Как устроен гибридный автомобиль Lohner-Porsche 1900 года: технический разбор конструкции

В 1900 году на Всемирной выставке в Париже был представлен гибридный автомобиль Lohner-Porsche, разработанный молодым инженером Фердинандом Порше для австрийской экипажной компании Якоба Лонера. На фоне ранних бензиновых двигателей внутреннего сгорания (ДВС), отличавшихся высоким уровнем шума, вибрации и сложным управлением, электрический транспорт рассматривался как перспективная альтернатива для городских поездок. Однако ограниченная емкость свинцово-кислотных аккумуляторов требовала поиска новых инженерных решений. Разработка Порше объединила электрический привод с ДВС, заложив основы последовательной гибридной схемы, которая применяется в автомобилестроении и в XXI веке.

Технический контекст и предпосылки создания

В конце XIX века электрические экипажи составляли значительную долю зарождающегося автомобильного рынка. Основной проблемой чистых электромобилей того времени являлся критический вес аккумуляторных батарей. Для обеспечения запаса хода более 50 километров требовался массив элементов питания весом около 400-500 кг, что существенно снижало полезную нагрузку транспортного средства и приводило к ускоренному износу пневматических шин.

Владелец австрийской каретной фабрики Jacob Lohner & Co Якоб Лонер поставил перед инженерным отделом задачу создать трансмиссию, лишенную сложных механических узлов — коробок передач, приводных валов, шестерен и цепей. Эти элементы в указанный период обладали низким коэффициентом полезного действия (КПД) и требовали постоянного технического обслуживания. В 1898 году к проекту присоединился Фердинанд Порше, предложивший концепцию непосредственного интегрального электропривода.

Конструкция мотор-колес Фердинанда Порше

Ключевым технологическим решением конструкции стал отказ от промежуточных трансмиссионных валов. Порше разработал электродвигатели, которые монтировались непосредственно в ступицы передних колес автомобиля.

Электрические параметры привода

Каждое мотор-колено представляло собой электродвигатель постоянного тока. Внутренняя часть (статор с двенадцатью полюсами) жестко крепилась к поворотной цапфе подвески и оставалась неподвижной. Внешняя часть (ротор с обмотками и постоянными магнитами) являлась одновременно ступицей колеса, на которую монтировался деревянный обод с резиновой шиной.

• Мощность: Номинальная мощность каждого двигателя составляла 2,5 лошадиные силы (примерно 1,85 кВт) при 120 оборотах в минуту. В режиме кратковременной пиковой нагрузки (например, при преодолении подъемов) мощность могла возрастать до 7 л. с. (5,2 кВт) на колесо.
• Напряжение системы: Электрическая цепь функционировала под номинальным напряжением от 60 до 80 вольт.
• Эффективность привода: Прямой привод полностью исключал механические потери в шестеренчатых передачах, обеспечивая КПД электродвигателей на уровне около 83-85%, что соответствовало верхним границам эффективности электротехники тех лет.

Управление скоростью осуществлялось с помощью сложного многоступенчатого контроллера (коммутатора), установленного под сиденьем водителя. Этот узел изменял схему соединения секций аккумуляторной батареи (последовательное или параллельное), варьируя подаваемое на двигатели напряжение. Было предусмотрено шесть режимов скорости для движения вперед и два режима для реверсивного (заднего) хода. Торможение обеспечивалось как электрическим методом (за счет перевода двигателей в режим генерации), так и механическими ленточными тормозами.

Переход к гибридной схеме: модификации Semper Vivus и Mixte

Первая базовая модификация автомобиля (System Lohner-Porsche) функционировала исключительно на аккумуляторной энергии. Батарея весом 410 кг обеспечивала запас хода около 50 км, но общий вес машины превышал 1000 кг, а максимальная скорость ограничивалась 37 км/ч. Для устранения зависимости от стационарных зарядных станций Порше модернизировал систему, добавив в нее тепловой двигатель.

В обновленной конфигурации гибридный автомобиль Lohner-Porsche получил два одноцилиндровых бензиновых двигателя французской фирмы De Dion-Bouton мощностью по 3,5 л. с. каждый. Эти ДВС не имели механической связи с ведущими колесами. Их единственной функцией являлось вращение двух генераторов постоянного тока, выдававших суммарно напряжение около 56 вольт. Модификация получила название Semper Vivus (в переводе с латыни — «Всегда живой»).

Механизм работы последовательного гибрида

Вырабатываемый генераторами электрический ток поступал на центральный коммутатор, откуда распределялся между мотор-колесами и аккумуляторной батареей. Схема работала в трех основных режимах:

1. Разгон и преодоление подъемов: Энергия от генераторов, приводимых в движение бензиновыми двигателями, и энергия от аккумуляторных батарей суммировалась, направляясь на мотор-колеса для обеспечения максимального крутящего момента.
2. Крейсерское движение: При езде по ровной поверхности на постоянной скорости излишки выработанной генератором энергии направлялись на подзарядку аккумуляторной батареи. Это позволило уменьшить емкость и вес аккумулятора до 270 кг.
3. Стационарный режим: При остановке транспортного средства бензиновые двигатели могли продолжать функционировать, заряжая батареи до номинального уровня без использования внешней электросети.

В 1901 году вышла серийная версия под названием Lohner-Porsche Mixte. Два раздельных двигателя De Dion-Bouton в ней заменили на один четырехцилиндровый мотор Austro-Daimler мощностью 25 л. с., соединенный с более производительным генератором. В этот же период была создана полноприводная версия с четырьмя мотор-колесами (по одному на каждом колесе), ставшая первым в истории зарегистрированным легковым автомобилем с колесной формулой 4х4.

Эксплуатационные показатели и причины завершения производства

С инженерной точки зрения гибридный автомобиль Lohner-Porsche доказал жизнеспособность комбинированной силовой установки. Максимальная скорость серийных версий возросла до 56 км/ч, а радиус автономного действия перестал ограничиваться емкостью батарей и зависел исключительно от объема топливного бака для бензиновых двигателей.

Однако коммерческому распространению модели помешали экономические и материаловедческие факторы начала ХХ века:

• Высокая стоимость производства: Цена автомобиля составляла от 10 000 до 15 000 австрийских крон в зависимости от комплектации, что существенно превышало стоимость массовых бензиновых аналогов того периода.
• Масса и износ шин: Несмотря на уменьшение емкости аккумуляторов, общая масса компонентов (два типа двигателей, генератор, проводка и батареи) оставалась высокой. Пневматические шины из натурального каучука быстро разрушались под воздействием такого веса и требовали частой замены.
• Эволюция классических ДВС: Быстрое развитие механических коробок передач, повышение надежности традиционных моторов и снижение стоимости нефтепродуктов сделали стандартные автомобили с ДВС более экономически выгодными в эксплуатации.

Всего до 1906 года было выпущено около 300 экземпляров различных модификаций Lohner-Porsche. Несмотря на прекращение выпуска, разработанные Фердинандом Порше принципы компоновки мотор-колес и последовательной гибридной тяги стали технологическим базисом, который впоследствии нашел применение в тяжелой карьерной технике, железнодорожных локомотивах (тепловозах), а в конце ХХ и начале XXI века был масштабирован в индустрии массового электрического транспорта.