От бережного использования топлива и уменьшения загрязнений до достижения высоких скоростей: чем и для чего автомобильные компании сочетают электропривод с ДВС.
Япония разрешила
Если максимально кратко, то гибрид — это автомобиль, в котором одновременно используются двигатель внутреннего сгорания и электромотор.
Такое решение можно отнести к промежуточному этапу, связывающему два мира – машины, работающие на топливе, и полностью электрические. электрокарами.
Окончательный переход из одной эпохи в другую может произойти не скоро или вообще не произойти, но производители утверждают, что через 5-10 лет все выпускаемые модели будут частично электрифицированы. Это не означает, что двигатели внутреннего сгорания исчезнут полностью, но гибриды скорее всего станут нормой. При этом они будут решать разные задачи в зависимости от конструкции и общей концепции.
Типы гибридных автомобилей
Главная причина создания подобных машин состоит в… экономия топлива и необходимость вписываться во все более жесткие экологические нормыКроме того, учитывается средний показатель вредных выбросов во всех моделях производителей, из-за чего компании прибегают к различным хитростям.
«Мягкие» гибриды (mild hybrid)
Самая простая и доступная технология, не требующая радикальной переделки конструкции автомобиля, позволяет достичь нужных показателей по выбросам. В большинстве случаев установка мощного стартер-генератора — электромотора, способного как накапливать энергию, так и расходовать ее, является оптимальным решением.
Например, в пробках система старт-стоп может работать расширенно: двигатель прекращает работу раньше полной остановки машины (в это время накапливается заряд), а при начале движения стартер-генератор запускает его и помогает разгоняться первые секунды. Это ещё не полноценная езда на электротяге, но уже её небольшие проявления.
Экономия топлива – не единственный плюс такой системы. Она сглаживает переходные процессы, ведь традиционный старт-стоп часто работает рывками. Например, мотор может заводиться через секунду после отключения. «Мягкому» гибриду не нужна большая батарея, которая увеличивала бы массу и занимала место у пассажиров или багажа. Большая часть таких автомобилей использует 48-вольтовую бортовую сеть вместо стандартной 12-вольтовой. От неё помимо стартер-генератора питаются современные технические решения: например, электрические турбонагнетатели и активные стабилизаторы поперечной устойчивости – особенно популярны в немецком премиуме.
В «мягких» гибридах, как и во всех электромобилях до Tesla, по-прежнему используется традиционная 12-вольтовая сеть. Питать фары, мультимедийку, дворники и другие системы удобнее от привычного аккумулятора, чем переделывать все процессы.
Параллельные гибриды (parallel hybrid)
Такие автомобили можно считать обычными, наиболее популярными гибридами. Батареи в них имеют большую емкость, а электромотор чаще всего размещается между двигателем внутреннего сгорания и трансмиссией. Элементы этой системы могут функционировать как совместно, так и независимо друг от друга.
Автомобиль может передвигаться как на чисто электротяге, когда ДВС выключен и отключен от колес, так и в гибридном режиме, при котором разгон обеспечивают и топливо, и электричество. Аккумуляторы можно заряжать во время торможения за счет рекуперации, а также от двигателя, который в таком случае выступает генератором.
Получается своеобразное взаимодействие: в дворах и пробках гибридный автомобиль вполне может передвигаться без загрязнения атмосферы. При необходимости большей динамики оба типа энергии помогут разгоняться активнее, чем на топливе. Несмотря на то, что запас хода на электротяге редко превышает несколько километров, при городском вождении экономия топлива становится заметной.
Последовательные гибриды (series hybrid)
В данном проекте двигатель внутреннего сгорания и колеса никак не связаны механически — он лишь вырабатывает энергию для электромоторов. Теоретические преимущества очевидны: водителю доступно «электронное» управление тягой без перерыва и задержек, ДВС функционирует в оптимальном режиме и не раскручивается до предела, а автомобиль превращается в тихое и практически экологичное привидение с моторчиком.
Этот метод приводит к двум потерям энергии: сначала топливо преобразуется в электричество, а затем это электричество передаётся к колёсам. Поэтому подобная схема не используется в чистом виде, но некоторые модели, например BMW i3 или Chevrolet Volt, оснащены опциями под названием «увеличитель запаса хода». Двигатель внутреннего сгорания в большинстве случаев не работает, но готов помочь, если электричество закончится. Можно считать его генератором, который всегда наготове.
Последовательно-параллельные гибриды (parallel-series-hybrid)
Эта категория представлена в основном запатентованными изобретениями компании Toyota и отдельными силовыми установками, изготовленными по лицензии. В этой системе внутреннего сгорания и электричество функционируют как единое целое, постоянно и плавно распределяя энергию там, где это требуется. Самым популярным примером применения технологии стала Toyota Prius, где она используется уже почти 15 лет без существенных изменений.
Этот уникальный привод, названный Hybrid Synergy Drive, отличается отсутствием обычной трансмиссии. В то время как большинство гибридов используют вариаторы, «роботы» или классические «автоматы», здесь два электромотора объединены с ДВС через планетарную передачу, которая стирает границу между двумя мирами для конечного пользователя. Например, бензиновый двигатель может одновременно работать на разгон и заряжать батареи, если динамика не требуется.
Гибридные автомобили с возможностью подзарядки от сети.
Главный принцип — отдельный разъем для зарядки аккумуляторов. Гибрид может быть последовательным (BMW i3 или Fisker Karma) или параллельным (Porsche Cayenne e-Hybrid или Volvo XC60 Recharge). С последовательными все понятно: электромобили с бензиновыми генераторами. Параллельные подключаемые гибриды интереснее. Батареи у таких автомобилей объемные — например, у «Кайена» 18 кВтч, треть от среднего электромобиля. Электромотор самостоятелен, мощность на многих превышает 100 лошадиных сил.
В некоторых ситуациях такая машина позволяет ездить как на электрокаре: несколько десятков километров хода и разгон до сотни с лишним км/ч, но плавно. Поездка по пробкам в центр на работу, возвращение домой вечером, подзарядка от розетки — все без выбросов. Но остается бензиновый двигатель с мощностью, универсальностью и возможностью заправки в любое время и объёмом. Нажать акселератор сильнее, и он включается.
Дополнительная помощь электромотора не исключена: в спортивном режиме бензоэлектрическая силовая установка обеспечит динамику, на которую одинокий ДВС не способен. Важно помнить, что без подзарядки от сети подключаемые гибриды мало чем отличаются от обычных параллельных: запас электричества можно пополнять бензиновым мотором, но эффективность, экологичность и смысл этого сомнительны.
Экзотические разновидности
Гибридная тяга не всегда используется только для экономии топлива. Например, Peugeot и Citroen применяют электричество для компенсации отсутствия полноценных полноприводных машин: задние колеса приводятся в движение электромотором. Такая схема слабо подходит для тяжелого бездорожья, но для всепогодного вождения справляется довольно успешно.
Изготовители спортивных автомобилей давно применяют гибридные технологии для увеличения скорости своих моделей. Электромотор обеспечивает максимальный крутящий момент в любое время, что способствует ускорениям, пока бензиновый двигатель не достигнет пиковой мощности. Среди ранних примеров подобных машин — Porsche 918 Spyder. В настоящее время к числу самых быстрых гиперкаров относятся Koenigsegg Regera и Aston Martin Valkyrie.
Гибридные автомобили в России
Гибридные автомобили пока не пользуются большой популярностью на российском рынке, но китайские компании по-прежнему официально их сюда везут. два гибридных Моделей кроссоверов представлено два: Tiggo 7 Pro PHEV и Tiggo 8 Pro PHEV. Обе модели оснащены системой подключаемого гибрида.
Российская компания Evolute, производящая машины на липецком предприятии, предлагает в линейке и гибридный вариант. Evolute i-Space.
Остальные гибридные машины, представленные официально в России, относятся к премиальному классу: Voyah, Exlantix и Wey. На российском рынке также часто встречаются автомобили китайского премиального бренда Li Auto (или Lixiang), но их привозят по схеме параллельного импорта.
На российском вторичном рынке продолжают пользоваться спросом японские гибриды, такие как Toyota Prius, и европейские модели, например, BMW i3.
Особенности эксплуатации гибридов
Гибридный автомобиль в целом не более хлопотный, чем традиционный, и иногда даже выгоднее. В моделях с активной рекуперацией энергии при замедлении требуется менять тормоза реже, так как большую часть работы выполняет электромотор. Владельцам подключаемых гибридов стоит позаботиться о наличии розеток для регулярного пополнения электричества, иначе преимущества таких автомобилей сведутся к минимуму.
Электронная начинка не требует особых забот, но ресурс аккумуляторов заслуживает внимания. Средний срок службы составляет около 150 тысяч километров, а Toyota, например, дает десятилетнюю гарантию. После окончания срока службы аккумулятор будет хуже удерживать заряд, и гибридный автомобиль станет все больше напоминать обычный. Замена аккумулятора — дорогостоящая процедура, поэтому покупка очень старого гибрида с большим пробегом не оправдана. Впрочем, это справедливо и для любой традиционной машины.
Краткие тезисы
- Типы гибридов
- Мягкие гибриды (Mild Hybrid) – применяют стартер-генератор с целью сокращения расхода топлива, но без полной электрической поддержки.
- Параллельные гибриды – имеют как ДВС, так и электромотор, но ездят исключительно на электричестве.
- Последовательные гибриды – ДВС работает как генератор (например, BMW i3).
- Последовательный параллельный (Toyota Hybrid Synergy Drive) – сложный механизм с отсутствием классической КПП.
- Подключаемые гибриды (PHEV) Питание осуществляется от сети, пробег на электричестве до 50-80 километров.
- Экзотические разновидности
- Полный привод с электрической силой (Пежо, Ситроен). – задние колеса приводятся электромотором.
- Спортивные модели с гибридным приводом (Porsche 918, Koenigsegg Regera). – электромоторы добавляют мощности.
- Гибриды в России
- Китайские модели (Chery, Evolute) – подключаемые гибриды (PHEV).
- Премиум-сегмент (Voyah, Exlantix, Wey) – доступны официально.
- Японские гибриды (Toyota Prius) – популярны на вторичном рынке.
- Особенности эксплуатации
- Экономия топлива – особенно в городе.
- Рекуперация энергии – снижает износ тормозов.
- Зарядка PHEV – без подзарядки преимущества теряются.
- Ресурс батареи – около 150 000 км, замена дорогая.