Без автомобиля мы уже не представляем свою жизнь. И наверняка подавляющее большинство из нас знает хотя бы в общих чертах, как он устроен.
Электромобилями, которые все чаще появляются на наших дорогах, тоже уже давно никого не удивишь.
А вот о том, что такое гибридный автомобиль, как он устроен, каков принцип его работы и какие бывают виды этих транспортных средств, я думаю, знают не так уж много людей.
В этой статье я попытаюсь очень кратко, но максимально информативно ответить на все эти вопросы.
1. Что такое гибридный автомобиль?
Из Википедии:
Гибридный автомобиль – автомобиль, использующий для привода ведущих колес более одного источника энергии.
В подавляющем большинстве таких автомобилей в качестве источников энергии служат двигатель внутреннего сгорания (ДВС) и электродвигатель.
В зависимости от типа гибрида (об этом подробнее в следующей главе) или от условий эксплуатации эти двигатели могут работать как синхронно (одновременно), так и по отдельности.
Цель создания таких авто – экономия топлива и уменьшение загрязнения окружающей среды. Обозначаются такие транспортные средства словом Hybrid или аббревиатурой HEV (Hybrid Electric Vehicle).
2. Основные типы гибридных автомобилей и принцип их работы
Гибридные автомобили (гибриды) бывают нескольких типов в зависимости от выбранной схемы и последовательности включения в работу ДВС и электродвигателя.
Но мы остановимся только на нескольких наиболее распространенных.
1) Гибридный автомобиль с последовательной схемой подключения двигателей (последовательный гибрид).
Основную роль в таких гибридах выполняет электродвигатель. Именно от него передается крутящий момент на колеса машины. А питается энергией он от аккумуляторной батареи повышенной емкости.
ДВС в такой схеме выполняет как бы второстепенную роль. Он включается с помощью электроники в тот момент, когда уровень заряда в тяговой АКБ падает до определенного, критически низкого, уровня. Его крутящий момент передается на последовательно соединенный с ним генератор, который, в свою очередь, начинает подпитывать «просевшую» батарею (См. рис. 1).
Одним из представителей такого типа гибридов является BMW i3 REX.
2) Гибридный автомобиль с параллельной схемой подключения двигателей (параллельный гибрид).
Основную роль здесь выполняет двигатель внутреннего сгорания (ДВС). В этом гибриде именно он напрямую связан с ведущими колесами автомобиля.
Электродвигатель в этой схеме выполняет вспомогательную роль. Он не сопряжен напрямую с колесами, а находится на одном валу, соединяющем ДВС с трансмиссией. И подключается он в определенный момент, когда основному двигателю необходима дополнительная тяга. Например, при разгоне или при подъеме в гору. И тогда оба двигателя начинают работать параллельно, синхронно. Он также может работать в качестве генератора, подзаряжая электроэнергией аккумулятор (См. рис. 2).
Типичным представителем такого вида гибридный автомобилей является Audi A6 Hybrid .
3) Гибридный автомобиль с последовательно-параллельной схемой подключения двигателей (последовательно-параллельный гибрид).
В гибридном автомобиле такого типа и двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель механически соединены с колесами. И, соответственно, могут независимо друг от друга участвовать в движении автомобиля.
Одним из основных важнейших узлов в этой схеме является специальная планетарная передача, которая соединяет ДВС и электродвигатель. С помощью электроники эта «умная планетарка» очень эффективно дозирует крутящий момент, передаваемый от обоих двигателей на колеса в зависимости от дорожной обстановки и желания водителя. Она же выполняет роль бесступенчатой трансмиссии (См. рис. 3).
На базе последовательно-параллельного гибрида существует еще полноприводные машины. Одну из осей «раскручивает» двигатель внутреннего сгорания, а другую – электродвигатель. Всем процессом «руководит» компьютер.
В дополнение к уже существующим типам обязательно нужно упомянуть еще одну разновидность гибридного автомобиля.
Это, так называемые, подключаемые гибриды. Еще у них есть название плагин-гибриды и обозначаются они PHEV (plug-in hybrid electric vehicles).
Преимущество таких машин заключается в том, что их тяговую аккумуляторную батарею можно заряжать от внешних источников электроэнергии, как обычный электромобиль.
В большинстве своем такая система устанавливается на последовательно-параллельные (полные) гибриды.
Ярким представителем этого типа гибридов является Porsche Panamera S E-Hybrid.
3. Достоинства и недостатки гибридных автомобилей
Как и почти все в этом мире, гибридный автомобиль тоже имеет свои достоинства и недостатки.
1) Достоинства
- Значительное уменьшение расхода топлива.
Гибридный автомобиль тратит до 25% меньше топлива, чем «обычный» бензиновый или дизельный при равном с ним пробеге.
Это объясняется тем, что ДВС не постоянно работает, а включается в определенный нужный момент по команде компьютера, или работает не в полную мощность, т. к. ему «помогает» электродвигатель.
Естественно, это существенно снижает финансовые затраты на бензин и солярку. - Существенное уменьшение отрицательного влияния на окружающую среду.
Во-первых, за счет более низкого расхода углеводородного топлива. Во-вторых – возможность какое-то время передвигаться только на электротяге, когда вредный выхлоп практически отсутствует. - Улучшенная динамика.
При необходимости определенного маневра – резкого обгона или подъема в гору – оба силовых агрегата могут эффективно дополнить друг друга. - Высокий уровень комфорта для водителя.
Это в первую очередь касается такого параметра, как пониженный уровень шума. Особенно в тот момент, когда автомобиль передвигается только с помощью электродвигателя. В это время шума от него не больше, чем от обычного электромобиля. - Относительно большой пробег.
Особенно если сравнивать его с электромобилем. Ведь его тяговая аккумуляторная батарея может подзаряжаться прямо на ходу от генератора (или мотор-генератора), приводимого в действие с помощью двигателя внутреннего сгорания.
2) Недостатки
Несмотря на ряд достоинств, перечисленных выше, гибридный автомобиль имеет и свои недостатки.
- Высокая стоимость гибридного автомобиля.
Это объясняется более сложной его конструкцией по сравнению с другими видами. К тому же, на нем установлена довольно дорогая тяговая аккумуляторная батарея. - Высокая стоимость ремонта и техобслуживания.
Это связано, опять-таки, с его сложным устройством. Далеко не все автосервисные предприятия берутся выполнять работу по их обслуживанию и ремонту. - Необходимость каждые 6-8 лет менять дорогостоящую аккумуляторную батарею.
- Сложности с утилизацией отработавшей свой срок аккумуляторной батареей.
Ввиду того, что подобная АКБ содержит в себе целый ряд высокотоксичных материалов, утилизация ее представляет определенную угрозу для окружающей среды.
Однако в этом вопросе в последнее время наметились кое-какие сдвиги в положительную сторону (см. статью «Куда девать использованный аккумулятор электромобиля«)
4. Есть ли будущее у гибридных автомобилей?
На этот вопрос нет однозначного ответа.
Конечно, у гибридного автомобиля, как мы недавно убедились, имеется ряд преимуществ по сравнению с автомобилем с ДВС. И даже есть некоторые преимущества в сравнении с электромобилем.
Но существует ли такой критерий, который определит – быть или не быть гибридному автомобилю?
Оказывается, существует!
Человечество поставило перед собой глобальную задачу – в XXI веке сократить до минимума количество вредных для организма людей и окружающей природы выбросов. В том числе и углекислого газа CO2, выброс которого ведет к нежелательному парниковому эффекту в земной атмосфере.
И свою определенную «лепту» в это загрязнение вносит и автотранспорт со своими выхлопными газами.
А так как гибридный автомобиль выделяет на 15-40% меньше этих самых газов, чем обычная машина с ДВС, то в ближайшей и среднесрочной перспективах он будет все-таки востребован. Пока как временная альтернатива.
Но в долгосрочной перспективе и он должен уйти в «небытие».
Доминирующими должны стать абсолютно экологически «чистые» транспортные средства – электромобили, автомобили на водородном топливе и т. д. Но при условии, что электроэнергия для них будет вырабатываться на электростанциях, работающих на альтернативных возобновляемых источниках энергии (вода, солнце, ветер, приливы и отливы, гейзеры и т. д.).