Victor Wouk i odrzucony hybrydowy sen lat 70. XX wieku

Victor Wouk na początku lat 70. zbudował działający prototyp, zawierający wszystkie podstawowe zasady nowoczesnego samochodu hybrydowego, na zamówienie rozpisane przez rząd USA w ramach Clean Air Act. Pojazd oparty na Buicku Skylark z 1972 roku zapewnił redukcję emisji nawet o 91% i znacząco obniżył zużycie paliwa w mieście; mimo to EPA nie dokończyła programu, a idea hybrydy trafiła w USA na półkę na dziesięciolecia. Historia Wouka to jeden z najlepiej udokumentowanych przykładów tego, jak mechanizmy decyzyjne, a nie technologia, mogą opóźnić rozwój danej technologii.

Kim był Victor Wouk i jak zwrócił się w stronę pojazdów elektrycznych?

Victor Wouk urodził się 27 kwietnia 1919 roku w dzielnicy Bronx w Nowym Jorku. Jego rodzina to żydowscy imigranci z dzisiejszej Białorusi; jego brat Herman Wouk był znanym powieściopisarzem. Victor uzyskał licencjat na Columbia w 1939 roku, a doktorat na Caltechu w 1942 roku; jego praca doktorska dotyczyła elektryczności statycznej powstającej podczas dystrybucji benzyny. II. W latach II wojny światowej pracował w Westinghouse nad badaniami związanymi z projektem Manhattan.

Jego kariera opierała się na elektronice mocy. W 1956 roku założył firmę Beta Electric, jednego z czołowych amerykańskich dostawców sprzętu wysokiego napięcia; w 1960 roku założył Electronic Energy Conversion Corporation, rozwijającą wydajne konwertery AC/DC. Punkt zwrotny nadszedł w 1962 roku: na prośbę Russella Feldmanna, jednego z założycieli Motoroli, zwrócił się w stronę pojazdów elektrycznych i zaprojektował pierwszą tranzystorową regulację prędkości pojazdu elektrycznego dla Henney Kilowatt - elektrycznej wersji Renault Dauphine. Po sprzedaniu swojej firmy Gulton Industries w 1963 roku całkowicie zanurzył się w świecie baterii i silników.

Współpraca AMC-Gulton z połowy lat 60. zaprowadziła go do kluczowego doświadczenia. Koncepcja Amitron z 1967 roku została zaprezentowana z podwójnym akumulatorem NiCad i litowym oraz hamowaniem rekuperacyjnym; w 1969 roku Rambler American został przekształcony w 160 ogniw Gulton NiCad pod nazwą "Voltswagen". Ten projekt doprowadził do jednoznacznego wniosku inżynierskiego: energia batarii ołowiowo-kwasowych i NiCad z tamtego roku nie była wystarczająca dla pojazdu w pełni elektrycznego. Od 1970 roku skierował całą swoją uwagę na rozwiązanie hybrydowe.

Jak wyglądał hybrydowy prototyp Buick Skylark z 1972 roku?

FCCIP i warunek sprzedania prototypu za jednego dolara

Clean Air Act z 1970 roku wzywał do redukcji emisji pojazdów o 95%. Aby wesprzeć ten cel, powstał Federal Clean Car Incentive Program (FCCIP); 25 milionów dolarów rocznie przeznaczano na zakup pojazdów o niskiej emisji. Wouk wraz z chemikiem i termodynamikiem Charlesem Rosenem założył firmę Petro-Electric Motors - nazwę firmy wymyślił jego brat Herman. Umowa została podpisana w 1971 roku, a jej warunki z dzisiejszej perspektywy wyglądały niewiarygodnie: prototyp zostanie zbudowany własnymi środkami, a po dostarczeniu EPA zapłacono 1 dolara. Jeśli pojazd przejdzie testy, zapłacono 37 351 dolarów, a następnie roczną flotę 10 pojazdów, a po niej zamówienie na 350 pojazdów.

Jako nadwozie wybrano Buicka Skylarka, ponieważ komora silnika była na tyle pojemna, by pomieścić zarówno jednostkę spalinową, jak i elektryczną. Petro-Electric zapłaciło za pojazd około 2700 dolarów - około 500 dolarów poniżej ceny MSRP. Wouk i jego wspólnicy wnieśli łącznie około 300 000 dolarów własnych pieniędzy.

Rozbicie techniczne: pełna hybryda równoległa, 1972 rok

Układ napędowy to nietypowe, ale logiczne połączenie jak na motoryzacyjny świat tamtych czasów. Mazda bezpłatnie przesłała dwa silniki Wankla 12A o pojemności 1,1 litra z podwójnym rotorami - jednostkę stosowaną w RX-2, generującą 110 koni netto. Do tego dodano silnik elektryczny DC o mocy 15-20 kW oraz 20 akumulatorów kwasowo-ołowiowych głębokiego rozładowania o napięciu 6 woltów, typu golfowego. System działał jako pełna hybryda równoległa.

Najbardziej uderzająca była warstwa oprogramowania i sterowania pojazdu. Mikroprocesorowy kontroler oparty na Intel 8008 zarządzał funkcjami, które dziś uznaje się za standard w każdym hybrydzie: system start-stop, hamowanie rekuperacyjne oraz jazdę na samym silniku elektrycznym podczas ruszania. Patrząc okiem inżyniera, pierwszy szkic architektury Priusa z 1997 roku krążył po drogach Ann Arbor już w 1972 roku.

Wyniki osiągów różnią się w zależności od metody pomiaru: zużycie w mieście podawane jest jako 55-60 mpg, podczas gdy niektóre źródła podają wartość około 30 mpg w ramach "ponad dwukrotnie wyższej wydajności niż oryginał". Za różnicą stoją różnice definicyjne, takie jak cykl testowy i to, który tryb był brany pod uwagę; obie liczby pokazują, że pojazd był wyraźnie czystszy i oszczędniejszy niż standardowa benzynowa wersja Skylarka z tamtego okresu. Jeśli chodzi o emisje, obraz jest jasny: pojazd osiągał poziom około 9% emisji ówczesnego samochodu benzynowego.

Dlaczego EPA zakończyło program hybrydowy?

Skylark był jedyną hybrydą oferowaną w ramach FCCIP i jedyną propozycją, która wyprodukowała działający prototyp. Został przetestowany w 1974 roku w laboratorium EPA w Ann Arbor; EPA zgodnie z umową dokonało płatności Faz I i wypłaciło Woukowi i Rosenowi 33 000 dolarów. Jednak nie kontynuowano. Jednak nie było kontynuacji.

Za decyzją nie stała kwestia finansowa, lecz osobisty opór. Zastępca dyrektora EPA ds. Mobile Source Air Pollution Control Eric Stork był od początku przeciwny pomysłowi auta hybrydowego i groził całkowitym zakończeniem programu, mówiąc "Hybryda nie zostanie zaakceptowana w żadnych warunkach". Aby test mógł się odbyć, Wouk zwrócił się do National Science Foundation; wobec powołanego specjalnego komitetu Stork się wycofał, test został przeprowadzony, a Wouk wykazał, że spełniono wszystkie warunki. EPA przekazała później raport liczący 75 punktów jako uzasadnienie braku kontynuacji - w raporcie Stork, choć przyznawał, że pojazd zapewnia lepszą ekonomię paliwową i niższe emisje, otwarcie napisał, że jego sprzeciw wobec hybryd jest "filozoficzny" i że przeszkadza mu to, iż Wouk zarobi na tym przedsięwzięciu.

Był nastawiony na dynamometrze do pracy wyłącznie na baterii... To nie jest zbyt praktyczna technologia dla motoryzacji. Nawet dziś marginalna.

Stork podtrzymywał swój sceptycyzm aż do śmierci w 2014 roku. Wouk podsumował później jednym zdaniem, że natrafił na mur po stronie przeciwników: "Do 1976 roku byłem tak zły, tak wyczerpany energetycznie, że się poddałem." Tragiczno-funkcyjna strona tej historii polega na tym, że gdy w 1993 roku urzędnicy programu Partnership for a New Generation of Vehicles administracji Clintona pytali Wouka, w ogóle nie wiedzieli o istnieniu FCCIP z lat 70. - tak bardzo została wymazana z pamięci.

Stuletnie drzewo genealogiczne za prototypem

Skylark Wouka nie narodził się w próżni. Sam idea hybrydy sięga okresu niemowlęcego samochodu: Ferdinand Porsche zaprojektował w 1900 roku Semper Vivus, pierwszy na świecie funkcjonalny samochód hybrydowy - miał wtedy około 23-25 lat. Jego wersja trafiła do sprzedaży jako Lohner-Porsche Mixte, pierwszy pojazd komercyjny wykorzystujący silniki w piastach kół. Sto lat później New York Times wywodził właśnie ten pojazd z 1900 roku jako przodka Priusa.

Korzenie napędu elektrycznego sięgają jeszcze głębiej: Ányos Jedlik zbudował pierwszy silnik elektryczny w 1827 roku, a Robert Anderson opracował swój pojazd silnikowy w latach 1832-39. General Electric produkował pojazdy elektryczne w latach 1898-99, a w 1899 roku podjął próbę hybrydy z czterocylindrowym silnikiem benzynowym. A więc idea, którą EPA odrzuciła u progu w 1972 roku, miała zarówno 70-letnią historię, jak i dojrzałe inżynierskie zastosowanie. Nawet prace Toyoty nad hybrydami sięgają 1968 roku i kierownika projektu Kenyi Nakamury.

O ile lat opóźniła anulowanie programu samochód hybrydowy?

Oceny zwykle mówią o dwudziestoletnim opóźnieniu i jest to określenie mierzalne: Technologia była gotowa na poziomie prototypu już w latach 70., natomiast pierwszy hybrydowy samochód konsumencki pojawił się dopiero w 1997 roku z Toyotą Prius. Pierwszą hybrydą na rynku amerykańskim był Honda Insight - w grudniu 1999 roku, z około 53 mpg, jako "mild hybrid" z systemem równoległym; Prius dokonał transatlantyckiego przejścia w latach 2000/2001. Opracowany przez GE Research w 1982 roku komputerowo sterowany HTV-1 uznawany jest dziś za prototyp obecnych systemów Toyoty i Hondy; Audi wykonało własną próbę w 1989 roku. Innymi słowy, drzwi zamknięte w USA w 1974 roku zostały dwadzieścia lat później ponownie otwarte przez zespoły inżynierów z innych krajów.

Po opóźnieniu rynek przyspieszył. W 2010 roku Chevy Volt stał się pierwszym plug-in hybrydem sprzedawanym komercyjnie; globalna sprzedaż PHEV wzrosła z ponad 300 sztuk w 2010 roku do 222 000 w 2015 i 7,2 miliona w 2025 roku. Dojrzewanie technologii baterii - najpierw NiMH, potem litowo-jonowa - było główną siłą napędową pod tą krzywą, ale to, że krzywa zaczęła się w 1997 roku, a nie w latach 70., miało konkretną przyczynę: testy w Ann Arbor i następujący po nich 75-stronicowy raport.

Jak Wouk wrócił do historii?

Po zakończeniu projektu Wouk nie zamilkł: opublikował ponad 100 artykułów naukowych, doradzał m.in. przy hybrydowych autobusach miejskich i posiadał ponad 10 patentów, głównie dotyczących napędu hybrydowego lub elektrycznego. Podkreśla się, że pierwsza hybryda Toyoty wykorzystywała te same podstawowe zasady co Skylark. Gdy pierwsza hybryda trafiła do USA, Wouk wynajął białą Toyotę Prius z 2001 roku, a w 2004 roku, przepraszając kolegów, którzy początkowo się sprzeciwiali, w końcu poczuł się usprawiedliwiony.

Po jego śmierci - 19 maja 2005 roku, w domu na Manhattanie, w wieku 86 lat, na raka - nazwano go "ojcem chrzestnym hybrydy" i "dziadkiem pojazdów elektrycznych i hybrydowych w USA". Nagroda Elmera A. Sperry Award za osiągnięcia w transporcie została mu przyznana pośmiertnie; w Caltech do dziś trwa coroczny cykl wykładów jego imienia. Gdzie obecnie znajduje się sam prototyp, pozostaje niejasne; w źródłach publicznych nie ma żadnej wzmianki o losach Skylarka.

Wniosek: co opóźniło rozwój - technologia czy decyzja?

Lekcja z przypadku Wouka dotyczy nie strony inżynieryjnej, lecz strony procesowej. Technologia taka jak Skylark z 1972 roku, z finansowaniem, laboratorium badawczym i mierzalnymi wynikami (91% redukcji emisji, niemal dwukrotna sprawność, działający kontroler), została odłożona na półkę na dziesięciolecia przez "filozoficzny" opór jednego decydenta. Dziś niemożliwe jest jednoznaczne stwierdzenie, czy samochód hybrydowy mógł trafić na drogi w latach 70., a nie w 1997 roku - pytania o skalowalność, koszty i produkcję baterii pozostały otwarte. Ale świadomość, że technologia została udowodniona, a mimo to nawet po udowodnieniu nie zyskała akceptacji, dokumentuje jeden z najdroższych przykładów ponownego wynalezienia w historii motoryzacji. Dziedzictwo Wouka jest pamiętane z każdym cyklem hamowania rekuperacyjnego, jakiego doświadczają dzisiejsze hybrydy.

Źródła

• Victor Wouk: Ojciec chrzestny samochodu hybrydowego
• "Ojciec chrzestny hybrydy" | Columbia College Today
• Victor Wouk
• Historia mówiona: Victor Wouk
• Victor Wouk, 86 lat; opracował samochód hybrydowy w latach 70.
• Oś czasu głównych osiągnięć w walce z zanieczyszczeniem powietrza w transporcie - US EPA
• Jak Ferdinand Porsche zaprojektował pierwszy samochód hybrydowy
• Historia samochodu elektrycznego - US Department of Energy
• Rozwój Priusa i strategia hybrydowa - Toyota Global
• Kamienie milowe: Toyota Prius, pierwszy na świecie seryjnie produkowany samochód hybrydowy, 1997
• Historia wtyczek