Zapomniane przez Detroit wczesne amerykańskie eksperymenty z napędem hybrydowym

Kiedy opowiada się historię samochodu hybrydowego, niemal każdy zaczyna w tym samym miejscu: od prac Ferdinanda Porsche nad Lohner-Porsche w latach 1900-1901, a następnie Toyoty Prius z 1997 roku. Większość okresu pomiędzy nimi w klasycznej narracji przechodzi jako puste pole. Tymczasem w tym polu, w Chicago i Detroit lat 1910., istniały poważne amerykańskie próby połączenia benzyny i elektryczności w jednym nadwoziu; najbardziej konkretną z nich był Woods Dual Power. Na tej stronie analizujemy te zapomniane wczesne amerykańskie próby hybrydowe, dlaczego je prowadzono i dlaczego się nie przyjęły, ze szczegółami technicznymi.

Dlaczego hybryda stała się tematem dnia w Ameryce lat 1910.?

Patrząc wstecz z dzisiejszej perspektywy, wczesne próby hybrydowe mogą wydawać się zbędną komplikacją. Obraz z połowy lat 1910. był jednak mniej jednoznaczny. Samochody parowe wymagały czasu na nagrzanie, zanim wyruszyły w drogę, a elektryczne zmagały się z zasięgiem i czasem ładowania. Problem stanowiły również samochody benzynowe: były to maszyny głośne, brudne, wymagające konserwacji i najczęściej uruchamiane ręcznie korbą.

Wystarczy jedno porównanie, by pokazać skalę różnicy. Detroit Electric, najskuteczniejszy producent samochodów elektrycznych tamtych czasów, w szczytowym roku 1914 sprzedał mniej niż 5.000 pojazdów. W tym samym roku Henry Ford sprzedał ponad 200.000 Modeli T, a liczba ta podwoiła się w 1916 roku. Producenci samochodów elektrycznych szukali sposobu na odwrócenie tej krzywej; hybryda była najbardziej logiczną odpowiedzią inżynieryjną na tej drodze. Połączenie zalet dwóch technologii w jednym nadwoziu to dokładnie ten sam łańcuch logiczny, który ukształtował dyskusje o hybrydach plug-in w latach 2010.

Jak działał Woods Dual Power?

Woods Motor Vehicle Company, założona w 1899 roku w Chicago, była firmą produkującą samochody elektryczne i pojazdy użytkowe. Jej założyciel, Clifton Edgar Woods, był jednym z pionierów dziedziny pojazdów elektrycznych; w 1900 roku napisał jedną z pierwszych książek o samochodach elektrycznych. Wprowadzony w 1916 roku przez firmę system Dual Power był hybrydą benzynowo-elektryczną opartą na tym projekcie i był produkowany w latach 1917-1918.

Architektura układu jest pouczająca nawet dzisiaj. W centrum znajduje się rzędowy, czterocylindrowy silnik benzynowy L-head pochodzący od Continental, o mocy 14 hp i pojemności 68,7 cala sześciennego (około 1.125 cm3). Towarzyszy mu "dynamotor" od General Electric - maszyna DC typu compound, mogąca pracować zarówno jako silnik, jak i generator, o mocy 5-6 hp i napięciu 48 woltów / 60 amperów. Oba elementy są połączone za pośrednictwem elektromagnetycznego sprzęgła produkcji Cutler-Hammer. Po stronie akumulatora znajduje się specjalnie wykonany przez Exide paket, 24-ogniwowy, o pojemności 115 amperogodzin; ciekawym szczegółem jest to, że ten paket ma około połowy rozmiaru i wagi pakietów baterii czysto elektrycznych samochodów tamtej epoki.

Najbardziej rzucająca się w oczy decyzja: samochód nie ma skrzyni biegów. Poniżej 15 mph oraz podczas jazdy na wstecznym pracuje wyłącznie silnik elektryczny. Powyżej tej prędkości silnik benzynowy włącza się za pośrednictwem elektromagnetycznego sprzęgła i przekazuje swój moment obrotowy przez twornik silnika elektrycznego. Innymi słowy, silnik benzynowy jest bezpośrednio połączony z jednoprzełożenowym układem napędowym, bez jakiejkolwiek formy wyboru biegów. Włączanie pełnego momentu obrotowego silnika elektrycznego w zakresie niskich prędkości to ta sama fizyczna przesłanka, którą współczesne architektury hybrydowe nadal wykorzystują.

Impresjonujące detale jak na tamte czasy: Ładowanie w trasie i hamowanie rekuperacyjne

Jedną z cech chwalonych w katalogu Dual Power z 1916 roku był rozruch. Gdy elektryczne rozruszniki nie były jeszcze powszechne, możliwość elektrycznego uruchomienia silnika benzynowego przez dynamotor była prawdziwą zaletą; początkowo samochód był nawet wyposażony w stałą korbę rozruchową pod chłodnicą, a rozwiązanie dodano później.

System zawierał oba pojęcia, które zna dzisiejszy czytelnik. Ładowanie w trasie: dynamotor przechodzący w tryb generatora mógł ładować akumulatory podczas jazdy; dlatego samochód był marketingowo określany jako "samorządujący się". Hamowanie rekuperacyjne: w terminologii tamtych czasów "dynamic braking", aktywowało się przy prędkościach powyżej 6 mph. Istniało nawet coś w rodzaju wczesnej koncepcji zarządzania baterią; inżynierowie lat 1910. wiedzieli, że przeładowanie i całkowite rozładowanie prowadzą do "gassing" i "sulphating" płyt baterii, a Woods zalecał użytkowanie w zakresie 10-30 mph.

Konkurencyjna architektura: Elektromagnetyczny napęd Owen Magnetic

Woods nie był jedynym przykładem. Owen Magnetic to luksusowy samochód produkowany od 1915 do 1922 roku - najpierw w Nowym Jorku, potem w Cleveland, a w ostatniej fazie w Wilkes-Barre. Wynalazca Justus B. Entza silnik benzynowy napędzał generator, a energia elektryczna napędzała tylne koła. Technicznie była to więc wczesna realizacja dzisiejszej architektury hybrydy szeregowej. Bracia Raymond i Ralph Owen, dzięki wsparciu Baker Electric oraz Rausch & Lang, ruszyli z produkcją w 1915 roku; zakres cen w 1916 roku wynosił 3000-6000 dolarów, czyli znacznie więcej niż nawet Dual Power. Dlatego Owen Magnetic bywa określany jako "Prius sprzed około 80 lat" - i określenie to uwypukla lukę między 1917 a 1997 rokiem.

Dlaczego Woods Dual Power Poniósł Porażkę?

Pod względem technicznym system był wyrafinowany i przyjmuje się, że działał tak, jak obiecywano. Pod względem komercyjnym jednak żaden element się nie przyjął. Mierzalne przyczyny porażki są jasne:

• Cena: 2.650 dolarów, co odpowiadało mniej więcej czterem Modelom T lub dwóm Buickom. W 1918 roku, gdy podłużono podwozie do 124 cali, a silnik zwiększono do 95 CID, cena wzrosła do 2.950 dolarów, a sprzedaż nie wzrosła.
• Osiągi: Maksymalna prędkość 35 mph nie wystarczała dla zamożnego klienta na rynku, na którym istniał Model T osiągający 40-45 mph.
• Dojrzałość: System nie był tak płynny i niezawodny, jak obiecywano; w 1917 roku konieczne były zmiany.
• Rynek: Udział rynkowy pojazdów elektrycznych już szybko spadał; hybryda pojawiła się jako produkt próbujący uratować tonący segment.

Podsumowanie werdyktu jest bezlitośnie krótkie: hybryda nie odniosła sukcesu komercyjnego, ponieważ była droga, wolna i trudna w utrzymaniu. Firma Woods zbankrutowała w 1918 roku; łącznie sprzedano garstkę Dual Power i mniej niż 14.000 samochodów marki Woods. Podejście marketingowe również odzwierciedlało konwencje tamtych czasów: akcent na "łatwość obsługi", podobnie jak w czysto elektrycznych pojazdach, był skierowany głównie do kobiet za kierownicą.

Ile Egzemplarzy Zachowało się i Gdzie Można Je Zobaczyć?

Obecnie znane są cztery, a prawdopodobnie pięć egzemplarzy. Najważniejszy egzemplarz to pojazd w muzeum The Henry Ford w Dearborn: oryginalny, zachowany w stanie niezmienionym, z przebiegiem 11.085 mil; egzemplarz z 1917 roku można zobaczyć na wystawie muzeum "Driving America". Jeden egzemplarz znajduje się w kolekcji muzealnej w rejonie Los Angeles; prace konserwacyjne wykonała firma Howard Auto Preservation. Jedyny znany działający egzemplarz znajduje się w muzeum Louwman Museum w Holandii. Podaje się, że jedno nadwozie zamontowano na podwoziu Stanley Steamer, a inny egzemplarz przebudowano na roadstera w stylu Hispano-Suiza; egzemplarz z 1917 roku w stanie surowym był wystawiony na sprzedaż za około 48.000 dolarów.

Czy Te Pojazdy Były Naprawdę "Pierwszymi Hybrydami"?

Nie - a spór o pierwszeństwo opiera się w historii na tym, że większość źródeł wskazuje jako pierwszą hybrydę na pracę Ferdinanda Porsche: Większość źródeł wskazuje jako pierwszą hybrydę na pracę Lohnera-Porsche: prototyp z 1900 roku, model z 1901 roku wykorzystuje silnik spalinowy do napędzania generatora, a w 1902 roku Porsche wygrywa z tym pojazdem rajd Exelberg. Niektóre źródła datują prototyp Semper Vivus na Wystawę Światową w Paryżu w 1900 roku, a produkcję na rok 1901. Niemniej jednak popularna narracja przedstawia Woods Dual Power z 1917 roku bezpośrednio jako "pierwszy samochód hybrydowy"; o tyle jest niekonsekwencji w kwestii datowania i pierwszeństwa. Właściwa perspektywa jest taka: jeśli Lohner-Porsche była pierwszą hybrydą, to Dual Power była pierwszą poważną próbą produkcji seryjnej w USA.

Warto też poświęcić uwagę narracji o "80 latach zapomnienia". Fakt, że Owen Magnetic z 1916 roku datuje się na około osiemdziesiąt lat przed Priusem, wspiera tę narrację; jednak tym, co przepadło, nie był pomysł, lecz ekonomiczna wykonalność. Projekt Viktora Wouka z 1974 roku, oparty na Buicku Skylark i uważany za pierwszy nowoczesny hybrydowy, a następnie Prius, który w 1997 roku sprzedał się w Japonii w 18 000 egzemplarzach, oraz dwuosobowa Honda Insight, która weszła na rynek pod koniec 1999 roku, pokazują, że ta sama architektoniczna idea weszła w życie, gdy bateria i energoelektronika w końcu dojrzały. Dynamotor Woodsa był pierwszym schematem tego pakietu technologicznego, zbudowanym osiemdziesiąt lat za wcześnie.

Wniosek: Pomysł inżynieryjny i rzeczywistość rynkowa

Historia Woods Dual Power dowodzi, że idea hybrydowego samochodu żyła także w Ameryce w latach 1910. i przybrała tam konkretną formę produktu. System zawierał ładowanie w trakcie jazdy, hamowanie rekuperacyjne, elektryczny rozrusznik, a nawet świadomość potrzeby ochrony żywotności baterii. Brakowało dwóch zmiennych, których żaden inżynier nie mógł naprawić: mocy i kosztów. Aby na tym samym rynku co Model T sprzedać pojazd jadący 35 mph i czterokrotnie droższy, potrzeba było nie fizyki, lecz ekonomii - a ta ekonomia powstała dopiero osiemdziesiąt lat później, w latach, gdy hybryda nosiła nazwę Prius.

Źródła

• To nie był pierwsza hybryda, ale Woods Dual Power z 1917 roku był elektrycznie wspomaganym cudem techniki
• Pionier hybrydy: Woods Dual Power z 1916 roku
• Woods Motor Vehicle Company
• Ochrona pojazdów | Coupe Woods Dual Powered
• Owen Magnetic
• Lohner–Porsche
• Historia Porsche zaczyna się elektrycznie
• Pierwszy samochód hybrydowy | The Engines of Our Ingenuity
• Kamienie milowe: Toyota Prius, pierwszy na świecie seryjnie produkowany pojazd hybrydowy, 1997