Гібриди: правда і вигадка

1. З чого починалася історія гібридів?
2. Наприклад, за рівнем гібридизації бувають:
3. Далі, за типом гібридного приводу:
4. Hybrid Synergy Drive
5. PHEV
6. Гібрид на практиці

Наши партнеры ArtmMisto

Кажуть, що коли їдеш на гібриді, за тобою виростають ліси і розпускаються бутони квітів, а ще у них вічні проблеми з батареєю, а ще - це автомобілі майбутнього. Стільки міфів і суджень, що важко зрозуміти, що правда, а що - вигадка.

Коли починаєш говорити про гібриди, то на думку спадає одна машина - Prius. Так склалося, що саме вона стала головним «двигуном» процесу популяризації подібних авто. Однак поняття гібрида досить багатогранно і під його визначення підходять багато різних транспортних засобів. Наприклад, концепт Jaguar C-X75, який оснащений двома газотурбінними двигунами і чотирма електричними - такий собі магазин моторів на колесах. Навіть залізничні тепловози і ті насправді є гібридами. А ще є проект Twike, в якому джерелом енергії служать ваші ноги, а колеса крутять електромоторчиків. Набридне крутити педалі - підключай батарею та їж чіпси, зрідка підрулюючи.

З чого починалася історія гібридів?

Як джерело енергії вибрали звичайний бензиновий двигун, а основним рушієм виступав електричний мотор. Спочатку у такий зв'язки справи йшли з рук геть погано. Конструкція була дуже громіздкою, електромотор - слабеньким, а ДВС управлявся так, що споживав ще більше палива. Так би тривало до цих пір, якби інженери не задумалися: "А може, ми робимо щось не так?".

І в результаті того, що інженери різних автокомпаній вирішували завдання створення гібридів кожен по-своєму, виникло безліч різних класифікацій цих машин.

Наприклад, за рівнем гібридизації бувають:

• мікрогібріди (машини з системою старт / стоп, що не гібриди взагалі, але стали такими через маркетингу);
• м'які гібриди (електромоторчик узятий від іграшки, тому може лише трохи допомогти ДВС);
• повні гібриди (потужності електромотора вистачає для того, щоб привести в рух авто);
• PHEV (або plug-in гібриди. Те ж саме, що і повні гібриди, але батарею можна заряджати і від електромережі. Також в таких машинах розмір батареї трохи більше, ніж в звичайному повному гібриді).

Далі, за типом гібридного приводу:

• паралельні гібриди (в них електромотор просто допомагає ДВС);
• послідовні гібриди (в них ДВС крутить генератор, енергія від якого через електромотор передається на колеса);
• комбіновані (або ж послідовно-паралельні, беруть найкраще з цих двох варіантів, в рух приводяться або ДВС, або електромотором, або ж і тим і тим);

За типом джерела енергії та приводу гібриди бувають:

• з ДВС і електромотором. Навіть не знаю, що тут ще додати;
• з паливними комірками і електромотором. По суті, це машини на водні, але для зручності використання в побуті в них ставлять невелику батарейку (наприклад, щоб використовувати енергію, накопичену при гальмуванні);
• з ДВС і гідравлічним приводом. Розроблено в Німеччині в 1930, іноді використовується на комбайнах і тракторах, серед машин практично не поширений. Американці намагалися ставити такий привід на мінівен Chrysler, але якось «не зійшло». У таких апаратах ДВС пускає в хід помпу, яка потім за допомогою аксіально-плунжерній гідромашини крутить колеса. Дорого, неефективно при малому завантаженні;
• з ДВС і пневматичним приводом. Той же гідравлічний привід, тільки в профіль. Намагається щось зробити концерн PCA, але щось новин від французів немає. Якщо що, ми напоготові;
• з мускульною силою і електричним мотором. Це все електровелосипеди і вищезгаданий концепт Twike. Ваші ноги - генератор, основний мотор - електричний;
• трібріди - коли на електробайк чіпляють сонячну батарею. Градус неадекватності творців подібного поки що не дозволив створити нормальну конструкцію, про яку можна було б розповісти без сміху.

До цього моменту резонно виникає сакраментальне питання: "Навіщо?". Навіщо нам потрібно придумувати настільки складну конструкцію з комбінації рушіїв і витрачати стільки сил на її розвиток? Відповідь досить проста - вершки цивілізованого суспільства вирішили почати берегти природу і більш дбайливо використовувати наявні ресурси. До цієї теми ми ще повернемося в кінці матеріалу, а поки слід додати, що гібриди дозволяють підняти ККД ДВС, менше спалювати палива, і ці два фактори в сумі означають менший рівень шкідливих викидів. Так, палива ви будете спалювати менше, ніж у звичайній машині, але не настільки істотно щодо звичайної машини.

Hybrid Synergy Drive

Серед безлічі конструкцій гібридних машин є одна, яка дійсно виділяється серед інших - Toyota з її Hybrid Synergy Drive. Ймовірно, причиною її успіху послужило те, що розробка почалася в 1994 році, коли комп'ютери використовували тільки для підрахунку витрати палива, а всі інші важливі функції робилися простими механізмами. Тому зроблена інженерами (а не програмістами) проста конструкція гібридного приводу прослужила ось уже 18 років, і їй поки немає гідної альтернативи.

В основі даної системи варто планетарна передача, яка складається з шести шестерень. Деякі плутають її з варіатором, але вона лише за назвою нагадує його (eCVT - електричний варіатор). В даний момент варто зупинитися і перед поясненням нюансу eCVT запитати себе про розуміння планетарної передачі, адже без нього весь наступний текст вміщує стільки ж сенсу, як і друшляк води, тому не варто соромитися заглянути сюди (Я сам почерпнув звідти чимало цікавого). Отже, в eCVT є два електричних мотора - MG1 (Motor-generator, електричний мотор, який може послужити і як мотор, і як генератор), який відповідає за рух машини, і який безпосередньо пов'язаний з колесами і кільцевої шестернею планетарної передачі. Сателіти прикріплені до ДВС, а сонячна шестерня - до додаткового електромотора MG2.

Як працює подібна система? При початку руху гібрида на MG1 подається електрична напруга, після чого він безпосередньо починає крутити колеса. При цьому система буде просто обертатися сама по собі, ніяк не зачіпаючи інші вузли. Але ось комп'ютер порахував, що заряду залишилося мало і потрібно завести ДВС. У цьому випадку на MG2 подається невелика негативна напруга, після чого сонячна шестерня «стопориться». Але так як машина вже їде, кільцева шестерня змусить сателіти обертатися не навколо своєї осі, а привести в рух водило. І тим самим завести двигун. Тому якщо ви почали рух, то стартером для двигуна послужить інерція самої машини. Розумно, чи не так?

А якщо ж ми стоїмо в пробці і потрібно завести двигун, наприклад, для обігріву? У цьому випадку «опорою» послужить не нерухомий MG2, а сам автомобіль (ми пам'ятаємо, що колеса жорстко пов'язані з кільцевої шестернею і MG1). MG2 почне обертатися, це послужить стартером для двигуна.

Досить просто реалізована система спільної роботи MG1 і ДВС. Коли вони обидва обертаються, швидкістю можна легко керувати за допомогою MG2, на який ми подаємо потрібне нам напругу. Основне зусилля буде передавати ДВС, а обидва мотори (особливо на великих швидкостях) будуть споживати лише трохи енергії, та й то для точного управління швидкістю. Детально можна побачити принцип роботи на цьому відео:

Також розуміння про принцип роботи може додати ось ця Flash-анімація .

Саме наявність додаткового мотора, обертанням якого можна точно управляти, і відрізняє систему Toyota від всіх інших. Більш того, всі інші фірми намагаються розмістити основний мотор практично так само, як і в eCVT Toyota, але чомусь ніхто більше не використовує додатковий мотор. В результаті виходить монструозність конструкція, яка тільки погіршує надійність. У разі Toyota гібридний привід вийшов конструктивно простіше, ніж звичайний ДВС з механічною КПП. В результаті на всіх форумах пріусоводов власники навіть зляться на марку, що їхні машини надто надійні і їм просто не потрібно їздити на СТО, крім як для заміни масла.

А чи є мінуси? Так, дана система не дозволяє буксирувати причіп. Першим гібридом, який здатний щось тягнути за собою, став кросовер Lexus NX. Правда, поки максимум, на який він здатний, - 680 кг. Пов'язано це з тим, що інженерам потрібно ще «обкатати» нову функцію - можливо, в майбутньому ця цифра збільшиться.

PHEV

Опис гібридних автомобілів було б неповним без підключаються гібридів (PHEV - plug-in hybrid electric vehicle). Вся справа в тому, що саме цей тип гібридів почав набирати все більшу і більшу популярність. За визначенням підключається гібрид повинен оснащуватися батареєю з ємністю більшою за 4 кВт * год і може заряджатися від зовнішнього джерела живлення. Ідея подібних машин піднімалася спочатку в 1969 році, але справжній старт отримала в 2003 році з випуском Elect'road - електрифікованого Renault Kangoo. Спочатку ДВС в таких гібридах служив «подовжувачем запасу ходу», або іншими словами - приводом для генератора.

Примітно, що першим серійним підключається гібридом став BYD F3DM. Він оснащувався літровим двигуном на 67 сил і електромотором на 34 (або 67) сил. Батарея була ємністю в 16 кВт * год і запас ходу становив від 64 до 97 км. Всього таких машин було продано 3 284 одиниць.

На сьогоднішній день лідерами серед підключаються гібридів є три авто: на третьому місці Mitsubishi Outlander з 60 000 продажів, на другому - Toyota Prius PHV з 71 000 проданих примірників і на першому Chevrolet Volt - 95 000 одиниць. Сумарний обсяг ринку становить 910 000 авто, з яких 370 000 здатні їздити по трасах (іншими словами, їх максималка більше 100 км / ч). Лідером серед країн є також США - там 170 тис. Подібних машин, на другому місці - Китай (57 000), а на третьому - Голландія (: 49 000).

Деякі недалекоглядні оптимісти вважають, що в майбутньому саме подібні машини зможуть замінити традиційні авто з ДВС. Їх противники вважають, що на цьому шляху треба подолати такі перешкоди, пов'язані з батареєю - компактність, вага, швидкість зарядки, можливість швидко поглинати і віддавати енергію, безпеку, безвідмовність при експлуатації. Але насправді проблема лежить трохи глибше - підключаються гібриди, як і звичайні гібриди, є певним компромісом, який дозволить «пом'якшити» перехід від традиційних ДВС до електромобілів (або навіть чогось іншого). Звичайно, заперечувати прогрес в батареях нерозумно, більш того - PHEV є головним стимулятором цього процесу, який допоможе вирішити проблеми в суміжних галузях. Але, на жаль, в перспективі немає відповіді на головне питання, а саме: "Яким повинен бути автомобіль майбутнього?".

І на сьогоднішній день бажання виробників випускати якомога більше PHEV пояснюється більше не тим, які перспективи він несе в собі, скільки тим, що він може довести ККД ДВС до межі. Навіть у горезвісного Prius ККД двигуна становить 30% (у звичайних моторах він від 20% до 25%), хоча він працює тільки коли потрібно, завжди на «правильних» оборотах і навіть має свій термодинамічний цикл. PHEV в теорії можуть підняти цю цифру до межі, який є зараз (це 38%). А це означає, що такі авто зможуть в теорії відповідати не тільки нормам Євро 6, а й майбутнім Євро 7. І Бог з нею, з Європою, ринок істотний, але не найбільший. Проблема в тому, що стандарти викидів посилюються по всьому світу, а це значить, що якщо ви незабаром не почнете випускати PHEV, то років через 5-7 ви не зможете продавати свої машини.

Чи можна відразу приступити до розробки чогось революційно нового і пропустити етап загальної гібридизації? Так, але тільки в теорії, а на практиці всім правлять гроші і бухгалтери. А якщо сумніваєтеся, то згадайте, наприклад, коли була остання революція на ринку смартфонів? Так і з машинами.

Гібрид на практиці

Але давайте від сухої теорії і просторових роздумів перейдемо до практики і дізнаємося, як це - користуватися гібридом на сьогоднішній день? Щоб отримати грамотну відповідь ми звернулися до головного спеціаліста з навчання механіків СТО фірми Toyota, Максиму Романенко. Багатьох хвилює питання надійності даних агрегатів. Як з'ясувалося, ламатися там особливо нічому, а для заспокоєння клієнтів на всі компоненти гібридної силової йде гарантія п'ять років. «У Франції таксисти досі їздять на другому поколінні Prius, при цьому далеко не факт, що вони зіткнулися з заміною батареї. Більш того, є власники ще першої версії (яка вийшла в 1997 році), які до сих пір не міняли акумулятор, »- розповів Максим.

Ймовірно, друге питання, яке хвилює покупців, - «Як гібрид витримує мороз?». А витримує він його навіть краще, ніж інші автомобілі, і вся справа в тому, що вони оснащуються набагато більшою батареєю, ніж звичайні машини, тому завести мотор в -40 - не проблема для гібрида. Єдине, що все гібридні машини оснащуються додатковим акумулятором на 12В, який живить всілякі сигналізації та інші додаткові системи. Тому ось ця маленька батарея може розрядитися. Але гібрид можна «прикурити», як і звичайний автомобіль.

Багато також чули легенди про те, що на гібриді практично не зношуються гальмівні колодки. Вірно. Вся справа в тому, що гібрид використовує в основному систему рекуперації. Якщо ви почали гальмування заздалегідь і плавно, то можна бути впевненим, що вся енергія відкладеться в акумуляторі. «Взагалі тип гальмування визначається силою, з якою водій натискає на педаль гальма. Якщо комп'ютер вважатиме, що в даних умовах можна повністю обійтися рекуперацією, то буде використовуватися тільки вона, якщо потрібно більш ефективно гальмувати, то крім рекуперації будуть задіяні і звичайні гальма, »- зазначає Максим Романенко. Тому у досвідченого і спокійного водія не буде ніякої потреби їздити на сервісний центр і обслуговувати гальмівну систему.

А що ж зі старими машинами, чи не страшно їх купувати? Максим на це питання відповів так: «Що стосується гібридної силової системи: там відбувається постійний, дуже прецизійний контроль стану системи, починаючи з температури і напруги кожного комплекту елементів живлення, закінчуючи моніторингом всієї системи в цілому. Тому якщо хоч якийсь з елементів гібрида починає «старіти» і в майбутньому може вийти з ладу, то в системі відразу ж з'явиться код помилки DTC (Diagnosis Trouble Code) і загориться відповідний індикатор на панелі приладів. Але для того щоб система не тільки повністю, а й адекватно оцінила свій стан, потрібно, щоб вона пропрацювала кілька хвилин, для чого достатньо просто проїхатись в перебігу 10-15 хвилин. У самій гібридній системі, по суті, зросла кількість і якість електроніки, але механіка залишилася колишньою ».

А чому ж в гібридах не застосовуються Li-Ion батареї, які використовує Tesla? Чому використовується Ni-MH (нікель-металгідридна) батарея. Вся справа в тому, що вам потрібно не просто зберегти якомога більше енергії (за цим показником немає рівних Li-Ion батарей), а ще щоб батарея була надійною, могла швидко поглинати і віддавати свій заряд. І вона не повинна вибухати, повинна добре переносити низькі і високі температури, ну і, врешті-решт, бути досить недорогий. "Варто пам'ятати про те, що перед гібридним авто не стоїть завдання якомога довше проїхати тільки на електриці, як у випадку з електромобілями. Їх завдання - спалити якомога менше палива. Досить заряду акумулятора на 8 кілометрів або на 4 - для гібрида неважливо. Головне, щоб ємності вистачило поглинути максимум заряду при гальмуванні і максимально ефективно віддати її при розгоні, »- додав пан Романенко.

На фото: батарея, яка використовується для гібридів Lexus. Великі отвори - місця для вентиляторів охолодження, між блоками батарей встановлюється електроніка для контролю батареї.

Які ж є недоліки гібрида? Відповідь - ціна, вона все ще вище, ніж у побратимів «по цеху». Витрата палива менше, ніж у бензинових аналогів, але він досягається при помірній їзді. Втім, інший і не вийде, адже потужності у вас під капотом не дуже багато. Як уже згадувалося (як мінус), гібриди не можуть тягнути причіп (але цей недолік виправляють).

Якщо ж після прочитання всього вищесказаного вам дуже сильно захотілося купити гібрид, і ви розумієте, що переплата варто того, то давайте поглянемо, який у вас є вибір на сьогоднішній день.

А насправді вибирати нема з чого. Крім пари Toyota та Lexus на нашому ринку є ще гібридний Infiniti QX60, Mercedes-Benz S400e, Peugeot 508 RXH і, в принципі, все. Можна отримати гібридну версію парочки Volkswagen, але таку машину необхідно буде почекати. Гібридна силова установка також доступна для Range Rover, але у нас вона не актуальна трохи менше, ніж повністю. Тому ви самі розумієте, які саме гібриди у нас популярні.

Гібриди з'явилися як спроба отріматі максимум від бензинового двигуна внутрішнього згоряння. Максимум економічності, екологічності та ККД. І даже незважаючі на всі їхні Недоліки, це у них виходів Досить непогано. Більш того, з машини для «зелених» фанатів, гібриди превратились в просто звічайні авто, и вибір такой сілової НЕ є неординарним кроком проти системи. Але якщо ви хоч раз замислювалися про майбутнє автомобілебудування, то ви прекрасно розуміли, що нам потрібен дійсно радикально інший вид палива, який повністю усуне всі недоліки ДВС. І просто перейти на електромобілі буде недостатньо, адже крім відсутності прогресу в батареях саме по собі електрику береться від викопних ресурсів. Ось і виходить, що зараз немає іншого виходу, крім як розвивати водневі авто.

І було б непогано, якби виробники взялися за їх розробку з тим же завзяттям, енергією і фінансуванням, як колись це зробила Toyota зі своїми гібридами. Хоча стривайте, в минулому році вони випустили Mirai ...