Гибриды: дорога в будущее или взгляд назад

⇡#Классификация и определение гибридов

Мы уже разобрались с историей появления гибридных автомобилей, рассмотрели первые массовые модели и вплотную подошли к изучению современных предложений, однако так и не дали точного определения гибрида. Само слово «гибрид» было введено задолго до появления соответствующих транспортных средств. Определение происходит от латинского «hibrida», что означает «помесь». Этот перевод как нельзя точно передает суть гибрида. Раньше (впрочем, как и сегодня) так называли животных и растения, которые произошли от скрещивания разных пород и видов. При переходе к автомобильной тематике сущность почти не меняется. Гибрид – транспортное средство, которое имеет силовую установку смешанного типа. Зачастую под гибридным двигателем подразумевается интеграция ДВС и электромотора, однако это можно считать лишь частным случаем. Чем Honda FCX Clarity не гибрид? В этом автомобиле нет двигателя внутреннего сгорания, зато в наличии водородный и электрический двигатели. Таким образом, под гибридом можно подразумевать любое транспортное средство, в котором производить энергию могут как минимум два раздельных устройства, причем энергия эта может быть использована для приведения транспортного средства в движение. Поправка в конце обязательна, иначе гибридом становится любой современный автомобиль, ведь в каждом есть электрический генератор.

Теперь о классификации. Первая напрашивается сама — по типу силовой установки. Мы уже определили, что работать в паре с электромотором может не только ДВС. Когда-то это были паровые двигатели, сегодня можно встретить водородные. Даже велосипед с электромотором – гибрид, роль запасного источника энергии выполняет мускульная сила человека.

Второй принципиальный признак, позволяющий разделить гибридные транспортные средства по категориям, это тип взаимодействия двигателей. Сегодня различают последовательное, параллельное и последовательно-параллельное (смешанное) подключение. Аналогия с электротехникой и соединением проводников. Этот параметр является одним из важнейших в устройстве гибрида, от него зависят возможности и сам принцип функционирования, поэтому рассмотрим его достаточно подробно.

⇡#Параллельные гибриды

Гибридные автомобили с параллельным включением ДВС и электромотора имеют механическую связь между трансмиссией и обоими типами двигателей. Зачастую электромотор в таких автомобилях располагают непосредственно на коленчатом валу ДВС, хотя он может быть подключен к единой трансмиссии отдельным сцеплением или муфтой. В результате основной функционал возложен именно на двигатель внутреннего сгорания. Электромотор может включиться в работу, в этом случае мощность агрегатов будет суммироваться. Зарядка аккумуляторных батарей возможна как от ДВС, так и в рекуперативном режиме. Роль генератора выполняет электромотор, он же зачастую заменяет стартер. Основной плюс гибридов с параллельным включением – экономичность.

Недостатки параллельного включения вытекают прямо из его особенностей. Если электромотор расположен на коленчатом валу, то без использования ДВС автомобиль не сможет поехать. То есть о передвижении в режиме электрокара речи идти не может. Плюс к этому даже если функционирование электромотора не требуется, его ротор будет вращаться. Исключение – автомобили с интегрированным дополнительным сцеплением. Для совмещения крутящего момента от двух источников в этом случае используется дифференциал.

Красноречивым примером параллельного гибрида может служить Honda Insight. С момента появления в 1999 году внешний вид автомобиля значительно изменился, внесены и инженерные нововведения, но схема функционирования осталась неизменной.

⇡#Последовательные гибриды

Последовательные гибриды располагаются несколько ближе к электрокарам, хотя без двигателя внутреннего сгорания они тоже далеко не уедут. В отличие от параллельного включения ДВС и электромотора, рассмотренного нами выше, в данной связке бензиновый двигатель не имеет какой-либо связи с колесами. Функционал очень близок к электрокару, ведь именно электромотор приводит автомобиль в движение. Двигатель внутреннего сгорания в данном случае лишь заряжает аккумуляторные батареи. В итоге последовательные гибриды сохранили черты как электрокаров, так и автомобилей с ДВС: они по-прежнему могут преодолевать большие расстояния, процесс заправки прост и быстр, но экономия топлива в городских пробках и рекуперативное торможение значительно повышают эффективность. Существенный недостаток параллельных гибридов – мощность электромотора и ДВС невозможно сложить, а в случае полной разрядки аккумуляторных батарей продолжать поездку некоторое время нельзя: требуется время для зарядки.

В скором времени начнется производство активно продвигаемого Chevrolet Volt. Это последовательный гибрид в чистом виде. Приживется ли такой тип автомобилей в США – большой вопрос.

Довольно значительно от последовательного и параллельного включения двигателей отличается устройство самого популярного гибридного автомобиля – Toyota Prius. Тут нет механической и автоматической КПП, не найти и вариаторную трансмиссию. Передачу крутящего момента осуществляет планетарная передача. Японцы не изобрели эту конструкцию, она уже давно применяется в различных сферах индустрии. В том числе автомобильной, ведь гидротрансформаторные АКПП имеют в наличии планетарную передачу. Заслуга инженеров Toyota в том, что именно они использовали этот механизм в подобном применении, не в составе конструкции, а в качестве полноценной трансмиссии. Теперь выясним, как функционирует данный агрегат.

Планетарная передача – набор связанных шестерней. По центру расположена солнечная шестерня. Она сцеплена с четырьмя сателлитами, которые находятся в фиксированном друг относительно друга положении. Связующим элементом выступает водило. Зубья самой большой кольцевой шестерни связаны с сателлитами. Конструкция довольно проста механически, однако ее устройство предоставляет огромные возможности по передаче и суммированию крутящего момента.

Относительно конкретного применения планетарной передачи в Toyota Prius можно рассуждать долго. Вариантов функционирования уникальной трансмиссии немало, подробный обзор заслуживает отдельного материала, поэтому вкратце обозначим лишь основные возможности. Каждый элемент планетарной передачи соединен с отдельным устройством: водило с ДВС, солнечная шестерня с первым электромотором, а кольцевая шестерня – со вторым. Именно кольцевая шестерня через редуктор связана с колесами. В результате становится возможным очень гибкое соединение и универсальное разделение между ДВС и электродвигателями, при этом Prius может выполнять функции как параллельного, так и последовательного гибрида. Японцы смогли интегрировать все возможные режимы в компактном устройстве. В зависимости от требования Toyota Prius может ехать только на элекротяге, только за счет ДВС, использовать оба мотора одновременно, разделять крутящий момент ДВС между колесами и генератором… Всё вместе японцы называют Hybrid Synergy Drive, а саму планетарную передачу – Power Split Device, устройство по распределению энергии.

⇡#Смешанный тип подключения

В последнее время стали появляться гибридные автомобили, которые трудно отнести к какому-либо из описанных видов. В чем основная разница между параллельными и последовательными гибридами? Очевидно, в разграничении прав двух двигателей. А если подобная процедура не требуется? Можно, например, привязать ДВС к передней оси автомобиля, а электромотор посадить на заднюю. В итоге каждый агрегат получает практически полную независимость, необходимо только немного скоординировать действия каждого мотора. Такой вариант довольно прост и дешев: не требуется распределяющее устройство или специфическая трансмиссия. Любой автомобиль можно сделать таким гибридом, требуется лишь установить дополнительное оборудование на заднюю ось (если он переднеприводный с передним расположением ДВС) и связать все компоненты с электронным мозгом.

К недостаткам подобных гибридов можно отнести невозможность зарядки аккумуляторных батарей от ДВС. Только рекуперативная система торможения или подключение к розетке. К представителям нового вида гибридных автомобилей относится Peugeot 3008 HYbrid4, который анонсировали совсем недавно.

⇡#Классификация по типу батарей

Разграничить гибридные автомобили можно и по третьему признаку – типу емкостных батарей. В зависимости от используемых в аноде, катоде и электролите химических элементов изменяются и показатели аккумуляторов. В настоящее время в серийных гибридах можно обнаружить никель-металл-гидридные, литий-металл-фосфатные, литий-полимерные и литий-ионные батареи. Наибольшее распространение, безусловно, получил последний тип. Сегодня основной целью производителей аккумуляторов является повышение удельной емкости (емкости на единицу массы). Однозначного фаворита в этой группе определить сложно, каждый из химических источников тока еще далек от своих теоретических пределов. Определенно, именно от возможностей аккумуляторов во многом зависят способности гибридных автомобилей. Но значительное повышение эффективности аккумуляторов может сделать электрокары приоритетным видом транспорта, а тогда целесообразность гибридных автомобилей ставится под вопрос.

⇡#Выбор гибрида

Уже столько сказано про историю развития гибридных автомобилей и их устройство, но вопрос покупки подобного транспортного средства остается открытым. Выгодны ли гибриды? Удобны ли они в эксплуатации? Какие трудности ждут владельца гибридного автомобиля? И главное: какой гибрид выбрать? В августе в рамках еженедельного обзора новых технологий автомобильной промышленности мы рассмотрели отчет британской автомобильной ассоциации British Columbia Automobile Association, в котором специалисты скрупулезно подсчитали экономический эффект от покупки автомобиля с двумя типами двигателей. Результат обескураживающий: из 16 рассмотренных моделей лишь одна вышла в плюс в сравнении с ближайшим бензиновым аналогом. Почему получилось так, что автомобили с меньшим расходом топлива бьют по кошельку сильнее? Несмотря на неутихающие споры в обществе автомобилистов, гибрид по определению технически сложнее аналогичного автомобиля с единственным бензиновым ДВС. И хотя электромотор устроен довольно просто, он все же требует периодической проверки и планового технического обслуживания. В результате регулярный осмотр в официальном сервисе заметно облегчит кошелек. К тому же век емкостных батарей недолог — в зависимости от устройства и условий эксплуатации их срок жизни может длиться от нескольких лет до десятилетия. Замена аккумуляторов – процедура не из дешевых. Вот и получается в итоге: экономишь на одном, тратишь на другом. Покупать гибрид с прицелом на экономию нельзя.

Кто определенно будет доволен покупкой автомобиля со смешанным силовым агрегатом, так это любители высоких технологий. Короткие пробежки на электродвигателе (доступно не для всех гибридов), обилие информационных дисплеев, бесшумное перемещение в пробке. Все это, безусловно, доставит удовольствие техноманьяку. Что еще более приятно, так это удивление друзей, коллег и просто соседей по потоку — восхищенные взгляды окружающих дорогого стоят.

Вы еще не передумали приобретать гибрид? Тогда вам может пригодиться следующая таблица, в которую мы включили основные данные о 25 гибридных моделях: стоимость, форм-фактор, расход топлива. Дополнительно отмечено время разгона с 0 до 100 км/ч, эта цифра обязательна для понимания технических способностей автомобиля.

Полностью доверять цифрам нельзя: не всегда производитель заявляет полные официальные спецификации, а условия тестов могут отличаться. В целом, если отбросить невероятные характеристики самого экономичного, самого дорогого и в то же время самого быстрого Porsche 918 Spyder Hybrid, который еще не поступил в продажу, собранные данные вполне справедливы. Желающим максимально сэкономить можно порекомендовать Toyota Prius и Honda Insight: основатели рынка все еще смотрятся довольно привлекательно. Выбирать гибридные внедорожники Cadillac Escalade или Chevrolet Tahoe можно только ввиду комплектации, вряд ли электромотор существенно повлияет на расход топлива огромных монстров. В целом же лучше вообще не разделять рынок на автомобили с ДВС и гибридные, а рассматривать все предложения, анализируя новые технические возможности лишь в качестве бонуса. Наверняка через 10-15 лет именно так и будет, большинство моделей станут гибридными, а возможность ехать некоторое время на электрической тяге станет обыденной функцией.

В заключение приведем статистику продаж. С момента появления первых современных серийных гибридных автомобилей в 1997 году и по сей день двумя основными рынками для этих транспортных средств остаются Япония и США: на их долю приходится более 90% от общего тиража. Но даже в этих странах относительный объем продаж гибридов очень мал: в июле в США гибриды составили 2,27% от общего рынка легковых автомобилей. Перейдем к конкретным цифрам.

Статистика продаж гибридных автомобилей довольно пессимистична: снижение объема практически по всем моделям. Наиболее удачным для этого сегмента рынка годом стал 2007, с тех пор продолжается планомерное уменьшение спроса. Котировки нефти на мировых торговых биржах давно отступили от максимальных значений, следовательно, можно не экономить сжигаемое топливо. Свою роль сыграл и мировой финансовый кризис.

Вместе с тем из статданных становится очевиден безоговорочный лидер рынка гибридов – Toyota Pruis. Не зря японцы инвестировали в будущее.

Несмотря на всю неоднозначность использования гибридного привода в современных автомобилях, уже в ближайшем будущем мы увидим дальнейшее развитие этой технологии. Возможно, гибрид придет и в ваш дом.

Всё о гибридных автомобилях, сравнение гибридов с электрокарами

В наше время трудно кого-то удивить гибридными вариациями автомобилей. Они по расходу топлива выгоднее чем машины оснащённые ДВС и при этом дешевле электрокаров. Но в то же время, мало кто знает, как устроены гибриды и какие они вообще бывают. В этой теме я хочу прояснить ситуацию и дать вам понять, что гибридные авто это весьма интересное средство передвижения, которое кстати, нужно ещё правильно выбрать. Напоследок, сравню их с электрокарами.

• Как устроен автомобиль гибрид.
• Micro hybrids.
• Mild hybrids (MHEV).
• Full hybrids (FHEV).
• Электрополноприводные гибриды.
• Последовательные гибриды.
• Последовательно-параллельные гибриды.
• Plug-in hybrids (PHEV).
• Будущее гибридов.
• Что лучше — гибрид или электромобиль?

Как устроен автомобиль гибрид

В наши дни частенько попадаются транспортные средства, на борту которых можно увидеть надпись — «Hybrid». Что там внутри у них такого интересного? Реально, ответить на данный вопрос и легко, и сложно. В общем понимании, это транспортное средство, в состав силовой установки которого, входят электродвигатель и ДВС. Они тем или иным образом совместными усилиями вращают колёса.

В принципе, этой информации должно быть достаточно, чтобы объяснить любому несведущему человеку понятие «гибридный автомобиль». Однако если углубиться в тему, то получается не всё так просто с этими гибридами. За долгие годы разработки гибридных установок, инженеры наплодили такое количество вариантов компоновок, что выстроилась довольно стройная система их классификации. Запутаться во всём этом обилии конструкторских изысков проще простого, поэтому в представленном далее материале, я разложил всё по полочкам. Объяснил, какими вообще бывают гибридные машины и как именно эти аппараты устроены. У каждого класса имеются свои плюсы и минусы, разнятся они и по эффективности.

1. Micro hybrids

Микрогибриды являются стартовой ступенью классификации. В таких транспортных средствах электричество ещё не помогает ДВС, а правильней будет сказать, не мешает ему функционировать. Однако невзирая на скромные возможности, маркетологи присваивают подобным разработкам довольно смелые названия. К примеру, такой известный производитель как BMW, дал своей системе название EfficientDynamics — «Эффективная Динамика»!

Во главе угла у рассматриваемой силовой установки стоит «умный» генератор. Электричество для других агрегатов авто, данный девайс старается вырабатывать во время замедления хода, а вот при наборе скорости, он перестаёт работать, снимая тем самым нагрузку на двигатель. В общем, система отличается простотой и её можно внедрить на любую современную машину, ведь микроконтроллер «умного» заряда, есть возможность устанавливать непосредственно на клемму аккумуляторной батареи.

Также, к микрогибридным технологиям приписывают систему Start-Stop, в автоматическом режиме глушащую силовой агрегат когда автомобиль останавливается. Этот способ даёт возможность сокращать потребление горючего и объём выбросов вредных веществ в атмосферу.

Преимущества:

• простота;
• не высокая цена;
• не влияет на массу авто.

Недостатки:

• эффективность находится на минимальном уровне;
• система Старт-Стоп требует более сложных и дорогостоящих стартеров и аккумуляторов.

Заявленная экономия горючего: 2-5%.

Где можно встретить: Mini Cooper, BMW 1-series, Mazda6.

2. Mild hybrids (MHEV)

В «мягких» гибридах электрический мотор уже реально оказывает помощь двигателю внутреннего сгорания, положительным образом воздействуя на динамику авто. Однако передвигаться на одной лишь электрической тяге, такое транспортное средство ещё не может.

В основе Mild hybrids лежит электродвигатель двойного действия, состыкованный с бензиновым силовым агрегатом. При замедлении он осуществляет выработку электричества, а когда машина разгоняется, агрегат наоборот, расходует накопленную энергию, повышая значение крутящего момента на коленчатом валу двигателя внутреннего сгорания.

Обычно, данный электродвижок называют стартер-генератором, потому как девайс успешно заменяет оба агрегата. Попутно, с помощью этого устройства реализуется более продвинутая система Start-Stop, когда ДВС глушится ещё до полной остановки авто.

Существует пара вариантов компоновки стартер-генератора:

• установка вместо обычного генератора, но с более мощным приводным ремнём и двумя натяжными роликами;
• установка вместо маховика.

Стоит также отметить, что MHEV нуждается в дополнительном источнике питания небольшой ёмкости, который может накапливать электроэнергию, производимую в процессе замедления. Использовать данную энергию можно и не напрямую. К примеру, в мощных Ауди, аккумулятор на 48V отвечает за питание электрифицированного нагнетателя воздуха, повышающего отдачу дизельного мотора.

Преимущества:

• возрастает динамика;
• легко внедряется;
• относительно дешёвая система.

Недостатки:

• большая часть энергии затрачивается на вращение двигателя внутреннего сгорания, что говорит о не оптимальности конструкции.

Заявленная экономия горючего: 5-10%.

Где можно встретить: Range Rover Evoque, Audi A6, A7, A8, Ferrari LaFerrari.

3. Full hybrids (FHEV)

«Полные» гибриды являются следующей вехой в развитии гибридных машин — тут уже электродвигатель может приводить автомобиль в движение исключительно собственными силами. К классу FHEV относят транспортные средства, которые способны преодолеть хотя бы небольшое расстояние исключительно посредством электрической тяги. Но, хотя путь преодолеваемый на таком оборудовании скромен, энергозатраты инженеров при его разработке были колоссальными. Такая техника устроена гораздо сложнее, чем Mild hybrids.

Электрический двигатель в FHEV соединён с двигателем внутреннего сгорания не постоянно: между этими агрегатами конструкторы вынуждены ставить муфту либо механизм сцепления. Данные устройства дают возможность гибридному авто передвигаться с заглушенным мотором и эффективнее накапливать электроэнергию при замедлениях.

Для того чтобы машина могла ездить только на электричестве, требуется более ёмкая АКБ, да ещё и высоковольтная. Аккумулятор в свою очередь, нуждается в мощном инверторе, контроллере, преобразователе напряжения (для запитки остальной электроники), а то и в собственной системе охлаждения. Кроме того, на электропитание приходится переводить и «периферию», которая нужна автомашине во время движения: усилитель рулевого управления, тормозов, компрессор кондиционера и т. д.

По итогу, полный гибрид оказывается у производителя значительно тяжелее и дороже обычного автомобиля, который работает только на бензине или дизельном топливе. Но в то же время, экономия горючего выходит по приличней. Кроме того, по сравнению с MHEV, электродвигатель FHEV обеспечивает и более существенную прибавку к динамическим показателям авто. Но это при условии, что по ходу езды, вы будете тормозить достаточное количество раз, чтобы обеспечить зарядом не маленький накопитель электрической энергии.

Преимущества:

• выше эффективность и/или прибавка в динамических показателях.

Недостатки:

• большая масса;
• сложное устройство;
• высокая цена.

Заявленная экономия горючего: 15–25%.

Где можно встретить: Infiniti Q50 Hybrid, Porsche Cayenne S Hybrid, Range Rover Hybrid.

4. Электрополноприводные гибриды

Это вариация FHEV, в которой традиционный мотор и электродвижок отвечают каждый за свою ось. К примеру, четырёхцилиндровый дизель совместно с роботизированной КПП вращает переднюю ось, а электродвигатель со своим редуктором, приводит в движение задние колёса.

Подобная схема даёт возможность с относительно малыми потерями превратить недорогостоящую версию любого авто не просто в гибрид, а даже в полноприводный гибрид. Дорабатывать ДВС практически не понадобится, а вот преобразованием задка гибрида для размещения там аккумуляторной батареи придётся заняться в любом случае.

Преимущества:

• по конструкции такие автомобили относительно просты;
• полный привод;
• меньшая себестоимость.

Недостатки:

• ниже эффективность;
• уменьшается объём багажного отделения;
• выше масса.

Заявленная экономия горючего: до 20%.

Где можно встретить: Peugeot 3008 Hybrid4, Mazda Demio e-4WD.

5. Последовательные гибриды

Большинство гибридных авто являются параллельными — это когда электродвигатель и двигатель внутреннего сгорания, могут приводить машину в движение совместными усилиями либо по одному. Однако имеют место и последовательные гибридные модификации, которые к слову, широкого распространения среди легковых машин не возымели.

В последовательных гибридах, двигатель внутреннего сгорания не соединяется с осями — он состыкован только с генератором, производящим электроэнергию. Это электричество потребляет тяговый электродвижок (или электродвижки), приводящий в движение колёса. Присутствует АКБ, накапливающая энергию во время рекуперативного торможения и повышающая отдачу силовой установки при максимальных нагрузках.

Теоретически, при такой схеме, экономия горючего может быть больше, в отличие от параллельной. Тут, во-первых, отсутствует громоздкая трансмиссия, на вращение которой затрачивается энергия, второе — ДВС функционирует на постоянных оборотах в самом выгодном режиме.

Однако на практике, последовательные конструкции оказались неудобными в эксплуатации, а причиной этому послужили особенности характера электромоторов. По ходу возрастания оборотов у них быстро снижаются тяговые характеристики и средству передвижения трудно развить высокий показатель скорости. Из-за этого, разработчики вынуждены устанавливать мощный электрический двигатель и ёмкий накопитель электроэнергии, который проще подзаряжать от розетки, а не от маленького генератора находящегося на борту гибрида.

Достоинства:

• относительно низкий показатель массы;
• простая конструкция силовой установки.

Недостатки:

• ездовые характеристики находятся на неоптимальном уровне;
• стоимость.

Где можно встретить: Fisker Karma, BMW i3 REX.

6. Последовательно-параллельные гибриды

В 90-х годах, Тойота разработала оригинальный мотор, который объединял в себе последовательную и параллельную схемы. Данный силовой агрегат лёг в основу революционного хэтчбека Toyota Prius — первого в мире серийного гибрида. Машина была оснащена бензиновым четырёхцилиндровым ДВС, двумя электродвигателями и планетарным редуктором, соединяющим их между собой.

На сегодняшний день Приус выпускается в таких версиях: обычный гибрид и подзаряжаемый гибрид.

В схеме Toyota Prius инженерам удалось совместить сразу все сценарии:

1. эффективное накопление электроэнергии при рекуперативном торможении;
2. возможность двигаться только на топливе или только на электроэнергии;
3. задействование обоих источников энергии одновременно;
4. зарядка аккумуляторной батареи от ДВС в то время, когда авто стоит.

Кроме того, средству передвижения такой конструкции, не нужна КПП: планетарный редуктор с электродвигателями выступают как бесступенчатая трансмиссия.

Сегодня мы можем наблюдать уже четвёртую генерацию гибридной силовой установки. Производитель дал ей имя Hybrid Synergy Drive и ставят это оборудование не только на Приус, но и на остальные гибриды Тойоты и Лексуса. Возможно, HSD могла бы стать ещё более распространённой, однако данная система защищена патентами Toyota.

Достоинства:

• высокая эффективность;
• простота конструкции;
• низкая масса.

Недостатки:

• управляющая электроника имеет относительно сложное устройство;
• стоимость.

Заявленная экономия горючего: до 40%.

Где можно встретить: Toyota Prius, Lexus RX 450h, BMW X6 ActiveHybrid, Mercedes ML 450 Hybrid.

7. Plug-in hybrids (PHEV)

Какие бы совершенные технологии не использовались в гибридах, всё равно, эффективность таких транспортных средств ограничивается дорожными условиями. Если движение равномерное, то электрическая начинка превращается в балласт. Почему имеет место подобное недоразумение? Да всё просто на самом деле — пополнить запасы электроэнергии гибридный автомобиль может только во время замедления. Зарядку электронакопителя от ДВС учитывать не стоит, ведь сэкономить там горючее не получится.

А что если зарядить аккумулятор заблаговременно, от внешнего источника питания, пока машина припаркована? Хороша идея? Без сомнений! Вот так и появилась высшая категория гибридных авто.

Класс PHEV наполняется всё большим количеством моделей и вполне возможно, что в скором времени, такие конструкции полностью вытеснят остальные гибриды не оснащённые разъёмами для осуществления процедуры подзарядки.

Силовые установки у машин Plug-in hybrids такие же, как и обыкновенных Full hybrids, но ёмкость аккумуляторов существенно больше. При вполне приемлемой стоимости и массе, современные батареи дают возможность преодолеть на электричестве несколько десятков километров. В принципе, такого запаса хода должно хватить, чтобы по пути на работу и обратно вообще не расходовать топливо.

Достоинства:

• такие совершенные гибриды позволят автовладельцу экономить топливо по максимуму;
• минимальное количество вредных выбросов в атмосферу.

Недостатки:

• высокая цена;
• большая масса;
• зависимость от электрозаправочной инфраструктуры.

Заявленная экономия горючего: до 70%.

Где можно встретить: Volkswagen Golf GTE, Range Rover P400e, Chevrolet Volt, Mitsubishi Outlander PHEV.

Будущее гибридов

В гонках на выносливость экономия горючего имеет не меньшее значение, чем показатель мощности. В этом плане гибридные болиды являются просто идеальным решением, но в то же время, если капризная электроника хитроумной системы начнёт давать сбои, то участник соревнований просто обречён на провал.

В 2020 году в Европе приняли закон, требующий чтобы средние выбросы CO2 у новых моделей автопроизводителя не превышали отметку 95 г/км на 1370 килограмм приведённой массы. За каждый лишний грамм с каждой проданной машины, придётся заплатить штраф.

Такие требования соответствуют комбинированному расходу бензина приблизительно в 4,1 л на сотню километров или 3,6 л дизтоплива. Войти в эти жёсткие рамки, возможно лишь дополняя транспортные средства аккумуляторами и электродвигателями. Но, даже современный Full hybrids с трудом может взлезть в упомянутые пределы. А через несколько лет требования планируют сделать ещё более жёсткими, поэтому очевидно, что скоро, гибриды будут востребованы как никогда раньше.

Что лучше — гибрид или электромобиль?

Этот вопрос напрашивался сам собой, так как гибриды являются переходным звеном от ДВС к электрокарам и стоят дороже первых, но пока что дешевле вторых. Сравнивать с чистыми электромобилями мы будем Plug-in hybrids, то есть, самую продвинутую разновидность гибридов.

Преимущества гибридов над электрокарами

✅ Доступность. В некоторых регионах РФ найти электромобиль не просто, либо его эксплуатация сопряжена с некоторыми затруднениями. К примеру, это может быть слишком холодный климат или долгие зимы.

✅ Не влияет отсутствие зарядной инфраструктуры. В принципе, для поездки на работу и обратно, вам скорее всего хватит одного заряда АКБ электрокара на несколько дней, а вот с дачей например, на которую нужно ездить каждые выходные, такой фокус уже не пройдёт. Допустим, это расстояние будет порядка 300 километров без быстрых зарядных станций — сами понимаете, для большинства электромобилей это не подъёмной ношей является. Совсем по другому обстоят дела с PHEV, на котором часть пути можно проехать на бензине, а подзарядкой заняться уже в домашних условиях.

✅ Отсутствие опыта эксплуатации электромобилей. Будем смотреть правде в глаза — на данный момент, для среднестатистического российского автолюбителя, электрокар является загадкой. С гибридом всё же проще будет!

✅ Цена. Гибриды дешевле электрокаров такого же класса.

Преимущества электромобилей над гибридами

✅ Машину оборудованную только электрической тягой нужно меньше обслуживать. Естественно, в гибридах присутствует ДВС, который всё также требуется обслуживать, как и в случае с традиционным автомобилем.

✅ Больше рекуперации. Для пользователей предпочитающих вождение с одной педалью, больше подойдёт электрокар, по той причине, что он обеспечивает сильнейшее и более экономичное рекуперативное торможение.

✅ Больше тяги. В распоряжении электрокаров, как правило, более крупные аккумуляторы, которые могут подавать на электродвигатель гораздо больший ток, да и сам силовой агрегат у них больше. Электромобиль всегда быстрее, чем аналогичный Plug-in hybrids работающий в электро-режиме.

✅ Больше внутреннего пространства. Если электрокар разрабатывался с нуля, то при схожих с гибридом внешних габаритах, он будет иметь больше свободного места в салоне, так как АКБ дислоцируется под полом, а ДВС с его дополнительным оборудованием и вовсе отсутствует.

✅ Налоговые льготы. В некоторых регионах РФ имеют место льготы на транспортный налог для электромобилей. Для гибридов же, подобная лояльность не предусмотрена.

Как видим, гибриды на данный момент очень даже выгодными и доступными транспортными средствами являются. Для любителей экологии — это отличный способ попрактиковаться перед приобретением чистого электрокара. Да, нынешние электрокары адресованные широким массам ещё далеки от совершенства, но со временем они преобразятся технически и подешевеют, поэтому PHEV с большой вероятностью утратят свою популярность в значительной степени. Plug-in hybrids на этот момент по стоимости всё также будут превосходить традиционные авто оборудованные ДВС, но, скорее всего, будут стоить дороже, чем большинство средств передвижения на чистой электрической тяге.

Как работает гибридный двигатель, автомобиль гибрид

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 .

Разновидности и классификация гибрида

Из вышесказанного уже становиться понятно, что исполнений гибридных автомобилей по принципу использования электродвигателей очень много. Основными являются:

• Последовательное исполнение. ДВС механически соединён только с электрогенератором, а тяговый электродвигатель — только с колёсами.

• Параллельное исполнение. ДВС и электропривод одновременно механически соединены с колёсами с помощью дифференциала. В таком исполнении чаще всего ДВС и электропривода могут работать как по отдельности, так и совместно. Обычно в таких исполнениях присутствует стандартная КПП.

• Последовательно-параллельное исполнение. ДВС, генератор и электродвигатель механически связаны друг с другом и с колёсами посредством планетарного редуктора. Это позволяет произвольно изменять потоки мощности между этими узлами.

Еще гибриды могут различаться по типу накопителей. У гибридных автомобилей, как правило, накопитель имеет меньшую ёмкость и вес, если сравнивать его с электромобилями . Накопители в гибридах бывают:

• Электрические. Представлены в виде электрохимических аккумуляторов.
• Механические. Представлены в виде пневматических аккумуляторов, гидроаккумуляторов с пневматическим накопителем

Некоторые электромобили способны передвигаться без запуска ДВС, то есть в режиме электромобиля. Если автомобиль можно заряжать от посторонней сети, то такой автомобиль называется “подключаемый гибрид”.

История гибрида

Первым гибридным автомобилем считается Lohner-Porsche выпущенный в 1900 году, этот авто вначале был полностью электрическим (как Вы знаете электромобили появились намного раньше привычных с ДВС), но спустя год после его выпуска появилась гибридная версия. На автомобиле были установлены два бензиновых двигателя, которые вращали электрогенераторы, которые в свою очередь подавали электрический ток на электродвигатели в колёсах.

Lohner-Porsche

В Советском Союзе тоже велись разработки по созданию гибридного автомобиля. Так, первым стал грузовик УАЗ-450, разработки по созданию из него гибридного автомобиля велись в 1958 году. Там двигателю внутреннего сгорания помогал маховик, который накапливал кинетическую энергию и в необходимый момент помогал вращать колеса. Такой гибрид позволял экономить до 40% топлива.

УАЗ-450

К сожалению гибриды тех времен не были востребованы, поскольку получались слишком массивны и неремонтопригодными. Это связано с технологиями, на тот период времени уровень техники еще не позволял сделать надёжный, компактный, гибкий и по приемлемой цене привод.

Сколько существует типов гибридных автомобилей?

Начнем с того, что слово «гибрид» происходит из латинского языка и означает нечто, имеющее смешанное происхождение или сочетающее разнородные элементы. Говоря об автомобилях то здесь это означает автомобиль с двумя типами силового агрегата (двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель).

Виды гибридных авто:

• мягкий;
• последовательный;
• параллельный;
• полный;
• аккумуляторный.

Мягкий гибридный автомобиль

Мягкий. Здесь стартер и генератор полностью заменены на электродвигатель, который используется для запуска двигателя и его поддержки. Таким образом динамика автомобиля увеличивается, при этом снижается потребление топлива примерно на 15%. Типичными примерами мягких гибридных автомобилей являются Suzuki Swift SHVS и Honda CRZ

Мягкие гибридные автомобили используют небольшой электрический двигатель, который заменяет стартер и генератор переменного тока (так называемое «динамо»). Таким образом, он помогает бензиновому двигателю и выполняет электрические функции автомобиля при отсутствии нагрузки на двигатель.

Наряду с системой start-stop , которая идет в комплекте, мягкая гибридная система значительно снижает потребление, но ни в коем случае она не приближается к уровням полного гибрида.

Полностью гибридные автомобили

В полностью гибридных системах автомобиль может приводиться в движение электромотором на любом этапе движения. И при ускорении, и в движении со стабильно небольшой скоростью. Например, в городок цикле автомобиль может использовать один только электродвигатель. Для понимания, полным гибридом является автомобиль BMW X6 ActiveHybrid.

Система полного гибрида массивная и ее гораздо сложнее установить, чем в случае с «мягким» гибридом. Тем не менее, они могут значительно улучшить динамику автомобиля. Кроме того, использование только электроэнергии при движении в городе может снизить расход топлива на 20%.

Подзаряжаемый гибрид

Подзаряжаемый гибрид – это автомобиль, который имеет двигатель внутреннего сгорания, электромотор, гибридный модуль, аккумуляторную батарею с возможностью ее подзарядки от розетки. Его главная особенность в том, что аккумулятор здесь средних размеров: меньше, чем в электромобиле, и больше, чем у обычного гибрида.

3 типа гибридных агрегатов

Как было уже отмечено ранее, гибридная система автомобиля представляет собой комбинирование моторов, своего рода, две разных скрещенных технологии. Технику гибридного привода характеризуют в двух направлениях – это двухтопливный или бивалентный и гибридный силовой агрегат.

Данное разделение на две комбинации силовых агрегатов определено для их классификации по разному принципу работы.

Устройство гибридного силового агрегата включает в себя двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель-генератор. Таким образом, электродвигатель это и генератор энергии, и тяговый электродвигатель, и стартер для пуска ДВС.

Существует три типа гибридного силового агрегата. Главным критерием для классификации служит исполнение основной конструкции. Следовательно, выделяют: микрогибридный силовой агрегат, среднегибридный силовой агрегат и полногибридный силовой агрегат.

Микрогибридный силовой агрегат

Концептуальная особенность данного типа привода заключается в его электрической части, которая необходима только для выполнения функции «старт-стоп». При этом, часть выработанной кинетической энергии повторно используется как электроэнергия (процесс рекуперации).

Привод исключительно за счет работы электрической тяги не возможен. Рабочие характеристики 12-вольтного аккумулятора гибрида с наполнителем из стекловолокна приспособлены к частым пускам двигателя. Также для накопления энергии от рекуперации может использоваться накопитель в виде электрохимического конденсатора.

Микрогибрид от компании Mazda

Среднегибридный силовой агрегат

Электрический привод помогает работе двигателя внутреннего сгорания. При этом, движение гибрида лишь за счет электротяги не осуществляется. У данного типа гибридного мотора электрическая энергия регенерируется при торможении, а затем накапливается в высоковольтной аккумуляторной батарее.

Устройство высоковольтной АКБ гибрида и всех его электрических частей отвечает необходимому уровню напряжения, что позволяет вырабатывать достаточно высокую мощность. В итоге, благодаря поддержке ДВС электродвигателем, его работа характеризуется максимальной эффективностью.

Полногибридный силовой агрегат

Работа двух моторов: электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания, в данном типе комбинируется между собой. Полногибридный тип позволяет машине двигаться только за счет электрической тяги и достаточно большое расстояние. При определенных условиях силовой агрегат функционирует как среднегибридный.

В этих автомобилях устанавливаются достаточно мощный электродвигатель и высоковольтные АКБ большего объема, что и позволяет им выдавать такие характеристики. Основой подзарядки батареи выступает также процесс рекуперации энергии.

Функция «старт-стоп» реализована для двигателя внутреннего сгорания, который запускается только при необходимости. А разъединение ДВС с электродвигателем осуществляется за счет установленного сцепления между ними, поэтому они могут функционировать независимо друг от друга.

Принцип работы гибридных двигателей

Гибридный двигатель устроен таким образом, что оба мотора работают, условно говоря, друг на друга. Двигатель внутреннего сгорания крутит генератор и снабжает энергией электромотор, а тот позволяет «напарнику» работать в оптимальном режиме без резких колебаний и нагрузок. К тому же, гибриды обычно оснащаются системой рекуперации кинетической энергии KERS (аналогичную той, что применяется на болидах Формулы-1).

Эта система позволяет заряжать аккумуляторные батареи во время торможения и при движении машины накатом. Принцип ее работы в том, что при торможении колеса приводят в действие электромотор, который в этом случае сам играет роль генератора и заряжает аккумуляторы. Особенно полезна KERS при езде по городу в режиме «тронулся-остановился».

Список автомобилей с гибридными двигателями
Audi Q5 Hybrid
BMW Active Tourer
Chevrolet Volt
Ford Escape Hybrid (Fusion Hybrid)
Hyundai Sonata Hybrid
Honda CR-Z (Insight Hybrid)
Jaguar Land Rover
Mitsubishi Outlander PHEV
Nissan Altima Hybrid
Toyota Prius (Camry, Highlander Hybrid, Harrier Hybrid

По степени гибридизации силовые агрегаты разделились три типа: «умеренные», «полные» и plug-in. В «умеренных» постоянно работает двигатель внутреннего сгорания, а электромотор включается только тогда, когда необходима дополнительная мощность.

Автомобиль с «полным» гибридом способен двигаться на одной электротяге, не расходуя горючего.

Plug-in, как и полный гибрид, может передвигаться только на электричестве, но имеет возможность заряжаться от розетки, совмещая таким образом все преимущества электромобиля, и избавляясь от его главного недостатка — ограниченного пробега без подзарядки. Когда заряд батарей кончается, plug-in работает как обычный гибрид.

Полная конструкция гибрида

Понять, как же работает современный гибридный автомобильный двигатель, поможет описание его устройства. Мотор состоит из:

• двигателя внутреннего сгорания. Конструкция детали разрабатывалась так, чтобы облегчить вес, минимизировать затраты топлива и количество вредных выбросов;
• электрического двигателя. Он сгенерирован с топливным баком и может вырабатывать энергию для заряда АКБ. Деталь встраивается в силовую систему или располагается отдельно. Есть модели с двумя вариантами размещения;
• трансмиссии. В зависимости от типа гибрида существуют интегрированные коробки передач, КПП с механикой или автоматическим управлением. Некоторые детали работают по принципу плавной нагрузки;
• топливного бака. Обеспечивает подачу топлива в ДВС;
• аккумуляторы. В гибридных машинах устанавливаются две батареи – высоковольтная для работы мотора и на 12 В для запитки бортовой системы. Системы запускаются от аккумулятора стандартного типа – высоковольтный и инвертор функционируют только при постоянном охлаждении;
• инвертор. Нужен для преобразования тока, идущего от высоковольтного аккумулятора в переменный трехфазный для электромотора, регулировки распределения энергии;
• генератор. Работает по принципу электрического агрегата, производит электроэнергию.

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:

• на городских дорогах требуется электродвигатель с небольшой мощностью;
• при езде на загородном шоссе задействуется топливный мотор;
• в смешанном режиме (периодические остановки и ускорения) агрегаты работают вместе.

Важно! В процессе работы ДВС происходит зарядка электрического мотора.

Основные преимущества и недостатки гибридных авто

Главным плюсом от использования тандема ДВС и электромотора стало заметное снижение расхода горючего. Показатель расхода топлива у современных гибридных машин до 30 % меньше по сравнению с обычными авто. Сжигание меньшего количества бензина или солярки одновременно позволило снизить уровень токсичности гибридов. Получается, гибридные авто являются более экономичными и дружелюбными к окружающей среде сравнительно с традиционными аналогами, которые оснащаются только ДВС. Также гибриды производят меньше шума в процессе работы.

Что касается электромобилей, гибридные решения сравнительно с электрокарами имеют больший запас хода, а также являются «универсальными» с точки зрения повседневной эксплуатации. Гибрид не требует обязательной зарядки от электросети и заправляется простым бензином. После сжигания топлива часть энергии накапливается в аккумуляторе, от которого приводится в действие электродвигатель. Дополнительным источником питания для заряда аккумулятора выступает рекуперация торможения, то есть преобразование кинетической энергии движущегося авто в электричество.

К недостаткам гибридов эксперты относят высокую начальную стоимость, а также определенные сложности в процессе ремонта и обслуживания подобных машин. Еще одним минусом является возможный критический разряд аккумулятора гибрида и быстрый выход из строя данного элемента в условиях значительных колебаний температур.

Стоит добавить, что хотя гибридные машины демонстрируют высокие показатели экономичности в городском потоке (постоянные остановки, работа в режиме холостого хода, движение на малых скоростях), на трассе эффективность гибридной силовой установки не так заметна. Дело в том, что в основе работы гибридов лежит определенное распределение нагрузок между агрегатом на электротяге и двигателем на углеводородах. Для поддержания высокой скорости основная нагрузка ложится именно на ДВС, в результате чего расход топлива закономерно возрастает.

Положительные стороны гибридных двигателей

1. Основное достоинство гибридов заключается в его экономичности. Минимальная экономия топлива составляет 20%, что в условиях роста цен довольно ощутимое преимущество.
2. Совместное использование двух двигателей снижает количество выбросов СО2.
3. Отличные ходовые характеристики, которые достигнуты благодаря рациональному накоплению и последующему перераспределению мощностей, выработанных совместно двумя двигателями.
4. В сравнении с традиционным автомобилем гибрид обладает ощутимым запасом хода, то есть он может продолжать движение даже с пустым баком.
5. Характеристики гибридных двигателей полностью идентичны традиционным моделям с ДВС, вопреки сложившимся стереотипам, а с учетом других преимуществ порой даже превосходит их.
6. Электродвигатели практически бесшумны, что добавляет комфорта при эксплуатации автомобиля.
7. В сравнении с электромобилем, АКБ гибрида заряжается от топливного двигателя, что увеличивает запас его хода.
8. Заправка автомобиля осуществляется тем же бензином, что и традиционные авто.

Минусы гибридных автомобилей

Наряду с перечисленными плюсами «гибриды» имеют и ряд негативных сторон, к которым можно отнести:

• Очень высокая стоимость самого автомобиля.
• Высокая сложность в конструкции влечет за собой высокую стоимость обслуживания.
• Недостаточно развитая система автосервисов. Сложность гибридной конструкции требует хороших знаний и высококлассных специалистов в автомастерских, что не всегда возможно, особенно в удаленных населённых пунктах.
• При выходе из строя батарей хозяину авто придётся довольно долго искать место доступной утилизации .

Особенности гибридного двигателя

Главная особенность такого агрегата в том, что в нем сочетаются два привода:

1. ДВС;
2. электродвигатель.
3. Они могут работать попеременно или одновременно. Такое сочетание выгоднее варианта, когда работает лишь электрическая тяга, ведь на данный момент у электромобиля есть ряд недостатков:
4. отсутствие развитой сети электрических заправок;
5. малый заряд, который хватает на небольшой участок пути (порядка 90-150 км);
6. длительность зарядки батареи (минимум пара часов).

И хотя мобильность электромобиля ограничена, у него высокий КПД, большой крутящий момент и нет вредных выбросов. К тому же ему не нужна нефть.

Именно в гибриде удалось совместить достоинства двух двигателей, обеспечив экологичность, экономичность, а также хорошие динамические качества.

Как работает гибридный двигатель

Принцип работы гибридного двигателя основан на том, что оба агрегата функционируют вместе, дополняя друг друга. ДВС приводит в движение генератор и обеспечивает электрический мотор энергией. Последний же обеспечивает плавную работу ДВС, снижая нагрузки и колебания. Более того, на гибриды стали ставить системы рекуперации кинетической энергии, которые заряжают батареи в случае торможения автомобиля либо езды накатом. Это обеспечивается приведением в действие электрического мотора, который начинает работать в виде генератора при торможении. Происходит зарядка батареи.

Гибридный двигатель в соответствии со степенью гибридизации может быть трех типов:

1. «умеренные»;
2. «полные»;
3. plug-in.

В первом варианте все время работает ДВС, включение электромотора осуществляется лишь при необходимости дополнительной мощности. Второй вариант может ехать только на электричестве без траты топлива. Plug-in также может ездить только на электричестве. При этом его можно заряжать от розетки. После того, как батарея разряжается, он будет работать как стандартный гибрид.

Как взаимодействует ДВС и электромотор в гибридах

Одной из первых разработок была схема, в которой каждая из силовых установок задействуется при определенных условиях. Если машина простаивает или движение происходит на малой скорости, тогда колеса крутит электродвигатель. Для ускорения и дальнейшего поддержания скорости подключается бензиновый двигатель. Последующее развитие технологии привело к тому, что на гибридах встречается несколько вариантов реализации взаимодействия привычного двигателя и электрического мотора. Такое взаимодействие может быть:

• последовательным;
• параллельным;
• последовательно-параллельным;

Последовательное взаимодействие

Последовательная схема напоминает электромобили, так как движение транспортного средства реализуется посредством работы электромотора. ДВС в такой конструкции подключается к генератору, от генератора питание поступает на сам электродвигатель, а также параллельно происходит заряд аккумуляторной батареи. На одном заряде литий-ионного аккумулятора с увеличенной емкостью зачастую можно пройти около 50 км. пути, после чего задействуется ДВС, который продлевает указанный отрезок до 10 раз (около 500 км.)

Последовательная схема

Это наиболее простой вариант. Принцип его работы заключается в следующем: крутящий момент от ДВС в данном случае передается исключительно генератору, который вырабатывает электричество и заряжает аккумуляторы. Автомобиль при этом движется только на электротяге.

Также для зарядки аккумуляторной батареи применяется система рекуперации кинетической энергии. Своим названием данная схема обязана последовательным преобразованиям энергии: энергия сгорания топлива двигателем внутреннего сгорания превращается в механическую, затем в электрическую при помощи генератора и снова в механическую.

Плюсы такой конструкции заключаются в следующем:

• ДВС всегда работает на неизменных оборотах, с максимальным КПД;
• нет необходимости оснащать автомобиль мощным и прожорливым двигателем;
• не нужно сцепление и коробка передач;
• автомобиль способен передвигаться и с выключенным двигателем внутреннего сгорания за счет энергии, запасенной аккумуляторной батареей.

Однако есть у последовательной схемы и свои минусы:

1. потери энергии в процессе преобразований;
2. большой размер, вес и высокая стоимость аккумуляторных батарей.

Наибольшая эффективность такой схемы достигается при движении с частыми остановками, когда активно работает KERS. Поэтому она нашла применение в городском транспорте. Также гибридные двигатели с последовательной схемой применяются в карьерных самосвалах, которым для работы важен большой крутящий момент и не требуется высокая скорость.

Параллельное взаимодействие

Гибриды с параллельным взаимодействием установок предполагают возможность как отдельной работы ДВС и электромотора, так и одновременное функционирование. Данная конструкция реализуется путем объединения при помощи специальных муфт электрического агрегата, двигателя внутреннего сгорания и трансмиссии. Подобные автомобили гибридного типа получают маломощный электродвигатель, который не только движет автомобиль, но и отдает мощность при разгоне. Зачастую такой электромотор является стартером и автомобильным генератором, конструктивно занимая промежуточное положение между ДВС и КПП.

Параллельная схема

Принцип работы «параллельного» гибридного двигателя полностью отличается от вышеописанного. Автомобили с гибридным двигателем, построенным по параллельной схеме, ездят с использованием и ДВС, и электромотора. Электродвигатель в таком случае должен быть обратимым, т.е. способным работать в качестве генератора. Согласованная работа обоих моторов достигается посредством компьютерного управления.

В зависимости от режима езды блок управления распределяет крутящий момент, поступающий от обоих элементов гибрида. Основную работу выполняет двигатель внутреннего сгорания, электромотор же подключается когда нужна дополнительная мощность (при трогании, ускорении), при торможении и замедлении он работает как генератор.

Плюсы подобной компоновки в том, что нет необходимости устанавливать аккумуляторную батарею большой емкости, потери энергии намного меньше, чем при последовательной схеме, поскольку ДВС напрямую связан с ведущими колесами, а кроме того, сама по себе конструкция довольно проста, а значит, дешева.

Основные минусы схемы – меньшая топливная экономичность по сравнению с другими вариантами и низкая эффективность в городских условиях. Машины с гибридным двигателем, построенным по параллельной схеме, наиболее эффективны при движении по трассе.

По данной схеме построены гибридные автомобили марки Хонда. Главный принцип руководства компании: схема гибридного двигателя должна быть как можно более простой и дешевой, а функция электромотора заключается лишь в помощи ДВС сэкономить максимально возможное количество топлива. У этой марки существует две гибридных модели – Civic (снят с производства в 2010 году) и Insight.

Последовательно-параллельное взаимодействие

В указанной конструкции двигатель внутреннего сгорания и электромотор соединяются посредством планетарного редуктора. Особенностью данной схемы реализации является то, что каждая силовая установка может задействоваться и отключаться, отдавая при этом минимум или максимум мощности на колеса. Более того, указанная мощность отдается отдельно или одновременно. В устройстве такой схемы присутствует генератор, который питает электромотор гибрида.

Лидером на рынке гибридных автомобилей сегодня является корпорация Toyota, которая использует последовательно-параллельную реализацию под названием Hybrid Synergy Drive.

Электрический двигатель, ДВС и генератор объединены в общую систему посредством планетарного редуктора. Двигатель внутреннего сгорания отдает минимум мощности на «низах» (цикл Аткинсона), позволяя экономить топливо. Гибридный автомобиль с такой схемой взаимодействия предполагает:

1. Экономичный режим движения только на электротяге с отключенным ДВС, во время которого электромотор питается от аккумулятора.
2. Поддержание заданной скорости путем распределения мощности ДВС на колеса и генератор, от которого питается параллельно работающий электродвигатель. Также осуществляется дозарядка аккумулятора.
3. Режим интенсивного ускорения и серьезных нагрузок, когда ДВС и электромотор работают параллельно. В данном режиме электрический двигатель питается от батареи, без отбора мощности у генератора.

Последовательно-параллельная схема

Последовательно-параллельная схема представляет собой совмещение первых двух. В параллельную схему добавлен дополнительный генератор и делитель мощности. Благодаря этому автомобиль при трогании и на малых скоростях движется только на электрической тяге, ДВС только обеспечивает работу генератора (как при последовательной схеме).

На высоких скоростях крутящий момент на ведущие колеса передается и от двигателя внутреннего сгорания. При повышенных нагрузках (например, при подъеме в гору), когда генератор не в силах обеспечить требуемый ток, электромотор получает дополнительное питание от аккумулятора (параллельная схема).

Поскольку в системе имеется отдельный генератор, заряжающий аккумуляторную батарею, электромотор используется только для привода ведущих колес и во время рекуперативного торможения . Через планетарный механизм (он же делитель мощности), часть крутящего момента от ДВС частично передается на колеса и частично отбирается для работы генератора, который питает либо электромотор, либо аккумуляторную батарею. Электронный блок управления все время регулирует подачу мощности из обоих источников.

Плюсы последовательно-параллельного гибридного двигателя данной схемы, в максимальной топливной экономичности и высокой экологичности. Минусы системы – сложность конструкции и высокая стоимость, поскольку требуется дополнительный генератор, достаточно емкая аккумуляторная батарея и сложный электронный блок управления.

Применяется последовательно-параллельная схема на автомобилях марки Тойота (Prius, Camry, Highlander Hybrid, Harrier Hybrid), а также на некоторых моделях Лексус. Подобными гибридными двигателями оснащаются машины Ford Escape Hybrid и Nissan Altima Hybrid.

Проверка и обслуживание гибридных автомобилей

Батареи, как правило, требуют замены через 15-20 лет, для электродвигателя не исключено наличие пожизненной гарантии. Обслуживание гибридных автомобилей рекомендуется проводить только в официальных сервисных центрах, которые оснащены специальным оборудованием и где работают специалисты, обученные принципам сервиса автомобилей этого вида. Проверка гибридного авто включает в себя:

• диагностические коды ошибок;
• гибридная батарея;
• изоляция батареи;
• работоспособность системы;
• система охлаждения.

Городские мифы о гибридах

1. Может ударить током. До сих пор кое-кто полагает, что водителя и пассажиров гибридного авто может ударить током. Это абсолютно не так. Гибриды имеют отличную защиту, в том числе и от риска такого поражения. И если вы думаете, что аккумулятор авто также взрывается как на смартфонах — вы ошибаетесь
2. Плохо работают в морозы. Почему-то некоторые автомобилисты считают, что гибридные авто плохо работают зимой. Это очередной миф, от которого пора уже давно избавиться. Все дело в том, что ДВС запускается высоковольтным электромотором и тяговой батареей, которые по мощности в разы превосходят традиционные стартер и АКБ. Пока батарея не нагреется до комнатной температуры, ее отдача будет ограничена, что лишь косвенным образом повлияет на выходную мощность системы, поскольку первичным источником энергии у гибрида остается двигатель внутреннего сгорания. Поэтому морозы такому автомобилю не страшны.
3. Дорогие в обслуживании.Многие считают, что обслуживать гибридные автомобили дороже, чем обычных бензиновых авто. Это не так. Стоимость техобслуживания одинаковая. Иногда даже техобслуживание гибридного авто может быть дешевле, благодаря особенностям силовой установки. К тому же гибридные автомобили гораздо меньше расходуют топлива, чем машины с ДВС.

Эксплуатация гибридов: разрушаем мифы

• Гибридные авто являются новинкой, которая до конца не усовершенствована и имеет множество недоработок. Это миф, так как бренд Тойота занимается полномасштабным серийным производством гибридных моделей почти 20 лет.
• В гибридах разряжаются аккумуляторы, что приводит к проблемам. Это правда, но только частично. На начальных этапах развития технологии подобные случаи встречались, но сегодня высокоточная электроника не допускает глубокого разряда батареи.
• Гибридные авто чаще ломаются, их дорого и сложно ремонтировать. Это миф, так как гибридные автомобили не менее надежны в эксплуатации по сравнению с обычными дизельными и бензиновыми ДВС. Большинство СТО комплексно обслуживают гибриды наравне с обычными авто. Более того, КПП в гибридах исключает наличие фрикционов, что делает такую трансмиссию простой и надежной, чего не скажешь о различных типах АКПП. Что касается ДВС, мотор на гибридах чаще работает на низких оборотах, не выходит на пиковые нагрузки. Если также учесть цикл Аткинсона, тогда моторесурс двигателя на гибриде намного больше обычного мотора.
• ДВС гибрида имеет меньшую мощность, такие авто теряют в динамике сравнительно с аналогами. Да, мощность ДВС на гибридах меньше, но за счет добавления электромотора суммарная мощность установок значительно превосходит мощность обычных аналогов с одним бензиновым мотором.
• Расход гибридной машины на практике не сильно отличается от обычного авто. Частично это правда, так как показатель расхода гибридных автомобилей напрямую зависит от режимов езды. Для достижения максимальной экономичности необходимо изменить стиль вождения на медленный, спокойный и плавный, избегая разгонов, активного дросселирования и т.д. Другими словами, сильные нажатия на педаль газа будут давать команду системе управления к тому, что необходимо завести ДВС.

• Аккумулятор для гибрида трудно найти в свободной продаже, а также батарея занимает много места в багажнике автомобиля. Это миф, так как аккумуляторы для гибридов всегда доступны к заказу в авто магазинах, а также представлен широкий выбор на различных Интернет-ресурсах. Что касается свободного места, батарея практически не занимает полезное пространство в багажном отсеке.
• На гибридную машину нельзя поставить газ. Это миф, так как мировые производители ГБО производят оборудование, совместимое с электронным блоком управления гибридным авто.

Срок службы аккумулятора гибридного автомобиля

Батареи в современных гибридах рассчитаны на срок не менее 150 000 километров. Некоторые могут даже продержаться до 250 000 км пробега и более. Если вы являетесь первоначальным владельцем гибридного автомобиля, скорее всего, вам не придется заменять аккумулятор на протяжении довольно длительного времени, потому что изнашивается он очень медленно.

Тем не менее, гибридные батареи не защищены от влияние окружающей среды и законов физики. Как и любая другая часть автомобиля, они могут неожиданно выйти из строя. Вот почему автопроизводители предоставляют длительные гарантии на батарейный блок. Например, батарейный блок в Toyota Prius имеет гарантию на 150 000 километров. Honda и Ford дают гарантию на 100 000 километров пробега. Поэтому, можно с уверенностью сказать, что замена батареи – это редкое событие в мире гибридных электрокаров.

Если вы столкнулись с заменой батареи, не нужно паниковать. Стоимость нового батарейного блока для разных моделей гибридов продолжает снижаться и теперь составляет около 3000 долларов США. Но помните, что замена аккумулятора должна быть произведена профессионалам. Существуют строгие правила по обращению и утилизации старых батарей, которые могут быть источником опасных веществ.

Что касается самой замены, то очень немногие сторонние механики имеют необходимые навыки для решение этой задачи. Почти все замены выполняются сегодня дилерами, у которых есть опыт и нужное оборудование, чтобы сделать это правильно. Новые батареи, установленные официальным дилером, поставляются с полной гарантией, что является довольно существенным моментом.

Хотя существует много теорий о том, как продлить срок службы батарей гибрида, они очень малоэффективны. Простое поддержание вашего автомобиля в соответствии с рекомендациями — это лучший способ гарантировать, что ваш аккумулятор останется здоровым как можно дольше.

Когда вы узнаете, что пришло время для новой батареи? Тут все просто, ведь ваш автомобиль скажет вам об этом. Благодаря тому, что современные гибриды работают под пристальным слежением бортового компьютера, вы всегда будете в курсе не только того, что ваша батарея требует замены, но и сможете оперативно узнать о любых проблемах с вашим авто.

Вывод

Приобретая автомобиль-гибрид, многие автолюбители сомневаются – стоит ли переплачивать 30% стоимость просто за наличие еще одного двигателя (электрического). Наш ответ однозначен – конечно же, стоит! Деньги, потраченные на покупку, вернутся вам уже через 2-3 года – вы будете заметно экономить на заправке, что, несомненно, положительно скажется на вашем бюджете. Кроме того, все гибриды – современные машины, оснащенные самими новыми разработками лучших конструкторов. Соответственно, вместе с автомобилем вы покупаете ежедневный комфорт и безопасность для вас и вашей семьи!

Заключение

Мы рассмотрели все типы гибридов и схемы их взаимодействия, но в целом существует множество видов, которые сложно отнести к одной из них, поскольку с течением времени технологии все больше смешиваются и дорабатываются.

На одних используют гидромуфты с редуктором вместо планетарной передачи, на других экспериментируют с задним расположением ДВС или вообще разносят по двум осям ДВС и электродвигатель. Конструкторы не останавливаются на достигнутом и все больше развивают это направление.

Источник https://3dnews.ru/598817/page-2.html

Источник https://natoke.ru/articles/291-vsyo-o-gibridnyh-avtomobiljah-sravnenie-gibridov-s-elektrokarami.html

Источник https://krutigayki.ru/kak-rabotaet-gibridnyj-dvigatel-avtomobil-gibrid/

Источник