Как устроены гибридные автомобили?

Гибридные автомобили становятся все более популярными благодаря своей экономичности и экологичности. Они сочетают в себе лучшие характеристики бензиновых и электрических транспортных средств. В этой статье рассмотрим, как устроены гибридные автомобили, когда они возникли, их устройство, а также плюсы и минусы.

Когда возникли гибридные автомобили

Первые попытки создать гибридный автомобиль датируются концом 19 века. В 1900 году Фердинанд Порше представил свой первый гибридный автомобиль, известный как Lohner-Porsche Mixte. Однако массовое производство началось только в конце 20 века. Первый современный гибридный автомобиль, Toyota Prius, появился на рынке в 1997 году. С тех пор гибридные технологии значительно усовершенствовались и стали доступнее потребителям.

В 1997 году на японском рынке дебютировал первый гибрид — Toyota Prius (вверху). А в 1999-м фирма Honda представила американцам свой Insight.

Как работают гибридные автомобили

Гибpиднaя cилoвaя ycтaнoвкa coчeтaeт двигaтeль внyтpeннeгo cгopaния и элeктpoмoтop, чтo oбecпeчивaeт мeньший pacxoд тoпливa и cнижaeт тoкcичнocть выxлoпныx гaзoв. Oднaкo чeм экoнoмичнee гибpидный aвтoмoбиль, тeм бoлee ёмкиe aккyмyлятopы eмy тpeбyютcя и, cлeдoвaтeльнo, тeм вышe eгo цeнa.

В зависимости от того, какую роль в силовой установке играет электромотор, гибриды делятся на умеренные (mild hybrids) и полные (full hybrids). У первых электромотор служит помощником двигателю внутреннего сгорания, как, например, у хэтчбека Honda Insight. Вторые способны проехать некоторое расстояние на одной электротяге, как Lexus RX 400h. Есть ещё якобы микрогибриды — придуманный маркетологами термин для рекламы системы start/stop. Но последняя по сути — генератор с расширенными функциями. А мы говорим о схемах, где электродвигатели передают крутящий момент на колёса.

Существует также три основные схемы устройства гибридных силовых установок: последовательная, параллельная и смешанная.

Последовательная гибридная схема

Последовательная гибридная схема появилась первой (её придумал в 1899 году сам Фердинанд Порше), но в легковых автомобилях распространена меньше. По ней, например, построены силовые агрегаты карьерных самосвалов, некоторых автобусов и локомотивов. В последовательной схеме колёса приводит в движение электромотор, а малолитражный ДВС крутит генератор, вырабатывающий электроэнергию. Тут отсутствует необходимость в коробке передач и мощном двигателе внутреннего сгорания. Зато требуются аккумуляторы, как правило, никель-металлогидридные, большой ёмкости.

Chevrolet Volt построен по последовательной схеме. Его ещё называют электромобилем с увеличенным запасом хода. На электротяге автомобиль делает бросок длиной 64 км. А при использовании вспомогательного турбомотора, заряжающего батареи, пробег на одной заправке может превышать 1024 км.

Параллельная гибридная схема

Самая распространённая сейчас схема — параллельная. Она запатентована ещё в 1905 году немцем Генри Пипером. Ей отвечают почти все умеренные гибриды. Они оснащаются мощным электромотором (10–15 кВт), который помогает двигателю внутреннего сгорания при разгоне, а при торможении запасает рекуперативную энергию. В качестве трансмиссии, как правило, используются вариатор или планетарная передача.

Хондовская гибиридная силовая установка IMA (Integrated Motor Assist) — пример параллельной схемы: на коленчатом валу двигателя вместо маховика размещён компактный электромотор-генератор.

Параллельные гибриды могут быть не только умеренными, но и полными, как, например, Audi Duo (1998). Эта модель могла проехать 50 км только на электромоторе, приводящем в движение задние колёса.

Компания Honda нашла возможным оснастить своё  бензоэлектрическое купе CR-Z шестиступенчатой «механикой». В качестве источника питания используются литиево-ионные или литиево-полимерные аккумуляторы. Умеренные гибриды не требуют ёмких батарей на борту, благодаря чему доступны по цене. Однако некоторые автопроизводители присматриваются к дорогущим суперконденсаторам, которые способны кратковременно отдавать ток очень высокой мощности.

Последовательно-параллельная гибридная схема

Распространены также смешанные, или, как их ещё называют, последовательно-параллельные гибриды. Классические представители этого семейства — хэтчбек Toyota Prius и Лексусы с индексом h, оснащённые фирменным «синергитическим» приводом HSD (Hybrid Synergy Drive). Благодаря планетарной передаче и возникает синергия — взаимодействие двигателя внутреннего сгорания и электромотора. Тут ДВС крутит колёса в паре с электромотором, одновременно вращая генератор. В традиционной коробке передач нет необходимости: электроника регулирует обороты моторов и генератора, превращая такую систему в бесступенчатую трансмиссию ECVT.

У BMW Active Hybrid X6 с бесступенчатой коробкой передач ECVT с несколькими планетарными рядами два электромотора. Один работает на малых скоростях. А другой запускает ДВС и затем служит генератором. Полноприводная трансмиссия xDrive сохранена.

А вот у гибридного кроссовера Lexus RX 450h за привод на задние колёса отвечает дополнительный электромотор.

Новое поколение Тойоты Prius научилось бегать на одной электротяге, правда, недалеко — всего два километра. Кроме того, в компании работают над подзаряжаемой plug in версией гибрида с литиево-ионными батареями вместо никель-металлогидридных и увеличенным до 20 км пробегом на батареях.

Большинство двигателей, установленных на гибридах, — бензиновые. Многие работают по циклу Аткинсона с более коротким тактом сжатия и более эффективным рабочим процессом. Это обеспечивает лучшие экологические и экономические показатели.

Распространение, казалось бы, более экономичных дизельэлектрических силовых установок сдерживает прежде всего то, что большинство гибридов продаются в не знакомой с дизелем Америке. Кроме того, дизельный мотор дороже бензинового, а это лишь увеличивает немалую цену гибрида.

Плюсы и минусы гибридных автомобилей

Гибридные автомобили предлагают множество преимуществ, но также имеют свои недостатки.

Плюсы:

• Экономия горючего. Благодаря электродвигателю расход топлива значительно снижается.
• Меньше выбросов. Гибриды имеют более низкие уровни выбросов CO2 по сравнению с традиционными авто.
• Более тихая работа. Электродвигатели работают почти бесшумно, что делает поездки более комфортными.
• Рекуперация энергии. Гибриды могут заряжать аккумулятор во время торможения.

Минусы:

• Более высокая стоимость. Гибриды обычно дороже традиционных автомобилей из-за сложной технологии.
• Ограниченная дальность на электротяге. Аккумуляторы позволяют проехать только короткие расстояния на электричестве.
• Сложность ремонта. Из-за более сложного строительства ремонт может быть дороже и нуждаться в специалистах.
• Вес автомобиля. Дополнительные компоненты, такие как аккумуляторы, увеличивают вес, что может влиять на динамику.

Если вы живете в районе с ограниченным доступом к зарядным станциям, полностью электрический режим может быть менее полезен. Однако для городских жителей или часто ездящих на короткие расстояния гибриды могут быть идеальным решением.