Як влаштовані гібридні автомобілі?

Гібридні автомобілі стають дедалі популярнішими завдяки своїй економічності та екологічності. Вони поєднують у собі найкращі характеристики бензинових і електричних транспортних засобів. У цій статті розглянемо, як влаштовані гібридні автомобілі, коли вони виникли, їхню будову, а також плюси і мінуси.

Коли виникли гібридні автомобілі

Перші спроби створити гібридний автомобіль датуються кінцем 19-го століття. У 1900 році Фердинанд Порше представив свій перший гібридний автомобіль, відомий як "Lohner-Porsche Mixte". Проте масове виробництво почалося тільки в кінці 20-го століття. Перший сучасний гібридний автомобіль, Toyota Prius, з'явився на ринку в 1997 році. Відтоді гібридні технології значно вдосконалилися і стали доступнішими для споживачів.

1997 року на японському ринку дебютував перший гібрид — Toyota Prius (вгорі). А 1999-го фірма Honda представила американцям свій Insight.

Як працюють гібридні автомобілі

Гібридна силова установка поєднує двигун внутрішнього згоряння і електромотор, що забезпечує менший обсяг палива і знижує ток. Однак чим економічніший гібридний автомобіль, тим більше ємні акумулятори йому потрібні і, відповідно, тим вище його ціна.

Залежно від того, яку роль силовій установці грає електромотор, гібриди діляться на помірні (mild hybrids) і повні (full hybrids). У перших електродвигун служить помічником двигуну внутрішнього згоряння, як, наприклад, у хетчбека Honda Insight. Другі здатні проїхати деяку відстань на одній електротязі, як Lexus RX 400h. Є ще нібито мікрогібриди — вигаданий маркетологами термін для реклами системи start/stop. Але остання насправді — генератор з розширеними функціями. А ми говоримо про схеми, де електродвигуни передають крутний момент на колеса.

Існує також три основні схеми пристрою гібридних силових установок: послідовна, паралельна та змішана.

Послідовна гібридна схема

Послідовна гібридна схема з'явилася першою (її вигадав у 1899 році сам Фердинанд Порше), але у легкових автомобілях поширена менше. По ній, наприклад, збудовано силові агрегати кар'єрних самоскидів, деяких автобусів та локомотивів. У послідовній схемі колеса надає руху електромотор, а малолітражний ДВС крутить генератор, що виробляє електроенергію. Тут відсутня необхідність у коробці передач та потужному двигуні внутрішнього згоряння. Зате потрібні акумулятори , як правило, нікель-металогідридні, великої ємності.

Chevrolet Volt побудований за послідовною схемою. Його ще називають електромобілем із збільшеним запасом ходу. На електротязі автомобіль робить кидок завдовжки 64 км. При використанні допоміжного турбомотора, що заряджає батареї, пробіг на одній заправці може перевищувати 1024 км.

Паралельна гібридна схема

Найпоширеніша зараз схема – паралельна. Вона запатентована ще 1905 року німцем Генрі Піпером. Їй відповідають майже всі помірні гібриди. Вони оснащуються потужним електромотором (10-15 кВт), що допомагає двигуну внутрішнього згоряння при розгоні, а при гальмуванні запасає рекуперативну енергію. Як трансмісію, як правило, використовуються варіатор або планетарна передача .

Хондівська гібіридна силова установка IMA (Integrated Motor Assist) – приклад паралельної схеми: на колінчастому валу двигуна замість маховика розміщено компактний електромотор-генератор.

Паралельні гібриди можуть бути не тільки помірними, але й повними, наприклад Audi Duo (1998). Ця модель могла проїхати 50 км тільки на електромоторі, що приводить у рух задні колеса.

Компанія Honda знайшла можливим оснастити своє бензоелектричне купе CR-Z шестиступінчастою "механікою". Як джерело живлення використовуються літієво-іонні або літієво-полімерні акумулятори . Помірні гібриди не вимагають ємних батарей на борту, завдяки чому доступні за ціною. Однак деякі автовиробники придивляються до дорогих суперконденсаторів , які здатні швидко віддавати струм дуже високої потужності.

Послідовно-паралельна гібридна схема

Поширені також змішані, або, як їх ще називають, послідовно -паралельні гібриди . Класичні представники цього сімейства – хетчбек Toyota Prius та Лексуси з індексом h, оснащені фірмовим «синергітичним» приводом HSD (Hybrid Synergy Drive). Завдяки планетарній передачі і виникає синергія – взаємодія двигуна внутрішнього згоряння та електромотора. Тут ДВС крутить колеса у парі з електромотором, одночасно обертаючи генератор. У традиційній коробці передач немає необхідності: електроніка регулює обороти моторів та генератора, перетворюючи таку систему на безступінчасту трансмісію ECVT .

У BMW Active Hybrid X6 з безступінчастою коробкою передач ECVT з кількома планетарними рядами два електромотори. Один працює на малих швидкостях. А інший запускає ДВС і потім слугує генератором. Повнопривідна трансмісія xDrive збережена.

А ось у гібридного кросовера Lexus RX 450h за привід на задні колеса відповідає додатковий електродвигун.

Нове покоління Toyota Prius навчилося бігати на одній електротязі, щоправда, недалеко — всього два кілометри. Крім того, в компанії працюють над подзаряжаемой plug in версією гібрида з літієво-іонними батареями замість нікель-металогідридних і збільшеним до 20 км пробігом на батареях.

Більшість двигунів, встановлених на гібридах, – бензинові. Багато хто працює за циклом Аткінсона з більш коротким тактом стиснення та більш ефективним робочим процесом. Це забезпечує найкращі екологічні та економічні показники.

Поширення, здавалося б, економічніших дизельелектричних силових установок стримує насамперед те, що більшість гібридів продаються в незнайомій з дизелем Америці. Крім того, дизельний мотор дорожчий за бензиновий, а це лише збільшує чималу ціну гібрида.

Плюси та мінуси гібридних автомобілів

Гібридні автомобілі пропонують багато переваг, але також мають свої недоліки.

Плюси:

• Економія пального. Завдяки електродвигуну витрати пального значно знижуються.
• Менше викидів. Гібриди мають нижчі рівні викидів CO2 порівняно з традиційними авто.
• Тихіша робота. Електродвигуни працюють майже безшумно, що робить поїздки комфортнішими.
• Рекуперація енергії. Гібриди можуть заряджати акумулятор під час гальмування.

Мінуси:

• Вища вартість. Гібриди зазвичай дорожчі за традиційні автомобілі через складну технологію.
• Обмежена дальність на електротязі. Акумулятори дозволяють проїхати лише короткі відстані на електриці.
• Складність ремонту. Через складнішу будову ремонт може бути дорожчим і потребувати спеціалістів.
• Вага автомобіля. Додаткові компоненти, як-от акумулятори, збільшують вагу, що може впливати на динаміку.

Якщо ви живете в районі з обмеженим доступом до зарядних станцій, повністю електричний режим може бути менш корисним. Проте для міських жителів або тих, хто часто їздить на короткі відстані, гібриди можуть бути ідеальним рішенням.