Всё о гибридных автомобилях, сравнение гибридов с электрокарами
В наше время трудно кого-то удивить гибридными вариациями автомобилей. Они по расходу топлива выгоднее чем машины оснащённые ДВС и при этом дешевле электрокаров. Но в то же время, мало кто знает, как устроены гибриды и какие они вообще бывают. В этой теме я хочу прояснить ситуацию и дать вам понять, что гибридные авто это весьма интересное средство передвижения, которое кстати, нужно ещё правильно выбрать. Напоследок, сравню их с электрокарами.
Содержание:
- Как устроен автомобиль гибрид.
- Micro hybrids.
- Mild hybrids (MHEV).
- Full hybrids (FHEV).
- Электрополноприводные гибриды.
- Последовательные гибриды.
- Последовательно-параллельные гибриды.
- Plug-in hybrids (PHEV).
- Будущее гибридов.
- Что лучше — гибрид или электромобиль?
Как устроен автомобиль гибрид
В наши дни частенько попадаются транспортные средства, на борту которых можно увидеть надпись — «Hybrid». Что там внутри у них такого интересного? Реально, ответить на данный вопрос и легко, и сложно. В общем понимании, это транспортное средство, в состав силовой установки которого, входят электродвигатель и ДВС. Они тем или иным образом совместными усилиями вращают колёса.
В принципе, этой информации должно быть достаточно, чтобы объяснить любому несведущему человеку понятие «гибридный автомобиль». Однако если углубиться в тему, то получается не всё так просто с этими гибридами. За долгие годы разработки гибридных установок, инженеры наплодили такое количество вариантов компоновок, что выстроилась довольно стройная система их классификации. Запутаться во всём этом обилии конструкторских изысков проще простого, поэтому в представленном далее материале, я разложил всё по полочкам. Объяснил, какими вообще бывают гибридные машины и как именно эти аппараты устроены. У каждого класса имеются свои плюсы и минусы, разнятся они и по эффективности.
1. Micro hybrids
Микрогибриды являются стартовой ступенью классификации. В таких транспортных средствах электричество ещё не помогает ДВС, а правильней будет сказать, не мешает ему функционировать. Однако невзирая на скромные возможности, маркетологи присваивают подобным разработкам довольно смелые названия. К примеру, такой известный производитель как BMW, дал своей системе название EfficientDynamics — «Эффективная Динамика»!
Во главе угла у рассматриваемой силовой установки стоит «умный» генератор. Электричество для других агрегатов авто, данный девайс старается вырабатывать во время замедления хода, а вот при наборе скорости, он перестаёт работать, снимая тем самым нагрузку на двигатель. В общем, система отличается простотой и её можно внедрить на любую современную машину, ведь микроконтроллер «умного» заряда, есть возможность устанавливать непосредственно на клемму аккумуляторной батареи.
Также, к микрогибридным технологиям приписывают систему Start-Stop, в автоматическом режиме глушащую силовой агрегат когда автомобиль останавливается. Этот способ даёт возможность сокращать потребление горючего и объём выбросов вредных веществ в атмосферу.
Преимущества:
- простота;
- не высокая цена;
- не влияет на массу авто.
Недостатки:
- эффективность находится на минимальном уровне;
- система Старт-Стоп требует более сложных и дорогостоящих стартеров и аккумуляторов.
Заявленная экономия горючего: 2-5%.
Где можно встретить: Mini Cooper, BMW 1-series, Mazda6.
2. Mild hybrids (MHEV)
В «мягких» гибридах электрический мотор уже реально оказывает помощь двигателю внутреннего сгорания, положительным образом воздействуя на динамику авто. Однако передвигаться на одной лишь электрической тяге, такое транспортное средство ещё не может.
В основе Mild hybrids лежит электродвигатель двойного действия, состыкованный с бензиновым силовым агрегатом. При замедлении он осуществляет выработку электричества, а когда машина разгоняется, агрегат наоборот, расходует накопленную энергию, повышая значение крутящего момента на коленчатом валу двигателя внутреннего сгорания.
Обычно, данный электродвижок называют стартер-генератором, потому как девайс успешно заменяет оба агрегата. Попутно, с помощью этого устройства реализуется более продвинутая система Start-Stop, когда ДВС глушится ещё до полной остановки авто.
Существует пара вариантов компоновки стартер-генератора:
- установка вместо обычного генератора, но с более мощным приводным ремнём и двумя натяжными роликами;
- установка вместо маховика.
Стоит также отметить, что MHEV нуждается в дополнительном источнике питания небольшой ёмкости, который может накапливать электроэнергию, производимую в процессе замедления. Использовать данную энергию можно и не напрямую. К примеру, в мощных Ауди, аккумулятор на 48V отвечает за питание электрифицированного нагнетателя воздуха, повышающего отдачу дизельного мотора.
Преимущества:
- возрастает динамика;
- легко внедряется;
- относительно дешёвая система.
Недостатки:
- большая часть энергии затрачивается на вращение двигателя внутреннего сгорания, что говорит о не оптимальности конструкции.
Заявленная экономия горючего: 5-10%.
Где можно встретить: Range Rover Evoque, Audi A6, A7, A8, Ferrari LaFerrari.
3. Full hybrids (FHEV)
«Полные» гибриды являются следующей вехой в развитии гибридных машин — тут уже электродвигатель может приводить автомобиль в движение исключительно собственными силами. К классу FHEV относят транспортные средства, которые способны преодолеть хотя бы небольшое расстояние исключительно посредством электрической тяги. Но, хотя путь преодолеваемый на таком оборудовании скромен, энергозатраты инженеров при его разработке были колоссальными. Такая техника устроена гораздо сложнее, чем Mild hybrids.
Электрический двигатель в FHEV соединён с двигателем внутреннего сгорания не постоянно: между этими агрегатами конструкторы вынуждены ставить муфту либо механизм сцепления. Данные устройства дают возможность гибридному авто передвигаться с заглушенным мотором и эффективнее накапливать электроэнергию при замедлениях.
Для того чтобы машина могла ездить только на электричестве, требуется более ёмкая АКБ, да ещё и высоковольтная. Аккумулятор в свою очередь, нуждается в мощном инверторе, контроллере, преобразователе напряжения (для запитки остальной электроники), а то и в собственной системе охлаждения. Кроме того, на электропитание приходится переводить и «периферию», которая нужна автомашине во время движения: усилитель рулевого управления, тормозов, компрессор кондиционера и т. д.
По итогу, полный гибрид оказывается у производителя значительно тяжелее и дороже обычного автомобиля, который работает только на бензине или дизельном топливе. Но в то же время, экономия горючего выходит по приличней. Кроме того, по сравнению с MHEV, электродвигатель FHEV обеспечивает и более существенную прибавку к динамическим показателям авто. Но это при условии, что по ходу езды, вы будете тормозить достаточное количество раз, чтобы обеспечить зарядом не маленький накопитель электрической энергии.
Преимущества:
- выше эффективность и/или прибавка в динамических показателях.
Недостатки:
- большая масса;
- сложное устройство;
- высокая цена.
Заявленная экономия горючего: 15–25%.
Где можно встретить: Infiniti Q50 Hybrid, Porsche Cayenne S Hybrid, Range Rover Hybrid.
4. Электрополноприводные гибриды
Это вариация FHEV, в которой традиционный мотор и электродвижок отвечают каждый за свою ось. К примеру, четырёхцилиндровый дизель совместно с роботизированной КПП вращает переднюю ось, а электродвигатель со своим редуктором, приводит в движение задние колёса.
Подобная схема даёт возможность с относительно малыми потерями превратить недорогостоящую версию любого авто не просто в гибрид, а даже в полноприводный гибрид. Дорабатывать ДВС практически не понадобится, а вот преобразованием задка гибрида для размещения там аккумуляторной батареи придётся заняться в любом случае.
Преимущества:
- по конструкции такие автомобили относительно просты;
- полный привод;
- меньшая себестоимость.
Недостатки:
- ниже эффективность;
- уменьшается объём багажного отделения;
- выше масса.
Заявленная экономия горючего: до 20%.
Где можно встретить: Peugeot 3008 Hybrid4, Mazda Demio e-4WD.
5. Последовательные гибриды
Большинство гибридных авто являются параллельными — это когда электродвигатель и двигатель внутреннего сгорания, могут приводить машину в движение совместными усилиями либо по одному. Однако имеют место и последовательные гибридные модификации, которые к слову, широкого распространения среди легковых машин не возымели.
В последовательных гибридах, двигатель внутреннего сгорания не соединяется с осями — он состыкован только с генератором, производящим электроэнергию. Это электричество потребляет тяговый электродвижок (или электродвижки), приводящий в движение колёса. Присутствует АКБ, накапливающая энергию во время рекуперативного торможения и повышающая отдачу силовой установки при максимальных нагрузках.
Теоретически, при такой схеме, экономия горючего может быть больше, в отличие от параллельной. Тут, во-первых, отсутствует громоздкая трансмиссия, на вращение которой затрачивается энергия, второе — ДВС функционирует на постоянных оборотах в самом выгодном режиме.
Однако на практике, последовательные конструкции оказались неудобными в эксплуатации, а причиной этому послужили особенности характера электромоторов. По ходу возрастания оборотов у них быстро снижаются тяговые характеристики и средству передвижения трудно развить высокий показатель скорости. Из-за этого, разработчики вынуждены устанавливать мощный электрический двигатель и ёмкий накопитель электроэнергии, который проще подзаряжать от розетки, а не от маленького генератора находящегося на борту гибрида.
Достоинства:
- относительно низкий показатель массы;
- простая конструкция силовой установки.
Недостатки:
- ездовые характеристики находятся на неоптимальном уровне;
- стоимость.
Где можно встретить: Fisker Karma, BMW i3 REX.
6. Последовательно-параллельные гибриды
В 90-х годах, Тойота разработала оригинальный мотор, который объединял в себе последовательную и параллельную схемы. Данный силовой агрегат лёг в основу революционного хэтчбека Toyota Prius — первого в мире серийного гибрида. Машина была оснащена бензиновым четырёхцилиндровым ДВС, двумя электродвигателями и планетарным редуктором, соединяющим их между собой.
На сегодняшний день Приус выпускается в таких версиях: обычный гибрид и подзаряжаемый гибрид.
В схеме Toyota Prius инженерам удалось совместить сразу все сценарии:
- эффективное накопление электроэнергии при рекуперативном торможении;
- возможность двигаться только на топливе или только на электроэнергии;
- задействование обоих источников энергии одновременно;
- зарядка аккумуляторной батареи от ДВС в то время, когда авто стоит.
Кроме того, средству передвижения такой конструкции, не нужна КПП: планетарный редуктор с электродвигателями выступают как бесступенчатая трансмиссия.
Сегодня мы можем наблюдать уже четвёртую генерацию гибридной силовой установки. Производитель дал ей имя Hybrid Synergy Drive и ставят это оборудование не только на Приус, но и на остальные гибриды Тойоты и Лексуса. Возможно, HSD могла бы стать ещё более распространённой, однако данная система защищена патентами Toyota.
Достоинства:
- высокая эффективность;
- простота конструкции;
- низкая масса.
Недостатки:
- управляющая электроника имеет относительно сложное устройство;
- стоимость.
Заявленная экономия горючего: до 40%.
Где можно встретить: Toyota Prius, Lexus RX 450h, BMW X6 ActiveHybrid, Mercedes ML 450 Hybrid.
7. Plug-in hybrids (PHEV)
Какие бы совершенные технологии не использовались в гибридах, всё равно, эффективность таких транспортных средств ограничивается дорожными условиями. Если движение равномерное, то электрическая начинка превращается в балласт. Почему имеет место подобное недоразумение? Да всё просто на самом деле — пополнить запасы электроэнергии гибридный автомобиль может только во время замедления. Зарядку электронакопителя от ДВС учитывать не стоит, ведь сэкономить там горючее не получится.
А что если зарядить аккумулятор заблаговременно, от внешнего источника питания, пока машина припаркована? Хороша идея? Без сомнений! Вот так и появилась высшая категория гибридных авто.
Класс PHEV наполняется всё большим количеством моделей и вполне возможно, что в скором времени, такие конструкции полностью вытеснят остальные гибриды не оснащённые разъёмами для осуществления процедуры подзарядки.
Силовые установки у машин Plug-in hybrids такие же, как и обыкновенных Full hybrids, но ёмкость аккумуляторов существенно больше. При вполне приемлемой стоимости и массе, современные батареи дают возможность преодолеть на электричестве несколько десятков километров. В принципе, такого запаса хода должно хватить, чтобы по пути на работу и обратно вообще не расходовать топливо.
Достоинства:
- такие совершенные гибриды позволят автовладельцу экономить топливо по максимуму;
- минимальное количество вредных выбросов в атмосферу.
Недостатки:
- высокая цена;
- большая масса;
- зависимость от электрозаправочной инфраструктуры.
Заявленная экономия горючего: до 70%.
Где можно встретить: Volkswagen Golf GTE, Range Rover P400e, Chevrolet Volt, Mitsubishi Outlander PHEV.
Будущее гибридов
В гонках на выносливость экономия горючего имеет не меньшее значение, чем показатель мощности. В этом плане гибридные болиды являются просто идеальным решением, но в то же время, если капризная электроника хитроумной системы начнёт давать сбои, то участник соревнований просто обречён на провал.
В 2020 году в Европе приняли закон, требующий чтобы средние выбросы CO2 у новых моделей автопроизводителя не превышали отметку 95 г/км на 1370 килограмм приведённой массы. За каждый лишний грамм с каждой проданной машины, придётся заплатить штраф.
Такие требования соответствуют комбинированному расходу бензина приблизительно в 4,1 л на сотню километров или 3,6 л дизтоплива. Войти в эти жёсткие рамки, возможно лишь дополняя транспортные средства аккумуляторами и электродвигателями. Но, даже современный Full hybrids с трудом может взлезть в упомянутые пределы. А через несколько лет требования планируют сделать ещё более жёсткими, поэтому очевидно, что скоро, гибриды будут востребованы как никогда раньше.
Что лучше — гибрид или электромобиль?
Этот вопрос напрашивался сам собой, так как гибриды являются переходным звеном от ДВС к электрокарам и стоят дороже первых, но пока что дешевле вторых. Сравнивать с чистыми электромобилями мы будем Plug-in hybrids, то есть, самую продвинутую разновидность гибридов.
Преимущества гибридов над электрокарами
✅ Доступность. В некоторых регионах РФ найти электромобиль не просто, либо его эксплуатация сопряжена с некоторыми затруднениями. К примеру, это может быть слишком холодный климат или долгие зимы.
✅ Не влияет отсутствие зарядной инфраструктуры. В принципе, для поездки на работу и обратно, вам скорее всего хватит одного заряда АКБ электрокара на несколько дней, а вот с дачей например, на которую нужно ездить каждые выходные, такой фокус уже не пройдёт. Допустим, это расстояние будет порядка 300 километров без быстрых зарядных станций — сами понимаете, для большинства электромобилей это не подъёмной ношей является. Совсем по другому обстоят дела с PHEV, на котором часть пути можно проехать на бензине, а подзарядкой заняться уже в домашних условиях.
✅ Отсутствие опыта эксплуатации электромобилей. Будем смотреть правде в глаза — на данный момент, для среднестатистического российского автолюбителя, электрокар является загадкой. С гибридом всё же проще будет!
✅ Цена. Гибриды дешевле электрокаров такого же класса.
Преимущества электромобилей над гибридами
✅ Машину оборудованную только электрической тягой нужно меньше обслуживать. Естественно, в гибридах присутствует ДВС, который всё также требуется обслуживать, как и в случае с традиционным автомобилем.
✅ Больше рекуперации. Для пользователей предпочитающих вождение с одной педалью, больше подойдёт электрокар, по той причине, что он обеспечивает сильнейшее и более экономичное рекуперативное торможение.
✅ Больше тяги. В распоряжении электрокаров, как правило, более крупные аккумуляторы, которые могут подавать на электродвигатель гораздо больший ток, да и сам силовой агрегат у них больше. Электромобиль всегда быстрее, чем аналогичный Plug-in hybrids работающий в электро-режиме.
✅ Больше внутреннего пространства. Если электрокар разрабатывался с нуля, то при схожих с гибридом внешних габаритах, он будет иметь больше свободного места в салоне, так как АКБ дислоцируется под полом, а ДВС с его дополнительным оборудованием и вовсе отсутствует.
✅ Налоговые льготы. В некоторых регионах РФ имеют место льготы на транспортный налог для электромобилей. Для гибридов же, подобная лояльность не предусмотрена.
Заключение
Как видим, гибриды на данный момент очень даже выгодными и доступными транспортными средствами являются. Для любителей экологии — это отличный способ попрактиковаться перед приобретением чистого электрокара. Да, нынешние электрокары адресованные широким массам ещё далеки от совершенства, но со временем они преобразятся технически и подешевеют, поэтому PHEV с большой вероятностью утратят свою популярность в значительной степени. Plug-in hybrids на этот момент по стоимости всё также будут превосходить традиционные авто оборудованные ДВС, но, скорее всего, будут стоить дороже, чем большинство средств передвижения на чистой электрической тяге.
Почти способен синтезировать обратный захват серотонина.
