Новый Mercedes-Benz S 400 BlueHybrid создан на базе модели S 350 и оснащён глубоко модернизированной системой привода и трансмиссии. Сюда относятся усовершенствованный бензиновый двигатель V6 с рабочим объёмом 3,5 литра, дополнительный электродвигатель с возбуждением от постоянных магнитов, семиступенчатая АКПП 7G-Tronic, оптимизированная под работу с гибридным модулем, необходимые силовые и управляющие электронные устройства, трансформатор, а также высоковольтный литий-ионный аккумулятор.

Компактный гибридный модуль представляет собой электродвигатель дискообразной формы, служащий также стартёром и генератором. Такая система обладает двойным эффектом: с одной стороны, она помогает сократить расход топлива, а с другой — существенно повышает удовольствие от вождения. Главная заслуга в этом — так называемого добавочного эффекта, благодаря которому электродвигатель оказывает двигателю внутреннего сгорания мощную поддержку в фазе разгона, которая отличается большим расходом топлива, создавая дополнительные 160 Н∙м крутящего момента. От успешного взаимодействия обоих силовых агрегатов в выигрыше остаётся водитель — благодаря наличию впечатляющей характеристики крутящего момента и великолепной приёмистости.

Помимо этого, гибридный модуль обладает удобной функцией «старт-стоп», которая отключает двигатель, когда автомобиль останавливается, например, перед светофором. Когда нужно возобновить движение, электродвигатель практически незаметно и очень комфортно вновь запускает основной силовой агрегат. А это также вносит свой вклад в экономию топлива и защиту окружающей среды: поскольку двигатель почти немедленно запускается с самого первого зажигания, то и выбросы на этапе старта сводятся к минимуму.

При замедлении автомобиля электродвигатель работает как генератор, и благодаря так называемой рекуперации энергии торможения, позволяет вернуть затраченную энергию. При этом электродвигатель, чутко взаимодействуя с моторным тормозом и классическими колёсными тормозными механизмами, повышает их эффективность, обеспечивая незаметный, плавный переход одной фазы в другую. Аккумулируемая энергия сохраняется в мощной, но компактной литий-ионной аккумуляторной батарее, которая расположена в моторном отсеке и используется по мере необходимости. Управление такой сложной системой осуществляется высокопроизводительным электронным блоком управления, который также устанавливается вблизи двигателя.

Огромный шаг вперёд на пути к максимальной электрификации автомобиля

Ядром данного высокоэффективного гибридного привода, отличающегося необычайно компактной модульной конструкцией, стал новый высоковольтный литий-ионный аккумулятор, который был специально разработан для применения на автомобилях, причём Mercedes-Benz станет первым в мире автопроизводителем, выпускающим на рынок серийный автомобиль с подобным приводом. Тем самым звёздная штутгартская марка вносит серьёзный вклад в дело электрификации автомобилей, а S-Класс снова вступает в роль законодателя мод в мире автомобильных технологий.

Главными преимуществами нового аккумулятора, по сравнению с традиционными никель-металлгидридными батареями, стали более высокая плотность энергии и более высокий электрический КПД при более компактных размерах и уменьшенной собственной массе. Благодаря компактной установке в подкапотное пространство нового аккумулятора взамен классической стартёрной аккумуляторной батареи, роскошные габариты салона и ёмкость багажника остались неизменными. Литий-ионный аккумулятор служит не только в качестве источника энергии для электродвигателя — через трансформатор он также соединён с бортовой электросетью напряжением 12 вольт, обеспечивая электроэнергией таких стандартных потребителей, как фары и устройства комфортабельного оснащения салона. Аккумуляторная система абсолютно новой конструкции включает в себя блок литий-ионных элементов с контроллером и системой управления аккумулятором, высокопрочный корпус, охлаждающий гель, пластину радиатора, подвод охлаждающего вещества и высоковольтный штекер.

Оптимизированный тепловой КПД двигателя уменьшает расход топлива

Бензиновый двигатель V6 с рабочим объёмом 3,5 л и адаптивным управлением клапанами подвергся основательной переработке и оптимизации. Инженеры-конструкторы сумели при этом использовать преимущества так называемого принципа Аткинсона, где фаза расширения дольше, чем фаза сжатия. В этом случае впускной клапан чуть дольше удерживается открытым в промежутке между фазами впуска и сжатия. Это повышает тепловой КПД двигателя, а удельный расход топлива и выбросы при этом снижаются. Новый блок головки цилиндров, новые поршни и модифицированный распределительный вал с новым управлением позволили увеличить мощность двигателя на 5 кВт/7 л. с. и довести её до уровня в 205 кВт/279 л. с. — при одновременно сократившемся потреблении топлива.

Дополнительный рост КПД, особенно при продолжительных поездках по просёлочным дорогам и на автобанах, автомобиль S 400 BlueHybrid демонстрирует благодаря хитрому смещению так называемой рабочей точки ДВС в сторону меньшего удельного расхода топлива. Высокий, благодаря добавочному эффекту, уровень момента сил, действующих при трогании, дарит водителю необыкновенное ощущение разгона, в то время как расход топлива и выбросы снижаются.

Электродвигатель повышает эффективность

Компактный электродвигатель дискообразной формы занимает минимум места, расположившись в корпусе трансформатора между двигателем и семиступенчатой АКПП 7G-Tronic, и к тому же повышает эффективность системы привода. Речь здесь идёт о трёхфазном магнитоэлектрическом двигателе с возбуждением от постоянных магнитов, который выполнен в виде так называемого двигателя с наружным ротором и который при рабочем напряжении в 120 вольт развивает номинальную мощность в 15 кВт/20 с. л. и пусковой крутящий момент в 160 Н∙м. Этот компактный агрегат (стартёр-генератор) выполняет также функции традиционных дополнительных механизмом двигателя — стартёра и генератора.

Его тщательно выверенное взаимодействие с ДВС обогатило систему массой дополнительных функций, которые одинаково положительно влияют как на расход топлива и сокращение выбросов, так и на маневренность автомобиля S 400 BlueHybrid. Кроме того, за счёт своей дискообразной формы агрегат эффективно гасит крутильные колебания в системе трансмиссии, благодаря чему также уменьшаются шумы и вибрация. В итоге водитель и пассажир путешествуют в более комфортабельных условиях.

«Добавочный» эффект повышает удовольствие от вождения

Система в целом приносит большую пользу: во-первых, она помогает экономить топливо. Во-вторых, она повышает радость вождения за счёт так называемого «добавочного» эффекта, благодаря которому электродвигатель оказывает ДВС мощную поддержку в фазе разгона, отличающейся повышенным потреблением топлива, с первого оборота создавая номинальный крутящий момент в 160 Н∙м. Таким образом, гибридный привод автомобиля S 400 BlueHybrid уже на самых низких оборотах имеет солидную тягу, о чём ярко свидетельствует впечатляющая кривая крутящего момента. Дополнительный крутящий момент, создаваемый гибридным модулем, продолжает положительно сказываться и на дальнейшем процессе разгона. Таким образом, водитель в любой дорожной ситуации будет всегда в выигрыше от совместной работы обоих агрегатов, наслаждаясь впечатляющей разгонной реакцией и превосходной приёмистостью системы — причём без обычного в таких случаях повышения расхода топлива.

Автомобиль S 400 BlueHybrid с нуля до 100 км/ч разгоняется за 7,2 секунд, достигая затем максимальной скорости в 250 км/ч, которая на данной отметке ограничивается электроникой. В плане сбережения топлива S 400 BlueHybrid превосходит и без того уже замечательный результат модели S 350, оснащённой традиционным двигателем, экономя дополнительные 2,2 л на каждые 100 км пути. Выбросы CO₂ сократились на 21%.

Функция «старт-стоп» экономит топливо уже при движении по инерции

Помимо всего прочего, гибридный модуль обладает удобной и очень эффективной функцией «старт-стоп», которая отключает двигатель, когда автомобиль двигается накатом со скоростью ниже 15 км/ч, для того чтобы остановиться, например, перед светофором. Чтобы возобновить движение, электродвигатель моментально и практически незаметно запустит основной силовой агрегат — сразу после того, как водитель снимет ногу с педали тормоза либо нажмёт на педаль газа. Что также способствует экономии топлива и защите окружающей среды. Поскольку двигатель заводится практически моментально, то и выбросы в фазе старта сводятся к минимуму. Кроме того, минимизируется и встряхивание автомобиля, которое неизбежно происходит при запуске двигателя с помощью классического стартёра.

Комфортабельность рулевого управления и приятный микроклимат в салоне никоим образом не пострадали, поскольку как насос гидроусилителя рулевого привода, так и компрессор климатической установки оснащены электроприводом. Поэтому обе системы работают и во время стоянки автомобиля, и при автоматически отключённом ДВС. Продвинутая логика управления распознает, совершает ли водитель разворот либо паркуется. В этом случае автоматическая функция «старт-стоп» временно деактивируется, чтобы водитель смог удобно завершить свои манёвры.

Каждое замедление генерирует электроэнергию для аккумулятора

При замедлении автомобиля электродвигатель работает как генератор, который посредством так называемой рекуперации преобразует энергию торможения, возникающую при сбрасывании газа и при торможении, в энергию электрическую. Эта энергия запасается в мощной, но компактной литий-ионной аккумуляторной батарее и используется по мере необходимости.

Причём электродвигатель усиливает эффект моторного тормоза ДВС в два этапа, плавно переходящих один в другой. На первом этапе, в режиме принудительного холостого хода не задействуя педаль тормоза, электродвигатель работает как генератор и начинает рекуперировать энергию. Второй этап начинается, как только водитель слегка надавит на педаль тормоза — в этом случае мощность генератора пропорционально увеличивается, что воспринимается водителем как более сильное замедление. И только при более интенсивном нажатии на педаль в дополнение к процессу рекуперации активизируются колёсные тормозные механизмы. Тем самым, с одной стороны, вырабатывается больше электрической энергии, а с другой — щадится гидравлическая тормозная система. И для того чтобы оптимально использовать этот двойной положительный эффект, инженеры марки Mercedes-Benz специально для S 400 BlueHybrid разработали новую тормозную систему с новым педальным модулем.

Умело интегрированные силовые электронные устройства

Для того чтобы трёхфазный магнитоэлектрический двигатель мог работать в сети постоянного тока с напряжением 120 вольт, требуется специальная силовая полупроводниковая техника. Инвертор располагается на месте бывшего стартёра. Поскольку силовые электронные устройства нагреваются из-за возникающих электрических токов силой до 150 ампер, система оснащена отдельным, дополнительным низкотемпературным контуром охлаждения.

Под правой колёсной аркой инженеры марки Mercedes-Benz разместили трансформатор напряжения, который делает возможным энергообмен между 120-вольтовой сетью и бортовой сетью напряжением 12 вольт и который при возможном падении напряжения стандартной батареи обеспечит возможность запуска двигателя от вспомогательного источника через соответствующий кабель. Для поддержания постоянно высокого электрического КПД трансформатор также подключён к низкотемпературному контуру охлаждения. 12-вольтовая свинцово-кислотная батарея установлена в багажный отсек и наряду с классическими бортовыми потребителями тока питает также систему контроля над высоковольтными компонентами. Благодаря наличию литий-ионного аккумулятора, её удалось реализовать в более компактном и лёгком исполнении.

Отлично зарекомендовавшая себя АКПП с новой настройкой

К использованию вместе с гибридным приводом инженеры-конструкторы марки Mercedes-Benz адаптировали и знаменитую автоматическую коробку передач 7G-Tronic. В частности, они обновили программное обеспечение, с помощью которого осуществляется управление трансмиссией. Заново разработанный дополнительный масляный насос обеспечивает надёжную смазку коробки передач даже в фазах остановки двигателя внутреннего сгорания.

Управляет всей этой сложной системой усовершенствованный, высокопроизводительный электронный контроллер двигателя. Он обладает богатыми функциональными возможностями и умеет дифференцированно подходить к таким режимам эксплуатации автомобиля, как езда в городских условиях, езда по просёлочным дорогам, езда по автомагистрали либо маневрирование.

Состояние гибридного привода отображается на комбинации приборов

Информирование водителя о текущем состоянии гибридного привода осуществляется и с помощью визуальных средств. В центре комбинации приборов имеется отдельное поле для отображения информации о текущем направлении потока энергии как при разгонном участии электродвигателя, так и при рекуперации, а также информации об уровне заряда аккумулятора.

Семиуровневая концепция безопасности в дополнение к стандарту безопасности Mercedes-Benz

Особое внимание инженеры-конструкторы Mercedes-Benz уделили вопросам безопасности, что является характерным для штутгартской марки. При создании нового серийного автомобиля использовался, в частности, многолетний опыт исследований концерна Daimler в области топливных элементов. Настоящим вызовом для специалистов было не только выполнение всех обязательных международных и внутрикорпоративных краш-тестов, но и обеспечение максимальной безопасности электрических компонентов. И здесь они думали не только об условиях производства автомобилей, но и о работе сотрудников автосервисов, а также стремились учесть интересы спасательных служб, которым, возможно, придётся эвакуировать пассажиров из попавшего в аварию автомобиля.

Поэтому гибридная технология, используемая на автомобиле S 400 BlueHybrid, включает в себя серьёзную концепцию безопасности, охватывающую семь уровней.

1. Первый уровень безопасности: все кабели для надёжной дифференциации подлежат цветовой различительной маркировке и снабжаются соответствующей информацией по безопасному обращению с ними. Это предотвратит случайный неправильный монтаж их на производстве и облегчит регулярный техосмотр.
   
2. Второй уровень безопасности: обеспечение сплошной защиты от контакта с компонентами всей системы с помощью интенсивной изоляции и специальных штекеров новой конструкции.
   
3. Третий уровень: литий-ионный аккумулятор, впервые используемый на серийном автомобиле, оснащается целым комплексом тесно взаимосвязанных средств защиты. Этот инновационный накопитель энергии помещён в высокопрочный стальной корпус с дополнительным креплением. Размещение элементов в специальном геле эффективно гасит их тряску. Сюда также относится продувочное отверстие с предохранительной мембраной и отдельным охлаждающим контуром. Внутренний электронный контроллер постоянно следит за соблюдением в системе требований безопасности и немедленно предупреждает о возможных нарушениях.
   
4. Четвёртый уровень безопасности предусматривает разделение полюсов аккумуляторной батареи, индивидуальную безопасную разводку проводов всех высоковольтных компонентов, а также постоянный контроль с помощью сложной схемы блокировки. Это означает, что все высоковольтные компоненты связаны между собой посредством шлейфа. В случае сбоя высоковольтная система будет автоматически выключена.
   
5. Активная разрядка высоковольтной системы, которая наступает, как только зажигание будет переведено в положение «выкл.» либо при возникшей неисправности, относится к пятому уровню безопасности.
   
6. При аварии высоковольтная система за доли секунды автоматически выключится (аспект шестой).
   
7. И, наконец, последний, седьмой уровень: система постоянно контролируется на предмет коротких замыканий.

Благодаря компактным габаритам и модульной конструкции избыточный вес всей системы составил всего лишь 75 кг — и это с учётом всех комплексных устройств безопасности. Это означает, что за счёт использования этой передовой и очень универсальной технологии, которую можно использовать практически на всех семействах Mercedes-Benz, водителю гарантируется тот высочайший уровень комфорта и динамики, который столь характерен для марки Mercedes-Benz. Кроме того, автомобиль сохранил свою грузоподъёмность, равную 595 кг.

Интеллектуальное, высокоэффективное электронное управление двигателем очень дифференцированно подходит к различным ситуациям движения, оптимально адаптируя систему привода к конкретным эксплуатационным задачам автомобиля и всегда обеспечивая минимальный уровень расхода топлива и выбросов.

• При неподвижном состоянии автомобиля бензиновый двигатель, как правило, отключён, а значит, топливо не расходуется. Электропривод компрессора климатической установки и насоса гидроусилителя рулевого привода позволяет в это время без ограничений использовать систему климат-контроля и усилитель рулевого привода. Комфортабельность никоим образом не пострадала и находится на уровне всех моделей S-Класса.
• Трогание с места и разгон, запускаемые лёгким нажатием на педаль газа, по-прежнему проходят плавно и комфортно. Тот, кто предпочитает резвый старт, сильно нажимая на педаль газа, получит истинное удовольствие от добавочного эффекта, создаваемого электродвигателем для гораздо более динамичного разгона.
• При равномерном движении хитроумная электроника может определить, например, что сейчас водитель непринуждённо проходит лёгкий участок на автомагистрали. В этом случае она автоматически сдвинет так называемую точку приложения сосредоточенной нагрузки в ДВС в сторону меньшего удельного расхода топлива, помогая тем самым его сэкономить и снижая объёмы выхлопа.
• При движении по инерции уже c каждым замедлением автомобиля (снятие ноги с педали газа, торможение двигателем) активизируется процесс рекуперации. Когда скорость опускается ниже 15 км/ч, двигатель внутреннего сгорание автоматически выключается.
• Когда водитель тормозит с помощью педали тормоза, то электродвигатель энергию движения автомобиля преобразует в электрическую. В этом случае электродвигатель работает как генератор, запасая преобразованную энергию в литий-ионном аккумуляторе. В то же время водитель ощущает этот процесс как более интенсивную работу моторного тормоза. При этом щадятся традиционные дисковые тормозные механизмы, поскольку они ещё не пускаются в дело. И только тогда, кода водитель резко нажимает на педаль тормоза, дисковые тормоза срабатывают вместе с моторным тормозом, а в это время идёт процесс рекуперации.
• Когда водитель при маневрировании переключает АКПП 7G TRONIC на задний ход («R»), то автоматически активизируется режим маневрирования, который временно блокирует частые короткие отключения двигателя функцией стартстопа.
• В условиях городского движения с частыми остановками на красный свет наиболее ярко проявляются преимущества гибридного привода. Частое отключение ДВС уже на этапе движения автомобиля по инерции неуклонно снижает расход топлива и объёмы выхлопа. Как раз в это время возникают продолжительные фазы рекуперации, которые повышают заряд аккумулятора. С помощью функции стартстопа электродвигатель позволяет автомобилю возобновить движение наиболее комфортным и быстрым способом.
• На шоссейных трассах фазы использования добавочного разгонного эффекта, равномерного движения и рекуперации часто сменяют друг друга. В зависимости от рельефа трассы возникают большие запасы рекуперированной энергии, что также сокращает расход топлива и объём выбросов. Чем чаще замедление сменяется ускорением, тем лучше: подъёмы и спуски, а также динамичное прохождение извилистых участков — залог наибольшей экономии.
• Хотя на автомагистрали эффект от гибридного привода и отходит на второй план, что совершенно естественно, тем не менее, благодаря целенаправленной модификации бензинового двигателя V6 и АКПП 7G-TRONIC, водитель на быстрых перегонах сможет добиться значительной экономии топлива и уменьшения объёмов выхлопа.

Автомобиль S 400 BlueHybrid собирается на заводе в Зиндельфингене вместе с другими представителями S-Класса. Двигатель внутреннего сгорания, автоматическая коробка передач 7G-Tronic и электродвигатель монтируются сначала в гибридный модуль и затем уже как единый узел поступают на сборочный конвейер. Выход автомобиля на рынок Западной Европы запланирован на июнь 2009 г. Затем он начнёт — предположительно с августа 2009 г. — поставляться в Китай, а с сентября — в США.

Модульные технологии — залог экологического будущего автомобилей класса «люкс»

Новый S 400 BlueHybrid — этот яркий пример реализации главной стратегии Mercedes-Benz. Заявленная цель данной стратегии — предлагать клиентам марки экономичные и экологически чистые автомобиля премиум-класса — без отказа от таких характерных для марки свойств, как безопасность, комфорт и превосходная динамика.

Среди главных тем разработки — модульные приводные технологии, которые в зависимости от класса автомобиля, его эксплуатационного профиля и пожеланий клиента, применяются по отдельности и в комбинациях; конкретный план по созданию изделий Mercedes-Benz представлен в так называемой дорожное карте «Путь в будущее». В данном контексте Mercedes-Benz не забывает также и о перспективах двигателя внутреннего сгорания, разработав инновационный привод Diesotto для экспериментального автомобиля F 700.

Оптимальные решения для различных требований

Требования к автомобилям будущего сложны и всегда охватывают много аспектов. В основе этого лежит тот факт, что население планеты, а, следовательно, и потребность в автомобилях будут бурно расти в ближайшие десятилетия. Одновременно будут сокращаться природные ресурсы, обходясь всё дороже для потребителей и автопроизводителей. Свою роль здесь также играют существующие различия в экологическом законодательстве, которые до сих пор варьируются от страны к стране. Ярким примеров в этом смысле могут служить экологические зоны, уже созданные во многих городах Европы, либо предписанные законом обязательные квоты на автомобили без выхлопов для локального применения — например, в штате Калифорния.

Такие тенденции уже сейчас существенно отражаются на предпочтениях клиентов. Помимо экономических факторов, прежде всего, растущих цен на топливо, экологическая чистота автомобилей превращается во всё более важный критерий при их покупке. Да и потребности клиентов, обусловленные условиями повседневности, становятся всё более разнообразными и индивидуальными. Те, кто предпочитают путешествовать по стране, предъявляют другие требования к автомобилю, чем те, которые большей частью или почти исключительно перемещаются в условиях городских агломераций.

Поэтому, по оценкам специалистов Mercedes-Benz, в будущем не будет одной единственной доминирующей технологии на пути к растущей мобильности мира. Вместо этого компания предлагает, с учётом самых разнообразных потребностей клиентов, как универсальные, так и индивидуальные решения. Каждая из технологий реализует свои преимущества в плане оптимального расхода топлива и уровня выбросов именно там, где она находит своё конкретное применение. Инженерно-конструкторский подход Mercedes-Benz предусматривает разработку автомобилей с модульными системами привода, которые гарантируют, что интересы клиента и экологическая чистота автомобиля всегда будут составлять единый приоритет при разработке.

«Дорожная карта» неуклонно растущей мобильности

Конструкторская стратегия концерна нацелена на то, чтобы надолго закрепить своё лидерство в сегменте автомобилей премиум-класса. Для этого в «дорожной карте» неуклонно растущей мобильности были сформулированы три главных задачи:

• Оптимизация автомобилей с самыми современными двигателями внутреннего сгорания — через уменьшение габаритов деталей, применение высокого наддува, прямого впрыска и экологически более безопасной дизельной технологии BlueTec, а также целенаправленное усовершенствование автомобиля в области аэродинамики, конструкции (использование лёгких материалов) и управления энергией (BlueEfficiency).
• Дальнейшее повышение эффективности через применение оптимальной для конкретного случая гибридизации на разных этапах разработки, начиная от функции стартстопа до чисто электроприводных гибридов типа Two-Mode.
• Локальное применение автомобилей без выхлопа, использующих энергию топливных элементов или аккумуляторных батарей.

Помимо этого, концерн активно участвует в разработке экологически чистых и альтернативных видов топлива, которые не посягают на интересы пищевой отрасли, в частности, имеется в виду производство топлива SunDiesel из растительных отходов.

Интеллектуальные гибридные технологии как решение транспортных проблем будущего

Специалисты Mercedes-Benz уже вывели на рынок множество технических решений, удовлетворяющих требованиям дня завтрашнего. Самые свежие примеры: модификации BlueEfficiency автомобилей классов A, B и C, автомобиль B 170 NGT с газовым приводом, а также мощные, экономичные и экологичные внедорожники с дизельной технологией BlueTEC, которые уже поступили на рынок США в этом году. В отношении будущего модульные гибридные технологии — начиная от современных двигателей с дизельной технологией BlueTec или прямым впрыском в гибридном либо классическом исполнении, и заканчивая экологически безвредными автомобилями для локального применения, а также моделями на топливных элементах — создают все предпосылки для того, чтобы клиенты марки Mercedes-Benz могли в долгосрочной перспективе получать оптимальные автомобильные решения, созданные на традиционно высоком уровне исполнения.