Автомобіль має бути не розкішшю, а щоденним засобом пересування, ця істина давно підкорила серця водіїв. Для реалізації цієї мрії Остапа Бендера власники докладають величезних зусиль, щоб звести до мінімуму на улюбленого «друга». На щось можна впливати самому: акуратно їздити – менше буде, купувати якісні деталі – рідше доведеться міняти, заправлятися дорогим, якісним бензином – зводяться до мінімуму поломки двигуна. Але найвитратніша частина експлуатації - це все ж таки заправка паливом. Ціни від нас не залежать. Саме тому нині гібридний двигун в автомобілях починає набувати великої популярності.

Причин цьому кілька можна розділити автолюбителів на два табори. Для перших головна і найпоширеніша причина – ціна палива. Ми не живемо у Венесуелі, Саудівській Аравії чи Кувейті, де бензин дешевший за воду. А чотириколісного "друга" "годувати" потрібно регулярно. Для других життєво важливою є охорона природного середовища і все, що з цим пов'язано.

Чому виникла ідея створення таких двигунів? Розглянемо принцип роботи, переваги та недоліки автомобілів, що працюють на , та . Двигуни внутрішнього згоряння більш потужні, але при цьому повністю виключити викиди вуглекислого газу в довкілля у розробників не виходить. Цей чинник, скорочення світових запасів нафти і, як наслідок, - регулярне та планомірне подорожчання такого джерела енергії.

Електроенергія має свої незаперечні переваги, насамперед вона екологічно чиста і дешевша. Але при цьому електромобілі нині не можуть набути великої популярності, оскільки необхідна, образно кажучи, «інфраструктура»: станції для зарядки автомобілів, спеціалізовані СТО, орієнтовані на ремонт та обслуговування цього виду двигунів. Але найважливішим фактором є потужність, яка значно поступається двигунам внутрішнього згоряння. І як результат – швидкість бажає кращого (просто «конячок» під капотом не вистачає).

Ці чинники змусили виробників задуматися про альтернативу та розробити автомобілі з гібридним двигуном, які поєднують переваги та зводитимуть до нульових позначок недоліки цих двох видів засобів пересування.

Особливості гібридних автомобілів

Розробники підійшли комплексно до цього питання. І тут було вирішено кілька завдань: знижено до мінімуму , що позитивно впливає екологічну обстановку у містах, а й у Землі загалом; рахунок суміщення двох видів енергії знижуються витрати під час експлуатації; Недоліки електродвигуна (мала потужність) компенсуються перевагами бензинового у бік збільшення. По суті, такі автомобілі у швидкісному режимі не відрізняються від бензинових. На відміну від вищеописаних автомобілі з гібридним двигуном мають два джерела живлення, складаються з двох силових агрегатів та кількох елементів:

• Паливний бак. Бензин, на відміну , має велику енергетичну щільність. Щоб зрозуміти, наведемо приклад - енергія 1 л бензину дорівнює акумуляторної батареї вагою близько 450 кг;
• Бензиновий двигун. Як правило, вони меншого розміру та модернізовані за останнім словом техніки, що значно знижує загальну вагу автомобіля та підвищує потужність;
• Електродвигуна - не тільки потужнішого, а й створеного для роботи у взаємодії з бензиновим. Також він може працювати як генератор для заряджання акумулятора;
• Акумулятори, головна функція яких накопичувати енергію для електродвигуна, який, у свою чергу, може взаємно їх підживлювати;
• Генератора - працюючого за принципом електродвигуна, але на вироблення електроенергії.
• Трансмісії - функції майже ті ж, що й у звичайних авто. Але при цьому залежно від виду гібриду можуть бути різними. Трансмісія марки Toyota характеризується розгалуженням потоків потужності. Мотор у такому разі працює у найбільш комфортному діапазоні навантажень та оборотів. А це, у свою чергу, сприяє значній економії палива.

Принцип роботи

Саме слово гібрид означає схрещування. У нашому випадку дві різні технології та два джерела енергії поєднані для виконання одного завдання – руху вперед. Робота гібридного двигуна полягає в тому, що двигун внутрішнього згоряння обертає та забезпечує енергією електродвигун, який у свою чергу обертає трансмісію, чим допомагає своєму «партнеру» працювати в оптимальному режимі, створюючи додаткове зусилля. В результаті виключаються різкі коливання та навантаження, а продуктивність значно збільшується.

Існує кілька варіантів:

Паралельний. Бензиновий двигун працює від паливного бака, а електродвигун від акумуляторів. В результаті обидва двигуни виробляють обертання трансмісії, яка, у свою чергу, приводить у рух колеса.

Мікрогібридний.Цей принцип розроблено компанією "Тойота". "Гібрид" рухається на малих швидкостях і стартує виключно завдяки електродвигуну. При переході на підвищену швидкість підключається ДВЗ (двигун внутрішнього згоряння). Але при цьому під час підйомів, їзди на складних ділянках дороги (пісок, бруд), збільшення інших навантажень електричний двигун додатково живиться від акумулятора для паралельної роботи та збільшення тяги. Все це контролюється електронікою та не потребує втручання водія.

Середньогібридний.Таке авто з гібридним двигуном має свої особливості – на електродвигуні їзда неможлива. Але при цьому електротяга значно збільшує ефективність роботи теплового двигуна завдяки виробленню напруги трохи вище, ніж можуть дати акумулятори, що, своєю чергою, підвищує потужність основного двигуна.

Повногібридний.У цьому вся варіанті перше місце виходить електрику. Рух йде лише за його рахунок. Заряджання високовольтної батареї відбувається завдяки рекуперації. Існуюче роздільне зчеплення між двома видами двигуна забезпечує роз'єднання цих систем. В результаті ДВC підключається лише у разі потреби.

Роздільний.Має двигун-генератор та бензиновий. Через планетарну передачу момент, що крутить, передається на . Частина потужності використовується безпосередньо для руху машини, інша акумулюється у високовольтній батареї у вигляді чистої електричної енергії.

Послідовний.Робота гібридного двигуна полягає в тому, що бензиновий приводить в дію генератор, який заряджає акумулятори, а вони, у свою чергу, дають енергію електродвигуну, що обертає трансмісію і, як наслідок, колеса.

Переваги

Якщо проаналізувати ціни на гібриди, то можна помітити, що вони дорожчі за звичні машини. Чи варто боятися сум, що «кусаються»? Необхідно, перш за все, проаналізувати, що ви отримуєте в результаті при покупці такого варіанту. І лише після цього вирішувати, чи готові до вкладення капіталу (навіть якщо це купівля у кредит), який у результаті перетвориться на щоденну економію. І чим сильніше підвищуватимуться ціни на бензин, тим більше стане ваш чистий дохід.

Але почнемо трохи з іншого. Авто з гібридним двигуном сприяє зменшенню викидів вуглекислого газу в атмосферу, які знижуються вдесятеро. Як результат, життя в місті стає більш комфортним і ви вносите свій внесок у оздоровлення планети. До того ж заощаджуйте на штрафах за перевищення викидів в атмосферу.

Батареї заряджаються від бортової енергетичної установки, у результаті не потрібен зовнішнє джерело для постійної зарядки, як у електродвигунах. По суті, ви купуєте додаткове джерело енергії, що підвищує ефективність двигуна внутрішнього згоряння.

Завдяки розробкам досвідчених фахівців маса бензинового двигуна значно знижується, як результат, – та загальна вага автомобіля. Кожен автолюбитель знає, що це означає. Витрата бензину на 100 км Окі ніяк не можна порівняти з . І це залежить насамперед від маси. В результаті йде комплексна економія за рахунок заправки та використання електроенергії.

Для виготовлення всіх деталей, у тому числі кузова, застосовують легкі матеріали. При цьому вони міцні та надійні: із металів (алюмінієві сплави, магній), а також вуглепластик. Для загальної інформації: всього 56 кг важить двигун Insight об'ємом 1 л, при цьому потужність досить пристойна (67 кінських сил) та оберти за хвилину (5 700). «Допомога» електродвигуна на старті дозволяє забезпечити розгін з 0 до 100 км/год.

У таких авто відпала потреба у коробці передач. Відбувається автоматична зміна сили тяги провідних коліс, що забезпечує електродвигун.

Завдяки постійним розробкам дизайнерів підвищується аеродинаміка. Це те, за що борються усі конструктори. Саме опір силі повітря та вітру не дозволяє «з'їдати» значні ресурси внутрішнього «серця», помножений на допомогу паралельної системи енергії.

Ще одним із ресурсів економії є установка спеціальних, жорсткіших, порівняно із звичайними, шин. Вони накачуються під відносно високим тиском. Це сприяє зниженню опірності дорожньому покриттю.

Перспективи розвитку цього напряму машинобудування можливі лише за комплексному підході: розробка полегшених кузовів, ємних, але водночас компактних акумуляторів (щоб вони займали багато місця під капотом); удосконалення більш простої, швидкої та доступної зарядки акумуляторних батарей; покращення системи «повторного» використання енергії.

Розглянувши всі особливості авто з гібридним двигуном, можна дійти висновку: звичайно ж, це не вічний двигун, про який мріють будь-який автомобіліст та борці за чистоту довкілля. Швидше, це черговий крок шляхом модернізації моторів, боротьба за економію виснажуються природних ресурсів. Але вони допомагають значно заощаджувати кошти на кожній заправці. Тому, якщо ви стоїте перед вибором нового автомобіля, подумайте про те, що покупка такої моделі в результаті подарує значні бонуси: по суті кожні сто кілометрів поїздки «відкладатимуть» у ваш гаманець додаткові гроші в порівнянні з двигунами внутрішнього згоряння.

› Що таке Гібрид?

Удосконалення двигунів внутрішнього згоряння (ДВС) ледве встигає за вимогами, що пред'являються до них. З одного боку, споживачі з мріями про одночасно потужний та економічний мотор, з іншого - екологи, які посилюють норми токсичності. А на завершення – геологи, які все наполегливіше нагадують про виснаження запасів «чорного золота». Одним із варіантів вирішення цієї проблеми є гібридні силові установки, що складаються зі звичайного ДВЗ та електродвигуна. На відміну від електромобілів та автомобілів на паливних елементах, які все ще залишаються "автомобілями майбутнього", гібриди вже з 1997 випускаються серійно.

Давайте порівняємо автомобіль зі звичайним ДВС та електромобіль. Простий автомобіль здатний проїхати без дозаправки чотири-п'ять сотень кілометрів і при цьому отруїти атмосферу деяким обсягом шкідливих речовин. Заправних станцій достатньо в будь-якому регіоні, і поповнити запаси палива можна за лічені хвилини. Електромобіль може проїхати однією заряді батарей близько 80-160 км. Він екологічно чистий, безшумний і практично бездоганний до того моменту, поки не настає черга підзарядки акумуляторів. У існуючих у наш час "електричних" машин цей процес триває кілька годин.
Гібридні автомобілі беруть все найкраще від обох моторів: ДВЗ та електричного. Перевага першого – у зручному енергоносії, рідкому паливі, а другого – у видатних моментних характеристиках. На відміну від ДВС, електромотор не потрібно заводити і розкручувати. Він може «стояти і чекати», не споживаючи енергії. Але щойно дали струм – одразу отримали максимальну тягу на колесах. Електродвигун ефективніший за двигун внутрішнього згоряння в режимі частих стартів і стопів (тобто, при їзді в міському циклі). Двигун внутрішнього згоряння, навпаки, ефективніший на постійних, оптимальних для даного двигуна оборотах.
У гібриді обидва двигуни працюють один на одного. ДВЗ крутить генератор і живить енергією електромотор. Той, у свою чергу, дозволяє ДВС працювати без різких навантажень, в найбільш сприятливих режимах. Практично всі сучасні гібриди мають систему рекуперації або, російською, «повернення енергії». Суть її в тому, що при гальмуванні або при русі машини накатом електродвигуни починають крутитися від коліс і працювати як генератори, заряджаючи батарею. Звідси – менший знос, екологічність та економічність (особливо у міському циклі.)
Отже, перед нами технологічний прогресивний автомобіль, в якому нівелюються недоліки та поєднуються переваги двох моторів. Але, рано плескати в долоні, і послухаємо, що кажуть скептики.

Гібридні автомобілі складніші і дорожчі за традиційні автомобілі з двигунами внутрішнього згоряння. Акумуляторні батареї мають невеликий діапазон робочих температур, не люблять морозів, схильні до саморозряду, термін служби їх обмежений кількома роками. А "економність" гібрида прямо пов'язана зі станом АКБ. Крім того, є проблема утилізації відпрацьованих батарей. Гібриди дорожчі у ремонті, та й за сам ремонт візьметься далеко не кожен. Крім того, високу екологічність та економічність гібридів багато хто теж ставить під сумнів. Так, низка тестів, проведених авторитетними автомобільними виданнями, показала, що гібриди дають помітну економію палива тільки в місті, при русі ж у змішаному циклі незначно, а за містом суттєво програють сучасним дизелям. Почесне звання «Найекологічніший автомобіль року» у 2007 та 2008 роках присуджувалося також автомобілям з дизельними моторами.
Розглянемо докладніше, якими бувають і як улаштовані гібриди.
За рівнем гібридизації їх поділяють на «помірні», «повні» та plug-in. «Повний» може рухатися лише електрикою, не споживаючи палива. «Помірний» завжди діє ДВС, а електромотор підключається, якщо потрібна додаткова потужність. Гібрид із підзарядкою (plug-in hybrid) – такий гібрид можна включати в розетку для підзарядки. В результаті власник подібного гібрида отримує всі переваги електричного автомобіля, без найбільшої вади: обмеженого пробігу на одному заряді. Коли електричний заряд закінчується, підключається ДВС і автомобіль перетворюється на звичайний гібрид.
За принципом взаємодії електричної та паливної складових авто, гібридні приводи прийнято розділяти на три види: послідовний, паралельний та послідовно-паралельний.

НАСЛІДНА СХЕМА:

Це - найпростіша гібридна конфігурація. ДВС використовується тільки для приводу генератора, а електроенергія, що виробляється останнім, заряджає акумуляторну батареюі живить електродвигун, який обертає провідні колеса. Це позбавляє необхідності в коробці передач і зчепленні. Для заряджання акумулятора також використовується рекуперативне гальмування. Свою назву схема отримала тому, що потік потужності надходить на провідні колеса, проходячи ряд послідовних перетворень. Від механічної енергії, що виробляється ДВС в електричну, що виробляється генератором, і знову в механічну. При цьому частина енергії неминуче губиться. Послідовний гібрид дозволяє використовувати ДВС малої потужності, причому він постійно працює в діапазоні максимального ККД, або його можна зовсім відключити. При відключенні ДВЗ електродвигун та батарея спроможні забезпечити необхідну потужність для руху. Тому вони, на відміну від ДВС, мають бути потужнішими, а отже, вони мають і більшу вартість. Найбільш ефективна послідовна схема під час руху у режимі частих зупинок, гальмування і прискорень, русі на низьку швидкість, тобто. в місті. Тому використовують її у міських автобусах та інших видах міського транспорту. За таким принципом працюють також великі кар'єрні самоскиди, де необхідно передати великий момент, що крутить, на колеса, і не потрібні високі швидкості руху.

ПАРАЛЕЛЬНА СХЕМА:

Тут провідні колеса рухаються і ДВС, і електродвигуном (який має бути оборотним, тобто може працювати як генератор). Для їхньої узгодженої паралельної роботи використовується комп'ютерне керування. При цьому зберігається необхідність у звичайній трансмісії, і двигун доводиться працювати в неефективних перехідних режимах. Момент, що надходить від двох джерел, розподіляється залежно від умов руху: у перехідних режимах (старт, прискорення) на допомогу ДВЗ підключається електродвигун, а в усталених режимах і при гальмуванні він працює як генератор, заряджаючи акумулятор. Таким чином, у паралельних гібридах більшу частину часу працює ДВС, а електродвигун використовується для допомоги йому. Тому паралельні гібриди можуть використовувати меншу акумуляторну батарею порівняно з послідовними. Так як ДВС безпосередньо пов'язаний з колесами, то й втрати потужності значно менші, ніж у послідовному гібриді. Подібна конструкція досить проста, але її недоліком є ​​те, що оборотна машина паралельного гібрида не може одночасно приводити в рух колеса та заряджати батарею. Паралельні гібриди ефективні на шосе, але малоефективні у місті. Попри простоту реалізації цієї схеми, вона дозволяє значно поліпшити як екологічні параметри, і ефективність використання ДВС.

Прихильником такої схеми гібридів є компанія "Хонда". Їхня гібридна система отримала назву Integrated Motor Assist (Інтегрований помічник двигуна). Вона передбачає насамперед створення бензинового двигуна зі збільшеним к.п.д. І тільки тоді, коли двигуну стає важко, допоможе йому повинен приходити електричний мотор. В цьому випадку система не вимагає складного і дорогого силового блоку управління, і, отже, собівартість такого автомобіля виявляється нижчою. Система IMA складається з бензинового двигуна (який надає основний ресурс потужності), електромотора, який надає додаткову потужність та додаткову батарею для електромотора. Коли автомобіль зі звичайним бензиновим двигуномсповільнюється, його кінетична енергія гаситься опором двигуна (гальмування двигуном) або розсіюється як тепла при нагріванні гальмівних дисків і барабанів. Автомобіль із системою IMA починає гальмувати електромотором. Таким чином, електродвигун працює як генератор, виробляючи електрику. Енергія, що зберігається при гальмуванні, запасається в батареї. І коли автомобіль знову почне прискорюватися, батарея віддасть всю накопичену енергію на розкручування електромотора, який знову перейде на свої функції. А витрата бензину зменшиться настільки, скільки енергії було запасено при попередніх гальмуваннях. Загалом, у компанії Honda вважають, що гібридна система має бути максимально простий, електричний мотор виконує лише одну функцію – допомагає двигуну внутрішнього згоряння заощадити якнайбільше пального. Honda випускає дві гібридні моделі: Insight та Civic.

НАСЛІДНО-ПАРАЛЕЛЬНА СХЕМА:

Компанія «Тойота» під час створення гібридів пішла своїм шляхом. Розроблена японськими інженерами система Hybrid Synergy Drive (HSD) поєднує особливості двох попередніх типів. У схему паралельного гібрида додається окремий генератор та дільник потужності (планетарний механізм). В результаті гібрид набуває рис послідовного гібрида: автомобіль рушає і рухається на малих швидкостях тільки на електротязі. На високих швидкостях та під час руху з постійною швидкістю підключається ДВС. При високих навантаженнях (прискорення, рух у гору тощо) електродвигун додатково живиться від акумулятора-тобто. гібрид працює як паралельний. Завдяки наявності окремого генератора, що заряджає батарею, електродвигун використовується тільки для приводу коліс та при рекуперативному гальмуванні. Планетарний механізм передає частину потужності ДВС на колеса, а решту на генератор, який або живить електродвигун, або заряджає батарею. Комп'ютерна система постійно регулює подачу потужності від обох джерел енергії для оптимальної експлуатації за будь-яких умов руху. У цьому типі гібрида більшу частину часу працює електродвигун, а ДВЗ використовується лише в найбільш ефективних режимах. Тому його потужність може бути нижчою, ніж у паралельному гібриді.
Важливою особливістю ДВС також є те, що він працює за циклом Аткінсона, а не за циклом Отто як звичайні двигуни. Якщо робота двигуна організована за циклом Отто, то на такті впуску поршень, рухаючись вниз, створює в циліндрі розрідження, завдяки якому відбувається всмоктування повітря і палива. При цьому в режимі малих обертів, коли дросельна заслінкамайже закрита, з'являються так зв. насосні втрати. (Щоб краще зрозуміти, що це таке, спробуйте, наприклад, втягнути повітря через затиснені ніздрі). Крім того, при цьому погіршується наповнення циліндрів свіжим зарядом і, відповідно, підвищується витрата палива та викиди шкідливих речовин в атмосферу. Коли поршень досягає нижньої мертвої точки (НМТ), клапан впуску закривається. У ході такту випуску, коли відкривається випускний клапан, відпрацьовані гази ще знаходяться під тиском, і їх енергія безповоротно губиться-це так зв. втрати випуску.

У двигуні Аткінсона на такті впуску клапан впускний закривається не поблизу НМТ, а значно пізніше. Це дає низку переваг. По-перше, знижуються насосні втрати, т. к. частина суміші, коли поршень пройшов НМТ і почав рух вгору, виштовхується назад у впускний колектор(і потім використовується в іншому циліндрі), що знижує в ньому розрідження. Горюча суміш, що виштовхується з циліндра, також забирає з собою частину тепла з його стінок. Так як тривалість такту стиснення по відношенню до такту робочого ходу зменшується, то двигун працює за так зв. циклу зі збільшеним ступенем розширення, при якому енергія відпрацьованих газів використовується більш тривалий час, тобто зі зменшенням втрат випуску. Таким чином, отримуємо кращі екологічні показники, економічність і більший ККД, але меншу потужність. Але в тому-то і суть, що мотор гібрида тойотівського функціонує в малонавантажених режимах, при яких цей недолік циклу Аткінсона не відіграє великої ролі.

До недоліків послідовно-паралельного гібрида слід віднести більш високу вартість, через те, що він потребує окремого генератора, більшого блоку батарей, і більш продуктивної та складної комп'ютерної системи управління.

Система HSD встановлюється на хетчбеку Toyota Prius, седані бізнес-класу Camry, позашляховиках Lexus RX400h, Toyota Highlander Hybrid, Harrier Hybrid, спортивному седані Lexus GS 450h та автомобілі люкс-класу - Lexus LS 600h. Ноу-хау компанії Toyota куплено компаніями Ford і Nissan і використано при створенні Ford Escape Hybrid та Nissan Altima Hybrid. Toyota Prius лідирує з продажу серед усіх гібридів. Витрата бензину у місті становить 4 л на 100 км пробігу. Це перший автомобіль, у якого споживання палива під час руху у місті менше, ніж на шосе. На Паризькому автосалоні 2008 року була представлена ​​модель Пріус plug-in hybrid.
З усього сказаного можна дійти невтішного висновку, що, напевно, немає сенсу вважати гібридні автомобілі рішенням всіх проблем. Це скоріше проміжний етап на шляху до майбутньої машини із нульовим викидом шкідливих речовин. Гібридні технології дають можливість відпрацювати її ключові технічні компоненти - компактні ємні акумулятори, оптимізовані системи «повторного використання» енергії, технологію швидкої зарядки від зовнішніх джерел, нові електродвигуни, полегшені кузови. Тільки масове виробництво цих вузлів зможе наблизити той час, коли замість поїздки на заправку достатньо буде підключити залізного коня на годинку до звичайної домашньої електромережі – а потім їздити цілий день без підзарядки. Схоже, що, сівши за кермо гібридного автомобіля, людська цивілізація зможе прибути у світле електромобільне майбутнє найкоротшим і найефективнішим шляхом.

2 роки