В настоящее время существуют несколько видов гибридных конструкций со своими особенностями. Они различаются эффективностью: в некоторых автомобилях с гибридным двигателем электромотору отведена лишь вспомогательная функция, а в других он, наоборот, работает дольше, чем ДВС. Гибридные авто принято делить на следующие виды:
Микрогибриды (Micro hybrids). Строго говоря, к полноценным гибридам их можно отнести лишь условно. По сути, это придуманный маркетологами термин для варианта системы start/stop, которая автоматически глушит двигатель при остановках, например на светофорах, и снова запускает его, когда автомобиль трогается. Пуском мотора занимается мощный стартер, который «по совместительству» работает и генератором. А при торможении он заряжает аккумулятор — обычный, не тяговый. В конструкции микрогибридов тяговой батареи нет, так же как и электродвигателя. Таким образом, микрогибриды экономят топливо, отключая мотор в пробках, и позволяют не «отбирать» мощность двигателя на зарядку аккумулятора при разгоне.
Эффективность таких конструкций, появившихся много лет назад (в частности, у BMW это называлось Efficient Dynamics), конечно, невелика — зато и удорожают автомобиль они минимально. А потому и сегодня пользуются популярностью — например, микрогибридами после рестайлинга стали все бензиновые Audi A4.
«Мягкие» гибриды (Mild hybrids, MHEV). Это развитие предыдущей системы: здесь используется мощный электромотор, соединённый с коленвалом ДВС. Он способен как запасать энергию, «собирая» её в режиме генератора при рекуперативном торможении, так и расходовать, помогая основному двигателю разгонять машину. В отличие от микрогибрида, здесь уже нужна дополнительная батарея небольшой ёмкости, где «хранится» электроэнергия, вырабатываемая при торможениях. В «мягких» гибридах ДВС может глушиться ещё до полной остановки автомобиля, а электродвигатель выполняет и функции стартер-генератора.
Во время движения накатом и торможения накапливается заряд и обеспечивается работа всех систем — электрики, отопителя, кондиционера и так далее. При трогании стартер-генератор запускает мотор и помогает машине разгоняться в первые несколько секунд. Но полноценно на электричестве такие автомобили передвигаться не могут. Подобная конструкция снижает нагрузку на ДВС (у него больше нет необходимости вырабатывать бортовое электричество, что положительно сказывается на топливной экономичности), а также улучшает динамические характеристики. Кроме того, во многих «мягких» гибридах может использоваться 48-вольтовая бортовая сеть вместо традиционной 12-вольтовой. От неё, помимо стартер-генератора, питаются сложные технические системы вроде электрических турбонагнетателей и активных стабилизаторов поперечной устойчивости.
Так, например, устроены современные Audi A7 и А8 или Mercedes-Benz C-класса.
Параллельные гибриды (Parallel hybrid). При такой схеме двигатель внутреннего сгорания и электромотор связаны с колёсами, работая как по отдельности, так и совместно (то есть параллельно). Таким образом, параллельный гибрид может начинать движение полностью на электротяге: на небольших скоростях (в пробках, во дворах или парковке) бензиновый мотор заглушен и отсоединён от колёс. Однако если водителю требуется большая мощность, то в работу вступает ДВС — на динамику тут уже работают и топливо, и электричество. В такой конструкции аккумуляторы могут заряжаться как при торможениях за счёт рекуперации, так и при равномерном движении, когда ДВС одновременно крутит и электромотор, выполняющий роль генератора. Ещё одно заметное отличие от «мягких» гибридов — высоковольтная электросистема с более солидной батареей.
В чистом виде параллельные гибриды сегодня не очень популярны — прежде всего потому, что эффективны только при «рваном» темпе езды, с частыми торможениями. В своё время такие версии имели Porsche Panamera или Range Rover. А прямо сейчас к параллельным гибридам можно отнести российские Aurus Commendant и Senat.
Последовательные гибриды (Series hybrid). Более простой по конструкции гибридный автомобиль: в этой схеме ДВС механически не связан с колёсами, а крутит только генератор. Вырабатываемое электричество используется для зарядки батареи и питания электромотора(ов), которые приводят автомобиль в движение. Иногда в названиях подобных машин-гибридов (например, BMW i3) можно встретить словосочетание «range extender», то есть «увеличитель запаса хода», которое отражает основную идею подобных силовых установок. По сути, это уже электромобили, а ДВС в них — страховка на случай разряда батареи.
С развитием электромобилей последовательные гибриды начали терять популярность (тот же BMW i3 в итоге лишился гибридной версии). Однако в последние годы случился ренессанс таких конструкций — доказательство тому гибридные версии автомобилей AITO M5 или Voyah Free EVR.
Последовательно-параллельные гибриды (Parallel-series-hybrid). Первой подобную конструкцию разработала компания Toyota. Она взяла лучшее из решений — от последовательных и параллельных гибридов — и использует на модели Prius без серьёзных изменений уже более 20 лет. Такие машины могут передвигаться только на электричестве или только на бензине, совмещать оба источника энергии, заряжать батарею от ДВС как при остановке, так и при размеренном движении, а также накапливать энергию при рекуперативном торможении.
Уникальная особенность такой силовой установки в том, что она лишена обычной трансмиссии. Вместо привычных вариаторов, «роботов» или «автоматов» тут используется планетарный редуктор, объединяющий два электромотора с бензиновым четырёхцилиндровым агрегатом. Именно эта «простота» и эффективность последовательно-параллельной схемы определили её популярность — вслед за Тойотой подобные конструкции внедрили Nissan, Ford, GM и BMW. А недавно последовательно-параллельные гибриды выпустили и китайцы. На основе тойотовского редуктора построен гибридный минивэн GAC Trumpchi M8, ещё более продвинутую конструкцию внедрил Chery на кроссовере Tiggo 8 Pro e+.
Подзаряжаемые (или подключаемые) гибриды (Plug-in hybrid, PHEV). Идея таких гибридных машин в том, что аккумуляторы их силовых установок можно заряжать от розетки. Тут используется та же схема, что и в параллельных (или последовательно-параллельных) гибридах, но с более ёмкими батареями, которых может хватить на несколько десятков километров исключительно на электротяге. Таким образом, в подобной схеме при частой зарядке батарей от внешнего источника питания ДВС может вообще не использоваться.
Однако существенную динамику такие гибриды не обеспечат: на многих подключаемых гибридах мощность электромоторов лишь слегка превышает 100 лошадиных сил и разгоняться на электричестве можно максимум до ста с небольшим километров в час. При этом делать всё нужно очень плавно, без резких ускорений, иначе в работу автоматически будет включаться ДВС. Таким образом, основные отличия подзаряжаемых гибридов от параллельных лишь в наличии разъёма для внешней зарядки и чуть больший суммарный запас хода.
Яркие примеры — Porsche Cayenne Turbo S e-Hybrid или недавно дебютировавший на российском рынке Skywell HT-i.
Электрополноприводные гибриды. Менее популярная конструкция, в которой электрическая тяга компенсирует отсутствие полного привода. Например, в некоторых моделях Peugeot/Citroen обычный ДВС вращает передние колёса, а электрический двигатель с собственным редуктором — задние. Для серьёзного бездорожья подобная схема подходит слабо, но помочь автомобилю при движении в тяжелых погодных условиях вполне способна. А главное её преимущество — относительная конструктивная простота.
И это привлекает даже компании, давно освоившие более сложные схемы. Например, к электрополноприводным гибридам можно отнести Lexus RX 350h последнего поколения, у которого последовательно-параллельная схема на передней оси дополняется опциональным электромотором на задней. А его более мощные версии RX 450h+ и RX 500h+ — это полное «комбо», ведь при той же компоновке их ещё можно и заряжать от розетки!
Принцип работы гибридного автомобиля
Итак, суммируем вышесказанное и окончательно зафиксируем, как работает гибридный автомобиль:
- В гибридных машинах используется два источника энергии — ископаемое топливо и электричество.
- Большинство двигателей, установленных на гибридах, — бензиновые. Многие из них работают по циклу Аткинсона с более коротким тактом сжатия и более эффективным рабочим процессом, что позволяет экономить топливо.
- В гибридах используется больше одного мотора. Все агрегаты работают вместе или по отдельности, передавая мощность на колёса через сложную трансмиссию.
- В одних гибридах электромотор содействует ДВС в сложных условиях (при старте, на подъёме, при обгоне). Это помогает увеличить ресурс основного агрегата, сократить расход топлива и улучшить динамику. В другой категории гибридных машин, наоборот, бензиновый мотор расширяет возможности электрического, увеличивая запас хода или помогая тому на высокой скорости, где электромоторы теряют эффективность.
- Принцип работы некоторых гибридов позволяет автомобилю проезжать на электротяге более 100 километров.
- Есть гибридные автомобили, в которых одна ось приводится бензиновым двигателем, а вторая — электрическим.
К основным преимуществам гибридных автомобилей можно отнести малошумность, экологичность и экономичность — собственно то, ради чего подобный тип силовых установок и создавался. Современные параллельные гибриды потребляют примерно на 25% меньше топлива, чем обычные машины. У подзаряжаемых этот показатель может быть ещё лучше.
В отличие от традиционных электрокаров, гибриды позволяют подстраховаться: если нет возможности зарядить батареи, такие автомобили могут передвигаться на обычном топливе, попутно восполняя энергию. Таким образом, они независимы от инфраструктуры и территориального покрытия зарядных станций — на них можно ездить в любом регионе страны.
Гибридные автомобили быстрее разгоняются за счёт использования как бензинового двигателя, так и электромоторов, а благодаря рекуперативному торможению можно увеличить ресурс тормозной системы и добиться высокой эффективности замедления. Кроме того, обычный, топливный двигатель гибридов, как правило, работает в достаточно щадящих условиях и изнашивается медленнее.
Основным минусом гибридного автомобиля является цена: гибриды дешевле полноценных электрокаров, но дороже версий той же модели с ДВС. Кроме того, подобные машины дороже обслуживать в случае серьёзных поломок. Если у гибридов выйдут из строя дорогостоящие элементы вроде инвертора или потребуется замена аккумулятора, то это может серьёзно ударить по вашему бюджету.
А ещё, выбрав гибридную машину, покупатель не получает преимуществ 100-процентных «электричек», например бесплатную парковку и пониженные налоги.
Большая часть гибридных машин принуждает мириться и с другими компромиссами: в «мягких» гибридах, не способных передвигаться без участия ДВС, эффект от электрических «довесков» с трудом компенсирует лишнюю массу и более высокую стоимость в сравнении с негибридными версиями. А подключаемые гибриды быстрее и динамичнее традиционных машин лишь до тех пор, пока батарея заряжена. После этого они превращаются в обычные бензиновые автомобили, но дополнительно «отягощённые» весом всех элементов разрядившейся гибридной силовой установки.
Стоит ли покупать гибридный автомобиль
Эксплуатация гибридного автомобиля вряд ли доставит его владельцу больше проблем, чем традиционный топливный аналог. Однако некоторые особенности всё-таки есть: гибрид будет выгоден тем, кто много времени проводит за рулём: если ездить редко, то переплата за подобный тип силовой установки вряд ли окупится, а разница в топливной экономичности не будет заметна. К тому же батареи гибридов не любят долгих простоев, особенно в холодное время года.
При покупке подержанного гибрида стоит проверить остаточную ёмкость аккумулятора в специализированном сервисном центре. При выработке своего ресурса батарея будет хуже держать заряд и никаких преимуществ гибридного автомобиля по сравнению с обычным вы не заметите.