Автомобили с гибридным двигателем. Что это и как работает?

Автомобили с гибридным двигателем — уже не новая, но все ещё актуальная тема для разбора.

В современном мире ведется борьба с загрязнением окружающей среды и для автомобилей с двигателями внутреннего сгорания — это начало конца. Им на смену приходят электромобили и машины, использующие водород в качестве топлива.

Автомобили, в которых используется электрический двигатель можно разделить на 4 вида:

  1. Гибридный электрический автомобиль (HEV).
  2. Гибридный автомобиль с подзарядкой от электросети (PHEV).
  3. Электромобиль на аккумуляторных источниках питания (BEV).
  4. Электромобили на топливных элементах питания (FCEV)

Про BEV и FCEV можно подробно почитать в соответствующих статьях на нашем сайте. Нас же интересуют первые 2 вида, а конкретно автомобили с гибридными двигателями. Какими они бывают, а также, какими плюсами и минусами они обладают, давайте обсудим.

Автомобили с гибридным двигателем
Автомобили с гибридным двигателем — Toyota Prius

Первый вид – HEV, так же можно разделить еще на 3 подвида.

  • Micro hybrids (микрогибриды) — из названия понятно, что электричества здесь практически нет. Суть таких гибридов в том, что они оснащены «умным» генератором, который отключается на разгонах, снимая нагрузку с двигателя внутреннего сгорания и вырабатывает энергию при рекуперативном торможении, т.е. энергия, затраченная на торможение машины, передается нуждающимся в ней другим агрегатам автомобиля.

В качестве плюсов можно выделить следующее: простота устройства, низкая цена относительно других гибридов.В качестве минуса можно выделить, то факт, что данная система малоэффективна для экономии топлива (2 — 5%).

  • Mild hybrids (MHEV), они же «Мягкие» гибриды – следующий шаг в «гибридности» двигателей. Здесь электромотор выступает в качестве помощника ДВС, но лишен самостоятельно приводить авто в движение.

Принцип работы здесь следующий, выработанная энергия при рекуперативном торможении помогает ДВС увеличивать крутящий момент при разгоне. А также система «Start-Stop» глушит двигатель, еще до полной остановки автомобиля, экономя тем самым топливо.

Экономия топлива здесь достигает 5-10%. Из плюсов можно выделить увеличенную динамику движения и относительно невысокую стоимость.

Минус в том, что большая часть энергии тратится на вращение ДВС.

  • Full hybrids (FHEV) — «Полные» гибриды. Эти авто могут двигаться при помощи электромотора с заглушенным ДВС и также как предыдущие гибриды, накапливать энергию при торможении.

Но такая возможность требует более сложного устройства и более мощной батареи, а как следствие более мощный инвертор, различные преобразователи напряжения, дополнительные системы охлаждения и т.д. И все это приводит к заметному утяжелению конструкции и дороговизне самого авто.

В качестве плюса можно выделить значительную прибавку в динамике и экономию топлива до 25%, но большой вес и сложность конструкции приводят к такому минусу как высокая стоимость.

Среди FHEV-гибридов можно выделить полноприводные гибриды. Суть их устройства следующая, ДВС и электромотор приводят в движение, каждый свою ось.

Второй вид гибридного двигателя — Plug-in hybrids (PHEV), они же подзаряжаемые гибриды

Потребность в создании подзаряжаемых гибридов появилось в результате того, что при равномерном движении электродвигатель не заряжается. Это происходит только при торможении. Заряд от ДВС не рассматриваем, т.к. экономии топлива не будет, а именно экономия — тот факт, который нам необходимо достичь.

Plug-in hybrids (PHEV)
Plug-in hybrids (PHEV)

Остаётся только один разумный способ, зарядить батарею заранее, пока автомобиль стоит.

Батарея в подзаряжаемых гибридах еще больше чем у «полных», соответственно и вес автомобиля будет больше. Но даже с учетом этого, современные PHEV могут проехать на электротяге несколько десятков километров, чего вполне достаточно для передвижения по городу, не расходуя топливо.

По заявке производителей подзаряжаемых гибридов, неоспоримым плюсом, является высокая экономия топлива (до 70%) и минимальный выброс вредных веществ в атмосферу.

Из минусов можно отметить: большой вес автомобиля и высокая цена.

Мы рассмотрели виды гибридов, в зависимости от степени электрификации.

Теперь рассмотрим три типа гибридных двигателей, в зависимости от принципа работы и взаимодействия электродвигателя и ДВС

  1. Последовательный
  2. Параллельный
  3. Последовательно-параллельный

Давайте в двух словах опишем принцип работы каждого типа.

При последовательной схеме ДВС активирует генератор, который в свою очередь вырабатывает энергию для электродвигателя, вращающего колеса.

При параллельной схеме, вращение колес происходит и от ДВС и от электродвигателя. Батареи небольшие и заряжаются от рекуперативного торможения.

Соответственно, последовательно-параллельная схема объединяет две предыдущие в одной. Электродвигатель может работать как генератор, для заряда батареи, так и как мотор для движения авто, при выключенном ДВС. К тому же, при высоких нагрузках ДВС, электромотор включается параллельно и помогает в движении.

Автомобили с гибридным двигателем: плюсы и минусы

К плюсам можно отнести:

  • экологичность (по сравнению с автомобилями с ДВС);
  • опция стоп-старт;
  • рециркуляции отработанных газовых смесей (подогревают тосол);
  • эффективность при работе на холостом ходу в городских условиях;
  • длительные поездки без подзарядки аккумулятора, за счет ископаемого топлива;
  • низкий уровень шума работающего двигателя.

Минусы:

  • полная разрядка батареи при минусовой температуре;
  • дорогие запчасти, которые не всегда есть в наличии;
  • высокая цена на сами автомобили.

Говоря о гибридах, стоит отметить тот немаловажный факт, что в скором будущем производство автомобилей с ДВС сократится, и именно гибриды будут наиболее востребованным транспортом.