Przed Priusem: Zapomniane prototypy hybrydowe z początku XX wieku

Udostępnij tę stronę
Przed Priusem idea hybrydy już funkcjonowała: Prototypy z początku XX wieku, takie jak Lohner-Porsche Mixte Ferdinanda Porsche z 1900 roku oraz Woods Dual Power z 1916 roku, były pierwszymi poważnymi próbami inżynieryjnymi łączącymi silnik benzynowy z napędem elektrycznym w jednym pojeździe. Te wczesne hybrydy działały technicznie; niestety nie działały ekonomicznie. Tania benzyna, presja produkcji masowej Forda i wysokie koszty odłożyły ideę hybrydy na półkę na dobre osiemdziesiąt lat.
Najważniejsze fakty
- 1901: Ferdinand Porsche tworzy Lohner-Porsche Mixte; pierwszy znany samochód hybrydowy z architekturą hybrydy szeregowej.
- 1916: Chicago firma Woods zaprezentowała model Dual Power - w pełni elektryczny do 24 km/h, powyżej z pomocą silnika benzynowego.
- Cena Woods Dual Power wynosiła 2650 $; to około tyle, co cztery egzemplarze Modelu T.
- Produkcja trwała tylko w latach 1917-1918; dziś zachowały się tylko 4 (możliwe 5) egzemplarze.
- Prius w 1997 roku zakończył te 80 lat ciszy.
Jaki był pierwszy samochód hybrydowy?
Najczęściej przyjmuje się, że pierwszym na świecie hybrydowym samochodem elektrycznym był Lohner-Porsche Mixte stworzony przez Ferdinanda Porsche'a; prace rozwojowe sięgają 1899 roku, a pojazd dojrzał w 1901 roku. Jednak debata nie jest całkowicie zamknięta: Justus Entz, główny inżynier firmy akumulatorowej w Filadelfii, w 1897 roku zbudował pojazd, w którym silnik spalinowy był wspomagany silnikiem elektrycznym. W 1905 roku amerykański inżynier H. Piper również zgłosił patent na hybrydę benzynowo-elektryczną; jego propozycja zakładała, że silnik elektryczny będzie wspomagał silnik benzynowy podczas przyspieszania. A więc idea hybrydy nie jest rozwiązaniem wymyślonym przez jednego wynalazcę w jednym momencie; było to dzieło kilku inżynierów w tej samej dekadzie, próbujących rozwiązać ten sam problem z różnych perspektyw.
Lohner-Porsche Mixte: elektryczność w piastach kół
Podejście Porsche'a z dzisiejszej perspektywy było zaskakująco radykalne. Mixte w ogóle nie łączył silnika spalinowego mechanicznie z kołami; była to architektura hybrydy szeregowej. Silnik benzynowy jedynie napędzał generator, a wytworzona energia elektryczna zasilała silniki zamontowane w piastach kół. Dokładnie ten sam łańcuch zobaczysz dziś w elektrycznym aucie z ogniwami paliwowymi lub hybrydzie szeregowej: silnik → generator → silnik elektryczny → koła.
Nieprawdą jest, że projekt pozostał jedynie eksperymentem. Przed końcem 1901 roku Ludwig Lohner i Porsche sprzedali pięć egzemplarzy Mixte; produkcja trwała do 1915 roku, z różnymi modyfikacjami, w tym przejściem na Austrian Daimler. W 1902 roku Porsche wygrał te horydą Rajd Exelberg, a w 1905 roku na trasę wyjechał wyścigowy Lohner-Porsche zasilany akumulatorami. Wpływ projektu sięgał jeszcze dalej: NASA intensywnie korzystała z tej architektury przy opracowywaniu Lunar Rovera.
Woods Dual Power: ostatnia wielka próba realizacji idei hybrydy w Chicago

Firma Woods Motor Vehicle Company, założona w 1899 roku przez Cliftona Edgara Woodsa i produkująca pojazdy elektryczne, w latach 1910 zaczęła mieć problemy: sprzedaż pojazdów elektrycznych spadała. Odpowiedzią firmy był model łączący dwa światy. Zaprezentowany w 1916 roku Dual Power poruszał się do prędkości 15 mph wyłącznie na silniku elektrycznym, a powyżej tej prędkości elektromagnetyczne sprzęgło Cutler-Hammer włączało silnik benzynowy. Maksymalna prędkość wynosiła 35 mph - to poważny wzrost w porównaniu z typowymi dla ówczesnych pojazdów elektrycznych 20 mph.
Dane techniczne
| Cecha | Wartość |
|---|---|
| Silnik benzynowy | Continental L-head, 4 cylindry, 1125 cm3 (~12-14 KM) |
| Maszyna elektryczna | Dynamotor General Electric, 5-6 KM, 48 V, 60 A |
| Pakiet baterii | Exide, 24 ogniwa, 115 Ah |
| Skrzynia biegów | Brak - napęd bez przekładni |
| Zasięg wyłącznie elektryczny | Do prędkości 15 mph |
| Maksymalna prędkość | 35 mph |
| Cena (1916) | 2 650 $ (~66 000 $ w przeliczeniu) |
W tej tabeli uwagę dzisiejszego inżyniera powinny zwrócić dwa wiersze. Po pierwsze, pakiet baterii o pojemności 115 Ah był o połowę mniejszy niż pakiety ówczesnych w pełni elektrycznych pojazdów - świadoma decyzja projektowa, która utrzymywała niskie koszty. Po drugie, pojazd mógł ładować własne baterie w trakcie jazdy, a hamowanie rekuperacyjne działało powyżej 6 mph: w 1916 roku, pod nazwą "dynamic braking", mechanizm, który dziś uznajemy za najbardziej podstawową cechę układów hybrydowych, już funkcjonował. Wiedzano, że przeładowanie i głębokie rozładowanie prowadzą do problemów z gazowaniem i siarczaniem, a zalecenia użytkowania podawano w przedziałach 10-30 mph - istniała więc, choć w przybliżeniu, pewna logika zarządzania baterią.
Język marketingu również był zaskakująco znajomy: "self-charging, non-stalling, two-power car with unlimited mileage" - samonaładowujący się, niegasnący pojazd z dwoma źródłami napędu i nieograniczonym zasięgiem. Reklamy skierowane były głównie do kobiet; obietnica automobilu bez konieczności używania korbki była w tamtych czasach konkretną kwestią komfortu dla określonej grupy użytkowników.
Jak stara jest hybryda? Pionierzy lat 1897-1916
Poza linią Entz, Porsche i Woods istniały też inne próby. Według serii "Engines of Our Ingenuity" Uniwersytetu w Houston, w 1901 roku George Fischer eksportował do Anglii autobusy benzynowo-elektryczne; W 1902 roku Knight Neftal wystartował w 100-milowym wyścigu wytrzymałościowym swoim pojazdem hybrydowym; w 1915 roku w Kanadzie jeździł pojazd hybrydowy. W 1916 roku, podobnie jak Woods, czołowi producenci pojazdów elektrycznych oferowali napęd hybrydowy. Nawet twierdzono, że model Rambler z 1912 roku posiadał większość cech pełnej hybrydy. Motoryzacyjne książki tamtej epoki również odzwierciedlały tę normalizację: książka The Gasoline Automobile z 1920 roku wymieniała pojazd benzynowo-elektryczny jako czwarty typ automobilu - parowy, elektryczny, benzynowy i hybrydowy.
Dlaczego więc poniosły porażkę?
Prawdziwa odpowiedź na to pytanie nie jest techniczna, lecz ekonomiczna. W połowie lat 1910. benzyna była tania, a spaliny nikogo nie interesowały. Pojazdy parowe musiały podgrzewać wodę, elektryczne walczyły z zasięgiem i czasem ładowania; benzynowe były zaś głośne, brudne, ale praktyczne, mimo że wymagały korbki do rozruchu. Różnica skali jest uderzająca: Detroit Electric sprzedało w szczytowym roku 1914 mniej niż 5 000 pojazdów; Ford sprzedał w tym samym roku ponad 200 000 Modeli T.
W przypadku Woodsa składniki porażki są jasne: cena 2 650 $, czyli około cztery modele T albo dwa Buicki; niepełne spełnienie obiecywanej płynności jazdy i niezawodności; niska prędkość maksymalna 35 mph (Model T osiągał 40–45 mph) i ograniczona sprawność zespołu silnik-elektryczny. W 1918 roku, przy rozstawie osi 124 cali i silniku 95 CID, cena wzrosła do 2 950 $, ale nie uratowało to sprzedaży. Produkcja pozostała ograniczona do lat 1917–1918; Woods zbankrutowało, a przez całą swoją historię sprzedało łącznie mniej niż 14 000 pojazdów. Podobny obraz panował po stronie Lohner-Porsche: hybrydy zbudowane w technologii Mixte przetrwały do lat 1910, ale źle się sprzedawały z powodu wysokiej ceny i niskiej mocy w porównaniu z pojazdami benzynowymi. Sektorowa dominacja Henry'ego Forda uczyniła ideę hybrydy niewidzialną na dziesięciolecia.
Metafora "czwartego ulepszenia"
Najlepszą ramą do zrozumienia historii wczesnych hybryd jest traktowanie idei hybrydy jak ulepszenia: zawsze była obecna, pozostawała w cieniu, dopóki tania ropa nie się wyczerpała. Technologia nie była nieobecna - hamowanie rekuperacyjne, napęd szeregowy bez skrzyni biegów i ładowanie w ruchu były dostępne w produkowanych pojazdach już w 1916 roku. Brakowało warunków, które czyniłyby tę technologię ekonomicznie sensowną. Dopóki ropa była tania, dodatkowy ciężar i dodatkowy koszt pojazdu niesącego dwa układy napędowe nie mogły się w żaden sposób zwrócić. Dlatego okres od 1918 do 1997 roku należy odczytywać nie jako "zniknięcie", lecz jako okres oczekiwania, aż warunki dojrzały.
Pozostałe egzemplarze i linia sięgająca współczesności
Z Woodsa Dual Power do dziś przetrwały jedynie 4 - według jednej z możliwości 5 - egzemplarze. Egzemplarz Dearborn w Henry Ford Museum jest oryginalny, z licznikiem 11 085 mil, w stanie poza kondycją jezdna; jeden egzemplarz został poddany konserwacji w Petersen / Los Angeles County Museum of Natural History; egzemplarz w Louwman Museum w Holandii to jedyny znany sprawny egzemplarz. Uważa się, że piąte możliwe nadwozie zostało zamontowane na podwoziu Stanley Steamer - relikt epoki wczesnych samochodów, kiedy części swobodnie krążyły.
Warto też przypomnieć nowoczesny koniec tej linii: Toyota Prius wyjechała w 1997 roku jako pierwsza na świecie masowo produkowana hybryda, a Honda Insight sprzedała się w 1999 jako pierwsza hybryda... Około osiemdziesiąt lat pomiędzy to okres, w którym rozwiązania wczesnych prototypów - napęd szeregowy, hamowanie rekuperacyjne, ładowanie w ruchu - były odkrywane na nowo jedno po drugim. Łańcuch silnik-generator-koło, który Porsche narysował w 1901 roku, do dziś pozostaje w niezmienionej formie w schematycznym wykazie elektrycznych pojazdów z przedłużonym zasięgiem jeżdżących dzisiaj po ulicach.
Źródła
- The History of the Electric Car - Energy.gov
- Historia Porsche rozpoczyna się elektrycznie - Porsche Newsroom
- Lohner-Porsche Semper Vivus i Mixte z 1901 roku - Hemmings
- To nie był pierwsza hybryda, ale Woods Dual Power z 1917 roku... - Hagerty Media
- Pionier hybryd: Woods Dual Power z 1916 roku - Mac's Motor City Garage
- Woods Dual-Power Coupe z 1916 roku: hybryda, zanim hybrydy stały się modne - The Henry Ford
- Konserwacja pojazdu: Woods Dual Powered Coupe - B.R. Howard
- Woods Dual Power Type 44 Roadster z 1917 roku - Bonhams
- Pierwszy samochód hybrydowy - Engines of Our Ingenuity, University of Houston
- Historia hybryd - Center for Auto Safety
- Krótka historia samochodów hybrydowych - CarsGuide
- W 1916 roku samochody hybrydowe mogły zmienić historię. Ale Ford… - Popular Science
- Historia pojazdów hybrydowych - MotorTrend
- Kamienie milowe: Toyota Prius - ETHW (IEEE)