Как работает гибридный автомобиль
Как работает гибридный автомобиль
Как устроены гибридные автомобили
Первый в мире бензоэлектрический автомобиль Lohner Electric Chaise был создан Фердинандом Порше ещё в 1899 году. В годы XX века интерес к гибридам возобновился вследствие роста цен на топливо и ужесточения экологических норм.
Гибридная силовая установка сочетает двигатель внутреннего сгорания и электромотор, что обеспечивает меньший расход топлива и снижает токсичность выхлопных газов. Однако чем экономичнее гибридный автомобиль, тем более ёмкие аккумуляторы ему требуются и, следовательно, тем выше его цена.
В зависимости от того, какую роль в силовой установке играет электромотор, гибриды делятся на умеренные (mild hybrids) и полные (full hybrids). У первых электромотор служит помощником двигателю внутреннего сгорания, как, например, у хэтчбека Honda Insight. Вторые способны проехать некоторое расстояние на одной электротяге, как Lexus RX 400h. Есть ещё якобы микрогибриды — придуманный маркетологами термин для рекламы системы start/stop. Но последняя по сути — генератор с расширенными функциями. А мы говорим о схемах, где электродвигатели передают крутящий момент на колёса.
Гибридные автомобили — что это и как работает
Автомобиль гибрид – это транспортное средство будущего времени. Использование двух двигателей позволяет значительно сократить расход топлива (при движениях в условиях города), а также достичь минимального периода разгона с места старта до 100 км/ч. Кроме того, машина гибрид не наносит вреда окружающей среде. Это важно, если учесть, что проблемы экологии в развитых странах волнуют не только автолюбителей, но и всю прогрессивную общественность.
Устройство гибридных автомобилей
У каждой такой машины установлено два мотора: ДВС (двигатель внутреннего сгорания) и электрический аккумулятор. Последний тип двигателя «подзаряжается» путем преобразования кинетической энергии. Таким образом, электротяга начинает работать при заряженном моторе и при низком скоростном режиме от 20 до 40 км/ч. 
Принцип работы гибридных автомобилей
Устройство автомобилей «нового поколения» безупречно и просто. Заправка осуществляется бензином. Когда загорается знак нулевого уровня топлива, то к работе подключается электродвигатель. При этом два мотора объединены конструкторами в единую систему, чтобы полноценно использовать два вида энергии – тепловую и электрическую.
Виды взаимодействий внутри отсека двигателя:
Последовательный вид работы гибридной установки применяется на набирающем популярность гибриде от компании Nissan — это Nissan Note.
Последовательно-параллельная вид работы гибридной установки применяется на самом популярном гибриде от компании Тойота — это Тойота Приус.
Плюсы и минусы автомобиля гибрида
Гибрид авто имеет массу достоинств. Среди них:
При покупке гибрида обнаруживаются и недостатки. На трассах выгоды гибридных машин не так очевидны. Аккумуляторы нового типа не характеризуются большим сроком службы. Напротив, любой резкий скачок температурных режимов может стать причиной преждевременной поломки. А утилизация отработанного мотора – целая проблема для автолюбителя.
Тем не менее, достоинства автомобиля оцениваются по высшему разряду. При покупке электромобиля потребителя сдерживают только цены. Впрочем, и ремонт, и стоимость запасных частей обойдутся дороже. Не каждый профессионал возьмется за восстановление сложной конструкции движка.
Обслуживание и эксплуатация гибрида в зимний период
Бытует мнение, что, когда наступают холода, электромобиль гибрид не используется: аккумулятор категорически не переносит критических температур и выходит из строя. На практике собственники машин активно эксплуатируют свое движимое имущество даже при – 26 градусов при соблюдении некоторых условий эксплуатации транспортного средства:
В гараже гибридный автомобиль не хранится. Он просто готовится к зимнему сезону. На станции технического контроля проверяются следующие компоненты и агрегаты: дроссельную заслонку, свечи, катушку зажигания. Обязательная диагностика проводится раз в год.
Марки гибридных автомобилей
Первый электромобиль был изобретен еще в 1899 году Фердинандом Порше и с тех пор началась «гибридизация», но серийно машины будущего стали выпускаться только ровно через век. Первопроходцем считается Toyota Pirus, вышедшая с конвейера в Японии в 1997 году.
В России на сегодняшний момент предлагаются следующие виды гибридных машин:
Honda Civic Hybrid — Очень надежный и экономичный автомобиль.
Электродвигатель рассматривается автолюбителями как альтернативный источник энергии. Его заводская установка позволяет придать автомобилю небывалую динамичность, мощность. Кроме того, у автолюбителя не возникает проблем с «зелеными» правозащитниками. Также учтите, при осуществлении выгодной покупки собственники могут заезжать на заправочную станцию не чаще, чем 2 раза в неделю. Шагайте в ногу со временем и приобретайте автомобиль будущего!
Всё о гибридах: как они устроены и какими бывают
Гибридные автомобили уже перестали вызывать удивление на улицах, но их конструкция до сих пор является для многих загадкой
Ответить на вопрос об устройстве современного гибрида одновременно и просто, и сложно. В общем понимании, это автомобиль, силовая установка которого состоит из электромотора и двигателя внутреннего сгорания, которые так или иначе совместными усилиями вращают колёса. Этого достаточно, чтобы объяснить любому непосвящённому, что значит загадочное слово Hybrid на кузове обычной с виду машины. Но стоит копнуть глубже — и голова идёт кругом от того, какое количество технических решений и вариантов компоновок наворотили создатели современных гибридов! Запутаться в обилии терминов и инженерных решений проще простого, но в нашем материале мы разобрались, какими вообще бывают гибриды и как они все устроены. Первый критерий, по которому можно разделить все гибридные автомобили, — насколько развита их способность двигаться на электротяге.
Микрогибриды — простейшая форма гибридной жизни
Самая примитивная форма гибридизации — это продвинутая версия системы «старт-стоп». Здесь никакие электромоторы не толкают автомобиль вперёд, и гибридной такая технология является достаточно условно, поэтому сразу выделим микрогибриды в особую категорию вне всяких классификаций. В таких автомобилях специальный мощный стартер способен не только раскручивать двигатель для запуска, но и работать как генератор при рекуперативном торможении. Собираем «бесплатное» электричество — экономим на паразитной нагрузке ДВС (у которого нет необходимости вырабатывать бортовое электричество в дополнение к основным тяговым обязанностям), а значит и расходе топлива. Подобранная буквально с дороги и сохранённая в усиленной батарее и/или специальном накопителе электроэнергия идёт потом на перезапуск двигателя внутреннего сгорания при работе системы «старт-стоп», питание климатической установки, электроприводов, светотехники и других бортовых устройств, а сэкономленное на этом топливо — на дополнительные километры пробега. Подобные технологии используют многие производители: это i-ELOOP от Mazda, e-HDI от Peugeot, Blue Drive от Hyundai и другие.
Производители заявляют, что микрогибридная технология позволяет экономить до 10-15% топлива
Высшая степень электрификации: гибриды типа plug-in
Но настоящие, полноценные гибриды всё-таки способны на большее, как с точки зрения экономии топлива, так и в плане тяговых возможностей. Всё потому, что их электродвигатели не только собирают электроэнергию в роли генераторов для зарядки батарей, но и вращают колёса совместно с двигателем внутреннего сгорания. Только делают это по-разному. Самые совершенные конструкции обеспечивают возможность двигаться как с помощью совместных усилий ДВС и электромотора, так и на чистой электротяге, причём достаточно продолжительное время. Для этого их батарея имеет увеличенный объём, электромотор — высокую мощность (70-100 л.с. и выше), а наряду с лючком бензобака в кузове имеется и порт для подключения электрического шнура для зарядки от обычной розетки. Это решение получило общераспространённое обозначение plug-in (плаг-ин) и по своей сути представляет собой промежуточное звено между традиционными автомобилями и электрическими
Всё потому, что благодаря в разы более объёмной, чем у обычных гибридов, батарее «плагины» могут преодолевать на электротяге без единой вспышки в цилиндрах ДВС до 50 километров. Это вполне приличная по городским меркам дистанция, безвредно для окружающей среды повторять которую можно снова и снова при условии регулярной «дозаправки» батарей из розетки. Но усреднённый показатель с учётом условий движения и разницы в технических характеристиках — около 25-30 км. Что тоже, впрочем, немало. Ведь способность полноценно передвигаться на электричестве в коротких городских поездках является серьёзным конкурентным преимуществом перед другими, более простыми гибридами, которые едва ли доедут на электротяге до следующего светофора!
Меньшая степень электрификации: полные и умеренные гибриды
Гибридные автомобили, которые не умеют заряжаться от розетки, также делятся на подвиды: это полные и так называемые умеренные (mild в англоязычных источниках). Первые благодаря большему объёму батарей, большей мощности электромотора способны двигаться исключительно на электротяге обычно в пределах 2-4 километров, а вторые используют слабенький электромотор только в качестве помощника для ДВС и «на батарейках» (ввиду их скромного объёма и общей примитивной конструкции системы) не способны проехать и метра. При этом умеренные гибриды запасают энергию только посредством рекуперативного торможения, а полные ещё и с помощью двигателя внутреннего сгорания, соединённого, как правило, с отдельным генератором.
Типичный представитель класса умеренных гибридов — Honda Civic Hybrid, CR-Z и все остальные «Хонды», использующие фирменную технологию IMA (Integrated Motor Assist). Умеренными гибридами также являются американцы Buick LaCrosse, Chevrolet Malibu и Impala, BMW ActiveHybrid 7. А ещё умеренным гибридом является… гиперкар Ferrari LaFerrari! Ему ни к чему чистая электрическая тяга, а вот дополнительная мощность в 163 л.с. в дополнение к бензиновым 800 будет очень кстати!
Идеологически умеренные гибриды ближе к классу микрогибридов и часто понимаются как единое целое. Хотя различие между ними всё же есть: в отличие от умеренных, микрогибриды неспособны поддержать бензиновый двигатель своей тягой. Полные же гибриды концептуально стремятся к классу «плагинов» и кратковременно способны произвести на неподготовленного человека примерно такое же впечатление — могут ведь ехать бесшумно! Однако реальное использование чётко обозначает пропасть между потребительскими качествами первых и вторых, если, конечно, использовать преимущество зарядки от розетки гибрида типа plug-in.
Все гибриды также делятся на подвиды в зависимости от того, какой двигатель непосредственно вращает колёса. Здесь мы переходим ко второму основному критерию классификации гибридных машин — компоновке.
Умеренные гибриды ещё и едут более чем умеренно, так как электродвигатели там применяются слабые (10-20 кВт), максимальный запас электроэнергии ничтожен, а масса выше, чем у не гибридных версий той же модели. Впрочем, то же самое, только в чуть меньшей степени, можно сказать и про большинство полных гибридов. Взять хотя бы наши впечатления от теста гибридного Nissan Pathfinder нового поколения
Компоновка: последовательные гибриды
В случае, когда двигатель внутреннего сгорания в принципе не вращает колёса механическим способом, гибрид представляет собой по сути электромобиль с бортовым генератором электричества, роль которого и исполняет ДВС. Такие гибриды принято именовать последовательными. Эта схема отличается простотой, так как нет необходимости сооружать сложную трансмиссию — электромоторы вращают колёса через единственную главную передачу, которая служит для формирования нужного крутящего момента. Но класс последовательных гибридов сегодня представлен единичными моделями, так как эффективность подобного решения неоднозначна. Ведь энергию сгорания топлива приходится преобразовывать сначала в механическую, потом механическую в электрическую, а в конце электрическую — в работу непосредственно на колёсах
Поэтому функционирующий по такой схеме гибрид должен обязательно иметь хорошо развитые электрические способности. Ярким представителем этого класса электромобилей-гибридов был более не выпускаемый седан Fisker Karma, а из современников упомянем, прежде всего, Chevrolet Volt и BMW i3. Volt способен проезжать на электротяге 80 километров (благодаря тому, что он относится к категории подзаряжаемых гибридов plug-in), а если систему будет подпитывать генерирующий электричество 1,5-литровый ДВС, то непрерывный пробег увеличится до 676 км. Для электромобиля BMW i3 бензиновый двигатель — вообще опция, с которой чисто электрический запас хода в 160 км превращается в гибридный 300-километровый.
Компоновка: параллельные гибриды с электромотором между ДВС и трансмиссией
Но если вышеупомянутая схема по своей сути ближе к электромобилю, то такие автомобили, как Porsche Panamera S E-Hybrid и Cayenne S E-Hybrid, Volkswagen Golf GTE и Passat GTE, Mercedes-Benz S 500 e и С 350 e, BMW X5 xDrive40e и другие сочетают в себе привычные нам свойства бензиновых машин и способность проехать получасовой маршрут на электричестве. Для того, чтобы сохранить все «бензиновые» преимущества, мощные моторы таких машин имеют жёсткую связь с колёсами. Электродвигатель не нарушает привычную компоновку этих моделей, потому как встроен в коробку передач, и при необходимости мощности ДВС и электромотора суммируются. Эта схема называется параллельной, так как моторы обоих типов работают одновременно. В зависимости от выбранного водителем режима, бензиновый мотор может либо вращать колёса совместно с электродвигателем, либо последний будет работать в качестве генератора и запасать электричество в батарее на будущее. Чисто электрический режим реализован посредством сцепления между трансмиссией и ДВС: если оно разомкнуто, то электромотор вращает колёса в одиночку.
Компоновка: параллельные гибриды с электромотором отдельно от ДВС и трансмиссии
Отдельно стоит достаточно обширная и одновременно разношёрстная группа гибридных автомобилей, у которых один или несколько электромоторов не сблокированы с коробкой передач и двигателем, а вынесены на периферию. Первопроходцем в таких решениях стала компания Toyota со своей технологией HSD (Hybrid Synergy Drive), которая лежит в основе подавляющего большинства бензиново-электрических Toyota и Lexus. Это очень сложная и достаточно эффективная конструкция: помимо батареи и обслуживающей систему электрики, она состоит из двигателя внутреннего сгорания и двух электромоторов, объединённых посредством планетарной передачи. Планетарная передача — это механическая конструкция из нескольких шестерён и осей, которая объединяет, разделяет и преобразует крутящий момент от нескольких источников.
Один из электромоторов системы служит стартером и генератором, а второй является тяговым и рекуперирующим электричество при замедлении. Благодаря особенностям планетарного механизма, ДВС не связан напрямую с колёсами, и часть его энергии всегда отдаётся на вращение заряжающего батареи и питающего тяговый электродвигатель генератора. Для подробного разбора устройства гибридной установки Toyota потребуется отдельный большой материал, а в рамках этого общего нужно понимать главное: традиционная трансмиссия здесь заменяется планетарной передачей и контролирующей силовые модули (ДВС и два электромотора-генератора) электроникой — в зависимости от потребностей водителя, тяговый электромотор выдаёт определённую мощность отдельно или совместно с двигателем внутреннего сгорания, а избыточная тяга последнего средствами планетарного механизма идёт на вращение второго мотора-генератора и, соответственно, зарядку основной батареи.
Однако не одна только Toyota решилась на инженерные извращения в области гибридов. Несколько более простую схему разнесённых ДВС и электромоторов используют Volvo и Peugeot для создания гибридных полноприводников. Идея проста и одновременно красива: переднюю ось пусть приводит турбодизель (ещё одно экзотическое решение в мире питающихся обычно бензином гибридов), а заднюю — электродвигатель. При необходимости (или по принуждению водителя) включения полного привода гибрид начинает работать как последовательно-параллельный: ДВС одновременно вращает через обычную автоматическую коробку передач переднюю ось и питает через генератор электромотор, который крутит колёса задней оси. В чистом же электрорежиме автомобиль является заднеприводным. Volvo V60 Plug-In Hybrid ещё и оказалась самой дальнобойной в электрическом плане за всю историю наших тестов гибридов — за счёт ёмкой батареи и хорошо отлаженных алгоритмов универсал покрыл на электротяге 46 километров!
Нечто подобное, только наоборот, изобрели в BMW, когда проектировали футуристичный суперкар i8. У него бензиновая установка с автоматической коробкой передач и электромотором-генератором находится сзади, а тяговый электродвигатель — на передней оси. Система работает таким образом, что гибридное купе может быть либо переднеприводно-электрическим, либо полноприводно-гибридным. Переход на задний привод невозможен по той причине, что в случае опустошения батареи ДВС, по задумке инженеров, начинает работать одновременно в режиме вращения колёс задней оси и питания переднего электродвигателя через второй мотор-генератор — это всё та же последовательно-параллельная схема. Интересной особенностью BMW i8 является то, что передний электродвигатель вращает «ось» через двухступенчатую коробку передач, что позволяет достигать на одной только электрической тяге скорости 120 км/ч.
Так что же лучше?
Гибридное будущее однозначно за конструкциями типа plug-in, потому что именно они дают реальную экономию топлива. К тому же, большинство «плагинов» — это два автомобиля в одном: бесшумный и плавный электрический плюс бензиновый со взрывной динамикой, которую обеспечивает увесистый электрический «буст». Однако для полноценного использования такого автомобиля владелец должен иметь возможность обеспечить его зарядной инфраструктурой. В противном случае проще остановиться на обычном полном гибриде, не имеющем функционала подключения к розетке — пусть его пробег на электричестве и ничтожен в сравнении с «плагинами», но и весит вся конструкция меньше, и стоит дешевле. Смысл в вымирающих умеренных гибридах, которые неспособны двигаться без участия ДВС, практически отсутствует — эффект от применения электротяги здесь едва ли оправдывает лишнюю массу и более высокую стоимость в сравнении с негибридными версиями. Есть будущее и у микрогибридов: отношение затрат к достигаемому с помощью этой технологии эффекту выглядит выгодным. Что касается механической схемы, то это больше вопрос настройки: конечного пользователя не должно волновать как и с помощью чего распределяются потоки мощности и энергии в недрах автомобиля — индустрия знает примеры как отличной, так и не слишком идеальной работы любой из известных схем.
Как устроен и работает гибридный двигатель автомобиля
Главный силовой агрегат современных машин – двигатель внутреннего сгорания. Но в условиях истощения залежей нефти, роста требований к экологической чистоте топлива инженеры прибегают к новым технологиям. Полный отказ от углеводородного топлива или снижение его расхода обеспечивают электрический мотор или гибридный машинный двигатель. Последнюю деталь устанавливают на современных авто.
История гибридных двигателей
Гибридный автомобильный двигатель – это система из бензинового мотора внутреннего сгорания и электродвигателя. Впервые выпуском подобного транспорта занялся бренд Parisienne des Voitures Electriques в 1897 году. Американская компания General Electric приступила к производству гибридов с 1900 году. Инженеры корпорации создали машину с четырехцилиндровым двигателем на бензине. Абсолютно новый вид транспорта был экономически нецелесообразным по причинам низкой мощности и дешевизны топлива.
Интересно знать! Грузовики-гибриды несерийно выпускались в Чикаго до 1940-х годов.
Ввиду ухудшения экологической обстановки, подорожания топлива для ДВС идея создания смешанных силовых агрегатов стала актуальной в наше время. Серийное производство гибридов практически первыми наладил бренд Тойота. Авто Toyota Prius liftback были выпущены в 1997 году. В 1999 Хонда презентовала модель Insight. На 2014 год количество гибридов составило более 7 млн.
Принцип работы и устройство гибридных двигателей
Современные инженеры подробно объясняют, что же такое мотор-гибрид в машине. Двигатель представляет собой систему из бензиновой (дизельной) и электрической силовых установок. Для полноценной работы цепи задействуются другие узлы с компьютерным управлением.
Полная конструкция гибрида
Понять, как же работает современный гибридный автомобильный двигатель, поможет описание его устройства. Мотор состоит из:
Функционирование двигателя-гибрида
Принцип бесперебойной работы современного гибридного двигателя основывается на отдельном или одновременном функционировании ДВС и электромотора. Для управления системой применяется бортовой компьютер. Прибор по режиму движения определяет вид активного силового агрегата:
Важно! В процессе работы ДВС происходит зарядка электрического мотора.
Схемы взаимодействия мотора и ДВС
Развитие технологии гибридных двигателей привело к реализации нескольких вариантов взаимодействия электроагрегата и стандартного мотора.
Последовательная схема
В схеме series hybrid ДВС активирует генератор, вырабатывающий энергию для запитки электрического двигателя, вращающего колеса. Последовательный автомобиль-гибрид задействует маломощный ДВС, но только в условиях максимального КПД. Модели-малолитражки выпускаются с большой АКБ.
Параллельная схема
Оснащение машины системой parallel hybrid обеспечивает вращение колес от бензинового и электрического мотора. Электрическая установка также выполняет функции стартера и генератора, располагается между коробкой передач и ДВС. Дополнительная мощность создается электродвигателем в зависимости от режима езды. Аккумуляторные батареи отличаются компактностью, заряжаются при движении машины.
Подробное описание параллельной схемы для гибридной силовой моторной установки современного автомобиля отмечает ее недостаток. Электрический двигатель не выполняет одновременное вращение колеса и зарядку батареи.
Последовательно-параллельная схема
Смешанный гибрид совмещает последовательную и параллельную схему работы. Электрические агрегаты работают как генератор, создавая электроэнергию и как мотор, создавая тягу. Для объединения двигателей используется планетарный редуктор. ДВС вырабатывает минимум мощности при цикле Аткинсона, что обеспечивает экономию топлива. Устройство параллельно-последовательной схемы и принцип для работы смешанного гибридного двигателя предполагают:
Важно! Наиболее эффективно принцип комбинированной тяги реализован у бренда Тойота и называется Hybrid Synergy Drive.
Преимущества и недостатки гибридных авто
Транспорт с гибридной силовой установкой расходует на 30 % меньше топлива по сравнению со стандартными моделями. На этом преимущества использования гибридного автомобильного двигателя не заканчиваются:
К недостаткам моделей с гибридными установками относятся:
Минусом для некоторых пользователей является высокая цена транспорта – даже недорогие японские гибридные автомобили Toyota Yaris стоят около 18 тыс. евро.
Типы гибридных агрегатов
Гибридный современный двигатель – экономичный и экологичный агрегат, но полностью разобраться, что же это такое, поможет обзор вариантов исполнения основной конструкции:
Классификация по степени электрификации
В зависимости от электрификации существует несколько видов гибридных машин.
Микрогибрид
У моделей есть функции рекуперации энергии во время торможения, автоматика типа стоп-старт. Микрогибриды подразделяются на три типа:
При экономичности топлива и экологичности, электрического воздействия на привод не происходит.
Важно! Данный транспорт нельзя назвать гибридными машинами на 100 %.
Мягкий гибрид
Что же такое мягкий двигатель типа гибрид? Электрическая силовая установка обеспечивает поддержку ДВС, работа в режиме чистого электричества не осуществляется. Рекуперация происходит только при торможении. Конструкция моделей не предусматривает маховика, на его месте находится стартер-генератор. Мягкие гибриды отличаются небольшой мощностью, которая компенсируется электрической частью только при ускорении или разгоне.
Интересно знать! Система Kinetic Energy Recovery мягкогибридных машин также используется в Формуле-1.
Полный гибрид
Электрическая часть задействуется в режиме поездок по городу, на высоких скоростях работает стандартный ДВС. Схема соединения электромотора с двигателем внутреннего сгорания реализуется последовательным, комбинированным или разветвленным способом.
Транспортное средство не заряжается от сети, а только в процессе рекуперации. При разрядке литий-ионного аккумулятора можно переключиться на ДВС.
Гибриды-плагины
Что такое plug-in и надежный ли это гибридный автомобильный двигатель? Электрическая часть осуществляет сбор энергии для заряда батареи, совместно с двигателем внутреннего сгорания обеспечивает вращение колес.
Инновационные модели двигаются при задействовании усилий двух моторов, отличаются объемной мощной батарей (от 70 до 100 лошадей). Рядом с люком бензобака расположен порт для зарядки от розетки. Особенность плагинов – преодоление расстояния до 50 км только на электрической тяге.
Привод дополнительных аксессуаров в автомобилях с полным гибридным приводом
Конструкционные доработки привода дополнительных агрегатов заключались в том, чтобы компоненты работали не от ДВС, а от электричества. Приводная часть полногибридных моделей включает следующие элементы:
Перспективы автомобилей-гибридов
Новизна технологии совмещенного мотора приводит к неполному пониманию автолюбителями, что же такое и как работает гибридный двигатель на подобном автомобиле. С учетом 20-летних разработок бренда Тойота у гибридов есть множество перспектив развития. Машины с облегченным кузовом, емкими и компактными аккумуляторами, простой и быстрой зарядкой, усовершенствованным режимом рекуперации в ближайшем будущем завоюют рынок.
У гибридных авто ДВС не подвергается критическим нагрузкам, а с учетом цикла Аткинсона его моторесурс выше, чем у стандартного двигателя. Для сокращения расходов на топливо машины оснащаются ГБО, совместимыми с электронными блоками управления. При внешней схожести с бензиновой техникой автовладельцы сталкиваются со сложностью обслуживания и огромным разбегом стоимости. Даже при отсутствии поломок и значительном пробеге цена машины окупиться через 5 лет. Но минимальные затраты на горючее стоят таких вложений.
Однако, будущее гибридного транспорта – только за моделями plug-in, которые реально экономят топливо. Плагины привлекательны бесшумным плавным электродвигателем, динамикой бензинового мотора, обеспеченной массивным электрическим бустом. Чтобы использовать машину полноценно, необходимо развитие зарядной инфраструктуры – установка специальных розеток на АЗС.
Гибридные автомобили: какими они бывают и зачем они нужны
Электромобили пока стоят дорого и требуют частой зарядки. Если вам нужен экономичный транспорт на каждый день, лучше присмотреться к гибриду. Рассказываем, как работает гибридный автомобиль, в чем его преимущества, и что нужно знать перед покупкой.
Принцип действия гибридного автомобиля
Слово «гибридный» означает «смешанный». Гибридные автомобили используют два источника энергии — горючие нефтепродукты и электричество. В таких машинах больше одного мотора. Силовые агрегаты работают вместе, передавая мощность на колеса через сложную трансмиссию.
Обычно электромотор помогает двигателю внутреннего сгорания в сложных ситуациях: при подъеме, при старте со светофора, при обгоне. Обороты основного мотора снижаются, замедляется износ, сокращается расход топлива, а динамика остается такой же или улучшается.
Принцип работы некоторых гибридов позволяет авто стартовать на электротяге. Лучшие модели проезжают до 50–100 км без запуска двигателя внутреннего сгорания — в городе они едут бесшумно, с нулевым выхлопом.
Есть и гибридные автомобили, в которых одна ось приводится бензиновым двигателем, а вторая — электрическим. Это позволяет повысить проходимость и улучшить управляемость, не усложняя схему автомобиля и почти не увеличивая расходы на его обслуживание.
Преимущества и недостатки гибридов
Главный плюс гибридного автомобиля — меньший расход топлива. Toyota Prius 2021 года потребляет 4,3 литров бензина на 100 км в смешанном цикле. Сопоставимая по мощности Skoda Octavia 1,6 MPI расходует 7,5 литров топлива в тех же условиях. При среднем годовом пробеге 16 000 км и стоимости бензина 50 рублей за литр машины потратят:
Годовая экономия — 25 600 рублей.
Если учесть, что Toyota Prius может заряжаться от сети и проезжать около 30 км на электротяге, мы получим еще более впечатляющую цифру. Разделив среднегодовой пробег на число рабочих дней в году, получим 60 км в день. Половину из них гибрид проезжает на электричестве, затрачивая 5 кВт*ч энергии. Стоимость одного киловатта в Москве — 5,66 рублей. Тогда затраты равны:
Годовая экономия — 35 250 рублей.
Сниженный расход топлива гибридных автомобилей — не единственный плюс. Гибриды дольше обходятся без заправки. Toyota Prius может добраться от Москвы до Санкт-Петербурга без посещения АЗС. Если гибридная машина может двигаться на электротяге, она шумит намного меньше бензиновой — комфортнее как для пассажиров, так и для окружающих. Кроме того, электромотор развивает максимальный крутящий момент на малых оборотах — гибрид быстрее стартует с места.
Минусы исходят из принципа действия гибридного автомобиля. Кроме двигателя внутреннего сгорания, ему требуются электромоторы, батареи, сложные агрегаты в трансмиссии и дополнительные блоки управления. Машина получается намного сложнее и стоит дороже. Стоимость подержанного Prius в нашем примере начинается от 1 миллиона рублей, новой Skoda Octavia — от 800 тысяч рублей, а б/у машины с бензиновым двигателем — от 450-500 тысяч рублей
Часто приходится слышать о том, что гибридные автомобили требуют больше затрат на ремонт. Это популярный миф, расходы на обслуживание даже ниже. Бензиновый двигатель работает в максимально щадящих условиях и изнашивается медленнее. Но проблема с ремонтом существует: в России пока мало автомехаников, которые специализируются на гибридном приводе и электромоторах. Приготовьтесь к тому, что на специализированном СТО будет очередь.
Классификация гибридных автомобилей по устройству
Микрогибриды
Вместо обычного стартера установлен мощный мотор-генератор. При плавном замедлении он вырабатывает электричество, заряжая батарею повышенной емкости. Двигатель внутреннего сгорания тратит меньше энергии на вращение обычного генератора или не тратит ее вовсе. Такую технологию устройства гибридов используют Mazda, Hyundai, BMW, Audi и другие бренды. Она сокращает расход топлива на 5–15 % в зависимости от манеры вождения.
Мягкие (умеренные) гибриды
Двигателю внутреннего сгорания помогает электромотор малой мощности до 30 лошадиных сил. Он включается в особо тяжелых условиях, чтобы снизить расход топлива и замедлить износ. Машина не может двигаться на электротяге. В лучшем случае она стартует бесшумно, а на скорости выше 5 км/ч запускается бензиновый двигатель. Источником питания служат компактные батареи или конденсаторы. Последние дешевле, надежнее и менее чувствительны к холоду. Технологию умеренного гибрида используют General Motors, Honda, BMW и даже Ferrari. Экономия топлива достигает 15–25 %.
Параллельный гибрид
Автомобиль может двигаться на чистой электротяге до 30–150 км без запуска двигателя внутреннего сгорания. Чаще всего дополнительный мотор установлен в силовом агрегате между основным двигателем и коробкой передач. Тогда его мощность невелика — до 50 лошадиных сил. Он работает самостоятельно, когда вы едете с постоянной скоростью 30–60 км/ч, без динамичных рывков. Такую конструкцию используют Volkswagen, Porsche, Audi и Mercedes-Benz.
Если электромотор установлен отдельно, его мощность не ограничивается — у некоторых моделей она превышает 200 лошадиных сил. Соответственно, вы получаете лучшую динамику на чистой электротяге. Такую технологию предпочитают Toyota, BMW и Lexus.
Иногда двигатель внутреннего сгорания и электромотор установлены на разных осях. Так удается получить полный привод с относительно простой механической схемой. Проходимость автомобиля повышается, расход топлива снижается, управляемость улучшается. По такой схеме работают гибридные авто Peugeot, Citroën, Nissan и FIAT.
Последовательный гибрид
Автомобиль всегда движется на электротяге. Запас хода — от 150–200 километров. Когда батарея разряжается, запускается двигатель внутреннего сгорания. Здесь он служит генератором, который не связан с колесами напрямую. Мотор работает в спокойном режиме при постоянных оборотах, поэтому изнашивается он намного медленнее, чем в обычных автомобилях. Расход топлива — от 1,5 до 3,5 литров на 100 км. Серийных примеров пока немного, можно вспомнить Chevrolet Volt и Opel Ampera.
Параллельно–последовательный гибрид
Такой гибридный автомобиль сочетает особенности двух конструкций. Когда он едет по ровной дороге с постоянным темпом, двигатель внутреннего сгорания вращает мощный генератор и заряжает батарею. Когда нагрузка повышается, включается электромотор, который ускоряет разгон и помогает преодолевать неровности. Такую схему довела до совершенства Toyota. Ее также можно встретить в Volvo и BMW.
Перспективы гибридизации
Гибридные автомобили изначально создавались для американского и японского рынков. Там были «обкатаны» технологии и испробованы разные варианты компоновки. Популярность гибридов растет — они появляются в других странах, включая Россию. Цена снижается, что делает их более доступными для широкой публики. В 2021 году гибридные машины стоит покупать ради их надежности, динамики и впечатляющего запаса хода. В ближайшие годы список преимуществ пополнится экономичностью. Если разница в цене будет окупаться за 4–5 лет, владеть гибридом будет намного выгоднее. Требования к двигателям внутреннего сгорания постоянно ужесточаются. Поэтому к 2030–2035 годам гибридные машины могут стать единственной альтернативой электрокарам.
Что такое Гибрид?!
— Совершенствование двигателей внутреннего сгорания (ДВС) едва-едва поспевает за предъявляемыми к ним требованиями. С одной стороны, потребители с мечтами об одновременно мощном и экономичном моторе, с другой — экологи, ужесточающие нормы токсичности. А в завершение — геологи, все настойчивее напоминающие об истощении запасов «черного золота». Одним из вариантов решения этой проблемы являются гибридные силовые установки, состоящие из обычного ДВС и электродвигателя. В отличие от электромобилей и автомобилей на топливных элементах, которые все еще остаются «автомобилями будущего», гибриды уже с 1997 года выпускаются серийно.
— Гибридные автомобили сложнее и дороже традиционных автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Аккумуляторные батареи имеют небольшой диапазон рабочих температур, не любят морозов, подвержены саморазряду, срок службы их ограничен несколькими годами. А «экономность» гибрида прямо связана с состоянием АКБ. Кроме того, существует проблема утилизации отработанных батарей. Гибриды дороже в ремонте, да и за сам ремонт возьмется далеко не каждый. Кроме того, высокую экологичность и экономичность гибридов многие тоже ставят под сомнение. Так, ряд тестов, проведенных авторитетными автомобильными изданиями, показал, что гибриды дают заметную экономию топлива только в городе, при движении же в смешанном цикле незначительно, а за городом существенно проигрывают современным дизелям. Почетное звание «Самый экологичный автомобиль года» в 2007 и 2008 годах присуждалось также автомобилям с дизельными моторами.
Рассмотрим подробнее, какими бывают и как устроены гибриды.
По степени гибридизации их делят на «умеренные», «полные» и plug-in. «Полный» в состоянии двигаться лишь на электричестве, не потребляя топлива. «Умеренный» всегда задействует ДВС, а электромотор подключается, если требуется дополнительная мощность. Гибрид с подзарядкой (plug-in hybrid) — такой гибрид можно включать в розетку для подзарядки. В результате обладатель подобного гибрида получает все преимущества электрического автомобиля, без самого большого недостатка: ограниченного пробега на одном заряде. Когда электрический заряд заканчивается, подключается ДВС и автомобиль превращается в обычный гибрид.
По принципу взаимодействия электрической и топливной составляющих авто, гибридные приводы принято разделять на три вида: последовательный, параллельный и последовательно-параллельный.
— Это — самая простая гибридная конфигурация. ДВС используется только для привода генератора, а вырабатываемая последним электроэнергия заряжает аккумуляторную батарею и питает электродвигатель, который и вращает ведущие колеса. Это избавляет от необходимости в коробке передач и сцеплении. Для подзарядки аккумулятора также используется рекуперативное торможение. Свое название схема получила потому, что поток мощности поступает на ведущие колеса, проходя ряд последовательных преобразований. От механической энергии, вырабатываемой ДВС в электрическую, вырабатываемую генератором, и опять в механическую. При этом часть энергии неизбежно теряется. Последовательный гибрид позволяет использовать ДВС малой мощности, причем он постоянно работает в диапазоне максимального КПД, или же его можно совсем отключить. При отключении ДВС электродвигатель и батарея в состоянии обеспечить необходимую мощность для движения. Поэтому они, в отличие от ДВС, должны быть более мощными, а, значит, они имеют и большую стоимость. Наиболее эффективна последовательная схема при движении в режиме частых остановок, торможений и ускорений, движении на низкой скорости, т.е. в городе. Поэтому используют ее в городских автобусах и других видах городского транспорта. По такому принципу работают также большие карьерные самосвалы, где необходимо передать большой крутящий момент на колеса, и не требуются высокие скорости движения.
— Здесь ведущие колеса приводятся в движение и ДВС, и электродвигателем (который должен быть обратимым, т.е. может работать в качестве генератора). Для их согласованной параллельной работы используется компьютерное управление. При этом сохраняется необходимость в обычной трансмиссии, и двигателю приходится работать в неэффективных переходных режимах. Момент, поступающий от двух источников, распределяется в зависимости от условий движения: в переходных режимах (старт, ускорение) в помощь ДВС подключается электродвигатель, а в устоявшихся режимах и при торможении он работает как генератор, заряжая аккумулятор. Таким образом, в параллельных гибридах большую часть времени работает ДВС, а электродвигатель используется для помощи ему. Поэтому параллельные гибриды могут использовать меньшую аккумуляторную батарею, по сравнению с последовательными. Так как ДВС непосредственно связан с колесами, то и потери мощности значительно меньше, чем в последовательном гибриде. Подобная конструкция достаточно проста, но ее недостатком является то, что обратимая машина параллельного гибрида не может одновременно приводить в движение колеса и заряжать батарею. Параллельные гибриды эффективны на шоссе, но малоэффективны в городе. Несмотря на простоту реализации этой схемы, она не позволяет значительно улучшить как экологические параметры, так и эффективность использования ДВС.
— Приверженцем такой схемы гибридов является компания «Хонда». Их гибридная система получила название Integrated Motor Assist (Интегрированный помощник двигателя). Она предусматривает, прежде всего, создание бензинового двигателя с увеличенным к.п.д. И только тогда, когда двигателю становится трудно, на помощь ему должен приходить электрический мотор. В этом случае система не требует сложного и дорогостоящего силового блока управления, и, следовательно, себестоимость такого автомобиля оказывается ниже. Система IMA состоит из бензинового двигателя (который предоставляет основной ресурс мощности), электромотора, который предоставляет дополнительную мощность и дополнительной батареи для электромотора. Когда автомобиль с обычным бензиновым двигателем замедляется, его кинетическая энергия гасится сопротивлением мотора (торможение двигателем) или рассеивается в виде тепла при нагреве тормозных дисков и барабанов. Автомобиль с системой IMA начинает тормозить электромотором. Таким образом, электромотор работает как генератор, вырабатывая электричество. Сохранённая при торможении энергия запасается в батарее. И когда автомобиль вновь начнёт ускоряться, батарея отдаст всю накопленную энергию на раскрутку электромотора, который снова перейдёт на свои тяговые функции. А расход бензина уменьшится ровно настолько, сколько энергии было запасено при предыдущих торможениях. В общем, в компании Honda считают, что гибридная система должна быть максимально простой, электрический мотор выполняет лишь одну функцию — помогает двигателю внутреннего сгорания сэкономить как можно больше горючего. Honda выпускает две гибридные модели:Insight и Civic.
— Компания «Тойота» при создании гибридов пошла своим путем. Разработанная японскими инженерами система Hybrid Synergy Drive (HSD) объединяет в себе особенности двух предыдущих типов. В схему параллельного гибрида добавляется отдельный генератор и делитель мощности (планетарный механизм). В результате гибрид приобретает черты последовательного гибрида: автомобиль трогается и движется на малых скоростях только на электротяге. На высоких скоростях и при движении с постоянной скоростью подключается ДВС. При высоких нагрузках (ускорение, движение в гору и т.п.) электродвигатель дополнительно подпитывается от аккумулятора- т.е. гибрид работает как параллельный. Благодаря наличию отдельного генератора, заряжающего батарею, электродвигатель используется только для привода колес и при рекуперативном торможении. Планетарный механизм передает часть мощности ДВС на колеса, а остальную часть на генератор, который либо питает электродвигатель, либо заряжает батарею. Компьютерная система постоянно регулирует подачу мощности от обоих источников энергии для оптимальной эксплуатации при любых условиях движения. В этом типе гибрида большую часть времени работает электродвигатель, а ДВС используется только в наиболее эффективных режимах. Поэтому его мощность может быть ниже, чем в параллельном гибриде.
Важной особенностью ДВС также является то, что он работает по циклу Аткинсона, а не по циклу Отто, как обычные двигатели. Если работа двигателя организована по циклу Отто, то на такте впуска поршень, двигаясь вниз, создает в цилиндре разрежение, благодаря которому происходит всасывание в него воздуха и топлива. При этом в режиме малых оборотов, когда дроссельная заслонка почти закрыта, появляются так наз. насосные потери. (Чтобы лучше понять, что это такое, попробуйте, например, втянуть воздух через зажатые ноздри). Кроме того, при этом ухудшается наполнение цилиндров свежим зарядом и соответственно повышается расход топлива и выбросы вредных веществ в атмосферу. Когда поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ), впускной клапан закрывается. В ходе такта выпуска, когда открывается выпускной клапан, отработанные газы еще находятся под давлением, и их энергия безвозвратно теряется- это так наз. потери выпуска.
— В двигателе Аткинсона на такте впуска впускной клапан закрывается не вблизи НМТ, а значительно позже. Это дает целый ряд преимуществ. Во-первых, снижаются насосные потери, т. к. часть смеси, когда поршень прошел НМТ и начал движение вверх, выталкивается назад во впускной коллектор (и используется затем в другом цилиндре), что снижает в нем разрежение. Горючая смесь, выталкиваемая из цилиндра, также уносит с собой часть тепла с его стенок. Так как длительность такта сжатия по отношению к такту рабочего хода уменьшается, то двигатель работает по так наз. циклу с увеличенной степенью расширения, при котором энергия отработанных газов используется более длительное время, т. е., с уменьшением потерь выпуска. Данная стать Таким образом, получаем лучшие экологические показатели, экономичность и больший КПД, но меньшую мощность. Но в том-то и суть, что мотор тойотовского гибрида функционирует в малонагруженных режимах, при которых этот недостаток цикла Аткинсона не играет большой роли.
— К недостаткам последовательно- параллельного гибрида следует отнести более высокую стоимость, в виду того, что он нуждается в отдельном генераторе, большем блоке батарей, и более производительной и сложной компьютерной системе управления.
— Система HSD установливается на хэтчбеке Toyota Prius, седане бизнес-класса Camry, вседорожниках Lexus RX400h, Toyota Highlander Hybrid, Harrier Hybrid, спортивном седане Lexus GS 450h и автомобиле люкс-класса — Lexus LS 600h. Ноу-хау компании Тойота куплено компаниями Форд и Ниссан и использовано при создании Ford Escape Hybrid и Nissan Altima Hybrid. Toyota Prius лидирует по продажам среди всех гибридов. Расход бензина в городе составляет 4 л на 100 км пробега. Это первый автомобиль, у которого потребление топлива при движении в городе меньше, чем на шоссе. На Парижском автосалоне 2008 была представлена модель Приус plug-in hybrid.
Из всего сказанного можно сделать вывод, что, наверное, нет смысла считать гибридные автомобили решением всех проблем. Это скорее промежуточный этап на пути к будущей машине с нулевым выбросом вредных веществ. Гибридные технологии дают возможность отработать ее ключевые технические компоненты — емкие компактные аккумуляторы, оптимизированные системы «повторного использования» энергии, технологию быстрой зарядки от внешних источников, новые электродвигатели, облегченные кузова. Только массовое производство этих узлов сможет приблизить то время, когда вместо поездки на заправку достаточно будет подключить железного коня на часок к обычной домашней электросети — а потом ездить целый день без подзарядки. Похоже, что, сев за руль гибридного автомобиля, человеческая цивилизация сможет прибыть в светлое электромобильное будущее самым коротким и самым эффективным путем.
Гибридная силовая установка автомобиля
Общее описание
Совершенствование двигателей внутреннего сгорания (ДВС) едва-едва поспевает за предъявляемыми к ним требованиями. С одной стороны, потребители с мечтами об одновременно мощном и экономичном моторе, с другой — экологи, ужесточающие нормы токсичности. А в завершение — геологи, все настойчивее напоминающие об истощении запасов «черного золота». Одним из вариантов решения этой проблемы являются гибридные силовые установки, состоящие из обычного ДВС и электродвигателя. В отличие от электромобилей и автомобилей на топливных элементах, которые все еще остаются «автомобилями будущего», гибриды уже с 1997 года выпускаются серийно.
Гибридные автомобили берут все лучшее от обоих моторов: ДВС и электрического. Достоинство первого – в удобном энергоносителе, жидком топливе, а второго – в выдающихся моментных характеристиках. В отличие от ДВС, электромотор не нужно заводить и «раскручивать». Он может «стоять и ждать» не потребляя энергии. Но как только дали ток, сразу получили максимальную тягу на колесах. Электродвигатель эффективнее двигателя внутреннего сгорания в режиме частых стартов и стопов (т.е., при езде в городском цикле). Двигатель внутреннего сгорания, наоборот, более эффективен на постоянных, оптимальных для данного двигателя оборотах.
В гибриде оба двигателя работают друг на друга. ДВС крутит генератор и питает энергией электромотор. Тот, в свою очередь, позволяет ДВС работать без резких разгонных нагрузок, в наиболее благоприятных режимах. Практически все современные гибриды имеют систему рекуперации или, по-русски, «возврата энергии». Суть ее в том, что при торможении или при движении машины накатом, электродвигатели начинают крутиться от колес и работать как генераторы, заряжая батарею. Отсюда – меньший износ, экологичность и экономичность (особенно в городском цикле.)
Итак, перед нами технологичный прогрессивный автомобиль, в котором нивелируются недостатки и объединяются достоинства двух моторов. Но. рано хлопать в ладоши, и послушаем, что говорят скептики.
Гибридные автомобили сложнее и дороже традиционных автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Аккумуляторные батареи имеют небольшой диапазон рабочих температур, не любят морозов, подвержены саморазряду, срок службы их ограничен несколькими годами. А «экономность» гибрида прямо связана с состоянием АКБ. Кроме того, существует проблема утилизации отработанных батарей. Гибриды дороже в ремонте, да и за сам ремонт возьмется далеко не каждый. Кроме того, высокую экологичность и экономичность гибридов многие тоже ставят под сомнение. Так, ряд тестов, проведенных авторитетными автомобильными изданиями, показал, что гибриды дают заметную экономию топлива только в городе, при движении же в смешанном цикле незначительно, а за городом существенно проигрывают современным дизелям. Почетное звание «Самый экологичный автомобиль года» в 2007 и 2008 годах присуждалась также автомобилям с дизельными моторами.
Рассмотрим подробнее, какими бывают и как устроены гибриды.
По принципу взаимодействия электрической и топливной составляющих авто, гибридные приводы принято разделять на три вида: последовательный, параллельный и последовательно-параллельный.
Схемы работы
Последовательная схема
Параллельная схема
Здесь ведущие колеса приводятся в движение и ДВС, и электродвигателем (который должен быть обратимым, т.е. может работать в качестве генератора). Для их согласованной параллельной работы используется компьютерное управление. При этом сохраняется необходимость в обычной трансмиссии, и двигателю приходится работать в неэффективных переходных режимах. Момент, поступающий от двух источников, распределяется в зависимости от условий движения: в переходных режимах (старт, ускорение) в помощь ДВС подключается электродвигатель, а в устоявшихся режимах и при торможении он работает как генератор, заряжая аккумулятор. Таким образом, в параллельных гибридах большую часть времени работает ДВС, а электродвигатель используется для помощи ему. Поэтому параллельные гибриды могут использовать меньшую аккумуляторную батарею, по сравнению с последовательными. Так как ДВС непосредственно связан с колесами, то и потери мощности значительно меньше, чем в последовательном гибриде. Подобная конструкция достаточно проста, но ее недостатком является то, что обратимая машина параллельного гибрида не может одновременно приводить в движение колеса и заряжать батарею. Параллельные гибриды эффективны на шоссе, но малоэффективны в городе. Несмотря на простоту реализации этой схемы, она не позволяет значительно улучшить как экологические параметры, так и эффективность использования ДВС.
Приверженцем такой схемы гибридов является компания «Хонда». Их гибридная система получила название Integrated Motor Assist (Интегрированный помощник двигателя). Она предусматривает, прежде всего, создание бензинового двигателя с увеличенным кпд. И только тогда, когда двигателю становится трудно, на помощь ему должен приходить электрический мотор. В этом случае система не требует сложного и дорогостоящего силового блока управления, и, следовательно, себестоимость такого автомобиля оказывается ниже. Система IMA состоит из бензинового двигателя (который предоставляет основной ресурс мощности), электромотора, который предоставляет дополнительную мощность и дополнительной батареи для электромотора. Когда автомобиль с обычным бензиновым двигателем замедляется, его кинетическая энергия гасится сопротивлением мотора (торможение двигателем) или рассеивается в виде тепла при нагреве тормозных дисков и барабанов. Автомобиль с системой IMA начинает тормозить электромотором. Таким образом, электромотор работает как генератор, вырабатывая электричество. Сохранённая при торможении энергия запасается в батарее. И когда автомобиль вновь начнёт ускоряться, батарея отдаст всю накопленную энергию на раскрутку электромотора, который снова перейдёт на свои тяговые функции. А расход бензина уменьшится ровно настолько, сколько энергии было запасено при предыдущих торможениях. В общем, в компании Honda считают, что гибридная система должна быть максимально простой, электрический мотор выполняет лишь одну функцию — помогает двигателю внутреннего сгорания сэкономить как можно больше горючего. Honda выпускает две гибридные модели:Insight и Civic.
Последовательно-параллельная схема
Компания «Тойота» при создании гибридов пошла своим путем. Разработанная японскими инженерами система Hybrid Synergy Drive (HSD) объединяет в себе особенности двух предыдущих типов. В схему параллельного гибрида добавляется отдельный генератор и делитель мощности (планетарный механизм). В результате гибрид приобретает черты последовательного гибрида: автомобиль трогается и движется на малых скоростях только на электротяге. На высоких скоростях и при движении с постоянной скоростью подключается ДВС. При высоких нагрузках (ускорение, движение в гору и т.п.) электродвигатель дополнительно подпитывается от аккумулятора- т.е. гибрид работает как параллельный. Благодаря наличию отдельного генератора, заряжающего батарею, электродвигатель используется только для привода колес и при рекуперативном торможении. Планетарный механизм передает часть мощности ДВС на колеса, а остальную часть на генератор, который либо питает электродвигатель, либо заряжает батарею. Компьютерная система постоянно регулирует подачу мощности от обоих источников энергии для оптимальной эксплуатации при любых условиях движения. В этом типе гибрида большую часть времени работает электродвигатель, а ДВС используется только в наиболее эффективных режимах. Поэтому его мощность может быть ниже, чем в параллельном гибриде.
Система HSD устанавливается на хэтчбеке Toyota Prius, седан бизнес-класса Camry, внедорожника Lexus RX400h, Toyota Highlander Hybrid, Harrier Hybrid, спортивном седане Lexus GS 450h и автомобиле люкс-класса — Lexus LS 600h. Ноу-хау компании Тойота куплено компаниями Форд и Ниссан и использовано при создании Ford Escape Hybrid и Nissan Altima Hybrid. Toyota Prius лидирует по продажам среди всех гибридов. Расход бензина в городе составляет 4 л на 100 км пробега. Это первый автомобиль, у которого потребление топлива при движении в городе меньше, чем на шоссе. На Парижском автосалоне 2008 была представлена модель Приус plug-in hybrid.
Из всего сказанного можно сделать вывод, что, наверное, нет смысла считать гибридные автомобили решением всех проблем. Это скорее промежуточный этап на пути к будущей машине с нулевым выбросом вредных веществ. Гибридные технологии дают возможность отработать ее ключевые технические компоненты — емкие компактные аккумуляторы, оптимизированные системы «повторного использования» энергии, технологию быстрой зарядки от внешних источников, новые электродвигатели, облегченные кузова. Только массовое производство этих узлов сможет приблизить то время, когда вместо поездки на заправку достаточно будет подключить железного коня на часок к обычной домашней электросети — а потом ездить целый день без подзарядки.
Достоинства автомобилей с гибридной установкой
Экономная эксплуатация
Как была достигнута экономия:
— Снижением объема и мощности двигателя;
— Работа двигателя в оптимальном и равномерном режиме, в гораздо меньшей зависимости от условий езды;
— Полная остановка работы двигателя, когда это необходимо;
— Возможность движения только на электродвигателях;
— Рекуперативное торможение с зарядкой аккумулятора.
Вся эта система до такой степени сложна, что стала возможна в полной мере только в современных условиях, с применением достаточно непростых алгоритмов работы бортового компьютера. Даже правильное и эффективное (с точки зрения безопасности) торможение управляется бортовым компьютером.
Экологическая чистота
Снижение расхода углеродного топлива, немедленно сказалось на экологической чистоте. Полная остановка работы двигателей в местах скопления автомобилей на дорогах городов, и прежде всего в пробках, имеет самую первостепенную роль. Применение же аккумуляторных батарей, гораздо меньшей емкости, чем в электромобилях, снизила проблему утилизации использованных аккумуляторов. Развитие гибридной технологии в общественном транспорте, и для грузовых автомобилей, ещё больше улучшит экологическую обстановку городов.
Хорошие ходовые характеристики
Теперь нет необходимости устанавливать двигатель из расчёта пиковых нагрузок эксплуатации. В момент, когда необходимо резкое усиление тяговой нагрузки, в работу включаются одновременно как электро-, так и обычный двигатель (а в некоторых моделях и дополнительный электродвигатель). Это позволяет сэкономить на установке менее мощного двигателя внутреннего сгорания, работающего основное время в наиболее благоприятном для себя режиме. Такое равномерное перераспределение и накопление мощности, с последующим быстрым использованием, позволяет использовать гибридные установки в автомобилях спортивного класса и внедорожниках. Несмотря на то, что электродвигатели обладают достаточно сильным крутящим моментом в пересчёте на массу и габариты двигателя, по сравнению с другими двигателями, разработчики всё же в ряде моделей устанавливают не слишком мощные электродвигатели, уменьшая их габариты. При этом, в целях суммирования мощностей, применяются комбинированные схемы передачи крутящего момента, с прямой передачей механического крутящего момента, непосредственно от двигателя. Такая схема называется «гибридно-совместный привод».
Увеличение дальности пробега
Сохранение и повторное использование энергии
Обычная заправка топливом
У гибридного автомобиля этот недостаток устранён. Заправка осуществляется по привычной схеме, обычным углеродным топливом, тогда, когда это необходимо, и дальнейшее движение можно немедленно продолжить.
В городском цикле эксплуатации гибридный автомобиль 80% времени работает в режиме электромобиля. В феврале 2006 года автолюбители из США смогли взломать электронную систему управления Toyota Prius, и научились принудительно переключать автомобиль в режим электромобиля. Французская компания PSA Peugeot Citroen к 2010 году начнет серийное производство гибридных версий Peugeot 307 и Citroen C4. В автомобилях предусмотрен режим электромобиля на скоростях менее 50 км/ч. Водитель может по желанию включать режим электромобиля.
Недостатки автомобилей с гибридной установкой
Высокая сложность
Гибридные автомобили сложнее и дороже традиционных автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Аккумуляторные батареи имеют небольшой диапазон рабочих температур, подвержены саморазряду. Кроме того, они дороже в ремонте. Опыт автоиндустрии США говорит о том, что автомеханики берутся за ремонт гибридных автомобилей с большой неохотой. США пытаются решить проблему дороговизны налоговыми льготами.
Далеко не все крупные автопроизводители смогли создать собственную гибридную систему. Компания Porsche отказалась от попыток самостоятельного производства гибридного автомобиля. Компания Mitsubishi изначально не пыталась создать гибридный автомобиль, а сконцентрировала все свои усилия на разработке электромобилей. Наиболее удачная на сегодня серийная разработка — Hybrid Synergy Drive (произносится [ха?йбрид си?неджи драйв]) компанией Toyota.
Утилизация аккумуляторов
Гибридные автомобили, как и электромобили, хоть и в меньшей степени, подвержены проблеме утилизации аккумуляторов. Влияние выбрасываемых аккумуляторов на окружающую среду, по-видимому, никто не исследовал. А ведь оно может быть опасным.
Высокая стоимость некоторых моделей
Естественно сложность и «нетрадиционность» создания некоторых моделей влечет за собой увеличение цены на автомобили.
Стоит ли покупать гибридный автомобиль: разбираем плюсы и минусы авто с двумя моторами
Содержание
Что такое автомобиль гибрид и как давно он появился
Гибрид – это бензиновый или дизельный автомобиль, двигаться которому помогает электромотор. Или электромотор двигает колеса, а двигатель внутреннего сгорания подпитывает его электричеством как генератор – это тоже гибрид: авто с гибридной силовой установкой.
Изобрели такие авто не вчера и даже не позавчера. Гибридам (как, собственно, и электромобилям) в обед сто лет. Точнее – 120 с хвостиком.
Первый (или один из первых) автомобиль с бензоэлектрической установкой Фердинанд Порше представил еще в 1900 году и совершенствовал эти идеи следующие два десятилетия. Даже армейская техника времен Первой мировой за авторством «Порше» имела в основе гибридные силовые установки.
Но дальнейшее развитие автомобиля пошло рука об руку с ДВС – так дешевле, практичнее, проще. Вернулись к идее гибридов уже на стыке веков. И вернулись преимущественно на островах, в Стране восходящего солнца: оттуда к нам пришли революционеры в виде Honda Insight и, конечно, Toyota Prius. Каждый продвигал свою гибридную схему, которых уже тогда – на старте новой эры – было больше одной.
Какими бывают автомобили-гибриды
Гибридные силовые установки встречаются в четырех основных видах:
В первом случае колеса вращает электромотор, а ДВС небольшого объема включается как генератор для подпитки батарей, но с колесами механически он никак не связан. То есть перед нами не столько гибрид, сколько электромобиль, который можно подзаряжать «на лету». Пример – первый Chevrolet Volt.
В параллельной схеме, наоборот, электромотор во вращении колес не участвует: он соединен с трансмиссией и помогает ДВС дополнительными «лошадками» и тягой в самых нагруженных сценариях – например, при старте с места, когда затрачивается максимум энергии. Таким гибридом является Honda CR-Z, например.
В последовательно-параллельных гибридах работает все вместе и по отдельности: небольшие отрезки пути машина может преодолевать на чистом электричестве, но в основном двигается за счет энергии ДВС. Сюда можно отнести всю линейку Toyota-Lexus, в том числе пионера жанра – Prius.
Подзаряжаемые гибриды – все то же самое, только с возможностью восполнить запас батареи от розетки. Этого лишен обычный последовательно-параллельный гибрид: автомобиль там может полагаться только на внутренний генератор для восполнения энергии (батарея заряжается медленно, долго) в то время, как подзаряжаемый от розетки (или зарядной станции) гибрид может получить все то же самое куда быстрее.
Гибрид с какой бы схемой вы ни выбрали, перед покупкой его надо тщательно диагностировать. Причем в профильном сервисе, работники которого точно знают, чем отличается CR-Z от i3, а Volt – от Prius. А до визита в сервис машину надо проверить через сайт «Автокод».
Вбиваем VIN или госномер и через две минуты решаем, есть ли смысл вообще ехать на осмотр или у авто столько проблем уже по отчету, что и из дома выходить не стоит.
Вбиваем госномер «Приуса», оплачиваем проверку и получаем полный отчет.
Проверка показала только одно ДТП.
В 2018 году «Приус» получил сильные повреждения кузова. Посмотреть можно, если уж совсем ничего нет, но мы бы прошли мимо.
Лучшие ли гибриды как авто
В целом да, но с оговорками. Любой гибрид будет куда динамичнее и экономичнее сопоставимого по размеру и классу негибрида, потому что у гибрида есть дополнительные лошадиные силы и крутящий момент, а помощь ДВС от электромотора или движение на чистой электротяге сокращает расход топлива.
В этом плане – да: гибрид как конструкция удачнее. Но все преимущества в динамике и расходе топлива перекрываются дороговизной: гибриды существенно дороже авто с обычным ДВС, и разница в стоимости столь велика, что не перекроется экономией горючего ни за пять, ни за десять лет владения.
Стоит ли покупать автомобили-гибриды в России
На 2021 год аналитики «Автостата» насчитали в российском автопарке чуть больше 160 тыс. гибридных автомобилей всех вариаций. Это даже не один процент от всего автопарка, это меньше 0,4%. Из чего можно сделать вывод, что плюсы гибридных автомобилей россиян волнуют не очень. И это действительно так – переплата высокая, выгода для кошелька и качества жизни автомобилиста неочевидная.
Что посмотреть, к чему готовиться
В разговорах о недостатках гибридов обычно звучит полумифическая замена / утилизация аккумулятора после его преждевременной (или, наоборот, ожидаемой в силу возраста) смерти.
Почему «полумифическая». Во-первых, батарейный блок – не одноразовый, он долгоиграющий. Это не масляный фильтр на один сезон – может статься, что за четыре-пять лет владения вы вообще не будете знать, где у вас аккумулятор и что с ним надо делать.
Во-вторых, хотя батареи и действительно деградируют и теряют емкость с возрастом, в отличие от пальчиковых батареек в ваших настенных часах сдавать сразу в утиль весь блок смысла нет никакого. Отдельные элементы прекрасно меняются, батареи гибридов можно перебирать, возвращая им почти первозданную емкость. Профильные сервисы для гибридов и чистых «электричек» есть по всей стране и даже под Тюменью.
То есть проблемы с аккумуляторами в гибриде на вашем веку:
Иных специфических недостатков у гибридов найти трудно, тут все как у всех других машин. Могут быть конкретные «детские болячки» конкретных марок-моделей, могут быть недостатки, появившиеся после небрежной эксплуатации прежним владельцем – каждый случай надо рассматривать индивидуально.
А вот какой конкретно гибрид искать – это вопрос личных предпочтений. Держим в уме, что все они по умолчанию динамичнее и экономичнее обычных одноклассников, и ищем под свой вкус. Гибриды есть хоть у Hyundai (Ioniq), хоть у BMW (i3, например, с дизайном из послезавтра) – можно «электрифицироваться», не изменяя своим давним вкусам и наклонностям.
Автор: Владимир Андрианов
*** Статья авторская. Мнение редакции может не совпадать с мнением автора.
Купили бы вы себе гибридный автомобиль и какой? Поделитесь своим мнением в комментариях.
Гибридный привод Тойота — устройство, принципы работы и приёмы вождения
На интернет-форумах и в разных группах в соцмедии ходит неимоверное число сказок, баек и сплетен про принципы работы, надёжность, компоненты и ходовые качества гибридных автомобилей Тойота. Кто-то, не зная, как гибрид работает, придумает своё объяснение, кто-то, не умея обосновать какие-то особенности работы — аж свои законы физики. И плохо то, что эти сплетни, слухи и домыслы растут и множатся. Попробую некоторые моменты прояснить.
КРАТКАЯ ИСТОРИЯ
В 1993-м году Тойота активно занялась разработкой автомобиля 21-го века. Задача у конструкторов стояла следующая — создать полноразмерный автомобиль, соответствующий современным требованиям по динамике (понятно, речь не про суперкары), вмещающий пять взрослых японцев человек и потребляющий до пяти литров топлива на 100 км. Через четыре года — в феноменально малые сроки для разработки автомобиля и наладки производства, учитывая, что на тот момент многих необходимых технологий вообще не существовало — начались продажи Тойота Приус. Машинка получилась страшненькая, но интересная. Европейские автопроизводители в то время совершенствовали дизельные двигатели, так как считалось, что будущее за ними — топливная эффективность, отличные характеристики, высокий крутящий момент, низкие выбросы СО2, уже на тот момент назначенного врагом экологии номер один. Можно сказать, что при разработке Приуса Тойота смотрела в будущее на 40…50 лет. Немцы же — на 20…30. В 1991-м, кстати, году, Тойота запустила ещё один проект, который только сейчас раскручивается так же медленно, как Приус в 1997-м — автомобиль на водородных топливных элементах, Тойота Мирай. Но сейчас речь о гибриде.
В 2003-м был запущен Приус второго поколения, со вторым же поколением гибридного привода. Он был чуть мощнее (напряжение электромоторов при разгоне повысили с 273 до 500 В), чуть экономичнее и туда начало влезать пять взрослых европейцев. В остальном силовой агрегат тот же, что и на первом поколении, с работающим по циклу Аткинсона рядной четвёркой 1,5.
В 2009-м появился Приус 3, самый массовый гибридный автомобиль на данный момент. По моему мнению, дизайн офигенен (здесь надо иметь ввиду, что я в дизайне ценю ещё и функционал, а не просто молдинги, блестяшки и широкие колёса). Никель-металл-гидридный аккумулятор, двигатель Аткинсона-Миллера 1,8 73 кВт. Из гибридной трансмиссии пропала многорядная цепь, но принцип работы не изменился. Чуть позже появилась и версия с увеличенной до 4,4 кВт∙ч батареей и зарядкой от розетки.
В 2016-м — Приус 4. Дизайн на любителя, но точно бросающийся в глаза. Четвёртое поколение гибридного привода дало ещё бóльшую топливную эффективность и, кроме того, намного более чёткое ощущение привода водителем — разгон и торможение двигателем стали чётче, снизилось ощущения «резинки» между оборотами двигателя и разгоном автомобиля. Особенности четвёртого поколения гибридного привода, с 2019-го года устанавливающегося на все новые модели состоят в:
— изменённой компоновке — MG2 вынесен на отдельную ось и смещён назад и вверх. Благодаря этому исчез ещё один планетарный редуктор из устройства распределения мощности. Раньше в одной коронной шестерне было два планетарных редуктора — один, собственно, PSD (Power Split Device), а второй — редуктор для MG2. Это показано на иллюстрации ниже. Теперь шестерёнок стало ещё меньше, и потерь на трение, соответственно, тоже;
— изменении типа обмоток MG2. Ранее это была обычная тонкая проволока круглого сечения, теперь же — толстая проволока прямоугольного сечения (примерно 1,5 х 2 мм). Это несколько снизило эффективность мотор-генератора на низких оборотах и торможении, но увеличило мощность на верхах. Новый MG2 теперь крутится до 18000 об/мин, что, благодаря увеличенному передаточному отношению, улучшило разгон на электротяге без потери максимальной скорости.
СТРОЕНИЕ И ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ
Гибридный привод Тойота состоит из шести основных компонентов. Объяснения будут на основе четвёртого поколения гибридного привода, устанавливающегося на модели 2019-го года. На Приусе четвёртого поколения и C-HR этот привод появился в 2016-м году.
Компоненты гибридного привода:
ДВС — бензиновый двигатель. На современных гибридах (2019+) 1,8 это двигатель, работающий по циклу Аткинсона (или, если точнее, то Аткинсона-Миллера). Двигатели серии Dynamic Force: 1,5 (Yaris 2020), 2,0 (Corolla), 2,5 (RAV4 и Camry) и 3,5 (Lexus LS500h) это новые двигатели, длинноходные, способные работать как по циклу Отто, так и Аткинскона-Миллера. Если нужна бóльшая мощность — разгон, подъём, то, как правило, это Отто. Если режим работы стабильный и нужна в первую очередь экономичность, мотор переходит на цикл Аткинсона-Миллера. Такая гибкость достигается двумя механизмами смещения фаз газораспределения — VVT-iE на впуске (управляется электромотором, смещается на очень большой угол) и VVT-iW на выпуске (это обычный, с масляным управлением). Зато 1,8 это самый простой из современных двигателей — VVT только на впуске, внешнего EGR нет, никаких наворотов, типа изменяющейся производительности масляного насоса, нет. Обе серии моторов великолепны по своему. 1,8 — простота и надёжность, серия Dynamic Force — компактность, лёгкость, очень высокая топливная эффективность на низких и средних оборотах, где этот двигатель подавляющее большинство своей жизни и работает.
MG1 — мотор-генератор 1, работающий в паре с двигателем. В основном работает, как генератор, забирая у ДВС часть его мощности. Кроме того, заводит ДВС. Может вращаться в обе стороны примерно до 12000 об/мин. Вместе с устройством распределения мощности (планетарным редуктором) представляет собой трансмиссию e-CVT, являясь вариатором для ДВС — передаточное число от ДВС к коронной шестерне зависит от того, как сильно и на каких оборотах MG1 тормозит солнечную шестерню.
Устройство распределения мощности — Power Split Device. Это, по сути, одинарный планетарный редуктор. Солнечную шестерню приводит MG1, водило приводится бензиновым двигателем, коронная шестерня имеет также зубы снаружи и является ведомой для ДВС и MG1 и наружными зубами приводит промежуточный вал, который вращает редуктор. PSD является как раз тем e-CVT — электрическим вариатором, который заявлен у гибридных Тойот в качестве типа трансмиссии. Никаких цепей, ремней и конусов в КПП гибридной Тойоты нет, только планетарный редуктор и MG1.
MG2 — ходовой двигатель. Соединён с редуктором механически постоянно. Работает, ходовым электродвигателем. При торможении работает генератором, «перекачивая» кинетическую энергию в виде электричества в аккумулятор.
MGR — задний ходовой двигатель на автомобилях с поперечно расположенным двигателем и полным приводом. Это отдельный узел, состоящий из электромотора и редуктора с дифференциалом. С основной трансмиссией он никак не связан, управляется отдельно, получая ток от инвертера.
Инвертер-конвертер, или Power Control Unit. PCU трансформирует и распределяет потоки электроэнергии между ходовым электроаккумулятором, MG1, MG2 и, если есть, то MGR. Инвертер-конвертер умеет много:
а) делает из высокого напряжения ходового аккумулятора напряжение порядка 14 В для питания бортовой сети – машина, кроме гибридного привода и компрессора кондиционера, двенадцативольтовая;
б) конвертирует высокое напряжение для питания высоковольтного компрессора кондиционера;
в) с помощью бустера поднимает напряжение высоковольтной батареи до 600…650 В (в зависимости от модели), обеспечивая мощность электродвигателей на высоких нагрузках;
г) конвертирует напряжение, получаемое с мотор-генераторов в напряжение батареи для её зарядки.
д) Кроме того, напряжение батареи постоянное, а мотор-генераторам надо переменное, так что ещё и этим приходится заниматься. Всё это с эффективностью до 98%.
Ходовой (высоковольтный) электроаккумулятор. Никель-металл-гидридная или литий-ионная батарея. Используется для:
а) питания электромоторов, когда использование ДВС нецелесообразно;
б) для накапливания излишков энергии, когда ДВС может отдавать её эффективно;
в) для накапливания энергии, получаемой при рекуперативном торможении.
ФИЗИКА И РАСХОД ТОПЛИВА
Встречается очень много разнообразных интересных и порой фантастических объяснений режимов работы ДВС в составе гибридного привода.
При объяснении топливной экономичности гибрида надо иметь ввиду несколько важных моментов:
1. Вся энергия, используемая для питания бортовых систем гибридного автомобиля, а также для его передвижения, получается из топлива. За заряжаемые от розетки гибриды сейчас отдельно говорить не будем, принцип их работы такой же, как у обычного гибрида, только батарея больше и есть возможность зарядить её от розетки, а не от ДВС.
2. Пик топливной эффективности бензинового двигателя приходится примерно на обороты, на которых у этого двигателя приходится также пик крутящего момента с полностью открытой дроссельной заслонкой. У «обычного» бензинового двигателя это порядка 4000…4400 об/мин. Да, именно на 4200 и полном газу можно получить «самый дешёвый» киловатт мощности. Другое дело, что на этих оборотах мощности будет столько, сколько нам вообще не надо, чтобы ехать. Автомобиль размера Короллы, движущийся по шоссе со скоростью 90 км/ч требует для поддержания скорости примерно 10…12 кВт мощности. Всего 10…12. На разгоне, на подъёме с небольшим уклоном, да, около 30…40. На максимальном разгоне, чтобы первым приехать к следующему светофору, можно использовать и полную мощность двигателя. Кроме того, максимальная мощность, как правило, определяет и максимальную скорость. Но, в любом случае, максимальное количество наиболее «дешёвых» киловатт бензиновый двигатель даст именно на пике крутящего момента на полном газу.
Обычному автомобилю столько мощности просто некуда девать, а вот у гибрида есть для этого большой аккумулятор, куда запасается дешёвая электроэнергия.
3. У двигателя Аткинсона-Миллера кривая крутящего момента волнистая — есть пики, есть провалы. На тех режимах, где с обычной КПП такому двигателю пришлось бы работать на «неудобных» для него оборотах, тратя много лишнего топлива, гибридный привод переводит двигатель на ближайший пик эффективности, а «лишнюю» энергию в виде электричества запасает на будущее в аккумуляторе. Когда аккумулятор заряжен, ДВС переводится на «ступеньку» ниже, где эффективность опять приемлемая, а недостаток мощности восполняется использованием запасённого ранее электричества.
4. Основная экономия бензина гибридным приводом состоит в том, что в любом режиме движения блок управления гибридными приводом использует ДВС в максимально эффективном режиме его работы, управляя балансом мощности, получаемой от ДВС и ходового аккумулятора. Именно поэтому, несмотря на то, что вся энергия получается из топлива, топлива гибридный автомобиль потребляет намного меньше чисто бензинового. И огромный плюс именно тойотовского гибридного привода в его вариаторной трансмиссии, позволяющей ДВС работать практически на любых оборотах в очень широком скоростном диапазоне.
Да, Закон сохранения энергии говорит нам, что для перемещения автомобиля некоего веса на некое расстояние необходимо потратить некое количество энергии, не зависящее от типа двигателя этого автомобиля. Но вот как, где и с какой эффективностью мы получим эту энергию, влияет на расход топлива и наших денег очень даже сильно.
ЭКОНОМИЯ ТОПЛИВА
Исходя из особенностей ДВС Аткинсона-Миллера и особенностей гибридного привода, при максимальной экономии топлива надо применять немного другие приёмы вождения:
РАЗГОН
Начинайте движение плавно, удерживая стрелку указателя мощности в первой половине зоны ECO. В этой зоне работает только ходовой электромотор, обладающей максимальным крутящим моментом именно с самых низких оборотов (не совсем с нуля, как многие считают, а примерно со ста). Бензиновый двигатель заглушен.
Когда разгона на одном MG2 уже не хватает и приходится нажимать педаль акселератора глубже, заводится бензиновый двигатель. И вот здесь таится основная хитрость — когда ДВС уже запустился, смело нажимайте на педаль, загоняя стрелку «тахометра» в зону PWR, примерно до середины. Это как раз те обороты, на которых киловатты становятся дешевле. Излишки мощности, если они будут, ЭБУ гибридного привода отправит в батарею, и ни один миллилитр бензина не пропадёт зря.
Когда вы таким образом разогнались до нужной скорости, отпустите педаль акселератора и нажмите снова, но ровно на столько, чтобы удерживать скорость. Стрелка указателя мощности останется в первой половине зоны ECO, и вы будете ехать только на электричестве.
ТОРМОЖЕНИЕ
Гибрид по максимуму использует MG2 для преобразования кинетической энергии автомобиля в электричество. Чтобы облегчить ему работу и увеличить эффективность рекуперативного торможения, старайтесь тормозить плавно и долго, не давая стрелке указателя мощности падать ниже середины зоны CHG (Charge). В этом случае гибрид применит тормозную систему только в самом конце, когда генератором тормозить уже неэффективно, и максимальное количество энергии, которой вы на обычном автомобиле топите воздух (преобразуя при торможении истраченное ранее топливо в тепло с помощью колодок и дисков), будет преобразовано в электричество и использовано для следующего разгона.
ТОРМОЖЕНИЕ ДВИГАТЕЛЕМ
Так как аккумулятор нельзя заряжать бесконечно, а если у MG2 энергию не забирать, то тормозить он не будет, то на затяжных спусках автомобиль после зарядки батареи до 80% будет тормозить тормозами. Чтобы их не перегреть, у гибридов есть положение трансмиссии «B», а у гибридов помощнее — «ручной» режим переключения шести, а у LS500h и LC500h — десяти «передач». Это симулированные передачи, которыми владелец определяет, насколько сильно гибрид будет тормозить двигателем. При торможении в положении «B», «M» или «S» часть энергии торможения тратится впустую — MG1 вращает коленвал заглушенного бензинового двигателя. «B», это не «Benzin», как некоторые думают, а «Braking» — «торможение». «M» — Manual, «S» — Sport. Да, шкала указателя расхода энергии показывает, что автомобиль в режиме «B» офигенно заряжает аккумулятор при отпускании педали газа. Но по факту, он показывает именно уровень торможения, а не зарядки. Большая часть этой энергии просто тратится на перекачивание воздуха двигателем с закрытой дроссельной заслонкой.
Эти режимы нужно использовать на затяжных спусках в горах и можно использовать при активно-агрессивной езде, так как ощущение автомобиля чётче, ну и торможение двигателем симулируется довольно неплохо.
На разгоне и при езде со стабильной скоростью в этих режимах гибридный привод ведёт себя так же, как в положении «D».
Из плюсов тойотовского гибрида:
1. Не надо напрягаться для экономии топлива — расход меньше как при спокойной, так и при активной езде. Главное, чтобы расход топлива был нормальным, не «тянуть» двигатель, разгоняясь плавно — когда мотор работает на низкой нагрузке и постоянно, его эффективность низка, и не тормозить резко.
2. Гибрид с двигателем 1,8 на данный момент является самым надёжным силовым агрегатом, который я знаю. Новые двигатели M15A, M20A и A25A (соответственно, трёхцилиндровый 1,5 на новом Ярисе, четырёхцилиндровые 2,0 на новом C-HR, Corolla и бензиновый RAV4, и четырёхцилиндровый 2,5 на Camry и гибридном RAV4) пока не накатали достаточно, чтобы можно было делать выводы о реальном ресурсе, однако двигатель изнутри выглядит очень грамотно спроектированным и сбалансированным. Кроме того, при заводских испытаниях эти двигатели гоняли на стенде на 60% дольше, чем двигатели предыдущих серий, поэтому сомневаться в их надёжности желания не возникает. 1,8 ZR-FXE же используется уже с третьего поколения Prius, а в обычном, «бензиновом» варианте — с 2006-го года на Аурисах, Короллах и многих других моделях. На версии же для гибрида, с суффиксом FXE, у него, вдобавок ко всему, нет VVT на выпуске, сцепления, стартера, генератора и вспомогательных ремней — он ещё проще. Электроника же у японцев традиционно крайне надёжная и долговечная.
3. Крайне простое устройство — механически там самая простая трансмиссия, где нет ни одного подключающегося или отключающегося элемента. Есть десяток шестерёнок и два десятка подшипников. Всё, больше ничего. Сломать можно разве что физически, пополам. Вдобавок, опять же, нет сцепления, стартера, генератора, вспомогательных ремней.
4. Ходовой аккумулятор в идеальных условиях (большой пробег за не очень большое время) ходит примерно 400…500 т км. В неидеальных условиях он больше устаёт от времени, чем от пробега, но порядка 300 т км тоже ходит. Новый, в зависимости от модели, стоит 1500…2500 евро. Плюс десятилетняя бесплатная гарантия на аккумуляторы новых гибридов с 2019-го года. На более старых тоже гарантия тоже возможна, но за небольшие деньги — по сути это страховка. Ходовой аккумулятор используется в диапазоне 40…80% ёмкости. Благодаря этому его использование очень эффективно, а кроме того, количество циклов зарядки-разрядки вырастает в сотни раз по сравнению с циклом 100% — 0% — 100%. Поэтому аккумуляторы и живут так долго. Стоит аккумулятор на Prius 2 у дилера порядка 1500 евро, на Prius 3 — 1700 евро. Для сравнения, это как комплект дизельных форсунок. Литий-ионный аккумулятор на гибридную Короллу 1,8 стоит, если не изменяет память, около 2300 евро. Это цены на новые батареи от дилера. Если пересобирать из элементов, будет ещё раза в три дешевле.
5. Оснащение гибридной модели, как правило, лучше, поэтому бóльшая цена, это не только за гибридный привод, а ещё и за большее количество всяких ништяков и кнопочек. Здесь расстраивает, пожалуй, только Prius 4 Plug-in с солнечной батареей — у него для компенсации массы из-за крыши и дополнительного аккумулятора урезали разные хорошие функции.
6. В цене гибрид падает медленнее. По сути, насколько дороже купишь, настолько потом пропорционально дороже продашь.
7. Трансмиссия работает намного лучше, чем любая другая автоматическая КПП — иногда можно ощутить слабые толчки, при запуске бензинового двигателя на ходу, но это если целенаправленно обращать внимание. Больше ни рывков, ни задумчивости нет.
1. Дороже купить.
2. Часто закисают задние тормоза, особенно при спокойном стиле вождения. Гибрид тормозит генератором, насколько это возможно, поэтому тормоза работают меньше, чем на обычном автомобиле.
3. На снегу может напугать, отказавшись разгоняться в горку. Он будет разгоняться, насколько позволит сцепление с дорогой, но бензиновый мотор будет при этом рычать и буксовать, а ходовой электромотор гибрида будет буксовать тихо. Поэтому может быть очень неприятное ощущение, что вы на газ нажали, вам очень надо разгоняться, а машина отказывается ехать. 🙂
4. Тем, кому нужна динамичная езда, будет скучно, потому что нет рывков, нет переключений передач. Разгон приличный, но ощущения разгона практически нет — гибрид на разгоне едет, как паровоз.
5. У гибридов до третьего поколения включительно (до 2019) более ярко выражен эффект «резинки» между оборотами двигателя и разгоном автомобиля — при нажатии на газ мотор набирает высокие обороты, но разгон не соответствует оборотам. Это не мешает, собственно, разгону, но для человека, привычного к механической коробке, непривычно и, поначалу, непонятно. По факту же, это сделано ради экономии топлива — двигатель выходит на те обороты, на которых нужное количество энергии получается при минимальных затратах. У четвёртого поколения гибридного привода этот эффект ощутимо снизили, и теперь машина разгоняется и тормозит примерно как автомат, при торможении имитируя более сильное торможение двигателем. Двигатели нового поколения (кроме 1,8) благодаря более гибким характеристикам, подстраиваются под нужные обороты лучше, чем 1,8 (или 1,5 с Prius 2) и тем компенсируют неоптимальные обороты.
6. На гибриде Toyota приёмы для более экономичной езды немного отличаются от таких приёмов на бензиновой машине. Часто бывает, что народ жалуется на высокий расход топлива, что по факту вызвано неправильными приёмами езды. Надо немного переучиваться, но это же сложно, да и мало кто готов признать, что ездит неправильно. 😉 Правильные приёмы описаны выше.
7. Максимальная скорость ограничена не мощностью, а оборотами MG2, который связан с колёсами напрямую. У автомобилей без дополнительных передач в гибридном приводе, а по сути, у всех гибридов с поперечным расположением двигателя, максимальная скорость колеблется в пределах 170…190 км/ч. Даже у Лексуса ES300h. Дури-то хватает, но на такой скорости обороты MG2 максимальные допустимые. Там постоянный магнит — здоровая железяка. Если её ещё раскрутить — разорвёт центробежной силой. У автомобилей, которым очень надо ездить быстрее, как, например, Lexus GS450h и IS300h, между MG2 и остальной трансмиссией есть двухступенчатый планетарный редуктор, примерно как в автоматической коробке. В диапазоне 60…90 км/ч он переключается, изменяя этим обороты MG2 по отношению к скорости автомобиля. В результате машина может ехать 250. У Lexus LS500h в транмиссии вообще четырёхдиапазонный автомат стоит, между всей трансмиссией и карданным валом. Там можно не только обороты MG2 менять, но и ДВС с MG1. В результате, на скорости 200 обороты ДВС 1800 оборотов. Заодно гибридный привод симулирует переключения аж десяти передач, чтобы тем, кто хочет их попереключать лепестками под рулём, было, чем заняться. 🙂
8. Гибридному приводу нельзя сильно буксовать. Опять же, из-за MG2. Когда ведущее колесо буксует, обороты MG2 растут очень быстро, и если ведущее колесо вдруг резко схватит асфальт, или же водитель ударит по тормозам, то инерция ротора MG2 настолько велика, что КПП может не выдержать. Поэтому VSC у гибридной Тойоты довольно нервная и буксовать почти не даёт. На снегу в горку, или в очень скользкой грязи можно и застрять на ровном месте. На гибриде с неработающей ABS/VSC увеличиваются шансы сломать трансмиссию. Впрочем, как известно, сдуру можно и всё сломать.
9. Вспомнился ещё один интересный момент в связи с проходимостью гибрида: у электромотора максимальный крутящий момент уже на самых низких оборотах, но не с нуля! MG1 никогда не удерживается на месте, только на оборотах начиная от примерно 100 об/мин в обе стороны — иначе перегреются обмотки, да и силы у него при нуле оборотов нет. Думаю, у MG2 примерно так же. Чем это аукается — если упереться колёсами в бордюр (а в Питере — в поребрик), то гибрид явственно не хочет на тот бордюр заезжать. Надо нажимать педаль очень глубоко, и когда машина всё-таки заедет на то препятствие, то резко прыгнет вперёд.
Чтобы заехать на небольшое препятствие нормально, нужно чуть откатиться и дать машине хотя бы несколько сантиметров для разгона, чтобы MG2 раскрутился хотя бы до полусотни оборотов.
10. При езде машина живёт немного своей жизнью — обороты держит, какие ей удобно. Это больше всего ощущается на втором поколении (Приус 2 и Ярис до 2020-го), немного меньше — на третьем (Приус 3, Аурис, RAV4 до 2019-го, Лексусы, на конец 2020-го года все кроме LS/LC500h, ES300h). На четвёртом поколении гибрида этот эффект снижен до уровня обычного вариатора. Это не мешает ездить, но может быть непривычно.
Так же немного своей жизнью живут тормоза на моделях со старой тормозной системой — при торможении усилие на колёсах может немного плавать, особенно при остановке. Это связано с тем, что гибридный привод всё время старается максимально использовать генератор для торможения, а если не хватает, то подтягивает в помощь рабочий тормоз, и эти изменения распределения ощущаются.
По факту, при покупке гибрида покупатель платит чуть больше не только за будущую экономию топлива, но и за более плавную и приятную езду, лучшее оснащение, высокую надёжность. Плюс, немного «переплаченных» денег вернётся при продаже, благодаря более высокой цене на вторичном рынке.
Вопросы при желании можно задавать в комментариях. Спорить и не соглашаться можно и это даже приветствуется. Но корректно, без хамства, обзывательств и пустого трёпа. Кидаться говном в меня, в Тойоту, в гибриды и в окружающих не надо, этого хватает в соцсетях типа Фейсбука и Вконтакте — идите туда, там в вас с удовольствием кинут в ответ.
Суть работы гибридных «сердец»
Критическая ситуация с экологией и постоянный рост цен на топливо заставляют искать производителей транспорта новые решения. Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) усовершенствуются, модифицируются и «смешиваются» с электродвигателями. Для чего это делается, как работает гибридный двигатель, рассмотрим в сегодняшней публикации.
Идею соединить два агрегата (двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель) новой не назовешь. В 1897 году французская компания Parisienne des Voitures Electriques начала производство авто с гибридными двигателями, а немногим позднее американская General Electric выпустила первый гибрид с бензиновым четырехцилиндровым двигателем. Но тогда такое новшество оказалась экономически нецелесообразным. Топливо было дешевым, а мощность автомобиля-гибрида уступала мощности традиционных моделей. Но времена изменились. Топливо дорожает, экологическая обстановка ухудшается. Автомобили со смешанными силовыми агрегатами стали актуальными и начали набирать популярность.
Простыми словами о сложном
Что же представляет собой гибридный двигатель? Гибридный двигатель – это система, состоящая из двух связанных между собой агрегатов: электрического и бензинового. Они могут работать как по отдельности, так и одновременно. Управляет этой системой бортовой компьютер автомобиля. Он решает, в зависимости от режима движения, какой тип силового агрегата нужно задействовать в конкретный момент времени.
Для движения по городу, когда от двигателя не требуется выработки большой мощности, используется электродвигатель. Во время движения по загородным трассам компьютер отключает электродвигатель и задействует топливный агрегат.
При смешанном режиме езды, когда двигатель автомобиля работает под нагрузкой с периодическими ускорениями и остановками – два агрегата работают в тандеме. Причем во время работы топливного двигателя, идет зарядка электрического. Отдельного внимания заслуживают двигатели, работающие на водороде.
Экономия электроэнергии в гибридных двигателях
Известно, что на движение автомобиля затрачивается огромное количество энергии. В связи с этим возникает закономерный вопрос: как электромотор даже в условиях малых нагрузок может долго работать без дополнительного прицепа с аккумуляторами. Чтобы понять принцип работы электродвигателя автомобиля, нужно проследить весь процесс от начала движения до остановки.
Когда автомобиль трогается либо движется на малых скоростях, всю работу осуществляет электродвигатель, который питается от аккумулятора. Далее в его задачу входит разогнать автомобиль до предельно возможной для электродвигателя скорости. После этого компьютер дает команду на включение топливного двигателя. При этом ДВС часть энергии отдает на генератор, который подменяет АКБ и продолжает вместо нее питать электромотор, параллельно заряжая аккумулятор. Автомобиль при этом работает на двух силовых агрегатах одновременно.
При движении со средней скоростью электродвигатель отключается, работает только ДВС, пополняя запас энергии аккумулятора. При повышении нагрузки на ДВС ему на помощь снова приходит электромотор. Но электроэнергия пополняется не только за счет работы ДВС. Тормозной механизм автомобиля с гибридным двигателем устроен таким образом, что образовавшаяся во время торможения энергия, преобразовывается в электрическую и тоже идет на питание электромотора. Такое торможение получило название «рекуперативное».
Рассмотренный выше алгоритм работы описывает общую картину работы гибридного силового агрегата автомобиля. На сегодняшний день существует три типа таких двигателей: последовательный, параллельный и смешанный.
Последовательная схема гибрида
Принцип работы такой схемы можно считать самой простой из гибридов. Двигатель внутреннего сгорания в данном типе является вспомогательным элементом и предназначен для работы генератора. Генератор, получая энергию от ДВС, преобразует ее в электрическую и запитывает электромотор, который приводит автомобиль в движение.
Такая схема, как правило, применяется в маломощных автомобилях (малолитражках). Но используемый аккумулятор имеет большую емкость, с возможностью зарядки от обычной электросети. Большая емкость АКБ позволяет минимизировать использование ДВС, то есть автомобиль может двигаться на электродвигателе, который питается только от аккумулятора. Chevrolet Volt – это одна из моделей автомобилей, в которой использована последовательная схема гибрида.
Параллельная схема гибридного автомобиля
Принцип работы параллельной схемы заключается в том, что ДВС и электромотор установлены таким образом, что появляется возможность их использовать как вместе, так и по отдельности. Но все же основная функция электромотора в такой схеме – это создание дополнительной мощности ДВС при ускорении. Кроме того электродвигатель выполняет функции стартера и генератора. Аккумуляторы при такой схеме не требуют дополнительной подзарядки, им хватает энергии, вырабатываемой при движении.
Honda Insight, Honda Civic Hybrid, BMW Active Hybrid 7, Volkswagen Touareg Hybrid – модели с параллельной схемой гибридного двигателя.
Последовательно – параллельная схема гибрида
В этой схеме ДВС и электромотор связывает между собой планетарный редуктор, при помощи которого мощность от обоих двигателей передается на ведущие колеса.
Смешанная схема отличается от параллельной наличием генератора, создающего энергию для электродвигателя.
Toyota Prius, Lexus RX 450h, Ford Escape Hybrid – это представители полного гибрида.
Положительные стороны гибридных двигателей
Недостатки гибридов
Внешне автомобили с гибридными силовыми агрегатами не отличаются от классических бензиновых собратьев. Конечно, если бы модели автомобилей с гибридными двигателями имели такую же стоимость, как аналоги с ДВС, а обслуживание не вызывало сложностей, вряд ли кто отказался бы от такой машины. Но на данный момент реалии таковы, что разница в цене гибрида и аналога составляет в среднем 4000 долларов. Даже если взять в расчет все плюсы таких машин, включая экономию топлива, то разница все равно будет несоразмерная. Если не будет поломок, а пробег будет значительным, машина окупится в лучшем случае лет через пять. Такое положение вещей не вселяет оптимизма. Но как говорится: «Сколько людей – столько и мнений», поэтому выбор всегда остается за конкретным человеком.