У гибридного авто есть и ДВС, и электропривод. В городских условиях машину часто разгоняют и часто останавливают — в таком режиме ДВС не слишком эффективен. При разгоне автомобиль потребляет много топлива, а при остановке вся кинетическая энергия переходит в тепловую — нагреваются тормозные колодки и диски. Электропривод у гибридов частично компенсирует этот недостаток. Он помогает разгонять машину и уменьшает расход топлива, а при торможении энергия движения переходит в электрическую и заряжает аккумуляторные батареи.
Вместе с тем гибриды тяжелее и дороже автомобилей с ДВС такого же класса. Ремонтировать их тоже сложнее. Дополнительные расходы на обслуживание и ремонт гибрида могут превысить экономию на топливе — особенно если речь о варианте с большим пробегом.
Какие бывают типы гибридных автомобилей
Гибриды могут быть совершенно разными по конструкции. Общая черта — два тяговых двигателя, электрический и внутреннего сгорания. Трансмиссия и логика работы двигателей определяют тип гибридного автомобиля.
Тип № 1. Микрогибрид
Это обычный автомобиль с ДВС, у которого нет электропривода на колёса. Получается, что это не настоящий гибрид. Но он может экономить топливо за счёт систем старт-стоп, управления процессом заряда аккумулятора и рекуперации энергии при торможении.
Система старт-стоп есть у многих современных машин. Обычно она работает только когда автомобиль останавливается, например на светофоре. У микрогибридов, таких как Audi A6 55 TFSI quattro, электроника может заглушить двигатель и при движении накатом.
Генератор преобразует энергию вращения в электрическую. В обычных автомобилях двигатель вращает генератор, который постоянно питает электрические системы и подзаряжает аккумулятор. На это уходит 2–5% мощности двигателя. У микрогибридов при разгоне или обычном движении система управления отключает генератор от бортовой электросети. В это время все системы питает только аккумулятор. В таких машинах используют свинцово-кислотные батареи с напряжением от 12 до 48 В повышенной ёмкости и самых современных типов — EFB или AGM, которые нормально работают в этих режимах.
Когда автомобиль тормозит, вся его кинетическая энергия безвозвратно теряется — переходит в тепло нагретых тормозных дисков и колодок. Некоторые микрогибриды используют рекуперацию: при торможении преобразуют кинетическую энергию машины в электрическую и заряжают ею аккумулятор. Но так умеют делать не все модели: у большинства система управления просто отключает генератор во время разгона и вновь подключает, когда автомобиль тормозит.
Такие системы не позволяют значительно сэкономить на топливе или снизить вредные выбросы. По различным оценкам, всё это сокращает расход топлива на 5–8% в идеальных условиях.
Мягкие гибриды
У каждого автомобиля есть стартер для запуска ДВС и генератор для зарядки аккумулятора. В мягких гибридах вместо них устанавливают стартер-генератор — небольшой электромотор, который заменяет оба этих устройства.
Кроме этих двух задач стартер-генератор помогает ДВС разгонять автомобиль, а при торможении преобразует кинетическую энергию в электрическую и заряжает аккумулятор. Но прямой связи с колёсами у стартер-генератора нет, поэтому мягкий гибрид не может ехать только на электротяге без использования ДВС.
Стартер-генератор работает от дополнительного литийионного аккумулятора небольшой ёмкости, 3–5 кВт·ч, и напряжением 48 В или выше.
За счёт этого можно сделать меньше сечение проводов, увеличить передаваемую мощность и уменьшить электрические потери.
В таких машинах часто ставят ДВС меньшего объёма и мощности, но сохраняют динамику разгона благодаря электрической поддержке стартер-генератором. Общая экономия топлива за счёт системы старт-стоп, рекуперативного торможения и ДВС меньшего объёма может достигать 20%. Такие системы можно встретить у всех новых Volvo, у ряда моделей Geely, у Land Rover, а также у многих других.
Полный гибрид
Машины этого класса уже могут двигаться на электротяге. Они экономичнее бензиновых аналогов на 30–50%. Есть три основных вида полных гибридов: параллельные, последовательные и параллельно-последовательные.
Параллельный гибрид — машина, в которой есть и электромотор, и ДВС, причём оба привода могут работать совершенно независимо друг от друга. Конструктивно такие гибриды похожи на мягкие, но электродвигатель большей мощности даёт возможность в некоторых режимах ехать на электротяге. Специальная муфта при этом отсоединяет ДВС от трансмиссии. Коробка передач в таких машинах — обычно классический автомат или вариатор.
Электрическая автономность у параллельных гибридов небольшая: высоковольтная никель-металлгидридная или литийионная батарея ёмкостью до 15 кВт·ч обеспечивает запас хода до 100 км. Не слишком мощный электродвигатель и небольшая батарея не позволяют резко разгоняться на электротяге. При недостатке мощности управляющая электроника запустит ДВС, чтобы подзарядить аккумуляторы и запитать электромотор.
Достаточно интересный подвид параллельных гибридов — машины с приводом одной оси от ДВС, а второй — от электромотора. Электромотор может работать в режиме генератора и заряжать тяговую батарею, когда автомобиль тормозит или когда едет по дороге на ДВС. Прямой механической связи между ДВС и электромотором внутри автомобиля нет. Они связаны лишь внешней трансмиссией, в роли которой выступает дорожное покрытие. Такие гибриды по-английски называются through the road — с помощью дороги.
Это достаточно простой способ превратить обычный автомобиль в полноприводный гибрид, поэтому некоторые производители широко используют такую схему в своих линейках гибридов. Например, у всех новых гибридных седанов, универсалов и внедорожников Volvo Recharge, а также седанов и внедорожников BMW — привод на переднюю ось от ДВС и на заднюю от электромотора.
Последовательный гибрид ближе к электромобилям, чем к автомобилям с ДВС. Один или несколько электромоторов вращают колёса, а ДВС вращает только генератор, который подзаряжает высоковольтные аккумуляторные батареи — никель-металлгидридные или литийионные. Прямой механической связи между ДВС и колёсами в последовательных гибридах нет. Привод на колёса чисто электрический, поэтому нет и коробки передач.
В обычном автомобиле ДВС значительно меняет скорость вращения, если водитель нажимает на педаль газа или отпускает её. В последовательном гибриде педаль управляет только электроприводом, а ДВС вращает генератор в небольшом оптимальном диапазоне скоростей. В таком режиме КПД двигателя выше, а расход топлива и вредные выбросы — ниже.
Когда машина тормозит, тяговые электромоторы работают в режиме генераторов и возвращают часть энергии движения в батареи. В среднем в городском режиме такой автомобиль потребляет 1–3 литра на 100 км пути. Это на 40–60% меньше, чем у обычной машины такого же класса. Сейчас эту схему применяют нечасто. Примеры моделей такого типа на рынке — BMW i3 REX или серия Nissan e-Power.
Параллельно-последовательный гибрид — автомобиль, у которого ДВС и электромотор могут работать одновременно. В движении планетарная трансмиссия постоянно плавно и бесступенчато регулирует подачу крутящего момента на колёса от бензинового и электрического двигателей. Электромотор разгоняет машину, а ДВС поддерживает постоянную скорость. А когда гибрид тормозит, электромотор работает как генератор и заряжает высоковольтную никель-металлгидридную или литийионную аккумуляторную батарею. У некоторых таких гибридов задний ход возможен только на электротяге. Самая известная модель параллельно-последовательного гибрида — Toyota Prius.
Гибридные модели Ford — это параллельно-последовательные гибриды. Их планетарная бесступенчатая трансмиссия похожа на ту, что использует в своих гибридах Toyota, но это собственная разработка Ford.
Подзаряжаемый гибрид
Самый совершенный вариант. Это не отдельный тип гибрида. Такая машина может быть любым полным гибридом — последовательным, параллельным или параллельно-последовательным, — но ещё и способна заряжать ёмкие тяговые аккумуляторные батареи от внешней сети. Чтобы сократить время зарядки, в подзаряжаемые гибриды ставят только литийионные аккумуляторы: их можно заряжать большими токами. Такой гибрид можно использовать как электромобиль, хотя и с малым запасом хода — обычно 70–100 км. Разместить в автомобиле ёмкую батарею, бензиновый двигатель и электромотор достаточно сложно.
Если ездить на короткие расстояния, особенно по городу, и подзаряжать батарею от электросети, можно вообще обойтись без бензина. А если поехать в длительное путешествие, то расход топлива будет примерно на 70% меньше, чем у машины такого же класса с ДВС.
Один из популярных представителей подзаряжаемых гибридов — MINI Countryman с кузовом F60.
Преимущества и недостатки гибридных авто
Гибрид разгоняется быстрее бензинового автомобиля и потребляет меньше топлива. На гибриде больше запас хода и не нужно постоянно заряжать аккумуляторы — и это его преимущество перед электромобилем.
Но при покупке подержанного гибрида минусы могут перевесить плюсы. Гибриды дороже и сложнее в ремонте. Они не настолько массовые, как обычные автомобили, и запчасти гибридных силовых установок стоят дорого. Ремонтируют такие машины обычно в специализированных сервисах. Например, стартер-генератор для плагин-гибрида BMW 7 G11/G12 обойдётся примерно в миллион рублей при рыночной цене автомобиля около четырёх миллионов. Поэтому экономия на топливе у гибридных машин обычно не оправдывает разницу в цене и стоимости ремонта.
Запомнить
Гибридный автомобиль экономичнее, чем машина того же класса с ДВС, особенно в городских условиях. Расход топлива у дизельного авто может быть таким же.
Хороший гибридный автомобиль — новый или почти новый. Ремонтировать гибрид дорого, экономия на топливе не окупит крупный ремонт.
При коротких поездках заряжаемый гибрид можно использовать как электромобиль, расхода топлива не будет.
