Гибридные автомобили – в чем их особенности

На дорогах автомобили с надписью «Hybrid» (гибридные автомобили) встречаются все чаще и становятся чем-то обыденным. Многие примерно представляют, что представляют собой транспортные средства одновременно с двигателем внутреннего сгорания и электромотором. Однако существует ряд особенностей, категорий подобных агрегатов, о которых желательно знать. Есть несколько подходов к классификации гибридов по разным признакам – по характеру работы, устройству, взаимодействию между узлами. Важнейшим среди них являются продолжительность, качество движения автомобиля с помощью электротяги, а также компоновка системы моторов.

Виды гибридных автомобилей по использованию для движения электротяги

Автомобили с электромоторами и ДВС представлены версиями разного класса. Производители стремятся усовершенствовать продукцию, сделать модели многофункциональными, бесшумными, экологически безопасными. Это приводит к появлению концептуально новых осмыслений роли и значения электродвигателя в движении автомобиля.

Микрогибриды и их возможности

Базовый вариант семейства гибридов представляют Micro hybrids. Они не обладают способностью заменить двигатель внутреннего сгорания для продвижения даже на один метр, поэтому их принадлежность к категории носит достаточно условный характер. Наличие электромотора позволяет решать ряд технических задач:

• экономить потребление топлива до 10-15%;
• выполнять функцию генератора при замедлении хода;
• обеспечивать перезапуск двигателя, что актуально при системе Start-Stop;
• брать на себя питание устройств автомобиля;
• аккумулировать электроэнергию.

Встречается микрогибрид в некоторых моделях BMW, Mazda, Hyundai. Подобная конструкция отличается простотой, небольшим дополнительным весом по сравнению с версиями без электромотора.

Умеренные гибриды с тяготением к категории «микро»

Мягкие или умеренные гибриды отличаются слабым электромотором, который не предназначен для движения автомобиля без работы ДВС. Зачастую их ошибочно относят к Micro hybrids, что имеет основания в силу концептуального сходства моделей двух данных типов. Однако умеренные гибриды наделены важным отличием – способностью обеспечивать двигатель внутреннего сгорания дополнительной тягой, чего лишены представители класса «микро». Яркими представителями класса Mild hybrid являются Honda Civic Hybrid, Chevrolet Malibu, BMW ActiveHybrid 7, Ferrari LaFerrari, получающие дополнительные лошадиные силы от электромоторов.

Полные гибриды с движением на электротяге

Full hybrids отличаются способностью проехать на электричестве с заглушенным двигателем внутреннего сгорания небольшую дистанцию в 2-4 км. Эти делает их в чем-то похожими на плагины, но с более скромными возможностями. Эффективное накопление электроэнергии при торможении за счет ДВС позволяет поддерживать батарею в рабочем состоянии. Электродвигатель в полных гибридах обеспечивает дополнительную динамику автомобиля, экономию топлива. Однако их нельзя зарядить от розетки, в чем заключается основной минус моделей. Другими недостатками являются увеличенный вес автомобиля, сложная конструкция, высокая цена.

Plug-in hybrids – высшая лига электрифицированных автомобилей

Модели с конструкцией «плаг-ин» представляют собой чистый вид гибридов со всеми их преимуществами. Система позволяет автомобилю двигаться как за счет самостоятельной работы электромотора, так и совместно с двигателем внутреннего сгорания. Это, по сути, промежуточный вариант между традиционными машинами и электрокарами, который очень успешно конкурирует со всеми другими гибридами. Достоинства и особенности plug-in заключены в следующем:

• Способность проехать без двигателя внутреннего сгорания до 30-50 км, что делает возможными поездки на работу и обратно без использования топлива.
• Возможность заряжаться от обычной розетки на стоянке благодаря имеющемуся на кузове порту для подключения шнура.
• Безопасность для окружающей среды при работе в режиме электротяги.
• Незаменимость при поездках по городу с постоянными остановками на переходах, в пробках без использования двигателя внутреннего сгорания.
• Высокая мощность электромотора – 100 л. с. и выше.

Увеличенный объем батареи, большая масса встроенных узлов, систем дает автомобилю дополнительный вес. Однако это компенсируется совокупностью других возможностей агрегата, включая экономию топлива и мощностный потенциал.

Гибриды по особенностям компоновки

Существенным показателем эффективности автомобиля с разными моторами является их способность взаимодействовать между собой, с другими системами, узлами. Особенно это важно при совместном обеспечении вращения колес, создании крутящего момента. По компоновке различают последовательные, параллельные, последовательно-параллельные виды.

Последовательные

В подобных версиях моделей автомобилей вся нагрузка по движению лежит на электромоторе. Двигатель внутреннего сгорания при этом выполняет вспомогательную роль бортового генератора, не участвуя в механическом управлении колесами. Такой вид гибрида больше напоминает электромобиль, который обременен большим недостатком в виде выбросов продуктов горения, вредных веществ. Схема работы системы последовательного агрегата проста, но ее эффективность вызывает большие сомнения. Энергия топлива двигателя внутреннего сгорания проходит несколько преобразований – в механическую, электрическую, снова механическую для передачи колесам. В результате данный вид гибридных автомобилей представлен не так широко, некоторые из них уже сняты с производства. Из известных существующих версий можно назвать BMW i3, Chevrolet Volt, которые показывают хорошие результаты на дорогах. Volt при поддержке ДВС способен преодолеть до 600 и более км, BMW i3 – до 300. Без работы двигателя внутреннего сгорания в качестве поставщика энергии автомобили проезжают 80 и 160 км соответственно.

Параллельные

В отличие от последовательных конструкций, гибриды параллельного типа ближе к моделям с двигателями внутреннего сгорания с периодическим использованием электротяги. Это обеспечивает несколько десятков километров чистого движения для Volkswagen Golf GTE, Mercedes-Benz S 500 e, других представителей данного класса hybrids. Электромотор в таких параллельных конструкциях располагается между ДВС и трансмиссией, встроен в коробку передач. Основной двигатель жестко связан с колесами. Компоновка предполагает одновременную работу электромотора и бензинового двигателя, мощности которых суммируются. Возможны также варианты, когда задействован только один из них. Электромотор в таких случаях выполняет функцию генератора при ДВС либо самостоятельно несет всю тяговую нагрузку, обеспечивая около 30 минут бесшумного движения автомобиля без выбросов.

Последовательно-параллельные

Данная категория отличается наличием нескольких вариантов совместной работы электромоторов и ДВС. Наиболее распространенной и востребованной является технология Hybrid Synergy Drive (HSD), разработанная компанией Toyota. Конструкция предполагает объединение с помощью планетарной передачи двигателя внутреннего сгорания и двух электромоторов. Это приводит к распределению ролей между устройствами:

• Один электромотор несет тяговую нагрузку. Второй – выполняет роль стартера и генератора.
• Двигатель внутреннего сгорания обеспечивает движение и заряд основной батареи.
• Планетарная передача преобразует поступающий из разных моторов крутящий момент, обеспечивает согласованность действий между устройствами.

В данной схеме не предусмотрена традиционная трансмиссия, функцию которой выполняет планетарный механизм. Нет прямой связи двигателя внутреннего сгорания с колесами. Volvo и Peugeot предложили свою схему параллельно-последовательной конструкции с разделением функций. Турбодизель, выступающий дополнительной «фишкой» технологии, управляет передним приводом, электромотор – задним. Это позволяет выбирать силу одного или другого двигателя либо задействовать их одновременно. Электрическая тяга в самостоятельном режиме работы делает гибриды заднеприводными. Есть варианты, когда разработчики предусматривают обратную схему для автомобиля. Это означает, что передний привод обеспечивается электромотором, задний – двигателем внутреннего сгорания.

Предпочтения и перспективы развития

Водителей интересуют автомобили, которые удобны в управлении, обслуживании, не вызывают лишних хлопот и расходов. В этом отношении предпочтительными являются модели plug-in с их экономией топлива, простой подзарядкой от розетки, возможностью использовать на небольших дистанциях, поездках по городу, на работу только экологичный, бесшумный электромотор. Есть перспективы у класса Micro hybrids, показывающего свою эффективность и возможность к дальнейшему совершенствованию. Умеренные модели в этом отношении менее привлекательны. Их использование в настоящем виде не всегда популярно среди автолюбителей. В отдаленной перспективе будущее за электрокарами, особенно при снижении на них цен, совершенствовании системы обслуживания, скорости заряда батареи. Постепенный отказ от использования двигателей внутреннего сгорания диктуется запросами времени, климатическими проблемами, необходимостью защиты окружающей среды, внимание к которой становится все более значительным.