Гибридные автомобили: какими они бывают и зачем они нужны
Электромобили пока стоят дорого и требуют частой зарядки. Если вам нужен экономичный транспорт на каждый день, лучше присмотреться к гибриду. Рассказываем, как работает гибридный автомобиль, в чем его преимущества, и что нужно знать перед покупкой.
Принцип действия гибридного автомобиля
Слово «гибридный» означает «смешанный». Гибридные автомобили используют два источника энергии — горючие нефтепродукты и электричество. В таких машинах больше одного мотора. Силовые агрегаты работают вместе, передавая мощность на колеса через сложную трансмиссию.
Обычно электромотор помогает двигателю внутреннего сгорания в сложных ситуациях: при подъеме, при старте со светофора, при обгоне. Обороты основного мотора снижаются, замедляется износ, сокращается расход топлива, а динамика остается такой же или улучшается.
Принцип работы некоторых гибридов позволяет авто стартовать на электротяге. Лучшие модели проезжают до 50–100 км без запуска двигателя внутреннего сгорания — в городе они едут бесшумно, с нулевым выхлопом.
Есть и гибридные автомобили, в которых одна ось приводится бензиновым двигателем, а вторая — электрическим. Это позволяет повысить проходимость и улучшить управляемость, не усложняя схему автомобиля и почти не увеличивая расходы на его обслуживание.
Преимущества и недостатки гибридов
Главный плюс гибридного автомобиля — меньший расход топлива. Toyota Prius 2021 года потребляет 4,3 литров бензина на 100 км в смешанном цикле. Сопоставимая по мощности Skoda Octavia 1,6 MPI расходует 7,5 литров топлива в тех же условиях. При среднем годовом пробеге 16 000 км и стоимости бензина 50 рублей за литр машины потратят:
- Skoda Octavia — 7,5 * (16 000 / 100) * 50 = 7,5 * 160 * 50 = 60 000 рублей;
- Toyota Prius — 4,3 * 160 * 50 = 34 400 рублей.
Годовая экономия — 25 600 рублей.
Если учесть, что Toyota Prius может заряжаться от сети и проезжать около 30 км на электротяге, мы получим еще более впечатляющую цифру. Разделив среднегодовой пробег на число рабочих дней в году, получим 60 км в день. Половину из них гибрид проезжает на электричестве, затрачивая 5 кВт*ч энергии. Стоимость одного киловатта в Москве — 5,66 рублей. Тогда затраты равны:
- бензин — 4,3 * (8 000 / 100) * 50 = 17 200 рублей;
- электричество — (8000 / 30) * 5 * 5,66 = 7 550 рублей;
- итого — 17 200 + 7 550 = 24 750 рублей.
Годовая экономия — 35 250 рублей.
Сниженный расход топлива гибридных автомобилей — не единственный плюс. Гибриды дольше обходятся без заправки. Toyota Prius может добраться от Москвы до Санкт-Петербурга без посещения АЗС. Если гибридная машина может двигаться на электротяге, она шумит намного меньше бензиновой — комфортнее как для пассажиров, так и для окружающих. Кроме того, электромотор развивает максимальный крутящий момент на малых оборотах — гибрид быстрее стартует с места.
Минусы исходят из принципа действия гибридного автомобиля. Кроме двигателя внутреннего сгорания, ему требуются электромоторы, батареи, сложные агрегаты в трансмиссии и дополнительные блоки управления. Машина получается намного сложнее и стоит дороже. Стоимость подержанного Prius в нашем примере начинается от 1 миллиона рублей, новой Skoda Octavia — от 800 тысяч рублей, а б/у машины с бензиновым двигателем — от 450-500 тысяч рублей
Часто приходится слышать о том, что гибридные автомобили требуют больше затрат на ремонт. Это популярный миф, расходы на обслуживание даже ниже. Бензиновый двигатель работает в максимально щадящих условиях и изнашивается медленнее. Но проблема с ремонтом существует: в России пока мало автомехаников, которые специализируются на гибридном приводе и электромоторах. Приготовьтесь к тому, что на специализированном СТО будет очередь.
Классификация гибридных автомобилей по устройству
Микрогибриды
Вместо обычного стартера установлен мощный мотор-генератор. При плавном замедлении он вырабатывает электричество, заряжая батарею повышенной емкости. Двигатель внутреннего сгорания тратит меньше энергии на вращение обычного генератора или не тратит ее вовсе. Такую технологию устройства гибридов используют Mazda, Hyundai, BMW, Audi и другие бренды. Она сокращает расход топлива на 5–15 % в зависимости от манеры вождения.
Мягкие (умеренные) гибриды
Двигателю внутреннего сгорания помогает электромотор малой мощности до 30 лошадиных сил. Он включается в особо тяжелых условиях, чтобы снизить расход топлива и замедлить износ. Машина не может двигаться на электротяге. В лучшем случае она стартует бесшумно, а на скорости выше 5 км/ч запускается бензиновый двигатель. Источником питания служат компактные батареи или конденсаторы. Последние дешевле, надежнее и менее чувствительны к холоду. Технологию умеренного гибрида используют General Motors, Honda, BMW и даже Ferrari. Экономия топлива достигает 15–25 %.
Параллельный гибрид
Автомобиль может двигаться на чистой электротяге до 30–150 км без запуска двигателя внутреннего сгорания. Чаще всего дополнительный мотор установлен в силовом агрегате между основным двигателем и коробкой передач. Тогда его мощность невелика — до 50 лошадиных сил. Он работает самостоятельно, когда вы едете с постоянной скоростью 30–60 км/ч, без динамичных рывков. Такую конструкцию используют Volkswagen, Porsche, Audi и Mercedes-Benz.
Если электромотор установлен отдельно, его мощность не ограничивается — у некоторых моделей она превышает 200 лошадиных сил. Соответственно, вы получаете лучшую динамику на чистой электротяге. Такую технологию предпочитают Toyota, BMW и Lexus.
Иногда двигатель внутреннего сгорания и электромотор установлены на разных осях. Так удается получить полный привод с относительно простой механической схемой. Проходимость автомобиля повышается, расход топлива снижается, управляемость улучшается. По такой схеме работают гибридные авто Peugeot, Citroën, Nissan и FIAT.
Последовательный гибрид
Автомобиль всегда движется на электротяге. Запас хода — от 150–200 километров. Когда батарея разряжается, запускается двигатель внутреннего сгорания. Здесь он служит генератором, который не связан с колесами напрямую. Мотор работает в спокойном режиме при постоянных оборотах, поэтому изнашивается он намного медленнее, чем в обычных автомобилях. Расход топлива — от 1,5 до 3,5 литров на 100 км. Серийных примеров пока немного, можно вспомнить Chevrolet Volt и Opel Ampera.
Параллельно–последовательный гибрид
Такой гибридный автомобиль сочетает особенности двух конструкций. Когда он едет по ровной дороге с постоянным темпом, двигатель внутреннего сгорания вращает мощный генератор и заряжает батарею. Когда нагрузка повышается, включается электромотор, который ускоряет разгон и помогает преодолевать неровности. Такую схему довела до совершенства Toyota. Ее также можно встретить в Volvo и BMW.
Перспективы гибридизации
Гибридные автомобили изначально создавались для американского и японского рынков. Там были «обкатаны» технологии и испробованы разные варианты компоновки. Популярность гибридов растет — они появляются в других странах, включая Россию. Цена снижается, что делает их более доступными для широкой публики. В 2021 году гибридные машины стоит покупать ради их надежности, динамики и впечатляющего запаса хода. В ближайшие годы список преимуществ пополнится экономичностью. Если разница в цене будет окупаться за 4–5 лет, владеть гибридом будет намного выгоднее. Требования к двигателям внутреннего сгорания постоянно ужесточаются. Поэтому к 2030–2035 годам гибридные машины могут стать единственной альтернативой электрокарам.
АВТО ГИБРИД С СНГ
Зато с технической стороны это соединение двух двигателей – внутреннего сгорания и электрического. Считается очень экономичным решением в области транспортировки. И как получить ещё более экономичный, самый экономичный автомобиль из доступных на рынке и ездить дешевле? Эти вопросы появляются у многих водителей. Решением является установка газовой установки LPG&CNG для автомобиля гибрид.
Как работает гибрид на топливе LPG?
Каковы сбережения и преимущества вождения автомобилием гибрид на газе? Значительно и очень удовлетворено для водителей, которые совершили установки Zenit в своем автомобиле гибрид. Многие водители думают, что выбрать: авто гибрид или авто с дизельным двигателем? Мы подсказываем: автомобиль гибрид!
Как производитель, мы прекрасно знаем, что преобразование гибрида-идеальное решение, чтобы быть экологичным и экономичным
Гибрид + установка Zenit
Ответы на эти вопросы, а также ссылки на статьи о работе установки Zenit в гибридных автомобилях доступны на нашем сайте zenitautogas.pl
Экономия уровня такси
Гибрид из LPG — Фанаберия или бизнес? ZACHAR OFF тестирует!
На канале Zachar OFF доступен материал, который показывает реальную экономию от езды на газовой установке LPG в гибридном автомобиле. Владелец ТАКСИ — Soowa Такси, Адам Совиньски — показывает, какие финансовые выгоды он приобрёл, выбирая установку Zenit для своего флота. В самой Soowa Такси, Zenit проехал уже более 1 000 000 км!
Гибрид гибриду рознь. Отличия PHEV, REX и «Приусов»
За последние 20 лет слово гибрид прочно вошло в обиход автомобилистов. В конце 90-х термин почти стал синонимом чуда техники своего времени — Toyota Prius, первой в мире массовой гибридной машины. Эта бесполезная, как многим тогда казалось, «игрушка» разошлась по миру тиражом 10 миллионов штук. Сегодня гибриды выпускают все ведущие автопроизводители, а в линейке «Тойоты» более 30 гибридных моделей! Давайте взглянем, какие гибриды есть на рынке и в чём их отличия.
Под общим названием «гибридные автомобили» скрываются совершенно разные технические решения. Объединяет их одно — наличие на борту двух разных источников энергии: не только двигателя внутреннего сгорания (ДВС), но и электромотора с тяговой батареей. В этом, кстати, принципиальное отличие гибридов от электромобилей — у последних ДВС нет. Но работают гибридные силовые установки по-разному
Гибрид Lohner-Porsche из музея «Порше» в Штутгарте.
Последовательный гибрид (REX)
Самая первая конструкция гибрида — последовательная — была придумана ещё на заре автомобилестроения Фердинандом Порше, а рабочий прототип Lohner-Porsche Hybrid появился в 1901 году, за сотню лет до «Приуса». На поверку гибридный автомобиль — почти ровесник бензинового, но своего часа ему пришлось ждать целый век: при дешёвом топливе в технически сложных гибридах просто не было смысла. Да и экология в XX веке мало кого заботила.
В последовательной гибридной схеме ДВС играет роль большого генератора: он установлен под капотом, но никак не связан с колёсами. Обороты двигателя всегда оптимальны, коробка передач также не требуется. Единственная задача двигателя — вырабатывать ток для электромотора, который и вращает колёса машины.
По сути, последовательный гибрид — это автономный электромобиль, не требующий подзарядки от внешней сети. Такие гибриды эффективны в условиях частых остановок, где нет высоких скоростей, зато нужна хорошая тяга. Прежде всего, это городской общественный транспорт и карьерные грузовики. Самый известный последовательный гибрид — БелАЗ, крупнейший самосвал в мире: огромный дизель этого монстра вырабатывает ток, а колёса вращают электромоторы.
А вы знали, что БелАЗ — тоже гибрид?
BMW i3 Range Extender
В легковом транспорте последовательная схема используется реже из-за больших потерь мощности, но такие примеры есть: близнецы Chevrolet Volt и Opel Ampera. Бестселлерами, правда, они не стали, оказавшись весьма «сырыми». Тем не менее, эксперименты с последовательной гибридной схемой на легковушках продолжаются. Например, электромобиль BMW i3 может быть оснащён опцией REX (Range Extender, увеличитель запаса хода) — крошечным двухцилиндровым ДВС для выработки тока, который превращает электрокар в последовательный REX-гибрид.
Забытый ныне российский «Ё-мобиль» тоже задумывался как последовательный гибрид. Корейцы из SsangYong продают на домашнем рынке Actyon EV-R с последовательной гибридной силовой установкой. А суперкары Karma Revero и Infiniti Emerg-e — попытки REX-гибридов бросить вызов Tesla.
Параллельный гибрид
В большинстве современных гибридов используется более универсальная параллельная схема. В ней и двигатель внутреннего сгорания, и электромотор(ы) связаны с колёсами, работая как по отдельности, так и совместно (параллельно).
Первые параллельные гибриды были довольно примитивными. В 1999 году, в ответ на тойотовский Prius (о нём — ниже) Honda внедрила гибридную систему Integrated Motor Assist (IMA) в модели Insight, затем — в Civic, Accord, Fit/Jazz, CR-Z и других. Электромотор в ней был электрическим помощником, а не полноценной силовой установкой: ездить на чистой электротяге такие гибриды не могли, как и заряжать батарею от двигателя во время движения. Электрические киловатты просто добавлялись к бензиновым лошадиным силам, позволяя меньше крутить двигатель и немного экономить топливо. А батарея заряжалась в основном от рекуперации при торможении.
Гибридная силовая установка Honda Integrated Motor Assist (IMA).
Современные параллельные гибриды ушли далеко вперёд, а некоторые даже научились «перевоплощаться» прямо на ходу. Та же Honda активно внедряет в новые модели силовую установку i-MMD (Intelligent Multi-Mode Drive), которая в городском режиме работает по последовательной гибридной схеме. На небольших скоростях бензиновый двигатель отключен от ведущих колёс, и автомобиль движется только за счёт электромотора. С ростом скорости машина вновь превращается в параллельный гибрид, подключая двигатель внутреннего сгорания автоматическим сцеплением. Такая система уже используется на новых поколениях Odyssey, Accord и CR-V для некоторых рынков. По похожему пути пошли и в Mitsubishi со своим гибридным кроссовером Outlander PHEV.
Последовательно-параллельный гибрид (Toyota HSD)
Формально Toyota Prius можно отнести к гибридам параллельного типа. Но при его разработке инженеры «Тойоты» действовали столь новаторски и внедрили такое количество смелых решений, что получившийся результат пришлось выделить в отдельный тип. «Приус» называют последовательно-параллельным гибридом или гибридом смешанного (комбинированного) типа.
В большинстве параллельных гибридов есть привычная коробка передач (чаще всего — бесступенчатый вариатор), а электромотор является промежуточным звеном между КПП и двигателем внутреннего сгорания, своего рода надстройкой. У «Тойоты» же бензиновый двигатель, электромотор и ведущие колёса связаны между собой планетарным механизмом, без коробки передач и сцепления. Это делает всю силовую установку единым целым, позволяя управляющей электронике распределять мощность между узлами в любых соотношениях. Эффективность такой системы очень высока.
Устройство силовой установки Toyota Hybrid Synergy Drive (HSD).
Свою конструкцию в Toyota назвали Hybrid Synergy Drive (HSD) — гибридным синергетическим приводом. Во всех современных гибридах Toyota и Lexus используется именно она, также по лицензии HSD ставили на несколько моделей Nissan и Ford. Toyota планирует постепенно перевести на синергетический привод всю линейку автомобилей. Для некоторых моделей на внутреннем JDM-рынке альтернативы HSD уже нет: например, Toyota Camry в Японии последние несколько лет предлагается только с гибридной силовой установкой.
Подзаряжаемый Plug-in гибрид (PHV/PHEV)
Даже самый современный гибрид проигрывает в экономичности полностью электрической машине, ведь та не расходует бензин вовсе. Да, какое-то время гибрид может ехать только на электротяге, но в таком режиме батарея быстро сядет, а для зарядки придётся задействовать ДВС и тратить топливо. Но почему не восполнять запасы энергии от внешней электросети, как делают электрические машины? В этом и состоит идея подзаряжаемого гибрида PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle) — гибридного автомобиля с возможностью подключения к внешней зарядке.
Подзаряжаемый гибрид Mitsubishi Outlander PHEV.
Как и традиционный гибрид, PHEV может заряжать тяговую батарею прямо на ходу: от работы двигателя внутреннего сгорания и с помощью рекуперации — преобразования энергии торможения. Но приехав домой или на работу, плагин-гибрид (Plug-in Hybrid) можно поставить на зарядку от стационарной электросети, как любой электрокар, и затем ехать уже с полной батареей. Это намного выгоднее, чем самозаряд во время движения.
В сравнении с полностью электрической машиной у PHEV-гибрида также есть ощутимые плюсы:
- Большой запас хода. Даже топовые электрокары пока не проезжают более 500 км на одном заряде батареи, а бюджетным городским электромобилям и скромные 200 км даются с трудом, особенно зимой. Подзаряжаемый гибрид же на полном баке топлива проедет более 800 км.
- Независимость от внешних источников электричества — то, чего так не хватает электромобилям. Если не зарядить электрокар вовремя, он просто выключится. А PHEV имеет под капотом классический ДВС, и зарядка от внешней сети для него — приятная опция, а не необходимость. Пока в баке есть топливо, он будет ехать, причём весьма экономично. Этот фактор критически важен в поездках между городами: обычных бензиновых АЗС на дорогах в разы больше, чем электрических зарядных станций.
Подзаряжаемый гибрид Toyota Prius PHV.
Подключаемые гибриды — главный автомобильный тренд последних лет. На рынке их уже немало, причём подзаряжаемым может быть гибрид любой конструкции: и последовательный, и параллельный, и гибрид смешанного типа — тяговая батарея ведь есть у всех. Примеры: Toyota Prius PHV и Prius Prime, Mitsubishi Outlander PHEV, Ford Fusion Energi, Hyundai Ioniq, Chevrolet Volt, Volvo V60, Audi e-tron, Chrysler Pacifica, Range Rover PHEV и другие. Даже китайские автопроизводители уже делают свои версии Plug-in-гибридов. Дело не только в экономии топлива и экологичности: производителям машин важно быть в авангарде современных технологий.
В будущем PHEV-гибриды, как и электрокары, избавятся от зарядных проводов. Уже сейчас есть мелкосерийные автомобили, способные заряжать батарею силовой установки на специальных индукционных парковочных местах, по аналогии с беспроводной зарядкой смартфонов. Вот только инфраструктура городов пока не поспевает за прогрессом транспорта.
Умеренный «мягкий» гибрид (Mild Hybrid)
Наверняка вы встречали автомобили в комплектации Mild Hybrid — в народе их нарекли мягким гибридом, хотя правильнее назвать такую силовую установку «умеренным гибридом». Что же такое Mild Hybrid, и насколько он «мягок»?
Mild Hybrid — это «зародыш» гибрида: стандартный автомобиль, озеленённый энергосберегающими технологиями. За красивым гибридным термином скрывается знакомая многим система «Старт-стоп», глушащая двигатель во время остановок, но чуть более продвинутая. ДВС Mild-гибрида снабжен специальным мотор-генератором; во время движения он работает как стандартный генератор, вырабатывая ток. Когда машина останавливается и система Start-Stop глушит двигатель, мотор-генератор вступает в дело, обеспечивая работу всех систем автомобиля: электрики, отопителя, кондиционера… Водитель даже не замечает, что двигатель заглушен. При нажатии на газ двигатель моментально заводится непосредственно от мотор-генератора и автомобиль трогается.
Реализации «мягкого» гибрида у каждого производителя своя. Иногда мотор-генератор может вырабатывать энергию при торможении, запасая её в отдельной батарее. 48-вольтовый мотор-генератор Audi MHEV даже умеет помогать двигателю на разгоне. Но о полноценной гибридной силовой установке с возможностью ехать на электротяге речь не идёт. Mild-гибрид — это просто помощник для ДВС, а не отдельный тяговый электромотор.
Особенности эксплуатации гибрида
Чем отличается гибрид от обычного автомобиля в повседневной эксплуатации? Ведь далеко не все водители — ярые энтузиасты новых технологий; многим просто нужно надёжное и хорошо работающее решение без лишних сложностей. И гибрид вполне подходит под это описание.
Сильная сторона гибрида — отсутствие каких-то специальных требований и процедур, как у электромобилей или машин с газобаллонным оборудованием. Работой гибридной системы полностью заведует умная электроника без вмешательства водителя. Периодическое обслуживание и замена расходников не требует специального «гибридного» автосервиса: с типовыми работами справится любая квалифицированная СТО. А некоторые особенности зимней эксплуатации гибридов не идут ни в какое сравнение с зимними проблемами электромобилей, запас хода которых на морозе падает почти вдвое.
ДВС большинства гибридов работают по экономичному циклу Аткинсона, который позволяет выровнять нагрузку на силовую установку, убрав опасные пики. В двигателях обычных машин он не используется из-за падения мощности, но у гибридов это падение компенсирует электромотор. В итоге получается оптимальный баланс качеств: мощности, экономичности, надёжности и низкой токсичности выхлопа.
Помимо прямой экономии топлива, гибрид снижает траты на некоторые запчасти. Например, тормозные колодки почти не изнашиваются из-за рекуперативного торможения. У большинства гибридов отсутствуют привычные стартер и генератор — в этом гибридная силовая установка даже проще классической. А в тойотовских гибридах нет даже коробки передач — её роль выполняет «планетарка».
Минусов и гибридов ровно два: высокая цена и постепенный износ тяговой высоковольтной батареи (ВВБ). Причём эти минусы исключают друг друга: у нового (и дорогого) гибрида нет проблем с батареей, ну а машину с изношенной ВВБ можно купить с хорошей скидкой на её замену.
Технологии идут вперёд невероятно быстро. Ещё недавно гибридные автомобили казались чем-то инопланетным, а сегодня на фоне полностью электрических машин они выглядят даже слегка устаревшими. Но отсутствие развитой инфраструктуры для зарядки электрокаров и их малый запас хода ещё долго будут аргументами в пользу гибридов.