Гибридизация

Конечно, не стоит отбрасывать то, что гибрид, стал самым продаваемым автомобилем в такой высокоразвитой и высокотехнологичной стране как Япония, но преимущества гибридных технологий понимают не только японцы. Ведь гибридные технологии разрабатывают и успешно внедряют не только в стране восходящего солнца. Гибрид является компромиссом между автомобилем с традиционным двигателем внутреннего сгорания и электромобилем. Человечеству эволюционный путь как-то поближе революционного будет, поэтому переход от бензина (или дизеля) к электричеству происходит через гибриды. И если электромобиль все же пока является чем-то из разряда научной фантастики для большинства автолюбителей, гибридные автомобили выпускаются серийно с 1997 года (именно тогда и вышла «в серию» Toyota Prius).

Популярность гибридов в России в целом и в Красноярске в частности не сравнится с японской статистикой. В том числе и потому что мы мало знаем о том, как устроены эти автомобили, и что вообще такое «гибрид». Постараемся заполнить пробелы в гибридной эрудиции.

ДВС и электротяга

Гибридный привод — это симбиоз традиционного ДВС и электромотора. У каждого из его составляющих есть свои преимущества и недостатки. Обычный автомобиль может проехать на одном баке 400-500 км, при этом он выбрасывает в атмосферу определенный объем вредных веществ. Заправку сейчас можно найти даже в заповедных зонах российской тайги, ну или в конце концов можно всегда кинуть в багажник канистру с дополнительным топливом. Электромобиль на одном заряде батарей может проехать примерно 80-150 км, при этом не выбросив в атмосферу вообще ничего. Но что делать, если вы исчерпали ресурс батарей, а розетки поблизости нет? Паниковать или проклинать «батарейку на колесах». Если же вы нашли розетку, то процесс зарядки батарей займет не один час, что, конечно, играет не в пользу электромотора. Зато у электродвигателя есть свои неоспоримые преимущества перед ДВС. Например, электромотор не нужно заводить и «раскручивать», не надо глушить, он не потребляет энергии, пока вы стоите, и не работает на холостых оборотах. Нажали на педаль акселератора — получили мгновенную максимальную тягу на колесах. Электродвигатель эффективней ДВС в режиме частых стартов и торможений, а ДВС наиболее эффективен на постоянных, оптимальных для двигателя оборотах.

Гибридные автомобили используют все преимущества ДВС и электромотора, а недостатков их не имеют, т.к. они перекрываются достоинствами «конкурирующей» силовой установки. Гибрид — это симбиоз ДВС и электромотора. ДВС крутит генератор и питает энергией электромотор, а тот позволяет ДВС работать без резких разгонных нагрузок.

Но недостатки у гибридов, конечно, имеются. Более сложная схема силовой установки не может не отражаться на цене таких автомобилей. Аккумуляторные батареи чувствительны к морозам, подвержены саморазряду и имеют ограниченный срок службы. А основное преимущество гибрида — экономичность — зависит, в первую очередь, от состояния аккумуляторной батареи. Т.к. гибриды не так распространены, то на них сложней найти запчасти, да и за ремонт сложного агрегата возьмется не каждый сервис.

Гибридная классификация

По роли, которую играет в силовой установке электромотор, все гибриды можно разделить на умеренные (mild hybrids) и полные (full hybrids). У первых электромотор служит лишь помощником двигателю внутреннего сгорания. Вторые способны проехать некоторое расстояние на одной электротяге.

Существует также три основных схемы устройства гибридных установок.

Последовательная схема

Эту схему придумал еще в 1899 году Фердинанд Порше. ДВС в ней используется только для привода генератора, а вырабатываемая последним электроэнергия заряжает аккумуляторную батарею и питает электродвигатель, который и вращает ведущие колеса. При такой схеме в автомобиле отсутствует коробка передач и сцепление, т.к. электродвигателю они не нужны. Зато такому электромотору необходимы аккумуляторные батареи большой емкости.

Наиболее эффективна последовательная схема при движении в режиме частых остановок, торможений и ускорений, движении на низкой скорости, т.е. в городе. Поэтому ее используют в городском транспорте, а также в больших карьерных самосвалах, где необходимо передать большой крутящий момент на колеса, и не требуются высокие скорости движения.

Параллельная схема

Эта схема была запатентована в 1905 году немцем Генри Пипером. Эта схема сейчас самая распространенная. При ней ведущие колеса приводятся в движение как ДВС, так и электродвигателем, который также работает и в качестве генератора. Для их согласованной параллельной работы используется компьютерное управление. При этом сохраняется необходимость в обычной трансмиссии (как правило, используется вариатор или планетарная передача). Крутящий момент, поступающий от двух источников, распределяется в зависимости от условий движения: в переходных режимах (старт, ускорение) в помощь ДВС подключается электродвигатель, а в устоявшихся режимах и при торможении он работает как генератор, заряжая аккумулятор (рекуперативное торможение). Таким образом, в параллельных гибридах большую часть времени работает ДВС, а электродвигатель используется для помощи ему.

Параллельную схему использует компания Honda, которая выпустила свой первый серийный гибрид Insight на рынок в 1999 году. Позже в продаже появился гибридный Civic. А недавно к ним добавилась новая модель CR-Z, которая появится в продаже этим летом и помимо всего прочего уникальная тем, что будет доступна, в том числе, с шестиступенчатой «механикой». Жаль, что ни один хондовский гибрид не продается на территории России.

Последовательно-параллельная схема

По этой схеме работает Toyota. Разработанная этой компанией система Hybrid Synergy Drive (HSD) объединяет в себе особенности двух предыдущих типов. В схему параллельного гибрида добавляется отдельный генератор и делитель мощности (планетарный механизм). В результате гибрид приобретает черты последовательного гибрида: автомобиль трогается и движется на малых скоростях только на электротяге. На высоких скоростях и при движении с постоянной скоростью подключается ДВС. При высоких нагрузках (ускорение, движение в гору и т.п.) электродвигатель дополнительно подпитывается от аккумулятора — т.е. гибрид работает как параллельный. Благодаря наличию отдельного генератора, заряжающего батарею, электродвигатель используется только для привода колес и при рекуперативном торможении. Планетарный механизм передает часть мощности ДВС на колеса, а остальную часть на генератор, который либо питает электродвигатель, либо заряжает батарею. Компьютерная система постоянно регулирует подачу мощности от обоих источников энергии для оптимальной эксплуатации при любых условиях движения. В этом типе гибрида большую часть времени работает электродвигатель, а ДВС используется только в наиболее эффективных режимах. Поэтому его мощность может быть ниже, чем в параллельном гибриде.

Большинство ДВС, установленных на гибридах — бензиновые. Многие из них работают по циклу Аткинсона, а не по циклу Отто, как обычные двигатели. Цикл Аткинсона характерен более коротким тактом сжатия и более эффективным рабочим процессом. Это обеспечивает лучшие экологические и экономические показатели, но меньшую по сравнению с циклом Отто мощность. Но ДВС в гибриде как раз функционирует в малонагруженных режимах, когда этот недостаток не так существенен.

Ввиду того, что последовательно-параллельный гибрид нуждается в отдельном генераторе, большем блоке батарей, и более производительной и сложной компьютерной системе управления, его стоимость выше, чем при последовательной или параллельной схеме.

Последовательно-параллельная схема, разработанная «Тойотой» используется ими в таких гибридах как Toyota Prius, Toyota Camry, Lexus RX400h, Toyota Highlander Hybrid, Toyota Harrier Hybrid, Lexus GS 450h и Lexus LS 600h. К тому же ноу-хау компании Тойота куплено компаниями Ford и Nissan и использовано при создании Ford Escape Hybrid и Nissan Altima Hybrid.

Гибридизация

Как мы уже отмечали, гибрид — это своего рода компромисс между обычным автомобилем и электромобилем. И считать гибрид транспортным средством будущего было бы неправильным. Скорее это промежуточный этап на пути к автомобилю с электрической силовой установкой. От чего ушли, к тому и возвращаемся. Мало кто знает, что электричество в качестве источника энергии для автомобиля начали использовать раньше, чем бензин. Но история сложилась так, что сейчас автомобильное электричество — это пока будущее, к которому мы идем. Гибридизация же помогает сделать этот переход более мягким и заодно развить новые технологии, которые помогут сделать электромобиль оптимальной и более выгодной альтернативой обычному автомобилю.

Гибриды разрабатывают и выпускают сейчас практически все мировые производители, но коснется ли гибридизация в ближайшее время России, неизвестно. Сейчас официально свои гибриды у нас продает Toyota (модель Prius) и Lexus (гибридные версии моделей GS, LS, RX). Популярностью они не пользуются. Думается, ввиду своей немалой стоимости. С «Лексусом» и так все ясно, а новый Prius у дилера можно купить за 1 млн 177 тысяч рублей – гибридные технологии стоят немалых денег. Подержанные «Приусы», привезенные из Японии в Красноярске есть, но тоже в очень малом количестве. Если учесть, что срок жизни аккумуляторной батареи в японских условиях составляет примерно 7 лет, то большого смысла приобретать старый Prius за его «гибридные выгоды» (расход — 4 литра бензина на 100 км) нет, т.к. в скором времени они сойдут на нет. Но все же хочется верить, что гибридизация приживется и на русской земле.