Скоро начнется производство широко разрекламированного Chevrolet Volt. Это последовательный гибрид в чистом виде. Приживется ли такой автомобиль в США — большой вопрос.
Гибриды: дорога в будущее или взгляд назад
Довольно трудно найти человека, который никогда не слышал о гибридных автомобилях. Несмотря на относительно низкий уровень проникновения, этот тип транспортных средств часто становится предметом обсуждения и споров. Почему гибридные автомобили привлекают так много внимания? На протяжении всего 20-го века топливо было настоящей движущей силой прогресса; невозможно представить современное человечество без двигателя внутреннего сгорания. И вдруг выясняется, что гибриды более эффективны, более современны и более экологичны. Не слишком ли радикальны эти изменения? Но не все так однозначно и неоспоримо. Как и любая инновация, гибридный автомобиль заслуживает тщательного изучения. Давайте попробуем разобраться, займут ли гибриды достойное место в нашей жизни. Как и подобает серьезной дисциплине, давайте начнем с истории.
⇡#Гибридное прошлое
Сегодня гибридные автомобили воспринимаются как нечто чрезвычайно современное и пугающе техническое. Высокие технологии, не меньше. Ничего не поделаешь — на протяжении всего прошлого века двигатели внутреннего сгорания доминировали повсюду, и даже сегодня от них никуда не деться. Но в начале двадцатого века перспективы двигателя внутреннего сгорания были не столь очевидны: с ним могли конкурировать автомобили на электрической тяге. Как и современные электромобили, эти машины не обладали достаточным запасом энергии для длительных поездок. Научный гений того времени решил объединить два типа привода в одном транспортном средстве: Бензиновые и электрические силовые установки. Сегодня трудно найти первого изобретателя гибридного автомобиля. Мы постараемся опираться на официальные документы.
Первый патент на автомобиль с гибридным приводом был зарегистрирован в США 2 марта 1909 года. Генри Пипер, бельгиец немецкого происхождения, был оружейником, но интересовался точными науками и много времени уделял техническим изобретениям. Однажды Пайперу пришла в голову идея объединить два двигателя в одном автомобиле. Первые эксперименты были проведены в 19 веке, а рабочий прототип был представлен публике в 1900 году. Эта сложная машина работала следующим образом: Двигатель внутреннего сгорания был соединен с динамо-машиной (генератором), которая была подключена к аккумуляторным батареям. Динамо могло работать в обоих направлениях: для зарядки батарей через двигатель внутреннего сгорания и для увеличения тяги при подъеме тяжелых транспортных средств. Сам Генри Пипер назвал свое изобретение «Смешанный привод для автотранспортных средств». Заявка на патент была подана 23 ноября 1905 года, но официальное подтверждение пришло только в 1909 году.
С юридической точки зрения, изобретение гибридного автомобиля является заслугой Генри Пипера. Фактическим создателем первого бензиново-электрического автомобиля является, пожалуй, другой изобретатель, легендарный Фердинанд Порше. В 1898 году 23-летний инженерный гений создал свою первую машину — электрическое кресло Lohner. Это был первый в мире переднеприводный автомобиль, работающий только на электричестве. Дизайн впечатляет и сегодня: четыре электромотора, встроенные в колеса, развивали мощность от 2,5 до 3,5 л.с., а на пике — до 7 л.с. Ни сцепления, ни коробки передач, ни потери мощности или крутящего момента. Современные производители могут только мечтать о создании таких автомобилей. Фердинанд Порше отвечал за механическую часть, а кузов был построен в ателье Якоба Лонера.
После презентации электрического кресла Lohner в Париже в 1901 году Якоб Лонер получил первый в мире заказ на электромобиль. Однако заказчик захотел внести изменения в автомобиль: Он должен был иметь двигатель внутреннего сгорания, который позволил бы ему преодолевать большие расстояния. Желание клиента — закон, и поэтому Фердинанд Порше выполнил его. По слухам, только 44 80-вольтовые батареи весили 1 800 килограммов. Невероятный гибрид может развить максимальную скорость 60 км/ч, а батареи большой емкости хватит на расстояние 64 км без двигателя внутреннего сгорания. Кроме того, автомобиль с броским названием Mixte имел отличные дорожные характеристики. Он выиграл ралли Эксельберг, и за рулем автомобиля был сам Фердинанд Порше.
⇡#Предвестники современных гибридов
Читатели, конечно, гораздо лучше знакомы с третьей волной развития автомобилей с двумя типами двигателей. Первым действительно успешным опытом создания комфортного и функционального гибридного автомобиля стала Toyota Prius в 1990-х годах. Уже не стоит сосредотачиваться только на последнем десятилетии, потому что все современные гибриды обязаны своим развитием Toyota Prius. Это звучит несколько напыщенно, как маркетинговый слоган, но анализ продаж и динамики серийных предложений конкурирующих компаний подтверждает это. Первая версия Toyota Prius была выпущена в 1997 году, но только для внутреннего рынка. Во многих отношениях NHW10 смог открыть новую эру в автомобильной промышленности, открыв дверь на массовый рынок бензиново-электрических гибридных автомобилей.
При разработке Toyota Prius японцы продумали все — и дизайн, и цену, и название. Название автомобиля — это не просто звукоподражание: В переводе с латыни оно означает «ранний, первый, хозяин». Они обрекли всех остальных производителей в начале выхода на рынок строить только преемников, наследников Toyota Prius. Не слишком ли это амбициозно? Именно. В начале разработки, в 1995-1996 годах, автомобильный гигант решил создать гибридный автомобиль, готовый к серийному производству и пользующийся популярностью. Сегодня очевидно: цель достигнута. Неизвестна только цена успеха: Затраты на разработку первого поколения Toyota Prius так и не были названы. В планах Toyota были названы конкретные цифры: ежегодные продажи 12 000 автомобилей по средней цене 17 000 долларов. Таким образом, инновационный автомобиль был намеренно помещен в нишу доступных семейных автомобилей. По мнению экспертов, производство каждой модели первого Prius обходилось Toyota примерно вдвое дороже продажной цены: японская компания постоянно терпела убытки на производстве Prius. Они не были потрачены впустую, расчетливые японцы инвестировали в их будущее. Согласно первоначальным оценкам 2005 года, рынок гибридных автомобилей составит треть всего автомобильного рынка. Прогнозы аналитиков не сбылись, но Toyota Prius стала символом гибридного автомобиля, и сегодня Prius — это имя нарицательное.
Toyota Prius первого поколения оснащался скромным бензиновым двигателем мощностью 58 л.с., а электромотор был почти в полтора раза слабее: 40 л.с. Трансмиссия представляла собой одну планетарную коробку передач. Никель-металлгидридные аккумуляторы емкостью 1,73 киловатт-часа заряжались от двигателя. Удивительно, но Prius остается технически неизменным уже 13 лет. Возможности обоих двигателей немного увеличились, компьютер обзавелся большим экраном с красочными графиками и диаграммами, но функционально все осталось на прежнем уровне. Удивительно, но самый инновационный автомобиль современности остается неизменным уже 13 лет.
Через два года после появления первого Toyota Prius, Honda Insight появилась как аналог самого продаваемого автомобиля. По сей день эти автомобили являются прямыми конкурентами. Insight Hybrid можно рассматривать как ответ Honda на Prius, но технически эти автомобили совершенно разные. Insight оснащен 3-цилиндровым бензиновым двигателем мощностью 68 л.с. Скромный 13-сильный электромотор установлен непосредственно на коленчатом валу двигателя. Это типичный представитель параллельного гибридного привода. Но к классификации мы перейдем позже. Бензиновый двигатель Honda Insight изготовлен из алюминия, титана и прочных пластиков, что позволяет максимально снизить вес: 838 кг в минимальной комплектации. Производитель предусмотрел два типа трансмиссии: 5-ступенчатую механическую и вариаторную. Ездить без использования двигателя внутреннего сгорания Insight не может, зато может похвастаться завидной экономичностью: 3,7 литра на 100 км в комбинированном цикле. Это меньше, чем у любого варианта Prius. Более того, это официально самый низкий расход топлива среди всех серийных бензиновых двигателей, когда-либо построенных в США. В чем секрет его успеха? Система рекуперативного торможения, которая накапливает энергию при отрицательном ускорении. Он используется во время ускорения, чтобы позволить основному двигателю работать не на полную мощность. Кроме того, Honda Insight оснащена системой «стоп/старт», которая останавливает расход топлива при простоях на запрещающем сигнале светофора. Еще одна интересная особенность гибридного автомобиля: версия с механической коробкой передач оснащена индикаторами оптимального времени переключения передач. Что касается необычного внешнего вида хэтчбека, мы надеемся, что он служит чисто утилитарным целям, но низкий коэффициент сопротивления играет важную роль в снижении расхода топлива.
Производители автомобилей называют гибридными системами привода совершенно разные решения с разным уровнем развития и эффективности. В настоящее время можно выделить несколько основных типов гибридных автомобилей: HEV, PHEV, BEV и mHEV. Давайте рассмотрим, чем они отличаются друг от друга.
Устройство и принцип работы
Принцип работы гибридного автомобиля
При отсутствии бензина автомобиль способен работать только на электромоторе, при разряде — на двигателе внутреннего сгорания, но при нормальной эксплуатации задействованы оба двигателя.
Работа достигается за счет синхронной работы бензинового двигателя и электромотора.
Когда они работают вместе, бензиновый двигатель выполняет большую часть работы по созданию крутящего момента и энергии для аккумулятора, в то время как электромотор снимает нагрузку с двигателя внутреннего сгорания, минимизирует рывки, снижает выбросы и увеличивает запас хода.
При одновременной работе двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель поддерживают друг друга. Двигатель внутреннего сгорания поддерживает работу генератора, который снабжает электродвигатель дополнительной энергией. Электромотор, в свою очередь, снижает силу ускорения двигателя внутреннего сгорания, чтобы он мог работать без резкого ускорения.
Особенности гибридных автомобилей
Одной из главных особенностей гибридных автомобилей является компромисс. Водители отмечают эффективное сочетание преимуществ автомобилей с двигателем внутреннего сгорания и мототехники.
автомобили помогают экономить топливо. Экономия особенно заметна в условиях плотного городского движения и пробок. Это особенно заметно в автомобилях с системой регенерации. Большинство современных гибридов имеют такую систему. Энергия может быть восстановлена с помощью системы регенерации. Например, если автомобиль постоянно тормозит, двигатель работает как генератор и заряжает аккумулятор.
Те, кто беспокоится о высоковольтных батареях автомобиля, могут быть спокойны, покупая современные гибридные автомобили: Производители оснащают автомобили автоматическими многоступенчатыми системами защиты (от поражения электрическим током).
Приводные конструкции и крепления автомобиля изготовлены из композитных материалов (углеволокно, карбон) и легких металлов (магний, алюминий). Снижение общего веса автомобиля положительно сказывается на его эксплуатационных характеристиках и создает лучшие условия для вождения. Для разгона в гору требуется меньше энергии.
Максимальные ходовые качества достигаются на низких и постоянных скоростях. В этом случае сопротивление воздуха меньше, а эффективность использования топлива выше.
Типы гибридных агрегатов
- «Умеренный» или мягкий. Двигатель внутреннего сгорания постоянно находится в работе. Электродвигатель дополняет его, поддерживает его. Основная цель — увеличить мощность и эффективность двигателя. Примеры — Mercedes S 400 HYBRID, Honda IMA.
- «Полный привод». Приводится в действие электродвигателем в каждой фазе движения: при поддержании постоянной скорости, при ускорении. На электрической тяге автомобиль может преодолевать довольно большие расстояния. Аккумулятор нельзя заряжать от сети. Примером тому может служить BMW X6 ActiveHybrid.
- Plug-in, он ездит либо как комбинация: двигатель внутреннего сгорания + электропривод, либо только на электричестве. Можно использовать только аккумуляторы, в основном для поездок на средние расстояния. Вопрос о том, как заряжать этот тип гибридного автомобиля, не стоит: Автомобиль может просто заряжаться от розетки, как электромобиль, в то время как бензин из топливного бака в plug-in активно преобразуется в электричество и накапливается в батареях. Примерами являются Toyota Prius PHV, Mitsubishi Outlander PHEV, Chevrolet Volt и Opel Ampera.
Другой тип — E-REVS (электромобили с увеличенным запасом хода). Они представляют собой промежуточный вариант между гибридом и электромобилем. Они имеют двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель. Однако двигатель внутреннего сгорания используется не для движения, а специально для зарядки. Потребление гибридного автомобиля E-REVS максимально низкое.
Гибридные автомобили иногда просто делят на HEV (Hybrid Electric Vehicle) и PHEV (Plug-in Hybrid Vehicle), причем последние отличаются от первых наличием дополнительной батареи в исходной версии такого автомобиля. То есть, под термином PHEV скрываются гибридные автомобили, которые в первой типологии называются plug-in hybrids, а под термином HEV скрываются «средние» и «полные» гибридные автомобили.
Автомобили с секвентальной системой не имеют коробки передач. Аккумуляторы обычно изготавливаются из никель-металлгидрида. Когда двигатель внутреннего сгорания выключен, автомобиль имеет достаточно мощности и нагрузки, чтобы двигаться самостоятельно.
Подключаемые гибриды (PHEV)
Подключаемые гибридные электромобили (PHEV) ближе к полностью электрическим автомобилям. Несмотря на двигатель внутреннего сгорания, они могут заряжаться от сети. Подключаемые гибриды имеют гораздо большую емкость аккумулятора и могут обеспечить запас хода более 200 км.
Когда аккумулятор PHEV разряжается, включается бензиновый двигатель. Это позволяет ездить в городе экологически чисто и тихо, а в дальних поездках не полагаться на зарядные станции. Это особенно актуально для России и других стран, где они еще не так широко распространены, как обычные АЗС. Такая конструкция также значительно экономит топливо и считается более экологичной.
PHEV часто выбирают водители, которые не хотят так резко переходить на электромобиль. Встроенный двигатель внутреннего сгорания облегчает привыкание к возможностям и функциям электронных автомобилей. А поскольку этот тип транспортных средств не ограничивается небольшими городскими автомобилями, а включает в себя еще и внедорожники, у автовладельцев есть широкий выбор.
Преимущества плагин-гибридов
С точки зрения экологичности подключаемые гибриды догоняют электромобили. Как правило, большую часть времени они работают на электричестве. Существует также более экологичный вариант, когда подключаемый электромотор может быть дополнен водородным двигателем (так называемые FHEV). Водородные автомобили пока еще экзотика, но прогресс налицо.
В связи с предстоящим запретом на двигатели внутреннего сгорания автопроизводители ищут новые варианты. Многие из них уже изучили альтернативные виды топлива и работают над ними. Toyota и 12 других мировых производителей, например, планируют инвестировать более 10 миллиардов долларов в водородные технологии к 2030 году. Со своей стороны, власти европейских стран активно строят водородные электростанции.
Германия планирует построить 400 таких зарядных станций к 2023 году в соответствии со своим намерением как можно быстрее отказаться от бензина. В любом случае, водород пока не так выгоден и удобен в использовании, но когда на рынке появится гибридный автомобиль с водородным двигателем, он, безусловно, будет одним из самых экологически чистых вариантов на рынке.
Популярные гибридные автомобили
Гибридные автомобили становятся все более популярными. Их ассортимент растет с каждым днем, и почти все крупные автопроизводители стараются включить хотя бы некоторые из них в свой модельный ряд. Но в гонке за звание самого экологичного «зеленый» знак также присваивается микрогибридам, а в некоторых случаях и тем, которые могут просто выключить двигатель на светофоре.
Так или иначе, гибриды становятся все более распространенными, а их продажи растут. Это особенно актуально для более «зеленых» PHEV. Только в Европе доля подключаемых гибридов выросла до 8,4% во втором квартале 2021 года, согласно данным Ассоциации европейских автопроизводителей (ACEA). Обычные HEV также выросли — 19,3 % от всех зарегистрированных автомобилей в ЕС.
Во многом этот бум объясняется государственными субсидиями, но многим людям просто нравятся гибридные автомобили. Давайте посмотрим, какие из них больше всего нравятся водителям.
Toyota Prius
«Приус» стал первым в мире серийным гибридным автомобилем: первая версия была выпущена еще в 1997 году. За все это время он не сдал своих позиций и по-прежнему является самым продаваемым гибридным автомобилем в мире в 2021 году. За более чем 20 лет было продано около 4 миллионов устройств. Prius официально продавался в России с 2009 по 2019 год, но и сейчас его легко можно приобрести на вторичном рынке.
Обновленная версия Toyota Prius четвертого поколения вышла на мировой рынок в 2015 году. Силовой агрегат включает 1,8-литровый дизельный двигатель и электродвигатель с суммарной мощностью 122 л.с. Этот комбинированный HEV может работать на электричестве только короткое время, но гибридный привод экономит много топлива.
Lexus RX400h
Другой японский автомобиль, Lexus RX400h, был первым официальным гибридом в России и до сих пор пользуется определенной популярностью. Он оснащен двумя электромоторами и мощным двигателем внутреннего сгорания общей мощностью до 270 л.с. RX400h разгоняется до 100 км/ч за 7,6 секунды и при необходимости может быть оснащен полным приводом. Однако эта комбинация HEV уступает RX350 по внедорожным качествам.
Nissan Murano
Гибридный кроссовер Murano скорее служит имиджу Nissan, но пользуется определенной популярностью в России. Одной из причин этого является то, что он производится на заводе Nissan в Санкт-Петербурге в модифицированной версии, разработанной специально для российских условий. Другая причина заключается в том, что полностью электрический Leaf еще не представлен официально.
Параллельный-HEV гибридный Murano оснащен 2,5-литровым бензиновым двигателем и электромотором. Его общая мощность составляет 234 л.с. Однако причина необходимости такой связки не совсем понятна: хотя двигатель внутреннего сгорания и электромотор работают независимо друг от друга, расход топлива на практике почти не заметен. Среди реальных преимуществ — полный привод и просторный багажник объемом 452 литра.
Будущее гибридов
Сегодня гибридные автомобили кажутся большим шагом к экологически чистому будущему, и аналитики прогнозируют постоянный рост продаж. Через 10-15 лет полностью электрические автомобили станут обычным явлением, а бензиновые двигатели в HEV станут пережитком прошлого. Если гибриды выживут, то это почти наверняка будут не варианты с двигателем внутреннего сгорания, а водородные или еще более технологичные автомобили.
Читайте больше о гибридах и других инновациях в области электромобилей на нашем канале в Telegram.
Транспортные средства, работающие на водороде и электричестве, используются уже несколько десятилетий. Сегодня они являются одними из самых популярных автомобилей в мире.
Водородные автомобили массово появились на рынке сравнительно недавно. Основная причина — эколого-коммерческая. С
Lohner Electric Chaise считается первым автомобилем, в котором двигатель внутреннего сгорания сочетается с электроприводом. Это было доказано
Оригинальное решение с шестиколесным шасси родилось из необходимости. Двух осей было бы просто недостаточно.
Баварская компания BMW Group любит говорить об «автомобиле будущего», и это означает нечто большее, чем просто автомобиль будущего,
Крупнейшие автопроизводители объединили усилия для создания электромобилей и коммерческого транспорта. Обновлено Deutsche
Выпуск серийной версии нового кроссовера Nissan Ariya уже 15 июля. Судя по объявлению, серьезный
Гибридные автомобили с мягким боком используют небольшой электродвигатель для замены стартера и генератора переменного тока (известного как динамо). При этом он помогает бензиновому двигателю и берет на себя электрические функции автомобиля, когда двигатель не находится под нагрузкой.
Подзаряжаемый гибрид
Подзаряжаемый гибридный автомобиль — это автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, электромотором, гибридной установкой и перезаряжаемой батареей. Его главная особенность — аккумулятор среднего размера: он меньше, чем в электромобиле, и больше, чем в обычном гибридном автомобиле.
Преимущества гибридных автомобилей
Рассмотрим положительные стороны гибридных автомобилей:
- Экологичность. Эти модели автомобилей работают на экологически чистых источниках энергии. Электромотор и бензиновый двигатель работают вместе, чтобы снизить расход топлива и сэкономить деньги.
- Экономичный. Очевидным преимуществом является низкий расход топлива. Даже когда батареи разряжены, остается старый добрый двигатель внутреннего сгорания, а когда топливо заканчивается, вы можете заправить его на первой попавшейся заправке, не заботясь о зарядной станции. Удобно.
- Меньшая зависимость от ископаемого топлива. Благодаря электрическому двигателю гибридный автомобиль требует меньше ископаемого топлива, что приводит к снижению выбросов и уменьшению зависимости от ископаемого топлива. По этой причине также ожидается снижение цен на бензин.
- Лучшая производительность. Эксплуатационные характеристики также являются веской причиной для покупки гибридного автомобиля. Электромотор можно рассматривать как своего рода турбокомпрессор, без дополнительного топлива, необходимого для работы турбины или компрессора.
Недостатки гибридных автомобилей
Меньше электроэнергии. Гибридные автомобили имеют два независимых двигателя, при этом бензиновый двигатель является основным источником энергии. Два двигателя в одном автомобиле означают, что ни бензиновый двигатель, ни электромотор не являются такими мощными, как в обычном бензиновом или электрическом автомобиле. И в этом есть смысл.
Дорого покупать. Высокая цена, в среднем на пять-десять тысяч долларов дороже обычных автомобилей. Это одноразовое вложение, но оно окупится.
Высокие эксплуатационные расходы. Ремонт и обслуживание этих автомобилей может быть сложным из-за двойных двигателей, постоянного технологического прогресса и высоких эксплуатационных расходов.
Высоковольтные батареи. В случае несчастного случая высокое напряжение, содержащееся в батареях, может быть смертельно опасным.
Подключаемые гибридные электромобили (PHEV) ближе к полностью электрическим автомобилям. Несмотря на двигатель внутреннего сгорания, они могут заряжаться от сети. Подключаемые гибриды имеют гораздо большую емкость аккумулятора и могут обеспечить запас хода более 200 км.
Стоит ли покупать автомобили-гибриды в России
К 2021 году аналитики «Автостата» ожидают, что в российском автопарке будет чуть более 160 тысяч гибридных автомобилей всех модификаций. Это даже не один процент от общего парка автомобилей, а менее 0,4 %. Из этого можно сделать вывод, что россияне не очень заинтересованы в преимуществах гибридных автомобилей. И это действительно так — переплата высокая, выгода для кошельков водителей и качества жизни неочевидна.
Но стоит ли покупать гибридный автомобиль, если вас не беспокоит переплата? Потому что да! Гибриды не имеют тех же рисков, что и чистые электромобили: они не подключаются к сети на 100%, даже если у вас есть схема подзарядки, а опыт вождения и динамика гибрида в целом отличаются.
Что посмотреть, к чему готовиться
Когда люди говорят о недостатках гибридов, они обычно имеют в виду полумифическую замену или утилизацию батареи, когда она преждевременно умирает (или наоборот, что вполне ожидаемо в силу ее возраста).
Почему «полумифический»? Во-первых, аккумулятор — это не одноразовый предмет, он очень долговечен. Это не масляный фильтр на один сезон — через четыре или пять лет вы можете не знать, где находится ваш аккумулятор и что с ним делать.
Во-вторых, хотя батарейки со временем теряют емкость, в отличие от батареек в настенных часах, нет причин извлекать все устройство сразу. Отдельные клетки могут быть идеально заменены, а гибриды могут быть перестроены для восстановления их почти идеальной мощности. По всей стране, включая окрестности города Тюмени, существуют специализированные сервисы для гибридных и чисто электрических автомобилей.
Другими словами, проблемы с батареей гибридного автомобиля могут вообще не возникнуть:
- может вообще не произойти,
- Если это так, то проблемы будут решены по разумной цене.
Трудно найти другие конкретные недостатки у гибридов, они похожи на любой другой автомобиль. Могут быть специфические «детские проблемы» определенных моделей марки, могут быть дефекты, возникшие после небрежной эксплуатации предыдущим владельцем — каждый случай следует рассматривать индивидуально.
И это вопрос личных предпочтений, какой гибрид искать. Имейте в виду, что все они по своей сути мощнее и экономичнее обычных аналогов и ищут свою изюминку. Гибриды есть даже у Hyundai (Ioniq), даже у BMW (i3, например, с дизайном послезавтрашнего дня) — можно «электрифицироваться», не меняя своих прежних предпочтений и наклонностей.
Автор.
*** Статья автора. Мнение автора не обязательно отражает мнение автора.
Купили бы вы гибридный автомобиль и какой? Сообщите нам свое мнение в комментариях.
