Что такое гибрид двигатель

Все, что вы хотели знать о гибридных двигателях

Гибридный двигатель имеет два основных преимущества перед обычным силовым агрегатом: во-первых, он более экономичен в плане расхода горючего, а во-вторых, не так сильно загрязняет окружающий воздух токсичными выбросами. Рассмотрим, какими бывают гибридные моторы и каковы особенности использования оснащенных ими транспортных средств.

Разновидности авто с гибридными двигателями

Существует 3 основных типа машин, оборудованных этими двигателями. К ним относятся гибриды:

• Умеренные.
• Параллельные.
• С подзарядкой.

Умеренные гибриды

Этот тип установок, в свою очередь, делится на подкатегории. Двигатели, оборудованные гибридным механизмом «Старт-Пуск», самостоятельно отключаются, когда автомобилю не нужна дополнительная мощность, и запускаются вновь, когда в этом возникает необходимость. В качестве дополнения к этому механизму в систему может быть встроен демпферный генератор переменного тока, который позволяет электромотору приводить машину в движение. Силовой агрегат с интегрированным вспомогательным устройством отличается увеличенными габаритами и большей мощностью. Такие установки тратят большее количество электроэнергии, а значит, быстрее и эффективнее приводят автомобиль в движение.

Параллельные гибриды

В машинах такого типа ДВС и электромотор получают питание (соответственно – бензин и электроэнергию) параллельно, отсюда и название системы. Как один, так и другой мотор способен выдавать мощность на уровне, достаточном для движения транспорта.

Последовательные гибриды

В этих системах задача ДВС состоит в обеспечении работы генератора, который либо заряжает батареи, либо приводит в действие электромотор.

Гибриды с подзарядкой

Этот автомобиль нуждается в периодической подзарядке от электросети. Агрегат с достаточным зарядом позволяет транспортному средству передвигаться как электромобиль. Когда электрический заряд будет полностью израсходован, вступает в работу ДВС малой мощности, на котором авто может доехать до пункта назначения.

Наиболее распространенные вопросы по использованию авто с гибридными двигателями

Поскольку гибридные установки еще не получили широкого распространения, у людей, собирающихся обзавестись транспортным средством, оснащенным двигателем внутреннего сгорания и электромотором, возникают различные вопросы, касающиеся порядка его эксплуатации. В этом материале мы ответим на самые распространенные из них.

В каких условиях максимально проявляется эффективность гибридного автомобиля?

Машины этого типа наиболее эффективны при движении в крупных населенных пунктах, где поток транспорта достаточно велик. В этих условиях благодаря механизму регенеративного торможения авто расходует не так много топлива, как его собратья с обычными ДВС, и выбрасывает в окружающий воздух намного меньше токсинов, чем они.

Могут ли аккумуляторы гибридной машины по окончании ресурса быть утилизированы?

Могут, для их утилизации существуют специальные средства.

Техника гибридного типа работает с использованием самых современных технологий. Насколько высока ее надежность?

Качество и надежность гибридных силовых агрегатов находятся в соответствии существующим стандартам. Все автомобили перед поступлением на реализацию проходят тщательное тестирование в экстремальных условиях движения. К тому же, гибридные машины имеют меньшее количество узлов, поэтому, как правило, ломаются реже обычных.

Отличается ли езда на гибриде и на обычной машине?

Существенных различий в использовании обычных ТС с коробкой-автоматом и гибридных нет. Работа гибридного двигателя дает даже больший комфорт в использовании: такие автомобили мощнее, разгоняются более плавно и бесшумно, а также лучше управляются.

Каков срок эксплуатации гибридов?

По сроку службы машины этого типа не отличаются от обычных транспортных средств.

Нужно ли подзаряжать батарею на гибридных автомобилях?

Во время работы ТС аккумулятор подзаряжается автоматически за счет генератора или регенеративного торможения. Поэтому на исправном транспорте водителю незачем задумываться о дополнительной зарядке батареи.

Нуждаются ли такие машины в специальном топливе?

Не нуждаются. ДВС гибридов использует обычный бензин, который продается на любой заправочной станции.

Достаточно ли безопасны гибриды?

ТС такого типа оборудованы механизмами безопасности, аналогичными тем, которые устанавливаются на обычных автомобилях. Используемые на них аккумуляторы обладают герметичным корпусом. Кроме того, предусмотрена защита от поражения человека электрическим током при случайном прикосновении к высоковольтным проводам или токонесущим частям.

Каким сроком службы обладает АКБ на гибриде?

Батареи, которые устанавливаются на машинах с гибридным приводом, значительно долговечнее обычных автомобильных аккумуляторов. При их изготовлении использованы высокие технологии, благодаря которым АКБ может исправно работать в течение всего срока эксплуатации автомобиля.

В этой статье мы разобрались, что такое гибридный двигатель, рассмотрели особенности его работы и ответили на самые распространенные вопросы об этих силовых установках. Ну а какую машину предпочесть – гибридную или оборудованную обычным двигателем внутреннего сгорания – предстоит решать только вам.

Что такое гибридный двигатель

На сегодняшний день большое количество агрегатов инженеры получают путем скрещения двух и более механизмов, как это, отчасти, реализовано в атмосферных моторах. Все дело в том, что такое слияние позволяет добиться более эффективной работы многих устройств. Сегодня мы поговорим о том, что такое гибридный двигатель, его устройстве, принципе работы и характеристиках.

Принцип работы гибридного мотора

Для начала постараемся рассказать, что представляет собой такой двигатель. Прежде всего, это смесь электрического мотора с бензиновым или дизельным. Такой автомобиль может применять разные тяговые агрегаты для улучшения экономичности и повышения эффективности мотора. Пока что, такой двигатель еще не достиг своей финальной точки развития, но, тем не менее, уже порадовал большое количество автовладельцев.

Данный мотор может работать как совместно с электрическим приводом, так и отдельно от него. В процессе работы в дело вступает специальный компьютер, который позволяет правильно распределить нагрузку и вывести наиболее экономичный режим работы. Например, для движения по трассе двигатель будет потреблять такое топливо, как бензин, а в городской среде, где нет поездок на дальние расстояния, в дело вступит электропривод. Кроме того, такие двигатели могут прекрасно дополнять друг друга в различных условиях. При передвижении на бензиновой составляющей, в дело вступает специальный генератор, который подзаряжает аккумуляторную батарею и позволяет вам двигаться в дальнейшем на электрическом моторе. Это даст вам возможность сэкономить средства на электроэнергию, необходимую для электродвигателя.

При разгоне автомобиля, водитель требует от мотора максимальной отдачи, поэтому компьютер, считывая показания педали газа, подключает в дело сразу два силовых агрегата. В этом случае, гибридный двигатель работает наиболее эффективно.

Устройство гибридного ДВС

Поняв, из чего состоит гибридный двигатель, самое время разобраться в его принципе действия. Для начала, нужно научиться различать системы работы такого мотора, потому что всего существует три вида гибридных двигателей. В первую очередь, мы рассмотрим простейшую систему, которая применяется уже давно и становится на второй план – это последовательная.

Впервые, она была использована на тепловозах, которым требовалась мощная тяга для перемещения больших грузов на некоторое расстояние. Данная система представляет собой самый обычный двигатель внутреннего сгорания, который не принимает никакого участия во вращении колес транспорта.

Такой двигатель посредством общего вала или через редуктор раскручивает мощный генератор. Электрическая машина вырабатывает необходимую электроэнергию и приводит в движение сам электрический двигатель, который вращает колеса транспорта. В целом, это остается тот же мотор, с таким управлением положения дроссельной заслонкой, однако у данной системы есть один недостаток. Дело в том, что для более экономичной работы, мотор должен быть малолитражным, а аккумулятору необходима большая емкость для последующего запуска такого двигателя. В результате, данная система и осталась в реализации на железнодорожном транспорте – медленных, тяжелых и неповоротливых машин. Одним из представителем данной системы среди автомобилей можно назвать Chevrolet Volt со всеми вытекающими недостатками, которые в современном мире решаются применением специальных турбированных двигателей.

Вторая схема работы представлена смешанной системой. В этом случае бензиновый или дизельный мотор находятся на одном уровне с электрическим двигателем и одинаково приводят колеса в движение. Главной особенностью такого агрегата является то, что у трансмиссии такого двигателя отсутствуют ступени, что делает его не привычным, но довольно современным. Основной недостаток такого мотора – это высокая цена, а главным производителем автомобилей с таким двигателем является Lexus.

Последний вид двигателя – этот тот, о котором изначально шла речь. Представляет собой параллельную систему, когда электродвигатель помогает ДВС создать необходимую мощность для разгона автомобиля. Для такого мотора не выпускают больших и емких батарей, а потому на них применяются мощные генераторы, которые позволяют снабдить энергией электромотор в любое время в процессе движения автомобиля.

В чем преимущества и недостатки гибридных авто?

Как и у любой системы, тут тоже есть свои плюсы и минусы. Без этого, пока что не обходится ни один механизм в мире. Но есть и приятные новости – положительных сторон у такого двигателя намного больше, чем отрицательных, поэтому здесь в данных технологиях есть куда стремиться.

Начнем с плохого: большинство выпускаемых гибридных двигателей оснащаются только бензиновым мотором, хотя многим автопроизводителям и потребителям давно уже известно о том, что дизельный мотор более экономичнее и мощнее, чем его «собрат». На самом деле, понять это не сложно. Дело в том, что большинство выпускаемых двигателей с гибридной компоновкой является американским изобретением, где дизельное топливо освоено не в полной мере. Вторым недостатком такого мотора можно считать его высокую стоимость из-за высокой технологической сложности производства.

Последний минус связан со сложностью обслуживания такого мотора, а точнее его электрической части – батареи. Так как она имеет небольшую емкость, то склонна очень быстро терять свой заряд. Кроме того, она довольно плохо переносит большие перепады температур и в конце срока службы совершенно не подлежит утилизации.

Теперь поговорим о плюсах данного двигателя. Пожалуй, самый главный из них – это высокая экономичность агрегата. Она объясняется применением сразу двух мощных силовых агрегатов, где питание одного осуществляется от другого. Заправлять такой автомобиль нужно исключительно топливом, а работать будет он на двух видах энергии одновременно. Другой приятной стороной является оптимальность работы такого мотора. Как бы водитель не пытался его «угробить», сделать это не выйдет, так как компьютер этого не позволяет и создает только нормированные параметры, необходимые для работы электрического привода.

Ну и последнее – благодаря правильной конструкции трансмиссии и малой скорости электромотора, такой двигатель излучает самый минимальный уровень шума, что делает поездку на большие расстояния более комфортной.

Что такое гибрид двигателей легковых автомашин

Совершенствование моторов и в частности двигателей внутреннего сгорания еле-еле поспевает за требованиями, которые к ним предъявляются. С одной стороны на чаше весов, потребители с мечтами об одновременно экономичном и мощном движке, с другой — экология, которая ужесточает нормы токсичности. И напоследок — геологи, которые настойчиво напоминают об истощении запасов «черного золота». Одни из вариантов решения данной проблемы — гибридные силовые установки, которые состоят из обычного двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя. В нашей статье мы поговорим о том, что такое гибрид двигателей легковых автомашин? Их отличие от автомобилей на топливных элементах и электромобилей, в них эти два вида двигателей вместе сочтены. Уже с 1997 года гибриды выпускаются серийно.

Сравним электромобиль и машину с обычным ДВС. Обыкновенная машина способна без дозаправки проехать четыре-пять сотен километров и за время пути в атмосферу отправляется некоторый объёмом вредных веществ. В любом регионе предостаточно заправочных станций, и за считанные минуты можно пополнить запасы топлива. Электромобиль на одном заряде батарей может проехать порядка 100-150 км. Он бесшумен, чист экологически, и практически превосходен, до того момента, пока не надо будет подзарядить аккумуляторы. В наше время существующие «электрических» машины тратят на этот процесс несколько часов.

Гибрид двигателя автомашин берет все лучшее от двух моторов: электрического и ДВС. Достоинство первого – в выдающихся характеристиках, а второго – в жидком топливе, удобном энергоносителе. В отличие от двигателя внутреннего сгорания, электромотор не нужно «раскручивать» и заводить. Он может «спокойно вас ждать» не потребляя энергии. Однако как только подключили ток – на колесах сразу можно выдать максимальную тягу. В режиме частых стартов и стопов (другими словами при еде в городе) электродвигатель эффективнее ДВС. Двигатель внутреннего сгорания, напротив, более эффективен на ровных, оптимальных для данного мотора оборотах.

В гибриде два мотора работают друг на друга. ДВС питает энергией и крутит генератор и электромотор. Который, в свою очередь, позволяет двигателю внутреннего сгорания работать без резких нагрузок на разгоне, в наиболее «приятных» для него режимах. Практически все гибриды современного мира имеют систему рекуперации или, другими словами, «возврата энергии». Ее суть в том, что при движении машины накатом или торможении, электродвигатели крутятся от колес и работают как генераторы, тем самым, заряжая батарею. Отсюда – износ, экономичность и экологичность (особенно в условиях города).

Итак, мы видим технологичную прогрессивную машину, в которой объединяются достоинства и нивелируются недостатки двух моторов. Однако пока что рано праздновать стоит послушать, что говорят скептики.

Гибридные машины дороже и сложнее традиционных авто с двигателями внутреннего сгорания. Аккумуляторы имеют невысокий диапазон рабочих температур, подвержены саморазряду, ненавидят морозы, срок службы их всего несколько годов. «Экономность» гибрида напрямую связана с состоянием аккумулятора. Помимо всего прочего есть и проблема утилизации батарей, которые уже отработали свой срок. Гибриды в ремонте несколько дороже, да и за ремонт возьмется далеко не каждый специалист. Кроме того, многие тоже ставят под сомнение высокую экономичность и экологичность гибридов. Это частично подтверждает и ряд проведенных авторитетными автоизданиями тестов, они показали, что гибриды только в городе дают ощутимую экономию топлива, а на трассе существенно проигрывают дизелям, которые так популярны в современном мире. Почетные звания «Самые экологичные автомобили 2007 и 2008 годов» присуждалось также машинам с дизельными двигателями.

Хотелось бы подробнее рассмотреть виды гибридных двигателей.

Исходя из гибридизации их делят на: plug-in, «полные» и «умеренные». «Полный» может двигаться только на электричестве, не потребляя при этом топлива. «Умеренный» всегда применяет ДВС, а электромотор будет подключаться, если нужна будет дополнительная мощность. Plug-in hybrid (гибрид с подзарядкой) — такой гибрид включается для подзарядки в розетку. В итоге обладатель подобного гибрида оснащен всеми преимуществами электрической автомашины, без наибольшего недостатка: на одном заряде — ограниченный пробег. Когда заканчивается электрический заряд, подключается двигатель внутреннего сгорания и машина превращается в обычный гибрид.

По принципу взаимодействия топливной и электрической составляющих машин, гибридные приводы разделяют на три вида: параллельный, последовательный и последовательно-параллельный. Опишем их все:

Последовательная схема.

Эта гибридная конфигурация самая простая. Двигатель внутреннего сгорания используется только для генератора, а электроэнергия вырабатываемая последним питает электродвигатель и заряжает аккумуляторную батарею. Это избавляет нас от необходимости в сцеплении и коробке передач. Для подзарядки аккумуляторной батареи также используется торможение. Схема получила свое название потому, что на ведущие колеса поступает поток мощности, при этом проходя ряд некоторых преобразований. От механической энергии, которая вырабатывается ДВС в электрическую, которая вырабатывается генератором, и снова в механическую. При этом естественно часть энергии теряется. Последовательный гибрид может позволить использовать ДВС небольшой мощности, причем работает он постоянно в диапазоне максимального коэффициента полезного действия. Если отключить ДВС батарея и электродвигатель в состоянии обеспечить нужную мощность для движения транспортного средства. Поэтому в отличие от ДВС, они должны быть мощнее, а, следовательно должны стоит дороже. Лучше всего последовательную схему применять при движении в режиме частых остановок, ускорений и торможений, движении на невысокой скорости, т.е. в городских условиях. Поэтому зачастую ее используют ее на городском транспорте. Исходя из подобного принципа, работают большие карьерные самосвалы, в них надо передать большой крутящий момент на оси колес, а высокие скорости движения при этом не требуются.

Параллельная система.

Ведущие колеса тут приводятся в движение и электродвигателем, и ДВС. Для их параллельной согласованной работы используется управление при помощи компьютера. При этом необходимость в обычной трансмиссии сохраняется, и мотору приходится работать в переходных неэффективных режимах. Момент, который поступает от двух источников, в зависимости от различных условий распределяется: в переходных режимах (ускорение, старт) электродвигатель подключается в помощь ДВС, а в нормальных режимах и когда авто тормозит он работает как генератор, при этом заряжая аккумулятор. Получается что, большую часть времени в параллельных гибридах работает ДВС, а электродвигатель подключается ему в помощь. В результате параллельные гибриды используют меньшую аккумуляторную батарею, в сравнении с последовательными. Так как двигатель внутреннего сгорания непосредственно связан с ободом колес, то и потеря мощности значительно уменьшается, по сравнению с последовательным гибридом. Такая конструкция весьма проста, но недостатком ее является то, что обратимый механизм параллельного гибрида не может вместе делать две вещи: заряжать батарею и приводить в движение колеса. Параллельные гибриды малоэффективны в городе, но эффективны на шоссе. Несмотря на легкость реализации данной схемы, она не может значительно улучшить как эффективность использования ДВС, так и экологические параметры.

Последовательно-параллельная схема.

Пошла своим путем в создании гибридов Компания «Тойота». Система Hybrid Synergy Drive (HSD) разработанная японскими инженерами, объединила в себе особенности двух типов. В схему параллельного гибрида был добавлен делитель мощности и отдельный генератор. В результате такой гибрид получает черты последовательного гибрида: машина трогается и едет на малых скоростях только при тяги электродвигателя. При движении с постоянной скоростью и на высоких скоростях подключается двигатель внутреннего сгорания. Если нагрузки повышаются (движение в гору, ускорение и т.п.) дополнительно подпитывается от батареи электродвигатель — т.е. гибрид при этом начинает работать как параллельный. Из-за наличия отдельного генератора, который заряжает батарею, электродвигатель будет использован только для привода оси колес и при рекуперативном торможении. Передает часть мощности ДВС на колеса планетарный механизм, а остальная часть энергии переходит на генератор, либо питающий электродвигатель, либо заряжающий батарею. Компьютерная система все время для оптимальной эксплуатации регулирует подачу мощности от двух источников энергии. В данном типе гибрида большая часть работы возлагается на электродвигатель, а двигатель (ДВС) используется только на самых эффективных режимах. В результате чего мощность такого гибрида может быть несколько ниже.

Из всего, что было сказано выше можно сделать вывод, что такие гибриды двигателей легковых автомашин наверное пока рано читать решение всех проблем. Скорее всего, это лишь промежуточный этап в переходе автомобилей к вовсе безвредным. Гибридные автомобили – это такие устройства, на которых можно отработать все технологии использования и накопления энергии, технологии скоростной зарядки аккумуляторов, облегчение кузова и т.д. Все это станет возможным лишь в том случае, если подобные автомобили будут выпускаться серийно. Порой кажется, что сев за руль гибридного автомобиля человечество сделает огромный шаг в будущее электронных автомобилей.

Что такое гибрид двигатель

Гибридный двигатель (или гибрид) – силовая установка, которая использует несколько видов топлива (два и более источника) и синергетический эффект от их совместного применения. Это может быть бензин и электроэнергия, бензин и газ, дизель и электроэнергия, водород, бензин и электроэнергия, а также множество других сочетаний. Благо, современная техника позволяет это делать.

История гибридных двигателей.

Считать гибридный двигатель каким-то суперсовременным изобретением – небольшое заблуждение. Да, современные гибриды – это высокотехнологичный инженерный проект, но если разобраться, то гибридный двигатель ведет свою историю еще с XIX-XX веков. Так, в 1897 году французская компания Parisienne des Voitures Electriques начала производить автомобили с гибридными двигателями.

Чуть позже в 1900 году производство гибридов начала осваивать и знаменитая американская корпорация General Electric. Интересно, что гибридные грузовики изготовлялись в Чикаго до 1940 года, хотя, в целом, это было несерийное производство.

Не прижилась гибридная технология в то время в силу нескольких причин. Во-первых, цены на топливо и энергоресурсы в те годы были настолько низкими, что отбивали любую экономическую целесообразность производства гибридов. Во-вторых, мощность обычного бензинового двигателя тогда была, однозначно, намного большей.

Энергетический кризис последних лет, связанный со стремительным ростом цен на энергоносители, а также ужесточение экологических норм подстегнули производителей к разработке и производству эффективных гибридных двигателей нового поколения. Современный гибрид – это, как правило, система из двух основных силовых установок: бензиновой (или дизельной) и электрической. Кроме них, в цепи задействовано еще несколько обеспечивающих узлов. Например, ими могут быть: электрогенератор, аккумуляторная батарея (накапливает заряд), инвертор (преобразует постоянный ток в переменный) и электронный вариатор. Все это контролируется и управляется современным мощнейшим компьютером, который повышает эффективность использования энергоресурсов в десятки раз по сравнению с традиционным ручным или аналоговым управлением. Топливная часть системы может работать одновременно с электрической, но предусмотрены и раздельные циклы. Важно, что во время работы топливной системы, электрическая не простаивает, а накапливает (аккумулирует) энергию.

Устройство, принцип работы гибридного двигателя. На сегодняшний день существует несколько типов гибридов:

• Последовательный (series hybrid). При такой схеме двигатель внутреннего сгорания приводит в движение генератор, электроэнергия от которого запитывает электродвигатель. Последний, в свою очередь, вращает колеса автомобиля. Такой подход позволяет использовать бензиновый двигатель малой мощности при условии, что он будет постоянно работать при максимальном КПД. Автомобили с такой схемой, как правило, малолитражные и имеют крупную батарею (например, Chevrolet Volt);
• Параллельный (parallel hybrid). В этом случае колеса автомобиля приводит в движение и бензиновый двигатель, и электрический. В зависимости от условий движения электродвигатель может создать дополнительную мощность. Такая схема встречается очень часто. Аккумуляторы в этом случае компактные и заряжаются прямо во время движения транспортного средства. Главный недостаток тут в том, что электродвигатель не может одновременно вращать колеса и заряжать батарею. Подобная схема реализована на автомобилях Civic Hybrid и Volkswagen Touareg Hybrid;
• Последовательно-параллельный (смешанный). Из названия легко предположить, что третий тип совмещает в себе два предыдущих. На данный момент это наиболее эффективная схема гибрида. Для вращения колес может использоваться комбинированная тяга (бензиновый двигатель плюс электродвигатель). Кроме того, электродвигатель может одновременно вырабатывать электроэнергию (работать в качестве генератора) и создавать тягу (как мотор). Недостаток схемы в ее очень высокой стоимости.

В пример смешанной схемы можно привести гибридную силовую установку Hybrid Synergy Drive от Lexus (Toyota). Тут бензиновый двигатель объемом 3.3 литра, 2 электродвигателя и аккумуляторная батарея. Для связи между тремя этими элементами конструкции используется устройство распределения энергии с компактной планетарной передачей, которая снижает потери энергии на трении. Для управления потоками энергии имеется блок управления и полупроводниковое устройство переключения. Инвертор в установке HSD преобразует постоянный ток батареи в переменный ток для электродвигателя.

Для движения автомобиля на небольших скоростях и для старта используется электродвигатель. Это позволяет сэкономить бензин и плавно тронуться с места. При переходе в нормальный режим езды включается бензиновый двигатель, который работает параллельно с электромоторами. Излишки энергии отдаются на аккумулятор. Во время разгона активно работает двигатель внутреннего сгорания. В режиме торможения используется так называемая рекуперативная система торможения, когда электродвигатели работают в генераторном режиме, подзаряжая аккумулятор. Т.е. в основных режимах работы используется бензиновый двигатель, а в промежуточных (переходных) электрический.

Преимущества и недостатки гибридного двигателя. Конечно же, несмотря на высокий уровень технологий, гибридная установка имеет как неоспоримые преимущества, так и некоторые недостатки, над которыми продолжают работать ведущие инженеры. Начнем с достоинств:

• эффективный расход топлива и его экономия до 35%;
• низкий уровень токсичности выхлопных газов;
• низкий шум;
• отличная управляемость и более плавный разгон автомобиля;
• полный контроль установки при помощи бортового компьютера и электронных систем;
• компоненты батареи гибридных автомобилей легко утилизировать и перерабатывать;
• система рекуперативного торможения помогает сохранить энергию;
• длительный срок службы батареи у гибридного транспортного средства.

Среди недостатков гибридов стоит упомянуть такие:

• высокая стоимость автомобилей с гибридной силовой установкой;
• большая стоимость комплектующих запчастей и ремонта. Самостоятельно ремонтировать вряд ли получится, а полноценный сервис подобным автомобилям пока могут предоставить только в очень крупных городах. Кроме того, могут возникнуть заминки с поставкой нужных запчастей;
• электрическая система плохо переносит значительные перепады температур.

Популярным заблуждением относительно гибридных двигателей является миф о потере мощности и эффективности силовой установки. Это не так, с мощностью у гибрида полный порядок. Кроме того, не требуется какое-либо специальное топливо для заправки.

Ведущие мировые автопроизводители уже по достоинству оценили преимущества гибридных двигателей. С каждым годом количество гибридных автомобилей растет, завоевывая все большую популярность у водителей. Рынки расширяются. Гибридный двигатель – настоящий шедевр инженерной мысли, суперсовременное экономичное и экологичное устройство, за которым ближайшее будущее мирового автопрома. В виду удорожания углеводородного топлива можно смело предсказать, что уже через 5-10 лет гибридные силовые установки будут широко распространены по всему миру.

Иного нет у нас пути: светлое будущее гибридных автомобилей

Все попытки борьбы за снижение расхода топлива ведут к гибридизации. Судите сами: прогресс дизельных моторов, который казался таким изумительным, вдруг споткнулся о европейских псевдоэкологов-политиков. Теперь дизель стал грязным и жутко вредным. Хорошо, что они еще наш Камаз не видели, двадцать лет таскающий арбузы с Астрахани, и Ikarus 250, вибрирующий и дымящий при попытке обогнать велосипедиста. Но, боюсь, вразумить белых людей уже не получится. Европа всерьез решила бороться с дизельными моторами, которые позволили вписаться в нереальные на первый взгляд нормы расхода топлива. Вслед за Испанией и Бельгией последуют другие страны, санкции будут только множиться… Политикам и псевдоэкологам плевать на физику, они хотят всё здесь и сейчас. Хоттабыча на них нет. Ну, а выход? Он-то есть?

В электромобильное будущее я не особенно верю. При современном уровне технологий электромобиль дорог, имеет весьма среднюю автономность и категорически не годится для дальних и быстрых путешествий за пределы дальности его тяговой батареи. Возникает вопрос: а нужно ли идти на такие жертвы ради полной электрификации, если эквивалентный расход топлива уже достижим на гибридных авто? Прогресс в области создания аккумуляторов когда-нибудь позволит сделать идеальный электромобиль, но на это уйдет гораздо больше времени, чем думают современные зеленые экстремисты. Их политика скорее ведет к выбрасыванию огромных ресурсов на ветер и уж точно не способствует снижению антропогенной нагрузки на планету.

Что дешевле?

Появление в 1997 году первого Prius показало, что бензиновый мотор можно приучить экономить топливо и сделать это изящно, надежно и удобно. А за следующие двадцать лет гибридов развелась куча разновидностей: мягкие, полные, подзаряжаемые… Всё – ради достижения фантастически низких цифр расхода топлива при сравнительно небольших затратах.

На фото: Toyota Prius ‘1997–2000

Конечно, машины стоили недешево. Все же и электроника, и R & D стоят дорого, и за уникальные характеристики грех не попросить пригоршню монет. Но сама технология оказалась сравнительно бюджетной. Совершенствование моторов и трансмиссий обычных бензиновых машин выходило ничуть не дешевле. Классическим конструкциям остаться на рынке позволили разве что лазейка с нереалистичными ездовыми циклами и очень медленное ужесточение норм расхода топлива. Постепенный прогресс всегда в разы дешевле для массового производства, а вряд ли кто-то из автопроизводителей хотел терять средства на кардинальную перестройку модельного ряда и производства, терять старых поставщиков и заводить новых. Тем более что дизельные моторы с прогрессом топливной аппаратуры показали очень впечатляющие характеристики, позволявшие надеяться на достижение будущих норм по выбросам СО еще на два-три десятка лет. Тогда ещё никто не знал, что экологические нормы сумеют так «закрутить».

За двадцать лет прогресса массовых ДВС мы узнали слово «даунсайз», привыкли, что Turbo — это не только Porsche , но и Dacia , что АКПП экономичнее МКПП, что у легковой машины может быть десять передач в КПП, что непосредственный впрыск бывает не только у дизелей, что ГРМ — это крайне сложный узел, что половина цилиндров отключаются даже у четырехцилиндровых моторов, что клапанные пружины могут быть пневматическими, ну и, конечно же, что дизельные моторы — вовсе не медленные чадящие уродцы, а отличный вариант для тех, кто экономит топливо. Постепенно машины стали обзаводиться разными старт-стопами, научились экономить на освещении и кондиционировании, стали работать без длительного прогрева и даже без прогрева вообще. И конечно, они стали дороже. Насколько — судить сложно, но просто сравните стоимость ремонта старого двухлитрового мотора с 16 клапанами и современного даунсайза с турбонаддувом при пробеге в 250-300 тысяч. Наверное, раза в два, может быть, в три, если учитывать износ системы управления и питания. Даже если сравнивать какой-нибудь атмосферный V 6 старого образца и сравнительно компактный бензиновый турбонаддувник, окажется, что последний куда дороже и имеет больше изнашиваемых частей.

Дизельные моторы прибавили в цене еще больше, ведь системы комбинированного наддува, продвинутый впрыск топлива, новые сплавы, выдерживающие высокую степень форсирования, и DPF фильтры стоят не дорого, а очень дорого. И на фоне этого расходы на дополнительную электронику, сравнительно небольшую батарею и отладку смотрятся очень скромными.

Почему гибрид?

Почему «курс партии» раз за разом поворачивает к гибридам? Все достаточно просто — это сравнительно дешевая технология на современном этапе развития. Еще раз прочитайте предыдущий абзац. Попробуйте понять, насколько новый мотор дороже и сложнее старого. Теперь представьте себе ДВС гибрида. Забудьте про пятитактность, в остальном это самый примитивный бензиновый мотор легковушки. Атмосферный, с простейшим ГРМ без всяких отключаемых цилиндров и даже прямого впрыска. Чуть сложнее того, что были в середине девяностых, намного проще того, что выпускается массово в Европе последние лет десять миллионными тиражами.

Все остальное тоже стоит не слишком дорого. Не подзаряжаемый — ну, который не Plug — in , гибрид не требует большой емкости аккумуляторной батареи, и литий-ионная ему не нужна, те же Prius и Camry Hybrid довольствовались никель-металгидридной и неплохо себя показали. Конечно, литий-железо-фосфатная ему подойдет еще лучше: и мороза почти не боится, и ресурс огромный, и цена меньше, чем у более емких литий-кобальтовых. Также гибриду не нужен очень мощный электромотор и очень дорогая электроника, ему при необходимости всегда может помочь ДВС.

На фото: Toyota Camry Hybrid ‘2017

Удачная идея полумеханической, полуэлектрической трансмиссии, которая получила имя собственное Synergy Drive, оказалась и эффективной, и легкой одновременно. В крайнем случае всю трансмиссию можно заменить одним сцеплением или двухступенчатой планетарной передачей, а эффективность работы привода можно сохранить, увеличив мощность генератора. За примером ходить не нужно: Mitsubishi уже сделала это на своем Outlander PHEV . Даже в худшем из возможных режимов эксплуатации расход топлива сопоставим с расходом ультрасовременных дизелей с АКПП. Но не забывайте, у гибрида все сравнительно просто устроено и дешево сделано. А попробуйте-ка дешево изготовить топливную аппаратуру современного дизельного мотора?

А на чем собственно экономит топливо «классический» гибрид? Почему-то большинство автомобилистов уверено в том, что ответ заключается только в возможности рекуперации энергии и возможности движения в пробке, не включая мотора.

Рекуперация – действительно важный фактор, гибридные авто умеют сохранять до 70 процентов кинетической энергии автомобиля и использовать ее повторно. Это заметно снижает расход топлива в городе с его непременным старт-стоп движением и низкими скоростями. Собственно, гидропневматические гибридные системы повышают эффективность только за счет рекуперации и добиваются почти двукратной экономии топлива в городе.

Движение на электротяге — тоже штука приятная, но батареи у гибрида небольшие, и их нужно заряжать, причём – от того же ДВС. Но электрические системы с аккумуляторной батареей имеют куда больше возможностей.

На промежуточных режимах работа ДВС крайне неэффективна. Даже работающий по циклу Аткинсона/Миллера мотор в типичном городском режиме показал бы КПД, который мы привыкли приписывать паровой машине – не более 10%. Причина кроется в ограничениях по качественному составу смеси. Она или уже не поджигается, или детонирует, или еще не поджигается. В результате нужна дроссельная заслонка, позволяющая соотносить количество поступающего воздуха и топлива в строгих пропорциях. Огромные газодинамические потери у бензиновых моторов ведут к резкому увеличению расхода топлива по сравнению с оптимальным режимом.

Управление мощностью путем изменения давления воздуха, работа на особо малых оборотах с открытым дросселем и полной нагрузкой дают свои результаты. Можно отказаться от дросселя и перейти к управлению по топливу, как это сделано у дизельных моторов, но у гибрида есть способ попроще. Можно или «догрузить» мотор до оптимального по расходу топлива режима зарядкой батареи или просто остановить его, когда он не нужен. Работающий в оптимальном режиме простенький атмосферный мотор уже раза в два-три экономичнее даже даунсайзовых турбомоторов в режиме частичной нагрузки и даже превосходит дизельные вне оптимального режима. Даже с учетом совсем не 100-процентного КПД электропередачи и КПД аккумулятора экономится много топлива.

На трассе в режиме постоянной нагрузки силовая система гибрида тоже умеет экономить топливо. Двигателю просто не дают работать в «плохом» режиме, он не работает часами при нагрузке в 5-10 киловатт с пиками до полной мощности, как это происходит у обычной машины. Он или работает на режиме максимального КПД, заряжая батарею и толкая машину, или останавливается, или работает в режиме наименьшего часового расхода топлива на подзаряд батареи, почти не участвуя в процессе передвижения. Это хорошо сказывается и на расходе топлива, и на его ресурсе. Последнее означает, что можно сделать мотор еще дешевле и проще. Это тоже экономия, пусть и менее заметная для водителя, но важная для производителя.

Под капотом Toyota Prius ‘2016–н.в.

Если вы внимательно прочитали два абзаца выше, вы без труда догадаетесь, почему дизельных гибридов с электродвижением практически не существует. Дизельный мотор хорош именно тем, что отлично работает на частичной нагрузке. А значит, экономию можно получить в основном за счет рекуперации энергии. Но основная проблема в том, что гибридный автомобиль заметно усложняется, получает под капот дорогой агрегат. Безусловно, такие системы могут появиться и даже стать массовыми. Но не раньше, чем исчерпаются возможности снижения расхода топлива у гибридов с обычными бензиновыми моторами. Так что сейчас удел дизельных гибридов – это упрощенные схемы гибридизации, например, с гидромашиной и гидроаккумулятором. Или с маховичной системой накопления энергии.

Что значит дёшево?

Если я пишу «дешевое решение», то это вовсе не означает, что можно топать в автосалон и торговаться за гибридный авто, уговаривая продавца скинуть миллион-другой. Относительно дешево оно для автопроизводителя, особенно если он не потратился на разработку современного дизеля, многоступенчатой АКПП или даунсайзового бензинового мотора.

Машины с гибридной силовой установкой дешево не продают, это остромодная тема. И к тому же обещающая немалую экономию на топливе. Lexus RX 400 h дешевым даже с натяжкой не назвать, впрочем, как и экономичным. Про LS 600 h и не говорю даже. Гибридный Lexus NX стоит дороже машины с турбонаддувом, Prius и Lexus CT 200 h тоже совсем не копейки стоят.

Мягкие гибриды. Четырежды двенадцать

Низковольтные гибриды сегодня активно разрабатывают Volkswagen, Renault и некоторые другие автопроизводители. Например, Группа PSA недавно заключила соглашение о сотрудничестве с бельгийской компанией Punch Powertrain, известным разработчиком и поставщиком трансмиссий для гибридов и электрокаров.

В MHEV начального уровня 48-вольтовый электродвигатель, установленный на место генератора, обеспечивает небольшой прирост мощности, например, при разгоне.

Ожидается, что к 2025 году на долю мягких гибридов придется 18 % мирового рынка легковых и легких коммерческих автомобилей массой до 6 тонн. Для сравнения: сегодня гибриды составляют 6 %, plug-in-гибриды — 3 %, электрокары — 3 %.

48-вольтовый аккумулятор Bosch массой 7 кг займет в машине совсем немного места.

Автопроизводители и разработчики компонентов, говоря о преимуществах мягких гибридов, отмечают, прежде всего, их невысокую стоимость и меньшую сложность в сравнении с обычной гибридной трансмиссией. В линии инноваций, направленных на повышение энергоэффективности, мягкие гибриды (MHEV, Mild Hybrid Electric Vehicles) занимают промежуточное положение между системой «старт-стоп» и полным гибридом sHEV.

Предусмотрена зарядка от внешнего источника, как в подключаемом гибриде.

Ключевое различие между обычным гибридом и гибридом низковольтным заключается в том, что в первом случае высоковольтный электродвигатель может самостоятельно приводить в движение автомобиль, а во втором 48-вольтовый электромотор способен лишь поддерживать движение автомобиля на постоянной скорости или приводить автомобиль в движение на короткой дистанции при низкой скорости (например, в режиме маневрирования на парковке). Для интенсивного разгона мощности электродвигателя недостаточно. Отсюда и название «мягкий». Одна из причин выбора именно 48-вольтной системы — электробезопасность. Применение напряжения ниже 50 В позволяет получить менее сложную (дорогую и тяжелую) систему по сравнению с высоковольтными аналогами. Обычному механику для работы с такой системой не требуется проходить специальное обучение, а для ее обслуживания достаточно обычных инструментов.

ГЕНЕРАТОР КАК МОТОР

На сегодняшний день получили развития две технологии MHEV. В самом распространенном варианте традиционный генератор заменен обратимой электромашиной, способной запустить двигатель и поддерживать его в «трудную минуту», добавляя порядка 10 кВт в режиме ускорения. Это помогает улучшить динамику автомобиля и снизить потребление топлива примерно на 15 %, а также существенно снизить выбросы двуокиси углерода, чем сегодня сильно озабочена автоиндустрия: европейские экологические нормы предусматривают сокращение выбросов CO2 более чем на 25 % до 2021 года.

85-киловаттный мотор-генератор Bosch SMG180.

В отличие от классических гибридных схем с применением высоковольтного (от 300 В) оборудования, низковольтный гибрид относительно дешев во внедрении. ключевым преимуществом является простая адаптация к существующей конструкции силовых установок. По большому счету, требуется всего три оригинальных компонента: электродвигатель, блок управления и компактный аккумулятор весом менее 7 кг. В этой технологии 48-вольтовый мотор-генератор занимает место обычного 12-вольтового генератора, соединяясь с двигателем посредством поликлинового ремня. Наряду с поддержкой двигателя внутреннего сгорания (вплоть до полного отключения ДВС в режиме равномерного движения) мотор-генератор эффективен и во время торможения: переключаясь в режим рекуперации, он заряжает литий-ионную батарею.

Электрическая энергия, которая накапливается в батарее, может быть использована и для прочих имеющихся на борту мощных потребителей, таких как кондиционер, отопитель, вентилятор системы охлаждения двигателя. Кроме этого, инженеры уже сегодня решают задачи будущего с учетом роста энергонасыщенности современных автомобилей. К 12-вольтовой бортовой сети литий-ионный аккумулятор подключается через конвертер. К слову, в этой части решение не новое. Ранее системы электроснабжения на два уровня широко применялись в коммерческом транспорте (ЗиЛ-5301, ЛиАЗ-677).

Режим привода отображается на центральном дисплее.

Поскольку электродвигатель связан непосредственно с ДВС, без промежуточных муфт и прочих компонентов, фаза пуска в режиме «старт-стоп» реализуется быстрее и комфортнее, чем в обычных системах. И это еще одна важная особенность мягких гибридов, впрочем, как и возможность реализации режима маневрирования на малой скорости без запуска двигателя внутреннего сгорания.

В компании Continental, которая является одним из крупнейших разработчиков гибридного привода, считают технологию мягкого гибрида достаточно дешевой, чтобы стать мейнстримом. В 2017 году Continental приступил к массовому производству низковольтного гибридного привода для Renault (будет устанавливаться на модель Renault Scenic Hybrid Assist). Первое производственное решение сочетает экономичный индукционный двигатель с водяным охлаждением и встроенный инвертор. Электромотор передает усилие при помощи приводного ремня непосредственно на коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания — решение, названное экспертами «конфигурацией P0». В ближайшее время производство будет поставлено на поток на основе модульной системы для 48-вольтного привода. По мнению специалистов Continental, такая технология быстро завоюет популярность на рынке, и к 2020 году в мире будет произведено четыре миллиона низковольтных гибридных приводов. К 2030 году эксперты предсказывают увеличение доли таких автомобилей на мировом рынке до 25 млн единиц. В процессе разработки модульной системы инженеры Continental делали акцент на максимальной экономичности, простой адаптации к силовым установкам существующих автомобилей и на автоматизированном экономичном производстве.

Решение Continental сочетает индукционный двигатель с водяным охлаждением и встроенный инвертор.

Эффективность низковольтной системы напрямую зависит от количества поездок и периодов восстановления в процессе непрерывной эксплуатации. В результате Continental выбрала индуктивный электродвигатель с водяным охлаждением, который можно напрямую соединять с системой охлаждения двигателя. Все это позволяет создать конструкцию, которая, в зависимости от версии, может постоянно развивать 6 кВт мощности и 60 Нм крутящего момента, и которую можно устанавливать на место привычного генератора. Использование приводного ремня обеспечивает передачу на коленвал момент до 150 Нм. В рамках модульной системы только диаметр вала электромотора изменяет мощность. Модульная система компании Continental также включает конвертер постоянного тока, который позволяет подключать 48-вольтную систему к бортовой системе питания. Это делает возможным использование накопленной в литий-ионной батарее энергии для стабилизации внутренней системы питания.

Перспективная электрифицированная КП с двойным сцеплением — hybrid DT2 и 48‑вольтовым приводом разработана Punch Powertrain.

Тестовые автомобили продемонстрировали экономию топлива на уровне 13 % в новом европейском испытательном цикле, приводит данные собственных испытаний Continental. В реальных условиях, особенно в городах, этот показатель будет еще выше (до 21 %) благодаря тому, что на рекуперацию энергии будет приходиться большая часть поездки. Так, например, двигатель внутреннего сгорания можно отключить при приближении к светофорам, когда скорость движения опускается ниже 20 км/ч. С 48-вольтной системой привода двигатель внутреннего сгорания запускается всего за 0,2 с — обычному стартеру на это требуется примерно в два раза больше времени. Сочетание 48-вольтного привода с дизельным двигателем, как это реализовано в первом запущенном в производство автомобиле, обеспечивает дополнительный эффект, который заключается в том, что выбросы оксида азота, вырабатываемые при ускорении, снижаются на 10 %, так как часть необходимого крутящего момента генерируется электрическим двигателем.

Для экономически эффективного производства системы в больших количествах Continental разработал новые процессы производства электрических двигателей. Например, обмоточный медный провод для статора не наматывается, а поставляется в виде отдельных отрезков. В сочетании с инновационной технологией соединения подобное решение не только улучшает процесс автоматизации, но и увеличивает плотность размещения материала, что позволяет добиться более высоких результатов на той же установочной площади.

Delphi также включилась в активную работу с автопроизводителями. Новая 48-вольтная «мягкая» гибридная система, разработанная компанией, позволяет улучшить топливную экономичность на 50–70 % по сравнению с 12-вольтным аналогом. При этом стоимость новой системы составляет всего 30 % от стоимости полностью гибридного устройства. Решение от Delphi обеспечивает рекуперацию 85 % энергии торможения, говорится в сообщении компании. Эту энергию можно использовать для привода колес, что позволяет существенно сократить токсичность выбросов и улучшить топливную экономичность, а также дополнительно уменьшить объем двигателя.

Работая над технологиями производства оригинального оборудования, инженеры Delphi тщательно продумали аспект энергосбережения для этой системы, включая технологичность обслуживания и ремонта. Одна из причин выбора именно 48-вольтной системы — отсутствие необходимости в особых системах безопасности как для водителя, так и для обслуживающего персонала. Обычному механику для работы с такой системой не требуется высоковольтный допуск и достаточно обычных инструментов.

Помимо сбережения рекуперированной энергии и ее использования для движения автомобиля, новая система обеспечивает более эффективную, по сравнению с приводом от двигателя, запитку других автомобильных систем (например, кондиционера). Более того, в прототипе реализовано использование электрического 48-вольтного турбокомпрессора, который гарантирует практически непрерывное ускорение именно в тот момент, когда это необходимо. Это решение позволяет дополнительно уменьшить объем двигателя, ведь необходимый крутящий момент можно получить практически сразу.

МОТОР К ТРАНСМИССИИ

Одной из перспективных концепций мягкого гибрида для автомобилей с механической коробкой передач является схема, при которой 48-вольтовый электродвигатель размещается ближе к трансмиссии. За его подключение в силовую линию отвечает электронная муфта. По сравнению с вышеописанными схемами гибридов, в которых электрическая машина непосредственно соединена с двигателем внутреннего сгорания, эта концепция позволяет более эффективно выполнять рекуперативное торможение, поскольку двигатель отключается от трансмиссии во время торможения.

Две схемы «мягкого» гибрида.

Эта концепция MHEV в настоящее время является одним из наиболее экономичных решений для реализации приводов повышенной мощности, предлагая динамические характеристики электропривода на уровне эффективности, близком к нынешним высоковольтным гибридам.

Неудивительно, что имен-но такое решение использует в своих новых разработках уже упомянутая компания Punch Powertrain. Электрифицированную коробку передач с двойным сцеплением — hybrid DT2 и 48-вольтовым приводом планируется устанавливать на будущих моделях автомобилей Группы PSA. Высокие характеристики этой трансмиссии ставят ее на первое место среди коробок передач с двойным сцеплением в сегменте коммерческих и легковых автомобилей, говорится в сообщении компании.

Каким решениям будет отдан приоритет? Председатель правления Continental Эльмар Дегенхарт, выступая на «Автомобильной неделе» в Берлине, отметил, что для эффективной защиты климата необходим смешанный привод, состоящий из электропривода, экологичного дизельного и бен-зинового двигателя, нейтральных синтетических видов топлива и топливных элементов. «Предписанный политиками отказ от технологии двигателей внутреннего сгорания — это неверный путь, ведь принятие потребителями новых технологий не может быть навязано политическими мерами», — сказал Дегенхарт.