Фердинанд Порше как первопроходец в области гибридного привода

Профессор Фердинанд Порше (1875 — 1951) считается автомобильным конструктором и основателем сегодняшней компании Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG, Штуттгарт, одним из ведущих инженеров своей эпохи. Такие его автомобили, как Austro Daimler „Sascha“ (1922), Mercedes-Benz S-Type (1926) или гоночный Auto Union Grand Prix (1933) и Volkswagen „Käfer“ („Жук“, 1934) вошли в историю автомобилей.

Имя Porsche уже с начала прошлого века ассоциируется с передовыми инновационными технологиями. В 1900 году Фердинанд Порше представил свой „Lohner-Porsche“, электрический автомобиль с приводом в ступицах колес, который вскоре также в качестве мировой новинки получил полный привод и тормоз на четыре колеса. Вершиной первых лет его работы в качестве автомобильного конструктора стал Lohner-Porsche „Semper Vivus“, который 111 лет назад вошел в историю как первый пригодный к эксплуатации гибридный автомобиль.

В знак уважения к этому провидческому изобретению Фердинанда Порше компания Porsche воссоздала „Semper Vivus“. Полностью работоспособная копия „Semper Vivus“ создана на основе оригинальных чертежей и в результате широких поисков. В сотрудничестве с инженерами Porsche Engineering и кузовным ателье Drescher из Хинтерцартена возникла достоверная копия, пророческая концепция которой впечатляет еще и сегодня.

История Lohner-Porsche „Semper Vivus“

Фердинанд Порше уже с 1896 года занимался разработкой и конструированием своих автомобилей. Первым результатом стал электрический автомобиль под названием „Lohner-Porsche“, который приводился в движение двигателями в управляемых колесах и произвел сенсацию на Всемирной выставке в Париже 1900 года. После этого Фердинанд Порше все более убедительно демонстрировал свой инновационный потенциал: гоночный автомобиль, оснащенный четырьмя электродвигателями в колесах, стал первым в мире полноприводным легковым автомобилем, на который одновременно впервые в автомобилестроении был внедрен тормоз на четыре колеса. Не менее пророческой была следующая идея Фердинанда Порше: в том же 1900 году он совместил электроприводы в колесах с бензиновым двигателем – так появился принцип серийного гибридного привода.

Создав первый работоспособный полностью гибридный автомобиль в мире „Semper Vivus“, Фердинанд Порше начал освоение новой области техники. У этого автомобиля два генератора, соединенных с бензиновыми двигателями, составляли зарядный модуль, который одновременно снабжал электрическим током двигатели в колесах и аккумуляторные батареи. Осенью 1900 года Фердинанд Порше приступил к работе над первым прототипом со „смешанным бензоэлектрическим двигателем“. Основой предположительно послужил его гоночный электромобиль, участвовавший в горных гонках в Земмеринге, который он переделал в первый в мире полностью гибридный автомобиль. Для этого он совместил электродвигатели в колесах с двумя двигателями внутреннего сгорания, которые не имели никакого механического соединения с ведущей осью. Вместо этого каждый ДВС приводил в движение электрический генератор, снабжавший электричеством как двигатели в колесах, так и аккумуляторы. Родился серийный гибридный привод. Кроме того, как полностью гибридный концепт „Semper Vivus“ („Вечно живой“) был способен преодолевать большие дистанции в чисто электрическом режиме, прежде чем требовалось запускать двигатель внутреннего сгорания в качестве зарядной станции.

Чтобы сэкономить массу и освободить место для бензинового двигателя, Фердинанд Порше заменил первоначальный аккумулятор своих электромобилей с 74 элементами на меньшую батарею всего с 44 элементами. Для выработки электроэнергии в середине автомобиля он установил два бензиновых двигателя DeDion Bouton с водяным охлаждением мощностью 3,5 л.с., которые служили приводом для двух генераторов по 2,5 л.с. Оба двигателя работали отдельно друг от друга и каждый обеспечивал ток 20 А при напряжении 90 В. Выработанный динамо-машинами электрический ток сначала подавался на двигатели в колесах, от которых избыточная мощность поступала к батареям. Кроме того, особый побочный эффект состоял в том, что генераторы при перемене полярности можно было использовать в качестве электрических стартеров для бензиновых двигателей.

На практике Фердинанду Порше постоянно приходилось бороться с главной проблемой автомобилей с мотор-колесами – высокой массой. Хотя полная масса его гибридного автомобиля превосходила первоначальный вариант всего на 70 килограммов, масса прототипа в 1200 килограммов была слишком велика для мягкой резиновой смеси пневматических шин того времени. Да и в остальном было еще далеко до готовности к серийному производству гибридного концепта. Несмотря на впечатление, которое „Semper Vivus“ с его шасси без кузова, открытыми бензиновыми двигателями и неподрессоренной задней осью смог произвести на специалистов, посетивших Парижскую автомобильную выставку 1901 года, все же спартанский прототип оказался малопривлекательным для потенциальных покупателей автомобилей. Еще много дополнительной конструкторской работы требовало взаимодействие двигателя, батарей и системы регулирования, а наряду со сложной техникой регулирования постоянные проблемы с аккумуляторами создавала грязь, поднимавшаяся при движении. И все же гибридная концепция обозначила новые перспективы, которые Фердинанд Порше решительно претворял в жизнь.

Путь к Lohner-Porsche „Mixte“

В том же 1901 году на основе переработанной концепции своего „бензоэлектрического гибридного автомобиля“ Фердинанд Порше разработал вариант, готовый к серийному производству, получивший название Lohner-Porsche „Mixte“ (так во французском языке обозначается комбинация двух разных принципов работы). Эта модель с четырехцилиндровым двигателем переднего расположения ориентировалась на концепцию Mercedes, которую незадолго до того сконструировал Вильгельм Майбах, однако оснащенная двумя двигателями в колесах она по-прежнему соответствовала концепции серийного гибридного автомобиля. Для выработки электроэнергии Фердинанд Порше теперь использовал мощный 25-сильный 5,5-литровый четырехцилиндровый двигатель, заимствованный у австрийской компании Daimler Motorengesellschaft. С генератором, расположенным под сиденьем, он соединялся приводным валом, управление осуществлялось с помощью главного регулятора скорости, расположенного рядом с рулевым колесом.

Чтобы решить проблему массы своих автомобилей, Фердинанд Порше постоянно уменьшал размер батарей, для которых он пытался сконструировать пыленепроницаемый кожух. Несмотря на то, что из-за сниженной емкости батарей Lohner-Porsche „Mixte“ с одним электроприводом мог преодолеть всего несколько километров, собственная масса четырехместного автомобиля туристического класса, включая кузов, сократилась примерно до 1200 килограммов. В обычном режиме движения бензиновый двигатель и генератор работали с постоянной частотой вращения и снабжали двигатели в колесах и аккумулятором неизменным током. Наряду с высоким КПД концепции привода автомобиль имел и другие преимущества: при перемене полярности генератор можно было использовать в качестве электрического стартера, благодаря чему не требовалось запускать двигатель рукояткой, что требовало усилий и было небезопасно. Благодаря пяти проданным Lohner-Porsche „Mixte“ Людвигу Лонеру и Фердинанду Порше еще в 1901 году удалось привлечь к себе внимание, ведь автомобили стоимостью примерно по 14000 крон были в высшей степени эксклюзивным товаром. Кстати, покупателем этой первой партии был Эмиль Еллинек, известный генеральный представитель компании Daimler-Motoren-Gesellschaft из Штутгарт-Унтертюркхайма, который всего годом раньше инициировал создание первого Mercedes, названного так по имени его дочери. Вопреки этому контакту соглашение о сотрудничестве по поставке двигателей Mercedes не состоялось, и было выпущено всего семь Lohner-Porsche с агрегатами Daimler. С 1903 года использовались бензиновые двигатели компании Panhard & Levassor, ведь крупный французский автопроизводитель за это время приобрел у Людвига Лонера лицензионные права для Франции, Великобритании и Италии.

Примерно в одно время со сменой поставщика двигателей Фердинанд Порше еще раз значительно модифицировал концепцию привода своих автомобилей. Не только из известных соображений снижения массы, но и чтобы сэкономить на производственных издержках, он отказался от пригодности к движению в чисто электрическом режиме и уменьшил батарею до минимума для запуска стартера. Вместо отсутствующего аккумулятора он внедрил другую инновацию: генератор, представляющий собой электрическую машину с внутренними полюсами, получил электромеханическую систему регулирования ступеней скорости, которая была запатентована как „Устройство для автоматического регулирования генераторов“. Следующая инновация Фердинанда Порше коснулась и двигателей в колесах. Заново сконструированный корпус ступицы позволил сместить шкворень поворотного кулака дальше в направлении к центру колеса. Благодаря этой, запатентованной в мае 1902 года геометрии рулевого механизма заметно снизилось влияние ударов, вызванных неровностями дороги, а также усилия на рулевом колесе. Кроме того, для снижения неподрессоренных масс колес Фердинанд Порше уменьшил диаметр двигателей в колесах и компенсировал это более широкими обмотками.

С этими усовершенствованиями в апреле 1902 года Фердинанд Порше вышел на старт гонки в Эксельберге. Его двухместный гоночный автомобиль „Mixte“ подкупал не только внешне современными пропорциями, но и на трассе. Внешне легко его Lohner-Porsche преодолевал даже самые крутые подъемы дороги с щебеночным покрытием длиной 4,2 километра, ведущей на гору Эксельберг, и победил в классе больших автомобилей. Не меньшую известность Фердинанд Порше приобрел осенью 1902 года, когда во время учений он управлял Lohner-Porsche с австрийским эрцгерцогом Францем Фердинандом на борту. Автомобиль, оснащенный элегантным кузовом туристического класса, по-видимому, понравился его знатному пассажиру, ведь Фердинанд Порше вскоре после этого получил благодарственное письмо, подтверждающее, „насколько доволен во всех отношениях его Императорское Высочество“.

Несмотря на эти впечатляющие демонстрации показатели продаж серийных вариантов „Mixte“ значительно уступали ожиданиям. При чрезвычайно высоких расходах на технические разработки с 1900 по 1905 год удалось продать всего одиннадцать гибридных автомобилей. Основная проблема, несомненно, заключалась в высокой цене: в зависимости от кузова и оснащения Lohner-Porsche „Mixte“ стоил от 14400 до 34028 крон – почти вдвое больше, чем автомобили с традиционным приводом. К этому прибавлялись большие затраты на обслуживание сложной системы привода, которая не могла соперничать с постоянно растущей надежностью обычных бензиновых автомобилей. С экономической точки зрения более успешными были чистые электромобили. В течение первых пяти лет серийного производства до конца 1905 года удалось продать примерно 65 электромобилей Lohner-Porsche.

Проект / Воссоздание „Semper Vivus“

В ноябре 2007 года музей Porsche принял решение в пользу одного из самых интересных и смелых проектов в своей истории: достоверное воссоздание Lohner-Porsche „Semper Vivus“ 1900 года. Создание этого первого в мире работоспособного гибридного автомобиля даже через 111 лет после его изобретения было сложной задачей для всех участников. В конечном счете требовалось добиться не только максимальной внешней достоверности деталей, но и динамических характеристик оригинала. Выполнение ручных работ музей Porsche поручил команде экспертов, работающих с кузовным ателье Hubert Drescher, которое уже раньше доказало свою компетентность при выполнении многочисленных сложных реставрационных проектов. Наряду с несколькими проектами гоночных автомобилей выставленный в музее алюминиевый кузов Porsche Type 64 также является творением кузовного ателье из Хинтерцартена.

Началу работы предшествовали тщательные поиски в разных архивах по всей Европе. В результате первую основу составили несколько черно-белых фотографий, а также оригинальный чертеж. Как делал когда-то Фердинанд Порше, воссоздание „Semper Vivus“ также началось с чистого листа бумаги. Таким образом в начале наряду с силой воображения требовались прежде всего широкие поиски и расчеты, чтобы точно восстановить электрическое мотор-колесо. Поскольку не осталось ни технического задания, ни других полезных записей, эксперты сначала старым проверенным способом, от руки на миллиметровой бумаге, составили расчетные таблицы и чертежи конструкций. Для этого фотографии и чертежи были самым тщательным образом изучены и измерены. Поскольку не существовало действующего мотор-колеса, такие технические детали, как мощность и запас хода, пришлось придумывать и рассчитывать полностью заново.

При выборе материалов кузовное ателье Drescher, среди прочего, руководствовалось экипажами и колясками начала 20 века. Это требовало поддержки опытных поставщиков, знакомых с изготовлением особых материалов. Однако полностью пригодная к эксплуатации копия „Semper Vivus“, воссоздание которой заняло около трех лет, состоит не только из одних воспроизведенных компонентов: так, среди прочего, удалось установить оригинальные двигатели внутреннего сгорания.

Характеристики и факты о „Semper Vivus“

Двигатель: 2 одноцилиндровых двигателя внутреннего сгорания De Dion Bouton
Мощность: 2,5 л.с. у каждого двигателя
Мощность электродвигателя: 2,7 л.с. на каждое колесо
Максимальная скорость: 35 км/ч
Запас хода: 200 км

Общая ширина: 1880 мм
Общая длина: 3390 мм
Общая высота: 1850 мм
Полная масса: 1,7 т
Масса переднего колеса (отдельного): 272 кг (с двигателем в ступице)

Колея передних колес: 1350 мм
Колея задних колес: 1540 мм
Колесная база: 2310 мм
Клиренс::** 250 мм