Как устроены гибридные автомобили

Гибридный силовой агрегат представляет собой комбинацию двигателя внутреннего сгорания и электромотора, благодаря чему снижается расход топлива и токсичность выхлопных газов. Однако чем экономичнее гибрид, тем большая емкость аккумулятора ему требуется, а это неизбежно сказывается на стоимости.

В зависимости от того, какую функцию выполняет электромотор в силовом агрегате, гибриды делятся на два типа: умеренные (mild hybrids) и полные (full hybrids). В первых электромотор служит помощником двигателю внутреннего сгорания, как, например, в хэтчбеке Honda Insight. Вторые способны преодолеть некоторое расстояние только на электрической тяге (как Lexus RX 400h). Также существуют некие микрогибриды — термин, введенный маркетологами для рекламы системы старт/стоп. Но последняя по факту является не более чем генератором с большим объемом функций. А мы ведем речь о схемах, в которых электродвигатели передают крутящий момент на колеса.

Помимо этого. существует три основных типа схем гибридных силовых агрегатов: последовательная, параллельная и последовательно-параллельная. Гибридная схема серии появилась первой (она была изобретена в 1899 году самим Фердинандом Порше), но в легковых автомобилях ее редко используют. Например, в соответствии с ней построены силовые агрегаты карьерных самосвалов, некоторые автобусы и локомотивы. В последовательной схеме электродвигатель приводит в движение колеса, а двигатель внутреннего сгорания небольшого объема вращает генератор, вырабатывающий электроэнергию. При этом нет необходимости в коробке передач и мощном двигателе внутреннего сгорания. Но зато требуются аккумуляторы, как правило, никель-металлогидридные, с большой емкостью.

Сейчас широко применяют параллельную схему. Она была запатентована еще в 1905 году немцем Генри Пипером. Почти все мягкие гибриды ей соответствуют. Они оснащены мощным электродвигателем (10-15 кВт), который помогает двигателю внутреннего сгорания при ускорении и накапливает регенеративную энергию при торможении. Чаще всего в качестве трансмиссии используют вариатор или планетарную передачу.

Но в Honda нашли возможность оснастить свое бензоэлектрическое купе CR-Z шестиступенчатой механической коробкой передач. В качестве источника питания используют литий-ионные или литий-полимерные батареи. Мягкие гибриды не требуют наличия на борту емких аккумуляторов, поэтому их стоимость невелика. Однако некоторые автопроизводители присматриваются к дорогостоящим суперконденсаторам, которые способны выдавать ток очень высокой мощности за короткий промежуток времени.

Также распространены последовательно-параллельные гибриды. Хэтчбек Toyota Prius и Lexus с индексом h, оснащенные фирменной системой HSD (Hybrid Synergy Drive), являются классическими представителями этого семейства. Сейчас мы объясним принцип его действия.

Планетарная трансмиссия приводит к синергии (взаимодействию двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя). Здесь двигатель внутреннего сгорания вращает колеса совместно с электродвигателем, при этом одновременно вращая генератор. Электроника регулирует скорость двигателей и генератора, превращая такую систему в ECVT (электрическую бесступенчатую трансмиссию).

Большинство двигателей, устанавливаемых на гибриды, являются бензиновыми. Многие работают в соответствии с циклом Аткинсона с более коротким ходом сжатия и более эффективным рабочим процессом, что обеспечивает наилучшие экологические показатели и эффективность. Распространению, казалось бы, более эффективных дизель-электрических электростанций препятствует в первую очередь тот факт, что большинство гибридов продается в Америке, которая не очень знакома с дизелем. Кроме того, автомобиль с дизельным двигателем обходится дороже бензинового, что только увеличивает цену и без того недешевого гибрида.