч бүрд байдаг юм шүү.

Идэвхтэй жолоодлогын хувьд мөн л шинэ Prius илүү болж таарлаа. Гэхдээ энэ нь уран жолоодлого эсвэл шарвалт хийнэ гэсэн үг биш юм. Prius-11 зөвхөн хий эргэлтийн эсрэг  системтэй учраас жолооны хүрдийг алдаж хаазыг эвгүй гишгэвэл машиныг шарвуулах нь энүүхэнд. Тэгвэл Prius-20 болон Prius-30-ууд эсрэгээрээ байнгын тогтворжуулах системтэй юм. Үүнд, сүүлийн Prius-ийн электроник нь ухаан зулаггүй ажилладаг тул бага зэрэг хичээхэд л жолооны хүрдийг булаалгүй шулуун явах нь тэр. Тэгээд ч юу гэж байгальд ээлтэй автомашин учиргүй эргэлт бүрт эко-дугуйгаараа чихруулан явах вэ дээ.

Ингэхэд туршилтаар орсон автомашинуудын дугуйг үйлдвэрлэгчийн заасан хэмжээн дагуу сонгосон ч өвлийн зөөлөн хээ, дугуйн хадаас болон цасан дээр хий эргэх нь шатахуун хэмнэлтийн ихээхэн хувийг бууруулдаг юм. Мэдээж хүйтний улиралд нэг литр бензинээр явах зай багасдаг нь ойлгомжтой хэрэг.

Гэсэн хэдий ч үр дүн сонирхолтой санагдлаа. 100-д Prius-11 5,4 л харин Prius-20 5.3 л шатахуун зарцуулж онцын ялгаа гарсангүй. Харин Prius-30 ердөө 4,6 л гэвэл ямар санагдаж байна? Хэрхэн дүгнэх вэ?

Тиймээс энэ нь зүгээр ч нэг шатахуун хэмнэдэг hybrid автомашин болоод зогсохгүй жолоодлого сайтай, тав тухтай “цахилгаан ноён” юм. Байгальд ээлтэйгээс гадна ШТС-уудын өс хонзонт дайсан гэж үүнийг л хэлэх байх.

Аэродинамик болон машины жин нь ажилласан хийн ялгарлын хэмжээ болон шатахуун зарцуулалтад нөлөөлдөг. Эхэн үеийн Prius-ийн аэродинамик Cx=0,29 гэсэн муугүй үзүүлэлттэй байж дараагийнх нь загвараар энэ үзүүлэлтийг 0,26 хүртэл сайжруулсан байна. Аэродинамикийг ийнхүү сайжруулахын тулд дээврийн хэлбэрийг өөрчилж, доод талыг аэродинамик хаалтаар таглан багаажны хаалга болон арын бамперын доор спойлер суурилуулжээ.

Гурав дахь үеийн Prius-г бүтээх явцад инженерүүд бүхий л мэдлэг ур чадвараа гаргаснаар радиаторын дээд торны агааржуулах нүхийг тултал нь багасгаж хөдөлгүүрийг хөргөх зорилгоор доод талд нь том завсар үлдээсэн байна. Хажуу толинууд болон хаалгыг илүү хавтгай болгож хаалганы бариул, толь болон гэрэлтүүлэгт илүү анхаарал хандуулжээ.

Агаар зүсэлтийг сайжруулахын тулд багаажны хаалганы цонхонд спойлер хийж, хайлшин обуд дээр хуванцар аэродинамикийн колпакууд суулгасан байна. Энэ нь ч үр дүнгээ өгч Cx-ийн үзүүлэлт 0,25 болсноор тус кузовын төрөлдөө дээд амжилт тогтоосон юм. Hybrid хөдөлгүүрийн нэмэлт эд ангиуд болон батарей нь автомашины жинг нэмдэг тул эхэн үеийн Prius-ийн кузовыг аль болох хөнгөн хийхээр шийдсэн байна.

Үүний тод жишээ бол аюулгүйн торыг хөнгөн, бат бөх гангаар хийсэн явдал юм. Хоёр болон гуравдугаар үеийн загваруудын кузовын төв тогтоогч болон дээврийг хэт бат бөх гангаар хийсэн байдаг. Ийм деталиуд өмнө нь ашиглаж байсан материалаас 1,5-2,5 дахин бат бөх бөгөөд 40-60%-аар хөнгөн юм.

Prius-ийн бензин хөдөлгүүр Toyota-ийн өөр ямар ч загвараас дахиж олдохгүй. Уг хөдөлгүүрийг цахилгаан мотортой хослуулж ажиллуулахаар тусгайлан бэлдсэн болохоор 1,5 литрийн багтаамжтай уламжлалт Оттогийн мөчлөгийн оронд Аткинсонийн циклийг хэрэглэсэн байна.

Үүнд Аткинсоны мөчлөгтэй хөдөлгүүр нь бага эргэлтээр доголдолтой ажилладаг сул талтай болохоор цахилгаан хөдөлгүүр нь энэ дутагдлыг нөхчихдөг юм. Тэгээд ч бусад бензин хөдөлгүүрүүдийг бодвол шатахуунд хэмнэлттэйгээс гадна ажилласан хийн ялгарал хамаагүй бага юм. Prius-ийн моторын бас нэгэн онцлог нь бензин хөдөлгүүрт байдаггүй 13-тай шахалтын зэрэг юм. Анхнаасаа зөвхөн Японы зах зээлд зориулсан Prius-11-ийн мотор нь ердөө 58 морины хүчтэй байв. 2000 онд шинэчлэлт хийснээр хөдөлгүүрийг чадлыг 72 хүртэл өсгөсөн юм. Байгальд бага хор хөнөөл үзүүлэх үүднээс удирдлагын системийг шинээр тохируулж оруулах нударган гол дээр хий хуваарилалтыг шилжүүлдэг төхөөрөмж суурилуулжээ.

Prius-20 гарснаар хөдөлгүүрийг бага зэрэг шинэчилсэн юм. Шаталтын хөндийг сайжруулж, поршен ба бүслүүрийг шинэчилснээс гадна гаргах коллекторыг хөнгөн болгож, чадлыг нэмэгдүүлсэн байна.

Харин жинхэнэ хувьсгалт шинэчлэлтүүдийг Prius-30-аас харж болно. Юуны түрүүнд ажлын эзлэхүүнийг 300 см2-р томруулсан юм. Ингэснээр хүчин чадал 27%-р, харин эргүүлэх хүч 23%-р өсөхийн зэрэгцээ шатахуун зарцуулалт багасна гэсэн үг. Үүнд зөвхөн өндөр хурдаар шатахуун хэмнэхийг анхаарна уу. Үүнийг тайлбарлавал, хэрвээ өмнөх 1,5 литрийн хөдөлгүүртэй загвар 120 км/ц-т минутад 2470 эргэж байсан бол 1,8 литрийн хөдөлгүүртэй Prius III 2180 эрг/мин гүйцэтгэнэ. Өөрөөр хэлбэл бага эргэх тусам шатахуун зарцуулалт, цаашлаад дуу чимээ багасах юм.

Ажилласан хийн ялгарлыг багасгах үүднээс дахин эргэлдүүлдэг EGR системийг шинэчилж ажилласан хийн хөргөлт нь 880-аас 150°С хүртэл нэмэгдсэн байна. Энэ нь буцаж шатахууны хөндий рүү орсноор хөдөлгүүрийн температур, насосын алдагдал болон оруулах даралтыг багасгадаг юм. EHR систем нь хүйтний улиралд гаргах хийн дулаанаар хөдөлгүүр болон салоныг хурдан халаадаг давуу талтай. Үүнээс гадна усны насос нь хөргөлтийн шингэнийг системээр эргэлдүүлж салоны хэмийг тогтмол хадгалахын тулд хөдөлгүүрийг асаахгүйгээр  ажилладаг цахилгаан мотортой болжээ.

Эхний Prius гарснаас хойш өнөөг хүртэл hybrid хөдөлгүүрийн бүтцэд онцгой өөрчлөлт гараагүй юм. Дотоод шаталтын хөдөлгүүр, стартер-генератор болон цахилгаан мотор нь эрхэст араагаар дамжиж дугуйтай холбогддог. Автомашины хойд хэсэгт өндөр вольтийн аккумулятор харин капот доор цахилгаан энергээр хангах системийн инвертор, трансформатор болон тог хувиргагчийг суурилуулжээ.

Хоёрдугаар үеийн hybrid-д төрөл бүрийн шинэчлэлт хийснийг 530 зохион бүтээгчийн патент нотлох юм. Харьцуулахад, эхний үеийн Prius-т 300 патент бүртгэлтэй байдаг. Шинэ hybrid нь өмнөхөөсөө хүчин чадал болон цахилгаан моторын эргүүлэх хүчээр хамаагүй илүү болсон. Энэ нь зөвхөн бензин хөдөлгүүрт туслаад зогсохгүй хамгийн гол эд анги нь болдог юм.

Цахилгааны кабелийг нарийсгасан боловч цахилгаан хөдөлгүүрийг тэжээдэг хүчдэлийг 274-с 500В хүртэл өсгөсөн. Түүнчлэн никель-металл hybrid батарейг 14%-р хөнгөлж багтаамжийг 35% ихэсгэн цэнэг алдалтыг 23%-р бууруулснаар бүтцэд тэр чигт нь өөрчлөлт оруулжээ.

Гуравдугаар үеийн Prius-ийн цахилгаан моторыг багасгахын зэрэгцээ илүү хүчтэй болгосон бөгөөд hybrid хөдөлгүүр нь 12,5 миллиметрээр богиносгож 20 килограммаар хөнгөн болсон юм. Hybrid хүч дамжуулах хэсэг нь хэмжээ болон нийт жингээрээ энгийн хурдны хайрцгаас ялгаагүй болсон байна.

Тэжээлийн хүчдэлийг 650В хүртэл өсгөж, цахилгаан хөдөлгүүрийг бензин хөдөлгүүрийн тусламжгүйгээр удаан ажиллуулахын тулд батарейн хүчийг 25-аас 27 кВт хүртэл өсгөсөн юм. Цахилгаан энергийн системийн хэмжээг 13 л (-37%), харин нийт жинг 13,5 кг (-36%) хүртэл багасгаснаар уламжлалт аккумулятортай адилхан болсон.

Үүнээс гадна эрхэст арааг илүү нарийн тохируулж, холхивчны конус хэлбэрийг бөмбөлөг хэлбэртэй болгосноор үрэлтийн алдагдлыг 20%-р бууруулж чадсан байна. Тоормослох үед механик энергийг цахилгаан болгодог дэвшилтэт систем нь батарейг цэнэглэж бензин хөдөлгүүрийн ажлыг хөнгөвчилдөг юм.