Основные преимущества и недостатки гибридных авто
Главным плюсом от использования тандема ДВС и электромотора стало заметное снижение расхода горючего. Показатель расхода топлива у современных гибридных машин до 30 % меньше по сравнению с обычными авто. Сжигание меньшего количества бензина или солярки одновременно позволило снизить уровень токсичности гибридов. Получается, гибридные авто являются более экономичными и дружелюбными к окружающей среде сравнительно с традиционными аналогами, которые оснащаются только ДВС. Также гибриды производят меньше шума в процессе работы.
Что касается электромобилей, гибридные решения сравнительно с электрокарами имеют больший запас хода, а также являются «универсальными» с точки зрения повседневной эксплуатации. Гибрид не требует обязательной зарядки от электросети и заправляется простым бензином. После сжигания топлива часть энергии накапливается в аккумуляторе, от которого приводится в действие электродвигатель. Дополнительным источником питания для заряда аккумулятора выступает рекуперация торможения, то есть преобразование кинетической энергии движущегося авто в электричество.
Также гибридные авто имеют целый ряд конструктивных решений и максимум вспомогательных систем для высокой экономичности и снижения уровня вредных выбросов: система старт-стоп, изменение фаз ГРМ, система EGR, подогрев ОЖ отработавшими газами и т.д.
К недостаткам гибридов эксперты относят высокую начальную стоимость, а также определенные сложности в процессе ремонта и обслуживания подобных машин. Еще одним минусом является возможный критический разряд аккумулятора гибрида и быстрый выход из строя данного элемента в условиях значительных колебаний температур.
Стоит добавить, что хотя гибридные машины демонстрируют высокие показатели экономичности в городском потоке (постоянные остановки, работа в режиме холостого хода, движение на малых скоростях), на трассе эффективность гибридной силовой установки не так заметна. Дело в том, что в основе работы гибридов лежит определенное распределение нагрузок между агрегатом на электротяге и двигателем на углеводородах. Для поддержания высокой скорости основная нагрузка ложится именно на ДВС, в результате чего расход топлива закономерно возрастает.
Положительные стороны гибридных двигателей
- Основное достоинство гибридов заключается в его экономичности. Минимальная экономия топлива составляет 20%, что в условиях роста цен довольно ощутимое преимущество.
- Совместное использование двух двигателей снижает количество выбросов СО2.
- Отличные ходовые характеристики, которые достигнуты благодаря рациональному накоплению и последующему перераспределению мощностей, выработанных совместно двумя двигателями.
- В сравнении с традиционным автомобилем гибрид обладает ощутимым запасом хода, то есть он может продолжать движение даже с пустым баком.
- Характеристики гибридных двигателей полностью идентичны традиционным моделям с ДВС, вопреки сложившимся стереотипам, а с учетом других преимуществ порой даже превосходит их.
- Электродвигатели практически бесшумны, что добавляет комфорта при эксплуатации автомобиля.
- В сравнении с электромобилем, АКБ гибрида заряжается от топливного двигателя, что увеличивает запас его хода.
- Заправка автомобиля осуществляется тем же бензином, что и традиционные авто.
Минусы гибридных автомобилей
Наряду с перечисленными плюсами «гибриды» имеют и ряд негативных сторон, к которым можно отнести:
- Очень высокая стоимость самого автомобиля.
- Высокая сложность в конструкции влечет за собой высокую стоимость обслуживания.
- Недостаточно развитая система автосервисов. Сложность гибридной конструкции требует хороших знаний и высококлассных специалистов в автомастерских, что не всегда возможно, особенно в удаленных населённых пунктах.
- При выходе из строя батарей хозяину авто придётся довольно долго искать место доступной утилизации.
Предыстория. Проблемы транспорта глубинки
Карта районов Ульяновска. Пригороды активно обжиты, являются удаленными спальными районами
Ульяновск разделен Волгой почти пополам. Город соединяет 2 моста, связывающих 4 разных района. Основные «офисные» предприятия расположены на правом берегу. Промышленность вынесена в удаленные от современных жилых районов зоны.
Основные маршруты следования жителей:1. Из дома на работу: а) в рамках одного района — 3-10 км, 10 минут; б) между берегами — 20 км, 30-80 минут2. Из дома на дачу: по одному берегу, ~15-40 км3. На загородный отдых: от 5 до 80 км4. В соседние города: Казань, Сызрань, Самара, Астрахань, Пермь, Уфа
Таким образом, среднестатистический житель за рабочий день на личной машине проезжает около 20-50 км, в выходной — до 1000, поскольку население плотно связано родственными узами с соседними городами Поволжья и Приуралья.
Появление Яндекс.Такси стимулировало резкое падение цен на общественные перевозки. Дорога на работу и обратно по району обходится в 120-200 руб., между районами — 500-800.
Собственная машина теперь имеет смысл только при поездках за город или в соседние пункты, с грузом или с маленькими детьми.
Экономия электроэнергии в гибридных двигателях
Известно, что на движение автомобиля затрачивается огромное количество энергии. В связи с этим возникает закономерный вопрос: как электромотор даже в условиях малых нагрузок может долго работать без дополнительного прицепа с аккумуляторами. Чтобы понять принцип работы электродвигателя автомобиля, нужно проследить весь процесс от начала движения до остановки.
Когда автомобиль трогается либо движется на малых скоростях, всю работу осуществляет электродвигатель, который питается от аккумулятора. Далее в его задачу входит разогнать автомобиль до предельно возможной для электродвигателя скорости. После этого компьютер дает команду на включение топливного двигателя. При этом ДВС часть энергии отдает на генератор, который подменяет АКБ и продолжает вместо нее питать электромотор, параллельно заряжая аккумулятор. Автомобиль при этом работает на двух силовых агрегатах одновременно.
При движении со средней скоростью электродвигатель отключается, работает только ДВС, пополняя запас энергии аккумулятора. При повышении нагрузки на ДВС ему на помощь снова приходит электромотор. Но электроэнергия пополняется не только за счет работы ДВС. Тормозной механизм автомобиля с гибридным двигателем устроен таким образом, что образовавшаяся во время торможения энергия, преобразовывается в электрическую и тоже идет на питание электромотора. Такое торможение получило название «рекуперативное».
Рассмотренный выше алгоритм работы описывает общую картину работы гибридного силового агрегата автомобиля. На сегодняшний день существует три типа таких двигателей: последовательный, параллельный и смешанный.
Последовательная схема гибрида
Принцип работы такой схемы можно считать самой простой из гибридов. Двигатель внутреннего сгорания в данном типе является вспомогательным элементом и предназначен для работы генератора. Генератор, получая энергию от ДВС, преобразует ее в электрическую и запитывает электромотор, который приводит автомобиль в движение.
Такая схема, как правило, применяется в маломощных автомобилях (малолитражках). Но используемый аккумулятор имеет большую емкость, с возможностью зарядки от обычной электросети. Большая емкость АКБ позволяет минимизировать использование ДВС, то есть автомобиль может двигаться на электродвигателе, который питается только от аккумулятора. Chevrolet Volt – это одна из моделей автомобилей, в которой использована последовательная схема гибрида.
https://youtube.com/watch?v=s7yRbgHBoug
Параллельная схема гибридного автомобиля
Принцип работы параллельной схемы заключается в том, что ДВС и электромотор установлены таким образом, что появляется возможность их использовать как вместе, так и по отдельности. Но все же основная функция электромотора в такой схеме – это создание дополнительной мощности ДВС при ускорении. Кроме того электродвигатель выполняет функции стартера и генератора. Аккумуляторы при такой схеме не требуют дополнительной подзарядки, им хватает энергии, вырабатываемой при движении.
Honda Insight, Honda Civic Hybrid, BMW Active Hybrid 7, Volkswagen Touareg Hybrid – модели с параллельной схемой гибридного двигателя.
Последовательно – параллельная схема гибрида
В этой схеме ДВС и электромотор связывает между собой планетарный редуктор, при помощи которого мощность от обоих двигателей передается на ведущие колеса.
Смешанная схема отличается от параллельной наличием генератора, создающего энергию для электродвигателя.
Toyota Prius, Lexus RX 450h, Ford Escape Hybrid – это представители полного гибрида.
ТОП гибридных автомобилей внедорожников
Лучшая гибридная машина внедорожник — Lexus RX 450h
Lexus RX 450h. Это надежный кроссовер, который имеет качественную и прочную сборку. Внешне данная модель мало чем отличается от своих предшественников. Но элементы индивидуальности у него есть. Кроссовер оснащен головной оптикой со светодиодной начинкой. Кроме того, для данного авто доступен спортивный обвес. Благодаря нему внешность гибрида становится более агрессивной. Салон авто сделан из натуральной кожи в светлых и темных тонах. Данная модель имеет 4-цилиндровый двигатель объемом 2.5 л. Суммарная отдача гибридной силовой установки составляет 299 л.с. Лексус может разогнаться за 6-7 секунд до 100 км в час. Расход топлива составляет 9-10 л на 100 км. Это автомобиль по праву претендует на место в рейтинге лучших японских внедорожников.
Корейский гибридный кроссовер – KIA Niro
KIA Niro. Это компактный корейский кроссовер для города с неплохой сборкой. Внешний вид авто достаточно удачный, дизайнеры проработали все до мелких деталей. Машина выглядит подтянутой и спортивной. Уникальность интерьера данной модели заключается в приборной панели, которая представляет собой два дисплея, отображающие режимы передвижения, разные подсказки о состоянии автомобиля. Киа Ниро имеет 4-цилиндровый двигатель объемом 1.6 литров, который вместе с электромотором выдает 146 л.с.
Авто имеет экономичный мотор с пониженным расходом топлива в 4 л независимо от трассы при условии активного электромотора. Электродвигатель заряжается при спусках либо при торможении.
Гибридные автомобили: плюсы и минусы
Новые решения не всегда идеальны: и у гибридных автомобилей бывают свои преимущества и недостатки.
Плюсы машин гибридов
- Экономия топлива. Гибридные машины потребляют лишь 70% от потребляемой обычным автомобилем энергии.
- Экологичность. Электрическая часть мотора позволяет не загрязнять воздух.
- Высокотехнологичная комплектация. Первые гибридные автомобили были собраны примерно 15 лет назад. А это значит, что они сделаны по последнему слову техники.
- Дизайн. Любители красивых автомобилей в разных стилях точно оценят внешний вид гибридных машин.
Минусы машин гибридов
- Цена. Она действительно «кусается». Хотя это не мешает некоторым делать выбор в пользу гибридных машин.
- Поиск центров обслуживания. Как уже было упомянуто, найти настоящего мастера среди тех, кто убедительно настаивает на своей кандидатуре, трудно.
- Выбор. Он невелик. Не так просто выбрать идеальный гибридный автомобиль, особенно отечественного производителя.
- Манёвренность. Вы любитель резких поворотов? Тогда гибридные машины не для вас. Из-за дополнительных составляющих автомобиль становится тяжелее. Это причина, по которой создатели спорткаров отказываются от гибридных машин.
Что такое подключаемый гибрид?
Однако сегодня все немного иначе. После довольно большого фальстарта другие производители также взяли гибриды, но эти — и большинство европейских компаний — вошли в игру с гибридными технологиями достаточно поздно, чтобы полностью сделать ставку на новое решение: гибрид, заряжаемый от розетки и оснащенный аккумулятором. набор со значительно большей емкостью. Сегодня аккумуляторы настолько «большие», что без использования ДВС позволяют гибридам, заряженным от розетки, преодолевать не 2–3 км, а 20–30 км, а в благоприятных условиях — даже 40–50 км. (!). Мы называем эту версию «гибридным подключаемым модулем» или просто «подключаемым модулем», чтобы отличить его. По сравнению с «обычным» гибридом, у него есть несколько сильных козырей в рукаве, но … он не всегда должен быть лучшим выбором. Почему?
Разновидности и классификация гибрида
Из вышесказанного уже становиться понятно, что исполнений гибридных автомобилей по принципу использования электродвигателей очень много. Основными являются:
Последовательное исполнение. ДВС механически соединён только с электрогенератором, а тяговый электродвигатель — только с колёсами.
Параллельное исполнение. ДВС и электропривод одновременно механически соединены с колёсами с помощью дифференциала. В таком исполнении чаще всего ДВС и электропривода могут работать как по отдельности, так и совместно. Обычно в таких исполнениях присутствует стандартная КПП.
Последовательно-параллельное исполнение. ДВС, генератор и электродвигатель механически связаны друг с другом и с колёсами посредством планетарного редуктора. Это позволяет произвольно изменять потоки мощности между этими узлами.
Еще гибриды могут различаться по типу накопителей. У гибридных автомобилей, как правило, накопитель имеет меньшую ёмкость и вес, если сравнивать его с электромобилями. Накопители в гибридах бывают:
- Электрические. Представлены в виде электрохимических аккумуляторов.
- Механические. Представлены в виде пневматических аккумуляторов, гидроаккумуляторов с пневматическим накопителем
Некоторые электромобили способны передвигаться без запуска ДВС, то есть в режиме электромобиля. Если автомобиль можно заряжать от посторонней сети, то такой автомобиль называется “подключаемый гибрид”.
Схемы взаимодействия электромотора и ДВС
Инженеры разных компаний по-разному подходят к вопросу гибридного двигателестроения. Современные машины оснащаются гибридными двигателями, построенными по одной из трех схем взаимодействия топливной и электрической составляющей, которые будут рассмотрены ниже.
Последовательная схема
Это наиболее простой вариант. Принцип его работы заключается в следующем: крутящий момент от ДВС в данном случае передается исключительно генератору, который вырабатывает электричество и заряжает аккумуляторы. Автомобиль при этом движется только на электротяге.
Также для зарядки аккумуляторной батареи применяется система рекуперации кинетической энергии. Своим названием данная схема обязана последовательным преобразованиям энергии: энергия сгорания топлива двигателем внутреннего сгорания превращается в механическую, затем в электрическую при помощи генератора и снова в механическую.
- ДВС всегда работает на неизменных оборотах, с максимальным КПД;
- нет необходимости оснащать автомобиль мощным и прожорливым двигателем;
- не нужно сцепление и коробка передач;
- автомобиль способен передвигаться и с выключенным двигателем внутреннего сгорания за счет энергии, запасенной аккумуляторной батареей.
Однако есть у последовательной схемы и свои минусы:
- потери энергии в процессе преобразований;
- большой размер, вес и высокая стоимость аккумуляторных батарей.
Наибольшая эффективность такой схемы достигается при движении с частыми остановками, когда активно работает KERS. Поэтому она нашла применение в городском транспорте. Также гибридные двигатели с последовательной схемой применяются в карьерных самосвалах, которым для работы важен большой крутящий момент и не требуется высокая скорость.
Параллельная схема
Принцип работы «параллельного» гибридного двигателя полностью отличается от вышеописанного. Автомобили с гибридным двигателем, построенным по параллельной схеме, ездят с использованием и ДВС, и электромотора. Электродвигатель в таком случае должен быть обратимым, т.е. способным работать в качестве генератора. Согласованная работа обоих моторов достигается посредством компьютерного управления.
В зависимости от режима езды блок управления распределяет крутящий момент, поступающий от обоих элементов гибрида. Основную работу выполняет двигатель внутреннего сгорания, электромотор же подключается когда нужна дополнительная мощность (при трогании, ускорении), при торможении и замедлении он работает как генератор.
По данной схеме построены гибридные автомобили марки Хонда. Главный принцип руководства компании: схема гибридного двигателя должна быть как можно более простой и дешевой, а функция электромотора заключается лишь в помощи ДВС сэкономить максимально возможное количество топлива. У этой марки существует две гибридных модели – Civic (снят с производства в 2010 году) и Insight.
Последовательно-параллельная схема
Последовательно-параллельная схема представляет собой совмещение первых двух. В параллельную схему добавлен дополнительный генератор и делитель мощности. Благодаря этому автомобиль при трогании и на малых скоростях движется только на электрической тяге, ДВС только обеспечивает работу генератора (как при последовательной схеме).
На высоких скоростях крутящий момент на ведущие колеса передается и от двигателя внутреннего сгорания. При повышенных нагрузках (например, при подъеме в гору), когда генератор не в силах обеспечить требуемый ток, электромотор получает дополнительное питание от аккумулятора (параллельная схема).
рекуперативного торможения
Плюсы последовательно-параллельного гибридного двигателя данной схемы, в максимальной топливной экономичности и высокой экологичности. Минусы системы – сложность конструкции и высокая стоимость, поскольку требуется дополнительный генератор, достаточно емкая аккумуляторная батарея и сложный электронный блок управления.
Применяется последовательно-параллельная схема на автомобилях марки Тойота (Prius, Camry, Highlander Hybrid, Harrier Hybrid), а также на некоторых моделях Лексус. Подобными гибридными двигателями оснащаются машины Ford Escape Hybrid и Nissan Altima Hybrid.
Мне нравится1Не нравится
Классификация по степени электрификации
Разбираясь в особенностях гибридных двигателей, поговорим и о различном применении электромоторов. Степень электрификации машины указывает на возможности электрической установки. В одном случае, она идёт как приложение, в другом — позволяет полноценно передвигаться на электротяге. Чтобы понять насколько прогресс ушёл вперёд, рассмотрим этапы электрификации последовательно.
Микрогибрид
Двигатель-микрогибрид представляет собой простейшую форму гибридизации. Автомобиль оснащается системой «Старт-Стоп», в которой электрическая установка используется, как стартер и генератор, но не передаёт энергию колёсам. Во время работы машины на холостом ходу блок управления глушит бензиновый двигатель, позволяя сэкономить топливо. В среднем расход в городе снижается на 10%.
Энергия, сохранённая от рекуперативного торможения, питает систему «Старт-Стоп» и бортовые устройства.
В силовую установку микрогибрида устанавливают штатную коробку передач с импульсным масляным насосом. В режиме «Старт-Стоп», пока двигатель не работает, необходимо сохранить элементы переключения включенными. Насос поддерживает давление масла в каналах КПП, чтобы после запуска двигателя, автомобиль был готов ехать спустя 0,3 с.
Мягкий гибрид
Термин «мягкий» или «умеренный» гибрид означает, что электромотор используется в автомобилях как лёгкая «поддержка» ДВС. Основную работу в режиме ускорения и штатного движения выполняет бензиновый двигатель. Суть использования электрической установки — помощь при трогании и ускорении автомобиля, а также для подзарядки батареи во время торможения. Мощность электродвигателя не превышает 50 кВт.
К гибридам подобного действия относятся: BMW 7 ActiveHybrid, Honda Civic Hybrid, Suzuki Smart Hybrid, Mercedes S 400 Hybrid.
Полный гибрид
Полноценный гибридный автомобиль способен работать на одном тяговом электромоторе при выключенном ДВС. Электрический двигатель заменяет сцепление, работает как генератор для заряда аккумуляторных батарей, в том числе в режиме рекуперативного торможения. В отличие от умеренного гибрида, здесь применяется электромотор мощностью 60 — 250 кВт.
Принцип полного гибрида реализован в Audi A1 и BMW X6 ActiveHybrid. В такие гибриды устанавливают мощные литий-ионные аккумуляторные батареи. Однако, при ёмкости в 12кВт/ч, накопитель электроэнергии сможет обеспечить пробег автомобиля не более 60 км. При низком уровне заряда ДВС подключается автоматически, но чтобы снизить потребление топлива и увеличить пробег электрического мотора, инженеры разработали Plung-In.
Гибриды плагины
Plung-In или гибрид-плагин по принципу работы схож с полным гибридом. Разница заключается в возможности подзарядки аккумулятора от внешней сети. Расстояние, которое может проехать машина на одной электрической тяге, характеризуется показателем PHEV.
Чтобы превратить гибридный двигатель в Plung-In, необходимо поставить дополнительное оборудование: зарядное устройство, дополнительный блок управления и блок батарей. Розетка для заряда располагается возле лючка для заправки топливного бака. Для подпитки батареи можно использовать домашнюю электросеть, учитывая рекомендации производителя.
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.
Положительные стороны гибридных двигателей
- Основное достоинство гибридов заключается в его экономичности. Минимальная экономия топлива составляет 20%, что в условиях роста цен довольно ощутимое преимущество.
- Совместное использование двух двигателей снижает количество выбросов СО2.
- Отличные ходовые характеристики, которые достигнуты благодаря рациональному накоплению и последующему перераспределению мощностей, выработанных совместно двумя двигателями.
- В сравнении с традиционным автомобилем гибрид обладает ощутимым запасом хода, то есть он может продолжать движение даже с пустым баком.
- Характеристики гибридных двигателей полностью идентичны традиционным моделям с ДВС, вопреки сложившимся стереотипам, а с учетом других преимуществ порой даже превосходит их.
- Электродвигатели практически бесшумны, что добавляет комфорта при эксплуатации автомобиля.
- В сравнении с электромобилем, АКБ гибрида заряжается от топливного двигателя, что увеличивает запас его хода.
- Заправка автомобиля осуществляется тем же бензином, что и традиционные авто.
