О топливной экономичности массовых автомобилей в США, её регулировании и путях повышения (по материалам публикаций)

Эткин Д.М., эксперт Объединения автопроизводителей России, Чикаго–Москва

За всю более чем вековую историю существования автомобиля, незыблемым сохранилось использование в качестве его силовой установки двигателей внутреннего сгорания, несмотря на относительно низкую эффективность использования в них потенциальных энергетических возможностей нефтяного топлива (таблица 1).
Неоднократные попытки, продолжающиеся вплоть до настоящего времени, использовать на массовых автомобилях другие типы двигателей или альтернативные (не нефтяные) виды топлива пока не увенчались успехом в силу совокупного влияния целого ряда причин, в т.ч. энергетического, технологического, экономического и даже социального характера. Например, удельная величина затрат на изготовление автомобильной системы топливных элементов, отнесённая к 1-му kW мощности, по данным Министерства Энергетики США, снизилась с 275 долл. в 2002 г. до 73 долл. в 2008 г. и прогнозируется на уровне 45 долл. в 2010 г. и 30 долл. к 2015 г., что уже вполне сопоставимо с затратами на изготовление современных бензиновых двигателей (ориентировочно 40-50 долл. в расчёте на 1 kW, равный примерно 1,36 л.с.). Однако, широкое применение таких систем на легковых автомобилях сдерживается отсутствием приемлемых решений, в первую очередь, проблем хранения водорода на борту автомобилей, создания средств доставки и широкой сети заправки водородом, а также рядом других важных факторов. Реализация принятых в 2007 году по инициативе кабинета Президента Буша решений об увеличении использования в качестве автомобильного топлива этанола, хотя и позволила в 2008 г. немного сократить потребление нефти, но вызвала почти 2-кратный рост цены кукурузы и увеличение на 20% цены кормовых продуктов для животноводства, что имело негативные социальные последствия. По экономическим соображениям ограничивается широкое распространение в США автомобилей с «гибридной» силовой установкой, хотя время доказало их повышенную топливную экономичность (примерно на 25-30%), рынком предлагается их достаточно обширная номенклатура и постоянно проводится их интенсивная рекламная кампания. Но такие автомобили из-за увеличенных производственных издержек имеют повышенную цену, превышение которой окупается снижением затрат на топливо в большинстве случаев за 3 и более лет (таблица 2), что для многих потребителей не считается приемлемым.


Основанные на использовании разнообразных критериев недавние прогнозные исследования, выполненные Автомобильной лабораторией Массачусетского Технологического Института (Sloan Automotive Laboratory, Massachusetts Institute of Technology “Electric Powertrains: Opportunities and Challenges in the U.S. Light — Duty Vehicle fleet”, 2007) показали, что будущее в электрификации автомобильных силовых установок, в использовании различных комбинаций «гибридных» бензоэлектрических систем, топливных элементов, электромобилей с заряжаемыми от электросети батареями и т.п. Причём, как вытекает из недавно опубликованных результатов проведенных компанией Aerovironment (штат Калифорния) исследований, ускоренное развитие могут получить электромобили, производство которых в сколь-нибудь существенных размерах может начаться через 3-5 лет. Однако, доведение всех этих систем до приемлемого уровня и оснащение ими заметной доли парка автомобилей займут десятилетия.

По оценкам специалистов авторитетной в мире консалтинговой фирмы Global Inside Inc., современный массовый автомобиль, предназначенный для обеспечения основной части индивидуальных транспортных нужд населения США, должен вмещать 4-5 человек (с учётом водителя), иметь запас хода между заправками не менее 350 миль, а продолжительность заправки должна быть в пределах 15 минут. При достигнутом уровне технологического развития в мире, указанные требования наиболее эффективно могут быть обеспечены при использовании в таких автомобилях в качестве силовых установок двигателей внутреннего сгорания, работающих на нефтяном топливе. На основании этого специалистами фирмы Global Inside Inc. делается прогноз о том, что в ближайшем будущем — по крайней мере в первой четверти ХХI века — двигатель внутреннего сгорания сохранится как основной тип или основной элемент силовой установки массовых автомобилей в США, при возможности некоторого увеличения среди них доли дизельных двигателей. Но при этом, хотя, как известно, дизели на 25-30% экономичнее бензиновых двигателей, вряд ли можно рассчитывать на их широкое применение на массовых автомобилях в США. В настоящее время такие двигатели устанавливаются лишь на небольшой части продаваемых на внутреннем рынке легковых автомобилей Volkswagen, общая доля которых менее 4% суммарной продажи легковых автомобилей. Менее 4% всей продажи легких грузовиков имеют дизели; они в основном (почти 90%) устанавливаются на больших по размеру пикапах (с допустимым полным весом от 8,5 до 10 тыс. фунтов), которые большую часть времени используются в коммерческих целях. Столь ограниченные масштабы применения дизелей на массовых автомобилях в США (в некоторых развитых странах Западной Европы их доля доходит до 30%) объясняются рядом причин. Во-первых, цена дизтоплива в США часто выше (временами до 20%) цены наиболее применяемого бензина с октановым числом 87. Во-вторых, вся действующая в Северной Америке система переработки нефти традиционно направлена на преимущественный выпуск бензина (бензин 41%, дизтопливо 25%, керосин 8%, отопительное топливо 6%), а в развитых странах Западной Европы — наоборот, на преимущественный выпуск дизтоплива (бензин 20%, дизтопливо 37%, керосин 7%, отопительное топливо 16%). Изменение сложившегося положения в нефтепереработке США потребует значительного времени и существенных капиталовложений (с существенно более низкой эффективностью, чем в высокотехнологические отрасли) и потому вряд ли осуществимо в обозримом будущем.

Сохранение широкого использования бензиновых двигателей внутреннего сгорания в качестве силовой установки массовых автомобилей требует их постоянного совершенствования (и двигателей, и автомобилей), направленного на повышение топливной экономичности. Это является зачастую единственным способом решения важнейших общегосударственных проблем экономического и политического характера, охраны окружающей среды.

Одним из основных способов реального побуждения автопроизводителей к повышению топливной экономичности поставляемых на рынок США массовых автомобилей и увеличению связанных с этим расходов стало государственное регулирование этого показателя. Такое регулирование в США началось как ответ на первый энергетический кризис 1973 года, вызвавший не только резкое повышение цены бензина, но и невиданные перебои с его поставкой в розничную торговую сеть, что имело огромные негативные социально-экономические и политические последствия.

В качестве регламентируемого использовался средний корпоративный показатель топливной экономичности (Corporate Average Fuel Economy — CAFE), который представляет собой расчётную величину взвешенного по фактической структуре продажи на рынке США автомобилей каждого производителя за год пробега на галлон топлива с учётом работы автомобилей как в городских условиях (55% пробега), так и в условиях скоростной дороги (45% пробега). В соответствии с принятым законодательным актом (U.S. Energy Policy and Conservation Act of 1975), величина этого показателя регламентировалась по годам (с постепенным повышением) отдельно по легковым автомобилям и легким грузовикам; за несоблюдение установленных нормативов отдельными производителями предусматривались штрафные санкциями. На рис. 1 показана динамика изменения топливной экономичности массовых автомобилей, как их регламентируемого уровня — подлежащего выполнению стандарта, так и фактически достигнутого уровня. Как видно, требуемый государством стандартный уровень топливной экономичности по легковым автомобилям на 25-30% превосходит аналогичный показатель лёгких грузовиков. Такое положение было совершенно справедливо для начала 70-х годов, когда лёгкие грузовики охватывали, в основном, только пикапы, которые значительную часть времени использовались для коммерческих целей (в торговле, обслуживании, сельском хозяйстве) и одинаковые с легковыми автомобилями требования к их топливной экономичности вызвали бы необоснованный с точки зрения обшего социальноэкономического развития рост их цены. Другое положение сложилось с середины 80-х годов, когда повышенными темпами стала увеличиваться продажа искусственно включаемых в эту категорию минивэнов и автомобилей типа SUV (таблица 3), функциональные характеристики которых по существу позволяют их считать кузовными разновидностями легковых автомобилей и имеют практически одинаковый с ними характер использования — массовые транспортные средства населения. Автомобили этих типов (минивэны и SUV), в отличие от пикапов, даже регистрируются как легковые автомобили и имеют одинаковые с ними номерные знаки. Более того, в отличие от пикапов, все минивэны и значительная часть автомобилей типа SUV, имеют не рамное шасси, а кузов с несущим основанием, как большинство легковых автомобилей.

Рисунок 1. Изменение топливной экономичности продаваемых в США массовых автомобилей.



Представляется, что сохранение рассматриваемых типов массовых автомобилей в категории лёгких грузовиков явилось результатом активного лоббирования интересов американских автопроизводителей, главным образом, входящих в Большую Детройтскую Тройку, поскольку существовавший вплоть до 2007 г. высокий спрос на них, вызванный лишь амбициозными запросами значительной части потребителей и небывалыми масштабами рекламы, приносил прибыль, не требуя затрат на обеспечение более высокой топливной экономичности. Такие автомобили составляли до 38% общей продажи продукции Большой Детройтской Тройки на рынке США, превосходя продажу легковых автомобилей (36%) и пикапов (26%). Резкое увеличение цен на нефть и соответствующий скачек цены бензина (более 4 долл. за галлон летом 2008 г.) привели к резкому падению рыночного спроса на такие автомобили с повышенным потреблением топлива, что стало одной из существенных причин современного кризиса американского автомобилестроения.

Несмотря на отмеченный недостаток, введённый в 1975 г. стандарт способствовал заметному повышению реальной топливной экономичности массовых автомобилей (в среднем по легковым автомобилям с 15,8 миль/галлон в 1975 г. до 31,2 миль/галлон в 2007 г. или почти в 2 раза, а по лёгким грузовикам за это время с 13,7 миль/галлон до 23,1 миль/галлон или почти на 70%). Это безусловно, хотя и способствовало потенциальному сокращению потребления нефтяного топлива в США, но сохранило ничем не обоснованный разрыв топливной экономичности двух разновидностей одинаковых по функциональному назначения массовых автомобилей (с одной стороны, легковых автомобилей, с другой — минивэнов и SUV) до 35%. Вместе с тем, указанный стандарт является примером активного внеэкономического государственного регулирования номенклатуры и одного из важнейших потребительских свойств реализуемой продукции при существовании свободных рыночных отношений. (Следует отметить, что необходимость и действенность государственного регулирования, в том числе и путём использования внеэкономических рычагов воздействия, в условиях перехода к рыночным условиям хозяйствования обосновывались в работах Отдела технико-экономического прогнозирования НАМИ в конце 80-х — начале 90-х годов).

Стремления к обеспечению более высокого уровня охраны окружающей среды привели к тому, что в штате Калифорния было принято решение о сокращении к 2016 году на 30% выделяемых автомобилями выхлопных газов (Tailpipe Emission), что потребовало постепенного (начиная с 2009 г.) повышения средней топливной экономичности легковых автомобилей до уровня 43,7 мили/галлон в 2015 модельном году. Позднее к этому же решению присоединились ещё 12 штатов. Против регламентации такого высокого уровня топливной экономичности активно возражали автопроизводители, особенно входящие в Большую Детройтскую Тройку, поскольку его реализация требовала существенных затрат. В результате, федеральными властями был принят, утверждён Конгрессом и подписан президентом США в конце 2007 г. компромиссный вариант стандарта средней корпоративной топливной экономичности для всех типов массовых автомобилей (суммарно и легковых, и лёгких грузовиков с допустимым полным весом в пределах 10 тыс. фунтов) 2020 модельного года в 35 миль/галлон, что соответствует повышению их топливной экономичности на 40%. За этим последовал ряд судебных исков от штатов (из числа указанных выше) к федеральным властям, по некоторым из которых были приняты решения в пользу штатов, что тормозило реализацию стандарта. (По действующему в США законодательству, проблемы охраны окружающей среды могут являться компетенцией штатов.)

В своей предвыборной программе Президент Обама обещал поддержку штатам в их борьбе за охрану окружающей среды. Поэтому одним из первых мероприятий новой администрации стала разработка предложений по дальнейшей регламентации показателей топливной экономичности и экологической чистоты массовых автомобилей, которые 29 мая с.г. объявил Президент Обама в присутствии и с согласия руководителей 10 автопроизводителей, являющихся основными поставщиками продукции авторынка США. Эти предложения предусматривают постепенное, начиная с продукции 2011 модельного года, повышение стандарта среднего корпоративного показателя топливной экономичности (Corporate Average Fuel Economy — CAFE) до 35,5 миль/галлон для всех массовых автомобилей (включая легковые и лёгкие грузовики) производства 2016 модельного года. По замыслу разработчиков, эти предложения, помимо собственно повышения топливной экономичности массовых автомобилей, одновременно решают ряд других важнейших проблем:

1) существенно приближают устанавливаемые на их основе для всей страны нормативы по объёму и содержанию выхлопных газов к «калифорнийским требованиям», что не только способствует значительному улучшению экологических условий в стране, но и снимает существовавшие напряжения в отношениях между федеральными властями и властями значительного числа штатов;

2) обеспечивают сокращение потребления нефти к 2016 году приблизительно на 1,8 млн. баррелей в день, что составляет примерно 9% от её современного потребления в США;

3) способствуют повышению конкурентоспособности массовых автомобилей, производимых в США, в частности, предприятиями Большой Детройтской Тройки, что должно обеспечить укрепление положения последних на авторынке с соответствующими положительными социально-экономическими последствиями в стране.

Достижение указанных стандартов топливной экономичности массовых автомобилей потребует использования широкого комплекса мер. Среди них значительной является смещение структуры продажи в сторону автомобилей малого размера. С целью стимулирования таких изменений, повышается комфортабельность этих автомобилей, повышается качество отделки их интерьера, они оснащаются широким набором всевозможного дополнительного оборудования, в первую очередь, коммуникационного, которое ранее на таких автомобилях не устанавливалось. Появляются новые модели автомобилей субкомпактного класса (Honda Fit, Toyota Yaris, Nissan Versa), которые заполняют опустошавшуюся рыночную нишу из-за происшедшего в последнее десятилетие увеличения габаритных размеров некогда субкомпактных моделей (Honda Civic, Toyota Corolla, Nissan Sentra); в наступающем новом 2010 модельном году намечается поставка на рынок обновлённой модели субкомпактного автомобиля Ford Fiesta. В противоположность многолетней тенденции роста размеров отдельных моделей массовых автомобилей, начали наблюдаться случаи сокращения их размеров. Так, объявлено, что следующее поколение современных легковых автомобилей большого класса Chevrolet Impala будет иметь габаритные размеры сегодняшней модели среднего класса Chevrolet Malibu, а размеры последней тоже будут соответственно уменьшены. Снижение собственного веса автомобилей намечается обеспечить и за счёт расширения масштабов применения лёгких материалов. Появляются сообщения о намерениях более широкого применения 4-цилиндровых двигателей вместо 6- и даже 8-цилиндровых, но на принципиально новых основах, чем это не совсем удачно было предпринято в конце 70-х — начале 80-х годов, — на базе вполне достигаемого сегодня увеличения удельной (в расчёте на 1 л рабочего объёма) мощности двигателя внутреннего сгорания. Действительно, ещё недавно 80 л.с. на 1 л рабочего объёма было вполне приемлемым показателем для V- образных 6-цилиндровых двигателей. Теперь объявлено, что разработанный концерном Ford 4-цилиндровй двигатель рабочим объёмом 2 л под названием «EcoBoost» обеспечивает 115 л.с. на 1 л своего объёма. Сообщается, что несколько больший по объёму 4-цилиндровый двигатель сможет обеспечить 300 л.с. или немного более, что превышает показатели серийно выпускаемых сегодня двигателей V- 6 и даже некоторых V-8. Большое внимание уделяется конструкторским усовершенствованиям и расширению применения электроники для направленной на повышение топливной экономичности оптимизации процесса управления двигателем, другими агрегатами и системами автомобилей. Намечается расширить применение турбонадува, систем отключения цилиндров (для 6- и 8-цилиндровых двигателей) и «Стоп-Старт», 6-ступенчатых автоматических трансмиссий, электропривода рулевого механизма и др. Недавно появилось сообщение о практике накачивания шин не воздухом, а азотом. Последний по сравнению с воздухом (78% азота и 22% кислорода), меньше подвержен температурным изменениям, имеет молекулы более крупного размера и потому меньшую возможность «вытекать» в местах соединений шины с ободом колеса, что в совокупности обеспечивает большую стабильность давления в шинах, снижая предпосылки к повышению расхода топлива. Кроме того, азот не содержит имеющихся в воздухе паров влаги, что предохраняет некоторые металлические элементы бескамерных колёс от коррозии.

Естественно, что обеспечение требований предлагаемого властями нового стандарта топливной экономичности не может быть осуществлено без дополнительных затрат. Издание Automotive News опубликовало 19 мая 2009 г. приблизительную оценку затрат по внедрению отдельных конструкторских мероприятий, обеспечивающих повышение топливной экономичности автомобилей (таблица 4). Компенсация дополнительных затрат, связанных с реализацией предлагаемого нового стандарта топливной экономичности массовых автомобилей, может вызвать увеличение их цены, которое разными экспертами оценивается от 700 до 1300 долларов в среднем на автомобиль.


В самое последнее время в США была успешно реализована ещё одна программа государственного регулирования, направленная на снижение расхода топлива и улучшение экологических характеристик массовых автомобилей через стимулирование роста потребительского спроса на модели с повышенной топливной экономичностью. Речь идёт о программе «Cash-for-Clunkers» («Деньги за автохлам»), которая предусматривала предоставление потребителям ваучеров на сумму от 3,5 до 4,5 тыс. долл. при замене старых автомобилей с пробегом более 18 миль на галлон топлива (при смешанном режиме движения) новыми, имеющими повышенную топливную экономичность (превышение должно составлять не менее 4-х миль/галлон). Как сообщает издание Automotive News, за 4 недели действия этой программы (с 29 июля по 26 августа 2009 г.) было выдано 690166 ваучеров на общую сумму в 2,88 млрд. долл. (при выделенном фонде в 3 млрд.долл.), что составляет 4174 долл. на одну покупку или 18% от средней цены приобретённого нового автомобиля. Реализация указанной программы, способствовала росту продажи массовых автомобилей, который в августе составил 1.262 тыс. шт., что на 1,3 % больше продажи за аналогичный период прошлого года и на 26,7% превышает продажу июля. Такой рост продажи особенно важен в преддверии нового модельного года, он позволил несколько укрепить положение американских автопроизводителей, среди которых наибольших успехов добился концерн Ford. Однако, некоторыми экспертами отмечается, что произошедший в августе под влиянием стимуляционной программы резкий рост продажи отзовётся её снижением в последующие месяцы. Считается, что из проданных по программе примерно 700 тыс. автомобилей приобретение только 200 тыс. намечалась в августе; покупка остальных 500 тыс. явилась результатом действия стимуляционной программы, а предварительно намечалась покупателями лишь в последующие месяцы.