i Какими бывают гибриды?

Устройство, схемы работы, КПД…

В борьбе за сокращение расхода топлива и экологию автопроизводители не останавливают поиски альтернативных источников энергии. Но до их внедрения в массовое производство еще далеко. Одним из вариантов решения проблемы стали гибридные машины, которые приводятся в движение не только обычным двигателем внутреннего сгорания, но и другим источником энергии, в роли которого обычно выступает электродвигатель. Гибриды принято условно разделять на "микро”, "мягкие" или "умеренные", а также "полные". Чем же они отличаются?

"Микро" гибриды

Так называются автомобили с самыми простыми комбинированными силовыми установками. Строго говоря, они полноценными гибридами не являются, поскольку как такового второго источника энергии здесь нет. Тем не менее, специалисты отводят им место в своей классификации, поскольку на таких машинах штатная электросеть играет намного более важную роль, чем на обычных машинах. Ведь она обеспечивает работу двух “зеленых” систем – “старт-стоп” и рекуперации энергии при торможении. Давайте разберемся, зачем они нужны.

В современном мире автомобили (особенно в крупных мегаполисах) зачастую большую часть времени не едут, а толкаются в пробках, сжигая топливо и загрязняя атмосферу. Как изменить ситуацию? Глушить мотор в тех случаях, когда от него нет пользы. Заставить делать это водителей – не получится. Значит, надо сделать так, чтобы двигатель останавливался и запускался автоматически. Для этих целей как раз и служит система “старт-стоп” – стоит автомобилю встать на месте, а водителю держать ногу на тормозе (на машинах с “механикой” дополнительной командой также является перевод рычага в нейтраль), мотор глохнет. Отпустил тормоз, выжал педаль сцепления… – он вновь запускается.



Устроена система “старт-стоп” достаточно просто. По сути, все отличия зачастую сводятся лишь к наличию дополнительного блока управления, нескольких датчиков и усиленных стартера, генератора и аккумулятора, ведь при частых пусках мотора нагрузка на эти узлы возрастает. По такому рецепту улучшают экологичность своих моделей большинство автопроизводителей. Но есть среди них и исключения.
Так, например, Land Rover дополнительно оснащает свои машины компрессором кондиционера, усилителем руля, насосом охлаждающей жидкости с индивидуальными электроприводами (обычно они приводятся ремнем от коленвала). Тем самым, даже при выключенном двигателе пассажиры имеют возможность пользоваться всеми средствами комфорта.
Кстати, система рекуперации энергии тоже предполагает интеллектуальное управление генератором. Например, на автомобилях Audi он отключается при разгоне и равномерном движении, чтобы не отнимать мощность у мотора, а когда водитель снимает ногу с педали газа или начинает тормозить, генератор мгновенно включается в работу для подзарядки батареи. Тем самым, не только снижается расход топлива, но и более эффективно используется энергия торможения, которая на обычных машинах просто превращается в бесполезное тепло.



Однако, лидерство в данной категории все же принадлежит концерну PSA Peugeot-Citroen, который разработал продвинутую систему e-HDi. Она располагает специальным электромотором, сочетающим в себе функции стартера и генератора, а также питающей его батареей суперконденсаторов, способных быстро заряжаться и столь же быстро отдавать накопленную энергию.
Впрочем, многие эксперты сходятся во мнении, что “микро”-гибриды во многом не оправдали возложенных на них надежд. Например, сэкономленное во время остановки топливо сразу тратится на запуск мотора, да и сама система “старт-стоп” способна эффективно работать только в идеальных условиях. Например, она отключается в мороз или когда заряд в батарее упадет до критического минимума, а при использовании всех благ современной автомобильной цивилизации вроде “музыки” или климат-контроля это происходит очень скоро. То же самое касается и рекуперации энергии – стоит аккумулятору разрядиться, как генератор начинает работать постоянно.
Казалось бы, в достоинства подобной схемы можно записать простую конструкцию, но и здесь не все гладко. В частности, система “старт-стоп” плохо сочетается с дизелями и автоматическими коробками передач. При пуске мотора они значительно нагружают стартер, вынуждая инженеров применять мощные электромоторы (как на упомянутой выше схеме e-HDi от PSA Peugeot-Citroen).
Таким образом, основным преимуществом “микро”-гибридов остается доступная цена.

«Мягкие» или «умеренные» гибриды

Такие гибриды располагают всеми особенностями автомобилей предыдущей группы, но помимо традиционного ДВС наделены еще и вторым источником энергии – тяговым электромотором (на него также возлагаются функции генератора и стартера) с отдельной аккумуляторной батареей большой емкости. Но в данном случае они играют лишь вспомогательную роль, поскольку исключительно на электротяге такие автомобили перемещаться не умеют.



Дело в том, что на “умеренных” гибридах электромотор размещают между трансмиссией и двигателем, с которым он связан постоянно. Поэтому его функции достаточно скромны. При интенсивном разгоне он обеспечивает силовой установке дополнительную мощность, а при торможении или плавном неторопливом движении направляет излишки энергии на подзарядку своей батареи и питание других электропотребителей.
Подобная схема силовой установки интересна тем, что позволяет добиться реальной экономии топлива без ущерба для динамических характеристик машины и при этом без существенного увеличения ее стоимости.
“Умеренные” гибриды сегодня есть у многих автопроизводителей. Например, у Mercedes-Benz (S-klass), BMW (7-й серии), Honda (Insight) и т.д.

“Полные” гибриды

Самые сложные, дорогие и технически продвинутые автомобили в своем роде. Теоретически, они позволяют машине передвигаться вообще без вреда для окружающей среды, только на электротяге. На практике, само собой, этого добиться не всегда удается (из-за слишком маленького запаса хода), но все равно экономия топлива получается очень приличная. Особенно при езде в городских условиях.



Сделать “полный” гибрид можно по-разному. Кто-то, как например Volkswagen, Porsche и Infiniti, усовершенствовали схему “умеренного” гибрида, добавив в его конструкцию специальное сцепление, которое по команде электроники разъединяет электромотор и основной ДВС. Другие фирмы вроде BMW, Toyota и Lexus разработали полностью оригинальные конструкции. Но в любом случае, разнообразных типов “полных” гибридов появилось так много, что для них пришлось ввести отдельную классификацию в зависимости от типа силовой установки.
Так, параллельные гибриды отличаются тем, что оба двигателя могут транслировать тягу на колеса одновременно. По такой схеме построен, например, кроссовер Peugeot 3008 HYbrid4 у которого турбодизель передает крутящий момент на переднюю ось, а задняя приводится собственным электромотором. BMW ActiveHybrid X6 устроен немного по-другому. Здесь электромотор объединен в единый блок с коробкой передач, поэтому электроника сама выбирает в какой пропорции загрузить бензиновый мотор и электрическую силовую часть.



Отдельной ветвью параллельных гибридов принято считать схему “сплит”, разработанную компанией Toyota для Prius - первого серийного автомобиля с комбинированной силовой установкой. После ряда усовершенствований она перекочевала и на другие модели концерна: Auris, Lexus CT200h, Lexus RX450h. Их изюминка – оригинальный планетарный редуктор, который суммирует тягу от ДВС и электромотора и регулирует ее в очень широких пределах. На сегодня такая конструкция считается самой эффективной среди всех гибридов.



Наконец, специалисты также выделяют последовательную схему силовой установки. Она предполагает, что традиционный мотор не связан с колесами. Он лишь молотит на определенной (наиболее экономичной) частоте, приводя генератор, который в свою очередь заряжает батареи, дающие энергию тяговому электромотору. Примерно так устроены соплатформенные Chevrolet Volt и Opel Ampera - так называемые “электромобили с расширенным радиусом действия” по терминологии производителей, названные так потому, что у них есть возможность зарядить батарею от внешней сети.



Серьезным недостатком последовательных гибридов считается низкий КПД, поскольку энергию сначала преобразуется из механической в электрическую (в связке ДВС-генератор), а потом она снова превращается из электрической в механическую (на этапе электромотор-колеса). Но при этом ряды ее поклонников не уменьшаются. Например, недавно Jaguar объявил о том, что собирается построить машину по такой схеме.

http://rus-auto.net/articles/a.147.html