Что такое гибридный автомобиль: характеристики, плюсы и минусы

Количество гибридных автомобилей в автосалонах и на улицах растет ежегодно, но большое количество потребителей все еще имеет об их сущности лишь приблизительное представление. Авто24 попытается «на пальцах» объяснить главные вещи о гибридах.

Автомобиль-гибрид – это автомобиль с силовой установкой, которая сочетает в себе источники механической энергии нескольких типов. В Украине (и в мире в целом) в продаже есть только серийные гибридные автомобили с сочетанием бензинового (иногда – дизельного – Mercedes и BMW) и электрического двигателей. Но между ними есть разница: ДВС и электромотор могут активироваться по-разному.

Большинство современных гибридов построены на базе классических авто, но есть исключения – прежде всего, это несколько поколений Toyota Prius.

Преимущества и недостатки гибридов

Плюсы

Плавное движение на малой скорости
Экономия топлива (по сравнению с чистым ДВС)
Возможность движения на электротяге (не у всех)

Минусы

Напомним, что гибридные авто, грубо говоря, по сути промежуточный вариант на этапе перехода к электромобилям – до тех пор, пока тяговые батареи не будут усовершенствованы до того, что электротяга сможет приводить автомобиль без «подстраховки» обычным бензиновым (дизельным) двигателем.

Полный гибрид – FHEV (Full hybrid)

Это на сегодня наиболее распространенный в Украине гибридный автомобиль. Он имеет достаточно мощный ДВС и также самодостаточный электропривод, которые передают свою мощность на колеса или поочередно, или одновременно. Важный признак того, что автомобиль имеет полноценную гибридную силовую установку, это его возможность хотя бы несколько километров проехать на одном лишь электроприводе. Это значит, что машина имеет достаточно большую (большой емкости) тяговую батарею и электродвигатель с достаточной мощностью и системой охлаждения.

Типичный гибрид имеет мощный бензиновимй мотор и электропривод, который не только помогает ДВС при разгоне, но и может сам некоторое время приводить машину в действие

Подзаряжаемый гибрид – PHEV (Plug-in Hybrid)

По нашему мнению, это один из самых полезных гибридов – такая машина может несколько десятков километров двигаться как электромобиль. То есть, зарядив аккумулятор за ночь дома, владелец может доехать утром до работы на электроприводе. И если есть возможность зарядить батарею и на работе, то и домой он поедет на электротяге.

Наиболее целесообразный сегодня гибрид – типа PHEV (Plug-in), который имеет большую тяговую батарею с возможностью подзарядки от электросети

А уж для более длительных поездок – на уикенд, на дачу, или, скажем, в супермаркет, машина автоматически подключит ДВС, который начнет подзаряжать батарею или приводить в действие колеса. С технической точки зрения гибрид PHEV (подзаряжаемый или подключаемый), аналогичный полному гибриду FHEV, но PHEV стоит заметно дороже – из-за батареи большой емкости.

Микрогибрид – Mild-Hybrid

Электропривод такого гибрида гораздо проще, чем у других типов. Однозначно основной двигатель у него – ДВС, а небольшой электродвигатель является вспомогательным, электроника активирует его, когда требуется большая отдача от силового агрегата – при динамичных ускорениях, на обгоне и тому подобное.

Самые простые гибриды запасают в небольшую 48-вольтовую батарею энергию, полученную от рекуперации при торможении, и тратят ее при разгонах

Тяговая батарея в Mild-гибридов совсем небольшая, одного ее заряда хватает всего на несколько энергичных разгонов. Заряжается она за счет рекуперации при торможении и вообще замедления автомобиля. В Украину гибриды такого типа официально тоже поставляются, например, такими являются Audi RS Q8 и Infiniti Q60.

Чем гибридный автомобиль отличается от «обычного» и какими они бывают

Слово «гибрид» происходит из латинского языка и означает нечто, имеющее смешанное происхождение или сочетающее разнородные элементы. Применительно к автомобильным технологиям оно обозначает автомобиль с двумя типами силового агрегата. Обычно это — двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель.

В облегченных гибридных установках электродвигатель используется лишь как вспомогательный для двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Но в полноценной гибридной установке ДВС более эффективно спарен с электродвигателем. Причем электродвигатель используется довольно мощный, способный самостоятельно приводить автомобиль в движение на небольших скоростях.

Для современных автопроизводителей «гибридный автомобиль» означает нечто большее, чем простое интегрирование электромотора в силовую установку. Это — «интеллектуальное» управление потоками энергии в автомобиле. Эффективное сочетание ДВС с электродвигателями снижает расход топлива, токсичность выхлопов, улучшает динамику и комфорт при движении. Хороший пример тому — роскошный BMW 7 ActiveHybrid, о котором мы рассказывали в заметке «Активные гибриды». Сегодня автоконструкторы развивают пять основных разновидностей гибридных автомобилей.

Последовательный. В такой гибридной системе ДВС работает в максимально экономичном режиме, исключительно для того чтобы заряжать батарею электродвигателя. Сам автомобиль приводится в движение электромотором.

Параллельный. В таком гибриде ДВС и электродвигатель работают независимо друг от друга, и, в зависимости от типа (мягкий или полный гибрид), могут приводить автомобиль в движение одновременно или по очереди.

Мягкий. Здесь традиционный стартер и генератор полностью заменены на электродвигатель, который используется для запуска двигателя и его поддержки. Это помогает увеличить динамику автомобиля и снизить потребление топлива примерно на 15%. Электромотор и батареи не предназначены для того, чтобы самостоятельно приводить автомобиль в движение. Зато это дает возможность значительно их облегчить и удешевить, в сравнении с компонентами полного гибрида. BMW 7 ActiveHybrid использует как раз концепцию мягкого гибрида.

Читать еще: Что такое замкнутый цикл двигателя

Полный. В полностью гибридных системах автомобиль может приводиться в движение электромотором на любом этапе движения: и при ускорении, и в движении с постоянной скоростью. Например, в «городском цикле» автомобиль может использовать один только электродвигатель. Компоненты системы такой концепции заметно больше, массивнее, их гораздо сложнее установить, чем в случае с «мягким» гибридом. Тем не менее, они могут значительно улучшить динамику автомобиля. Кроме того, использование только электроэнергии при движении в городе может снизить расход топлива на 20%. Полным гибридом является автомобиль BMW X6 ActiveHybrid.

Аккумуляторный. Емкость, размер и масса аккумулятора зависят от его назначения. В последние годы новые разработки в этой области значительно расширили возможность применения батарей в автомобилях. Высокая емкость и долговечность делают Li-Ion и Ni-MH источники питания полностью пригодными для использования в гибридных автомобилях.

Гибридный двигатель: что это такое?

Гибридный автомобиль (hybrid) представляет собой транспорт, который оснащается не привычным двигателем внутреннего сгорания, а так называемым гибридным силовым агрегатом. Главным отличием гибридных автомобилей является то, что транспортные средства данного типа приводятся в движение посредством использования нескольких источников энергии: тепловой и электрической. Другими словами, гибридная машина имеет на борту несколько типов двигателей, которые приводят в движение автомобиль.

Что касается самого понятия гибридного двигателя, то данный термин многими ошибочно понимается как особая силовая установка. На самом деле под «гибридом» следует понимать несколько двигателей разного типа, которые объединены в комплексную единую систему по преобразованию различных источников энергии в полезную работу. В современном автомобилестроении машины гибриды оснащаются двумя типами силовых агрегатов: электродвигатель работает в паре с двигателем внутреннего сгорания.

Основные преимущества и недостатки гибридных авто

Главным плюсом от использования тандема ДВС и электромотора стало заметное снижение расхода горючего. Показатель расхода топлива у современных гибридных машин до 30 % меньше по сравнению с обычными авто. Сжигание меньшего количества бензина или солярки одновременно позволило снизить уровень токсичности гибридов. Получается, гибридные авто являются более экономичными и дружелюбными к окружающей среде сравнительно с традиционными аналогами, которые оснащаются только ДВС. Также гибриды производят меньше шума в процессе работы.

Что касается электромобилей, гибридные решения сравнительно с электрокарами имеют больший запас хода, а также являются «универсальными» с точки зрения повседневной эксплуатации. Гибрид не требует обязательной зарядки от электросети и заправляется простым бензином. После сжигания топлива часть энергии накапливается в аккумуляторе, от которого приводится в действие электродвигатель. Дополнительным источником питания для заряда аккумулятора выступает рекуперация торможения, то есть преобразование кинетической энергии движущегося авто в электричество.

К недостаткам гибридов эксперты относят высокую начальную стоимость, а также определенные сложности в процессе ремонта и обслуживания подобных машин. Еще одним минусом является возможный критический разряд аккумулятора гибрида и быстрый выход из строя данного элемента в условиях значительных колебаний температур.

Стоит добавить, что хотя гибридные машины демонстрируют высокие показатели экономичности в городском потоке (постоянные остановки, работа в режиме холостого хода, движение на малых скоростях), на трассе эффективность гибридной силовой установки не так заметна. Дело в том, что в основе работы гибридов лежит определенное распределение нагрузок между агрегатом на электротяге и двигателем на углеводородах. Для поддержания высокой скорости основная нагрузка ложится именно на ДВС, в результате чего расход топлива закономерно возрастает.

Как взаимодействует ДВС и электромотор в гибридах

Одной из первых разработок была схема, в которой каждая из силовых установок задействуется при определенных условиях. Если машина простаивает или движение происходит на малой скорости, тогда колеса крутит электродвигатель. Для ускорения и дальнейшего поддержания скорости подключается бензиновый двигатель. Последующее развитие технологии привело к тому, что на гибридах встречается несколько вариантов реализации взаимодействия привычного двигателя и электрического мотора. Такое взаимодействие может быть:

последовательным;
параллельным;
последовательно-параллельным;

Последовательное взаимодействие

Последовательная схема напоминает электромобили, так как движение транспортного средства реализуется посредством работы электромотора. ДВС в такой конструкции подключается к генератору, от генератора питание поступает на сам электродвигатель, а также параллельно происходит заряд аккумуляторной батареи. На одном заряде литий-ионного аккумулятора с увеличенной емкостью зачастую можно пройти около 50 км. пути, после чего задействуется ДВС, который продлевает указанный отрезок до 10 раз (около 500 км.)

Параллельное взаимодействие

Гибриды с параллельным взаимодействием установок предполагают возможность как отдельной работы ДВС и электромотора, так и одновременное функционирование. Данная конструкция реализуется путем объединения при помощи специальных муфт электрического агрегата, двигателя внутреннего сгорания и трансмиссии. Подобные автомобили гибридного типа получают маломощный электродвигатель, который не только движет автомобиль, но и отдает мощность при разгоне. Зачастую такой электромотор является стартером и автомобильным генератором, конструктивно занимая промежуточное положение между ДВС и КПП.

Последовательно-параллельное взаимодействие

В указанной конструкции двигатель внутреннего сгорания и электромотор соединяются посредством планетарного редуктора. Особенностью данной схемы реализации является то, что каждая силовая установка может задействоваться и отключаться, отдавая при этом минимум или максимум мощности на колеса. Более того, указанная мощность отдается отдельно или одновременно. В устройстве такой схемы присутствует генератор, который питает электромотор гибрида.

Лидером на рынке гибридных автомобилей сегодня является корпорация Toyota, которая использует последовательно-параллельную реализацию под названием Hybrid Synergy Drive.

Электрический двигатель, ДВС и генератор объединены в общую систему посредством планетарного редуктора. Двигатель внутреннего сгорания отдает минимум мощности на «низах» (цикл Аткинсона), позволяя экономить топливо. Гибридный автомобиль с такой схемой взаимодействия предполагает:

Экономичный режим движения только на электротяге с отключенным ДВС, во время которого электромотор питается от аккумулятора.
Поддержание заданной скорости путем распределения мощности ДВС на колеса и генератор, от которого питается параллельно работающий электродвигатель. Также осуществляется дозарядка аккумулятора.
Режим интенсивного ускорения и серьезных нагрузок, когда ДВС и электромотор работают параллельно. В данном режиме электрический двигатель питается от батареи, без отбора мощности у генератора.

Читать еще: Датчик оборотов электро двигателя

Эксплуатация гибридов: разрушаем мифы

Гибридные авто являются новинкой, которая до конца не усовершенствована и имеет множество недоработок. Это миф, так как бренд Тойота занимается полномасштабным серийным производством гибридных моделей почти 20 лет.
В гибридах разряжаются аккумуляторы, что приводит к проблемам. Это правда, но только частично. На начальных этапах развития технологии подобные случаи встречались, но сегодня высокоточная электроника не допускает глубокого разряда батареи.
Гибридные авто чаще ломаются, их дорого и сложно ремонтировать. Это миф, так как гибридные автомобили не менее надежны в эксплуатации по сравнению с обычными дизельными и бензиновыми ДВС. Большинство СТО комплексно обслуживают гибриды наравне с обычными авто. Более того, КПП в гибридах исключает наличие фрикционов, что делает такую трансмиссию простой и надежной, чего не скажешь о различных типах АКПП. Что касается ДВС, мотор на гибридах чаще работает на низких оборотах, не выходит на пиковые нагрузки. Если также учесть цикл Аткинсона, тогда моторесурс двигателя на гибриде намного больше обычного мотора.
ДВС гибрида имеет меньшую мощность, такие авто теряют в динамике сравнительно с аналогами. Да, мощность ДВС на гибридах меньше, но за счет добавления электромотора суммарная мощность установок значительно превосходит мощность обычных аналогов с одним бензиновым мотором.
Расход гибридной машины на практике не сильно отличается от обычного авто. Частично это правда, так как показатель расхода гибридных автомобилей напрямую зависит от режимов езды. Для достижения максимальной экономичности необходимо изменить стиль вождения на медленный, спокойный и плавный, избегая разгонов, активного дросселирования и т.д. Другими словами, сильные нажатия на педаль газа будут давать команду системе управления к тому, что необходимо завести ДВС.

Аккумулятор для гибрида трудно найти в свободной продаже, а также батарея занимает много места в багажнике автомобиля. Это миф, так как аккумуляторы для гибридов всегда доступны к заказу в авто магазинах, а также представлен широкий выбор на различных Интернет-ресурсах. Что касается свободного места, батарея практически не занимает полезное пространство в багажном отсеке.
На гибридную машину нельзя поставить газ. Это миф, так как мировые производители ГБО производят оборудование, совместимое с электронным блоком управления гибридным авто.

Рейтинг лучших и дешевых гибридных автомобилей в России

Слово гибрид давно известно людям. Оно означает – смешивание несовместимого. Есть гибридные растения, животные и многие другие организмы и вещи на планете. В последнее время этот термин начали использовать при производстве автомобилей с необычным устройством силового агрегата.

На рынке автомобильной промышленности начали появляться гибридные автокары. Причиной их возникновения стала нестабильная обстановка на рынке топлива и, наверное, более существенно – повышение экологических требований к силовым агрегатам автомобилей во всем мире.

Некоторые факты из истории гибридов

В конце XIX столетия на дорогах Европы появились первые автоэкипажи с гибридной силовой установкой. Повышение спроса на новинки заставляло авторов этих автомобилей начать выпускать свои детища небольшими партиями.

В автомастерской французской фирмы Parisienne des Voitures Electrigues в 1897 году была построена и выпущена первая машина, на которой установили гибридный мотор. Она затем производилась серийно.

Вслед за французами, на Американском континенте спустя три года с конвейера General Electric сходит автокар, также оснащенный гибридной силовой установкой, основу которого составлял 4-х цилиндровый бензиновый двигатель. А компания Walker Vechicle Company of Chicago выпуском грузовых автомобилей, оснащенных гибридными двигателями, занималась до 1940 года.

Со временем человечество начало забывать о гибридных автомобилях. Но топливные кризисы, возникающие во всех уголках планеты, подталкивают автопроизводителей к выпуску машин, на которые установлены гибридные силовые агрегаты.

Гибридный автомобиль: что это?

Если перевести с латыни слово гибрид, то дословно оно обозначает помесь различных форм. Автопроизводители приняли этот термин при выпуске машин, у которых в качестве силовой установки применяются два типа двигателей – это серийные моторы внутреннего сгорания и электрические (также есть модели с пневмомоторами, работающие на сжатом воздухе). В современных гибридных авто за управлением работы агрегатов следит бортовой компьютер. Этот фактор позволяет водителю полностью сосредоточить внимание на дорогу. Автомобили гибридной схемы имеют два типа силовых агрегатов:

облегченная схема гибрида (mild hybrids), в этом типе автомобилей основную работу принимает на себя двигатель внутреннего сгорания, а электромоторы выполняют вспомогательные функции;
полноценный гибрид (full hybrids), при этой схеме электродвигатель выполняет полноправные функции наравне с ДВС. На малых скоростях принимает на себя всю нагрузку, а двигатель внутреннего сгорания в этом случае не работает.

Схемы гибридных силовых установок

Производители гибридных авто сконструировали несколько схем работы силовых агрегатов.

Последовательная работа двигателей. Имеет относительно простую конструкцию силовых установок. Карбюраторные или дизельные двигатели через привод вращают электрогенератор. Электрическое напряжение, вырабатываемое генератором, поступает к аккумуляторам, а от них к приводным электродвигателям, расположенным в колесных механизмах.

Читать еще: Двигатель bse сколько лить масла

Параллельная схема установки. Предусматривает работу двигателя внутреннего сгорания как основного, при движении автомобиля. Электромотор, имеющий достаточно большой запас мощности, выполняет второстепенную роль. Он включается в работу при торможении или во время разгона автомашины. При этом он выполняет регенераторную функцию, то есть вырабатывает электроэнергию, которая затем передается на аккумуляторные батареи. Управлением стабильной работы обеих силовых установок занимается бортовой компьютер.

Смешанный вид работы двигателей. В этой конструкции гибридного автомобиля совмещены вышеописанные схемы работы силовых агрегатов. Началу движения автомобиля обеспечивает электродвигатель, работающий от аккумуляторов, а ДВС в это время работает на электрогенератор. При наборе скорости двигатель внутреннего сгорания переключается на привод ведущих колес. Всем этим процессам помогает справляться планетарный механизм, установленный на автомобиль.

Принцип работы гибридных агрегатов

Как уже описывалось, начало движения автомобиля обеспечивает электродвигатель, получающий электроэнергию от аккумуляторных батарей. Благодаря этому машина трогается с места плавно и бесшумно. При наборе скорости, достигнув определенного момента, бортовой компьютер включается в работу ДВС. Работа двигателя внутреннего сгорания осуществляет вращение генератора, который восполняет электроэнергию в аккумуляторах, затраченную при движении автомобиля. При движении машины в общем режиме задействован только ее передний привод, а при повышенных нагрузках включается полный.

При разгоне авто ДВС передает свой крутящий момент на приводы колес, при этом электродвигатели дополняют его, а если это требуется, то увеличивают мощность силового агрегата.

На гибридных автомобилях установлена очень интересная система торможения машины. Всеми процессами в ней управляет бортовой компьютер, он самостоятельно принимает решение, как и когда, использовать стационарную тормозную систему, или применять регенеративное торможение, в большинстве случаев предпочтение отдает последнему. В момент нажатия водителем педали тормоза, электродвигатели переключаются в режим генераторов. При этом резко повышается нагрузка на привод колес и автомобиль плавно притормаживает. Энергия, выработанная из электродвигателей, поступает в аккумуляторы. На обычных автомобилях таких показателей достичь просто невозможно.

Преимущества и недостатки гибридных автомобилей

Водитель, впервые севший за руль гибридного автомобиля, испытывает незабываемые впечатления от машины, в которой совмещены схемы электромобиля и авто с двигателем внутреннего сгорания. Электрический привод дает машине бесшумность работы и плавность хода, в то же время позволяет значительно экономить обычное топливо.

К преимуществам гибридов можно отнести следующие параметры:

гибриды достаточно экономичны, расход топлива при щадящих условиях езды на 25–30% меньше, чем у обычных моделей авто;
в конструкции гибридных машин впервые была применена конструкция силового агрегата с так называемой возобновляемой энергией. Аккумуляторы, питающие энергией электромоторы, получают ее обратно от этих же установок;
в связи с пониженным расходом топлива, имеют самые низкие показатели по выбросам в классе автомобилей, оснащенных ДВС;
благодаря совмещенным силовым агрегатам гибриды имеют высокие ходовые параметры;
долговечность деталей тормозной системы.

Основные недостатки гибридных автокаров это:

из-за применения аккумуляторов большой емкости и электродвигателей, значительно увеличилась масса автомобиля;
применяемые гибридные силовые агрегаты и их вспомогательные узлы и детали значительно повысили стоимость этих автомобилей;
высокая стоимость обслуживания и ремонта гибридных машин, а при выходе из строя аккумуляторов возникают проблемы с их рекуперацией;

Самые популярные гибридные авто в России

TOYOTA Prius – имеет наиболее приемлемую цену для покупателей в России. Среди продаж автомобилей своего класса является самой продаваемой моделью в мире. Стоимость этого гибрида стартует от 1 189 000 рублей. Обладает следующими характеристиками:

силовые агрегаты – двигатель ДВС, объемом 1,8 литра, бензиновый, электромотор мощностью 136 л. с.;
расход топлива – 3,9 литра при езде по городу и 3,7 – во время движения по шоссе;
максимально допустимая скорость – 180 км/час;
разгон до 100 км/час – 10,4 секунды.

LEXUS CT 200 h – эта модель автомобиля имеет большое сходство с Prius, но были фактически полностью исправлены ошибки и дефекты от предыдущей марки. Является самой доступной моделью из ряда, всех выпускаемых Lexus, даже с классическим ДВС. Его стоимость варьируется от 1 236 000 рублей. Обладает следующими характеристиками:

энергоустановки – ДВС — 1,8 литра, бензиновый, электродвигатель – 136 л. с.;
расход горючего – 3,9 литра в городском цикле;
разгон до 100 км – 10,3 сек.;
наибольшая скорость – 180 км/час.

LEXUS GS 50 h – относится к категории бизнес-седанов гибридных автомобилей. Стоимость этого авто составляет – 2 693 000 рублей. Основные характеристики:

двигатель – объемом 3,5 л, бензиновый. Электроустановка, суммарной мощностью – 345 л. с.;
расход по топливу – 7,1 литра при езде по шоссе и 9,1 л, при движении по городу;
максимальная скорость движения – 250 км/час.

AUDI Q5 Hibrid – одна из первых разработок гибридного автокара фирмы Audi. Модель бензинового двигателя, установленная на эту модель автомобиля, имеет очень высокие показатели, но электромотор увеличил стоимость этого гибрида почти на один миллион рублей. Итого – общая стоимость Q5 Hibrid составляет – 2 565 000 р. Обладает следующими характеристиками:

ДВС модели TFSI – объемом 2,0 литра;
электродвигатель полностью адаптирован в трансмиссию, имеющую полный привод, суммарной мощностью – 245 л. с;
расход топлива – 6,9 литра по средним показателям;
максимальная скорость – 222 км/час.

С каждым годом популярность гибридных автомобилей возрастает, ведь экономические показатели, а также энергодинамические качества этих авто удовлетворяют фактически всех потребителей.

Более подробно узнать о том, как устроен гибридный автомобиль, вы сможете из следующего видео:

Что такое гибридный автомобиль: характеристики, плюсы и минусы