Гибридный автомобиль: что это, принцип работы, плюсы и минусы

Экономная эксплуатация

Экономная эксплуатация — главное преимущество гибридов. Чтобы достичь ее, необходимо было искать баланс, т. е.

уравновесить все технические показатели машины, но при этом сохранить все полезные параметры обычного автомобиля: его мощность, скорость, способность к быстрому разгону и множество других весьма важных характеристик, заложенных в современных автомобилях.

Мало того, способность накапливать энергию, в том числе и не терять понапрасну кинетическую энергию движения во время торможения, но заряжать аккумуляторные батареи, помимо основных явных преимуществ, принесло автолюбителям некоторые побочные «мелкие радости» — например, меньший износ тормозных колодок.

Гибридный автомобиль: что это, принцип работы, плюсы и минусы

Переключатели Hybrid Synergy Drive

  • Как была достигнута экономия:
  • • снижение 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.

Гибридный автомобиль: что это, принцип работы, плюсы и минусы

Высоковольтная батарея

Что касается снижения объема двигателя, то хорошо все показывает простой и наглядный пример. Возьмем два одинаковых автомобиля с разными двигателями: один 3-литровый, другой — 4-литровый, и поедем, например, со скоростью 100 км/ч. Расход топлива у двигателя с большим объемом будет больше.

А дополнительный объем нам понадобится только при интенсивном ускорении. Собственно, на этом эффекте работает система экономии с отключаемыми цилиндрами — при неторопливой езде половина двигателя просто не работает.

Гибридный же автомобиль эту вторую половину с собой вовсе и не возит — он возит электрическую составляющую двигателя, более эффективную в рассматриваемых условиях.

Гибридный автомобиль: что это, принцип работы, плюсы и минусы

Toyota energy monitor

Сравнительно небольшой износ авто при чисто городской эксплуатации

Благодаря тому, что ДВС гибридных автомобилей куда чаще эксплуатируется в эффективном диапазоне оборотов, его износ при эксплуатации в постоянных пробках будет относительно малым. Износ же силовой установки автомобиля с традиционным ДВС, который постоянно эксплуатируется в рваном режиме пробок, как правило, заметно больше.

Суммарный коэффициент полезного действия автомобилей с электродвигателями, передвигающихся на короткие расстояния, куда выше, чем у машин, передвигающихся в пробках на ископаемом топливе.

Режимы низких оборотов и частичных нагрузок с частыми торможениями плохи для двигателей внутреннего сгорания, но хороши для тяговых электрических моторов с их мощной троллейбусной тягой на низах и рекуперативным торможением.

Гибридный автомобиль: что это, принцип работы, плюсы и минусы

Панель приборов Toyota RAV4 Hybrid

Здесь следует сделать небольшое отступление в теорию двигателей внутреннего сгорания. Эксплуатация на пониженных оборотах, т. е. оборотах, далеких от режима максимального крутящего момента, не только снижает суммарный КПД за все время использования — она приводит к массе вредных особенностей в работе силовой установки.

Так, при низкой скорости вращения коленчатого вала (а в современной пробке он будет вращаться едва ли в 40 % от оптимальной скорости) нагрузки на поршневую группу будут весьма высоки. ДВС не любит слишком низких и слишком высоких оборотов. При таких режимах он плохо смазывается, плохо охлаждается, легко перегревается, несет огромные насосные потери.

Бензиновый ДВС по циклу Отто проектируется из расчета его эксплуатации в оптимальных условиях.

Гибридный автомобиль: что это, принцип работы, плюсы и минусы

Передняя панель Toyota RAV4

Цикл Дизеля, с учетом применения современных систем непосредственного впрыска, имеет некоторый выигрыш, но все равно может быть изношен частичными нагрузками куда больше, чем ДВС с циклом Аткинсона в составе гибридной силовой установки.

Экологическая чистота

Снижение расхода углеродного топлива гибридной силовой установкой немедленно сказалось на экологической чистоте. Полная остановка работы двигателей в местах скопления автомобилей на дорогах городов, прежде всего в пробках, играет самую первостепенную роль.

Применение же аккумуляторных батарей гораздо меньшей емкости, чем в электромобилях, снизило остроту проблемы производства и утилизации использованных аккумуляторов.

Развитие гибридной технологии в общественном транспорте и для грузовых автомобилей, еще больше улучшит экологическую обстановку городов.

Гибридный автомобиль: что это, принцип работы, плюсы и минусы

Lexus RX 400h

Так, Lexus RX 400h имеет удивительно низкий уровень токсичности — выбросы CO2 находятся на уровне малолитражек, а содержание окислов азота NOx удалось довести почти до нуля, что значительно ниже норм Euro-4.

Это достигается, во-первых, тем, что бензиновый двигатель почти не работает в предельных, самых «грязных» режимах. Во-вторых, в пробках и при остановке двигатель автомобиля глушится, и Lexus, подобно подводной лодке, начинает передвигаться на аккумуляторах.

В-третьих, как уже было сказано выше, ДВС, работающий по циклу Аткинсона, теряет в мощности, но выигрывает в экологичности.

Хорошие ходовые характеристики

В случае применения гибридной силовой установки нет необходимости устанавливать двигатель из расчета пиковых нагрузок эксплуатации.

В момент, когда необходимо резкое усиление тяговой нагрузки, при котором у обычного ДВС потребление топлива возрастает раза в полтора, в работу включаются одновременно как электрический, так и обычный двигатели (а в некоторых моделях и дополнительный электродвигатель).

Это позволяет сэкономить путем установки 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. Таким образом, гибридный автомобиль при ускорении, перед тем как начинать глотками поглощать бензин, сначала пытается «выпить» батареи, чего, как правило, оказывается достаточно.

Гибридный автомобиль: что это, принцип работы, плюсы и минусы

Lexus RX 330

Увеличение дальности пробега

Время — это самый ценный ресурс для человека. Исключение благодаря уменьшенному расходу топлива половины заездов на заправочные станции, и даже большего количества таких заездов при езде по городу, высвобождает у автовладельца некоторое количество времени для других больших и важных дел.

Сохранение и повторное использование энергии

Устранен главный недостаток двигателя на углеродном топливе — невозможность возврата энергии обратно в углеродное топливо. Обычный автомобиль при торможении переводит избыточную энергию в тепло.

Если очень интенсивно тормозить на мощной машине, то это можно увидеть даже невооруженным взглядом — тормозные диски раскалятся докрасна.

Инженеры по транспорту давно пытались сохранить энергию движения при торможении, чтобы ее повторно использовать.

Например, применялись специальные конструкции с большим маховиком. Но только электрическую энергию удаётся сохранить с самыми минимальными потерями и максимально дешево.

Гибридные автомобили поступают более гуманно: при торможении их электромоторы начинают работать как генераторы, преобразуя кинетическую энергию в электрическую и заряжая аккумуляторы.

Хотя и нормальные дисковые тормоза не простаивают, дополняя и подстраховывая электрические. В качестве накопителя применяются как аккумуляторы, так и специальные конденсаторы.

Гибридный автомобиль: что это, принцип работы, плюсы и минусы

Обычная заправка топливом

У электромобилей пока есть один большой недостаток — необходимость зарядки аккумулятора. Процесс долгий, и требует некоторого специально оборудованного пункта зарядки.

Таким образом, он становится непригодным для длительных и дальних поездок.

Уже разработаны технологии, позволяющие заряжать аккумуляторы до 80 % емкости за 15 … 20 минут — однако такая зарядка требует мощного зарядного устройства и отрицательно сказывается на ресурсе аккумулятора.

Кроме того, для получения электричества сейчас в основном используются невозобновляемые источники энергии. Таким образом, экологический вред просто-напросто смещается в район электростанции.

Нельзя также забывать и потери при передаче электроэнергии от электростанции к пункту зарядки, а также не стопроцентный КПД самого зарядного устройства.

Если учесть все вышеперечисленные факторы, полностью электрические автомобили становятся уже не настолько экономичными и экологичными, насколько кажется на первый взгляд.

У гибридного автомобиля этот недостаток устранен. Заправка осуществляется по привычной схеме, обычным углеродным топливом, тогда, когда это необходимо, и дальнейшее движение можно немедленно продолжить.

Но при этом в городском цикле эксплуатации гибридный автомобиль около 80 % времени работает в режиме электромобиля.

А так как электричество вырабатывается прямо на месте, потери при преобразовании химической энергии топлива в электрическую можно признать весьма небольшими.

Гибридный автомобиль: что это, принцип работы, плюсы и минусы

Старые аккумуляторы

Цена вопроса

Во что же обходится превращение обыкновенного автомобиля в гибрид? Сравним автомобили Lexus RX 400h и Lexus RX 330.

С одной стороны, из автомобиля исчезают карданный вал, традиционная трансмиссия и различные навесные агрегаты двигателя, например стартер и генератор.

С другой — прибавляются блок управления и преобразования напряжения (32 кг), высоковольтные (288 вольт) батареи Panasonic (70 кг), задний электромотор (40 кг) и электромеханическая трансмиссия со встроенным электромотором и генератором (118 кг).

В итоге вес гибридного Lexus RX 400h на 200 кг превышает массу «донорского» Lexus RX 330. По утверждению уже упомянутого выше Масаки Санаяма, такая переделка увеличивает себестоимость автомобиля на $3 000. Хотя на российском рынке Lexus RX 400h продавался за $77 300 по сравнению с $66 100 за бензиновый Lexus RX 300 в аналогичной комплектации. Вот такая японская математика.

Гибридный автомобиль: что это, принцип работы, плюсы и минусы

Утилизация аккумуляторов

Не секрет, что в бытовой электронике аккумуляторы приходится периодически менять — они постепенно теряют часть своей емкости.

Каков же ресурс ресурс установленных в Lexus RX 400h аккумуляторов? Масаки Санаяма рассказал, что на аккумуляторы в первых Toyota Prius давалась отдельная гарантия — восемь лет.

Читайте также:  Почему сейчас важно контролировать протектор шин

Но время доказало, что высоковольтная батарея не нуждается в замене в течение всего срока службы автомобиля, поэтому сейчас никаких отдельных оговорок уже не делается.

Недостатки автомобилей с гибридной установкой

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. Далеко не все крупные автопроизводители смогли создать собственную гибридную систему.

Компания Porsche вначале отказалась от попыток самостоятельного производства гибридного автомобиля, начав разработку автомобилей с гибридной силовой установкой заметно позже других. Компания Mitsubishi изначально также не пыталась создать гибридный автомобиль, а сконцентрировала все свои усилия на разработке электромобилей. Однако позже и она выпустила гибрид — Mitsubishi Outlander PHEV.

Утилизация аккумуляторов

Гибридные автомобили, как и электромобили, хоть и в меньшей степени, подвержены проблеме утилизации аккумуляторов.

В соответствии с классификацией отходов аккумуляторы отнесены ко 2-му классу опасности ввиду содержания тяжелых металлов, кислот, щелочей и других компонентов, вредных для экологии и человека.

Исходя из этого утилизация аккумуляторов — важный экологический вопрос. Ресурс любого аккумулятора имеет определенный срок годности, по окончании которого он становится непригодным к дальнейшей эксплуатации.

Сегодня используются различные виды автомобильных аккумуляторов. Они имеют разную сферу применения, отличаются параметрами: размер, внешний вид, цикл перезарядки, емкость, срок хранения и химический состава.

• Свинцовые модели в качестве реагента содержат свинец и его диоксид. Электролит — раствор серной кислоты. Распределяются на четыре группы — портативные, стационарные, стартерные и тяговые. В гибридных автомобилях применяются крайне ограниченно.

• Никель-кадмиевые типы батарей. Реагент — кадмий и гидроксид никеля. Электролит — гидроксид калия.

• Железо-никелевый аккумулятор имеет в своем составе железо, гидроксид натрия или калия, окись никеля.

• Никель-металлгидридные модели включают в себя такие химические элементы, как никель, литий, гидроксид калия и оксид никеля.

• Никель-цинковые виды АКБ содержат цинк, гидроксид калия, литий и оксид никеля. Серебряно-цинковые (кадмиевые) виды состоят из цинка или кадмия, гидроксида калия, оксида серебра.

• В состав литий-ионных аккумуляторов входят литий и оксид кобальта

.• Литий-полимерные аккумуляторы содержат литий, оксиды ванадия, марганца или кобальта.

Наиболее часто используемые в гибридах и перспективные автомобильные аккумуляторы содержат в себе литиевый компонент, который крайне опасен для окружающей среды.

Учитывая тот вред, который подобный «букет» химических веществ может причинить экологии, не остается никаких сомнений, что утилизация и переработка автомобильного, а также авиационного, производственного и всех остальных видов аккумуляторов — единственная возможность не допустить критического уровня загрязнения планеты.

Стоит отметить, однако, что заметными темпами развивается и отрасль переработки отслуживших свое аккумуляторов, в первую очередь свинцово-кислотных, но и другие типы также принимаются в переработку.

Экономичность и экологичность

Высокую экологичность и экономичность гибридов многие 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 — незначительную, а за городом проигрывают современным дизелям, хоть и не критично.

Почетное звание «Самый экологичный автомобиль года» в 2007 и 2008 гг. присуждалось также автомобилям с дизельными двигателями. Поэтому, делая выбор между дизельным двигателем и гибридной силовой установкой, всегда стоит учитывать преимущественные условия эксплуатации.

(Окончание следует)

Статья была опубликована в журнале «Наука и техника» 

Как работает гибридный двигатель: принцип работы

Гибридный автомобиль: что это, принцип работы, плюсы и минусы

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

Гибридный автомобиль: что это, принцип работы, плюсы и минусы

  • 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.

При сгорании 1 л бензина и от работы аккумулятора массой 4,5 ц получается одинаковое количество энергии.

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.

Схемы взаимодействия мотора и ДВС

Развитие технологии гибридных двигателей привело к реализации нескольких вариантов взаимодействия электроагрегата и стандартного мотора.

Последовательная схема

Гибридный автомобиль: что это, принцип работы, плюсы и минусы

Параллельная схема

Гибридный автомобиль: что это, принцип работы, плюсы и минусы

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

Гибридный автомобиль: что это, принцип работы, плюсы и минусы

  • работу в эконом-режиме. На электрической тяге ДВС выключен, запитка электромотора происходит от аккумулятора;
  • поддержку скорости движения. Мощность ДВС распределяется по колесной системе и генератору. В это время выполняется одновременная запитка параллельного электроагрегата и дозарядка АКБ;
  • интенсивное ускорение. При высоких нагрузках ДВС и электрическая часть функционируют параллельно. Электромотор подпитывается от батареи без утраты мощности генератором.

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:

  • минимальное количество вредных выбросов за счет технологий рекуперативного торможения, наличия емкой АКБ;
  • согласованность функций ДВС и электромотора;
  • полезные инновации – опции стоп-старта, рециркуляции отработанных газовых смесей (подогревают тосол), изменение фазы распределения газов;
  • наличие водяного насоса с электроприводом, системы климат-контроля и усиления руля, улучшенного качения покрышек;
  • эффективность при работе на холостом ходу в городских условиях;
  • возможность продолжительной поездки без дозарядки аккумулятора – заправляется бак;
  • поддержка выбранного режима за счет компьютерного управления;
  • низкий уровень шума работающего мотора.

  Гибридные автомобили: описание и рейтинг 2018-2019 года

К недостаткам моделей с гибридными установками относятся:

  • необходимость регулярной нагрузки на АКБ;
  • батарея может разряжаться до критического состояния при низкой температуре;
  • проблемы с самостоятельным ремонтом машины;
  • дорогая цена запчастей, которые не всегда есть в наличии в сервисных центрах.

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:

  • микрогибридный силовой агрегат. Электрическим компонентом привода является стартер или генератор, отвечающий за функции старта и стопа. Кинетическая энергия используется по принципу рекуперации, то есть переходит в электрическую. Привода исключительно для электротяги нет. АКБ с наполнителем из стекловолокна – на 12 Вольт, адаптирована к частым стартам;
  • среднегибридный силовой агрегат. Что значит в этом случае гибридный машинный двигатель? Деталь поддерживает функции ДВС, но транспорт не ездит на электротяге. Средние гибриды могут регенерировать часть кинетической энергии при торможении. Она переходит в электрическую и накапливается в АКБ. Батарея и электроузлы работают на высокой мощности. В режиме смещения точки нагрузки при помощи электрического генератора у теплового мотора повышается эффективность;
  • полногибридный силовой агрегат. Высокомощный генератор интегрируется с ДВС. Есть функция движения при электрической тяге при маленькой скорости авто. Электрогенератор запитывает двигатель внутреннего сгорания с функцией старт-стоп в рабочем режиме. Высоковольтный аккумулятор заряжается в процессе рекуперации. Разделительное сцепление ДВС и электромотора обеспечивает быстрое отсоединение одной системы от другой.
Читайте также:  Устройство электромобиля

Микрогибридные силовые агрегаты впервые сконструировал и выпустил бренд Тойота.

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:

  • машины с системой старт-стоп;
  • транспорт со старт-стопом и рекуперативным торможением;
  • модели, объединяющие две технологии, со свинцово-кислотным AGM—аккумулятором и объединенным блоком стартера/генератора.

При экономичности топлива и экологичности, электрического воздействия на привод не происходит.

Важно! Данный транспорт нельзя назвать гибридными машинами на 100 %.

Мягкий гибрид

Гибридный автомобиль: что это, принцип работы, плюсы и минусы

Интересно знать! Система Kinetic Energy Recovery мягкогибридных машин также используется в Формуле-1.

Полный гибрид

Гибридный автомобиль: что это, принцип работы, плюсы и минусы

Транспортное средство не заряжается от сети, а только в процессе рекуперации. При разрядке литий-ионного аккумулятора можно переключиться на ДВС.

Гибриды-плагины

Гибридный автомобиль: что это, принцип работы, плюсы и минусы

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:

  • вакуумный насос электрического типа. Деталь служит для понижения давления усилителя тормоза и поддерживает подачу низкого давления при старте и остановке;
  • электрогидравлический усилитель управления рулем. Используется, чтобы во время автоматической остановки двигателя рассоединить ДВС и усилитель. Технология позволяет оптимизировать топливные затраты;
  • компрессорный кондиционер с электрическим приводом. Отвечает за охлаждение салона при автоостановке. Деталь обеспечивает отсоединение компрессорного привода кондиционера и ДВС. Электрокомпрессор всасывает, сжимает фреоновый газ и направляет его в систему для прокачки;
  • электроблок управления кондиционером. Регулирует температуру испарения от 800 до 9000 мин.

Полный гибридный привод – единственный вариант гибридов, объединяющий функции старт-стопа, рекуперации, режим электротяги и систему E-Boost.

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:

  • Skoda Octavia — 7,5 * (16 000 / 100) * 50 = 7,5 * 160 * 50 = 60 000 рублей;
  • Toyota Prius — 4,3 * 160 * 50 = 34 400 рублей.

Гибридный автомобиль: что это, принцип работы, плюсы и минусыГодовая 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:

  • бензин — 4,3 * (8 000 / 100) * 50 = 17 200 рублей;
  • электричество — (8000 / 30) * 5 * 5,66 = 7 550 рублей;
  • итого — 17 200 + 7 550 = 24 750 рублей.

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.

Гибридный автомобиль: что это, принцип работы, плюсы и минусы

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.

Читайте также:  Skoda Felicia (1959 - 1964): характеристики, описание, фото

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.

Гибридный автомобиль: что это, принцип работы, плюсы и минусы

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.

23.06.2021

Автомобили с гибридным двигателем, плюсы и минусы, принцип работы

Подавляющее большинство современных автомобилей в качестве силового агрегата используют двигатель внутреннего сгорания. На фоне постепенного истощения запасов нефти, а также возрастающих требований к экологичности, автоинженеры разрабатывают новые технологии, позволяющие отказаться от использования углеводородов в качестве топлива или, как минимум, снизить расход.

Решить эту проблему можно двумя способами: установить вместо ДВС электромотор или гибридный двигатель. К последнему прибегают многие автомобильные марки.

Как видно из названия, подобный силовой агрегат представляет из себя классический двигатель внутреннего сгорания и одновременно электродвигатель, объединенные в одно целое.

По многим причинам такое решение предпочтительнее одной только электрической тяги.

На сегодняшний день электромобиль имеет серьезные минусы. Наиболее значимые из них – это отсутствие развитой сети электрозаправок, а также недостаточная дальность поездки без дозарядки (у разных моделей электромобилей она составляет от 80 до 160 км).

К тому же на то, чтобы полностью зарядить батареи потребуется несколько часов, а значит, мобильность такого авто ограничивается поездками от дома до работы и обратно.

Тем не менее, нельзя забывать и про плюсы электромотора, среди которых более высокий КПД (у ДВС максимальный КПД достигается только на определенных оборотах), отсутствие каких-либо выбросов, большой крутящий момент.

Электрический двигатель, в отличие от работающего на нефтепродуктах, не нуждается в постоянной подаче топлива. Он может находиться в выключенном состоянии сколь угодно долго, пока на него не будет подано напряжение.

При подаче электричества он практически моментально передает колесам максимальную тягу.

Гибридный двигатель совместил преимущества обоих моторов, благодаря чему достигается экономичность, экологичность и неплохие динамические характеристики.

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.

Схемы взаимодействия электромотора и ДВС

Инженеры разных компаний по-разному подходят к вопросу гибридного двигателестроения. Современные машины оснащаются гибридными двигателями, построенными по одной из трех схем взаимодействия топливной и электрической составляющей, которые будут рассмотрены ниже.

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.

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-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.

Ссылка на основную публикацию