Гибридные автомобили: виды, особенности работы, преимущества и недостатки

Парниковые газы и их влияние на изменение климата — одна из самых острых проблем современного мира и, в частности, автомобильной индустрии. Двигатели внутреннего сгорания вносят довольно существенный вклад в усиление парникового эффекта и глобального потепления, поэтому автопроизводители разрабатывают новые, экологически чистые двигатели, к которым относятся и гибридные.

 

В этой статье мы расскажем:

• Какие гибридные автомобили бывают и как в них комбинируются двигатели;

• Что такое гибридный автомобиль;

• Что такое подключаемый гибрид;

• Что такое мягкий гибрид;

• Какие преимущества и недостатки имеют перечисленные виды гибридов.

Виды гибридных автомобилей и типы гибридных двигателей

 

Сейчас на рынке представлено три вида гибридов:

• полные гибридные автомобили (Hybrid Electric Vehicles, HEV),

• подключаемые гибридные автомобили (Plug-in Hybrid Electric Vehicles, PHEV),

• мягкие гибриды (Mild Hybrid Electric Vehicles, MHEV).

Также существует три типа конфигурации двигателей:

• Параллельные гибриды. Оба двигателя работают параллельно и передают крутящий момент на колёса автомобиля.

• Рядные (комбинированные) гибриды. Двигатели расположены в ряд и могут работать как независимо, так и совместно.

• Серийные (последовательные) гибриды. Электрический двигатель обеспечивает движение автомобиля, а двигатель внутреннего сгорания используется для зарядки аккумуляторов, вращаясь в режиме генератора.

Разберёмся с каждым видом гибрида подробнее.

О том, как работает двигатель внутреннего сгорания, писали в отдельной статье. Читать →

Полные гибридные автомобили, HEV

 

Классические гибридные автомобили первыми появились на рынке и сейчас наиболее распространены. В таких автомобилях три режима работы.

 

Режим движения на электромоторе. При низких скоростях или при старте автомобиль может работать исключительно на электрическом двигателе. Энергия для него поступает из высокоёмкостных аккумуляторов, которые заряжаются при торможении (рекуперативное торможение), а также когда двигатель внутреннего сгорания работает на холостом ходу.

 

Режим совместной работы. При увеличении скорости или необходимости большей мощности, электрический двигатель и двигатель внутреннего сгорания могут работать параллельно. Оба будут передавать энергию на трансмиссию автомобиля, которая затем передаёт крутящий момент на колёса. В этом режиме достигается оптимальная производительность и эффективность потребления топлива.

 

Режим зарядки аккумуляторов. При движении на высокой скорости или при тяжёлых нагрузках двигатель внутреннего сгорания работает на максимальной мощности. При этом часть избыточной энергии используется для зарядки аккумуляторов, обеспечивая резерв электроэнергии для последующего использования электрическим двигателем.

 

 

Преимущества гибридных автомобилей
Одно из основных преимуществ гибридных автомобилей — значительное снижение расхода топлива по сравнению с автомобилями с ДВС. Также использование электрического двигателя позволяет снизить выбросы СО2 и улучшить экологическую эффективность автомобиля.

 

Благодаря совместной работе двух двигателей, гибридные автомобили считаются более производительными и динамичными. Электрический двигатель способен обеспечить дополнительный крутящий момент на низких оборотах, что повышает отзывчивость и ускорение автомобиля.

 

Гибриды оснащены системой рекуперативного торможения. Она позволяет использовать энергию, выделяющуюся при торможении или замедлении автомобиля, для зарядки аккумуляторов. То есть электрический двигатель в этот момент работает в режиме генератора и преобразует кинетическую энергию в электрическую, которая затем заряжает аккумуляторы. Это позволяет увеличить эффективность использования энергии и увеличить дальность пробега автомобиля на электрическом приводе.

Подробнее о рекуперативном торможении писали в статье про барабанные диски, которые, как оказалось, лучше всего подходят для эффективной работы системы. Читать →

Немаловажное преимущество электрического двигателя в его тихой работе без вибрации. Поэтому гибридные автомобили более комфортны для водителей и пассажиров, особенно при движении на электротяге на низких скоростях.

 

Недостатки гибридных автомобилей
Гибридные автомобили обычно дороже автомобилей с ДВС. Во-первых, они оснащены двумя двигателями. Во-вторых, им нужна специальная автоматическая трансмиссия, способная работать с двумя источниками энергии (но можно выбрать модели с механической трансмиссией). В-третьих, им требуется сложная электроника, которая контролирует работу двигателей, трансмиссии и аккумуляторов, оптимизируя их работу для достижения максимальной эффективности и производительности.
Правда, с развитием технологий и масштабированием производства, стоимость гибридных автомобилей постепенно снижается.

 

Использование двух двигателей, аккумулятора и систем управления приводит к увеличению массы и габаритов гибридных автомобилей. Но и тут автопроизводители работают над улучшением характеристик, поэтому в ближайшие несколько лет можно ожидать положительных изменений.

 

 

Toyota Prius — один из самых известных и популярных полных гибридов. Prius известен
своей высокой эффективностью топливопотребления и низкими выбросами CO2.

 

 

Подключаемые гибриды (Plug-in Hybrid Electric Vehicles, PHEV)

 

Подключаемые гибриды — это усовершенствованный тип гибридных автомобилей. Как и у классических гибридов, у подключаемых гибридов два двигателя. Основное отличие в том, что аккумулятор подключаемого гибрида можно зарядить, подключив автомобиль к стандартной розетке или специальной зарядной станции.

 

После полной зарядки аккумуляторов автомобиль может преодолевать короткие расстояния или двигаться на низких скоростях только на электрической энергии, не задействуя ДВС. Такой режим особенно эффективен в городе, так как позволяет существенно снизить расход топлива и выбросы СО2.

 

Когда уровень заряда батареи снижается или требуется дополнительная мощность, для поддержания движения и зарядки батарей активируется двигатель внутреннего сгорания. Он работает параллельно с электрическим, что обеспечивает оптимальное сочетание производительности и эффективности.

 

 

Преимущества подключаемых гибридов
Подключаемые гибриды имеют все преимущества обычных гибридов: они позволяют снижать потребление топлива и выбросы СО2 в атмосферу, они производительны и динамичны благодаря двум двигателям, используют систему рекуперативного торможения для зарядки аккумулятора, комфортны за счёт низкого уровня шума и отсутствия вибрации.

 

Подключаемые гибриды оснащены более крупными аккумуляторами по сравнению с обычными гибридами, что позволяет им преодолевать значительно большие расстояния на электрическом приводе.

 

Также автомобили имеют разные режимы работы, которые позволяют оптимально использовать двигатели в зависимости от ситуации. Водитель может выбирать между режимами «только на электрическом приводе», «только на ДВС» или «совместная работа двигателей».

 

Недостатки подключаемых гибридов
Более ёмкие аккумуляторы — одновременно и плюс, и минус подключаемых гибридов. К недостаткам относится то, что они увеличивают общую стоимость автомобилей по сравнению с обычными гибридами или традиционными автомобилями. Кроме того, увеличенный размер аккумуляторов зачастую приводит к увеличению массы и габаритов автомобиля, что влияет на общую производительность и маневренность.

 

Подключаемые гибриды более сложные в обслуживании. Из-за двух двигателей и сложной системы управления обслуживание требует более высокой квалификации специалистов.

 

 

BMW 330e - это спортивный седан с подключаемой гибридной системой. Он
комбинирует бензиновый двигатель с электрическим мотором, что делает его мощным
и экономичным.

 

 

Мягкие гибриды (Mild Hybrid Electric Vehicles, MHEV)

 

Автомобили, которые называют мягкими гибридами, это, в общем-то, не совсем гибриды. Несмотря на то что в них также используются два двигателя — ДВС и электрический, электрический двигатель обычно не способен приводить автомобиль в движение самостоятельно, а служит для дополнительной поддержки двигателя с внутренним сгоранием.

 

 

Преимущества мягких гибридов
Мягкие гибриды обладают некоторыми преимуществами по сравнению с обычными автомобилями с ДВС, поскольку позволяют оптимизировать эффективность работы мотора. Так, например, одна из ключевых систем мягкого гибрида — это система старт-стоп. Она автоматически отключает двигатель, когда автомобиль останавливается, например, на светофоре или в пробке. Это позволяет снизить расход топлива и выбросы СО2.

 

Как и в других видах гибридных автомобилей, электрический двигатель в мягких гибридах используется для рекуперации энергии при торможении, что позволяет заряжать аккумулятор, запитывать им электрические системы автомобиля и снижать расход топлива.

 

Аккумуляторы в мягких гибридах меньше, чем в обычных и, тем более, в подключаемых гибридах. Они хранят энергию, полученную от рекуперативного торможения, и предназначены для поддержания работы электрического мотора при запуске двигателя и во время старт-стоп режима. Такие аккумуляторы не увеличивают общую массу автомобиля.

 

Недостатки мягких гибридов
Если сравнивать мягкие гибриды с обычными или подключаемыми гибридами, то отсутствие возможности двигаться на электрическом приводе — это минус. В мягких гибридах электродвигатель только лишь дополняет работу ДВС.

 

Также в сравнении с другими гибридами, мягкие гибриды обладают менее выраженной экономией топлива, так как электрический мотор не обеспечивает мощность для движения.

 

 

Ford Puma EcoBoost Hybrid - это компактный кроссовер с мягкой гибридной системой,
которая включает в себя 48-вольтовый литий-ионный аккумулятор и помогает
экономить топливо в городском цикле.

 

 

Подводим итоги

 

Со сменой общественного мнения и глобальным запросом на снижение вредных выбросов, гибриды стали более экономичной и экологически чистой альтернативой традиционным автомобилям с двигателями внутреннего сгорания. Безусловно, гибриды имеют свои ограничения, и оптимальный выбор между различными видами зависит от индивидуальных потребностей водителя и доступности инфраструктуры зарядки. Однако стоит надеяться, что в будущем с развитием технологий такие автомобили будут становиться всё более доступными и выгодными абсолютно всем категориям водителей.