Что такое «гибридный двигатель»? |
Многие сейчас интересуются — что же такое «гибридный двигатели» или как работает гибридный автомобиль? Откуда взялась приставка «Hybrid» на двери багажника некоторых автомобилей и что она значит в теоретическом и практическом плане? Наконец, многих привлекает низкий паспортный расход топлива подобных автомобилей (как обычного класса, так и крупных внедорожников) — стоит ли обращать внимание (и немало переплачивать при покупке, к слову) на призывы «зеленых» или просто купить экономичный классический автомобиль. На эти и другие (весьма многочисленные) вопросы отвечает как данная статья, так и весь специально для этого созданный сайт — All-Hybrids.ru
Итак, если очень коротко, то «гибридный автомобиль» — это транспортное средство, способное крутить свои колеса более чем от одного источника энергии. Проще говоря, в обычном автомобиле ДВС (бензиновый или дизельный — не имеет значения) генерирует вращение, передаёт крутящий момент на коробку передач, которая в свою очередь через трансмиссию приводит в движение (вращение) колеса. Если в конструкции автомобиля вдруг появляется еще один источник крутящего момента для колес (чаще всего сейчас это электродвигатель) — то такая конструкция уже будет считаться гибридной.
Гибридные автомобили (или как их еще называют «автомобили с гибридным двигателем») могут быть разных конструкций, не всегда «вторым номером» будет выступать электромотор, а сферы применения гибридных систем сейчас самые разнообразные: для города — малолитражки, хетчбэки, универсалы, седаны и прочие, для города и легкого бездорожья — кроссоверы (SUV), для полного бездорожья — внедорожники. Это коротко перечислен транспорт общего пользования, а есть еще гибридный коммерческий транспорт (автобусы), гибридные грузовики и прочие.
Сразу обратим внимание: среди конструкций автомобиля встречается также «электромеханическая трансмиссия» (тепловозы, некоторые модели карьерных самосвалов, тракторы и танки), которые при общей визуальной схожести конструкции (мотор передаёт крутящий момент через электрогенератор или электромотор) назвать честными гибридами нельзя.
Зачем придумали гибридные силовые агрегаты?
Первичной идеей создания данного тандема мотор-электромотор послужила необходимость усовершенствования работы тяжелонагруженных систем на железнодорожном транспорте и в очень больших карьерных самосвалах — один (или не один) мотор просто не справлялся с необходимыми нагрузками этих сфер применения в первую очередь из-за сложности передачи крутящего момента от двигателя к коробке и дальше к колесам (большие расстояния). ДВС обладают оптимальной нагрузочной характеристикой лишь в относительно узком наборе частот вращения коленвала, коробки передач трансформируют получаемую энергию (теряя её по пути из-за низкого КПД), выдавая не такие уж и интересные цифры на выходе. Дополнительная сложность классической схемы на большегрузных автомобилях — коленвал двигателя просто не умеет вращаться в другую сторону для простого включения включения заднего хода.
Электромотор довольно легко дополнил и устранил большинство проблем — у него нет холостого хода (отпадает нужда в механизме сцепления), он обеспечивает нагрузочные характеристики почти во всём диапазоне частот, может крутиться в другую сторону и имеет явно лучший КПД. Однако для электродвигателя нужна электроэнергия, которая обычно запасается в больших и тяжелых аккумуляторах, а это уже другая сторона медали. Итог разработок многочисленных инженеров по всему миру — система из ДВС, вращающего электрогенератор, который вырабатывает электричество для электромотора (или моторов).
Уходя от процесса создания гибридных автомобилей к уже давно их использованию в современном мире стоит отметить: гибридные автомобили 2015 или 2016 модельного года стали значительно интереснее, экономичнее и производительнее своих более старых аналогов, а число «гибридов» в мире с каждым годом только растет.
Гибридный двигатель: особенности, устройство, характеристика
Всё больше, в последнее время, человек задумывается об экологии. Не исключением становится и автоиндустрия. С каждым годом повышаются экологические стандарты, а с этим модернизируются и усовершенствуются двигатели транспортных средств. Гибридный двигатель – одно из решений улучшения экологичности использования автомобиля.
Что такое гибридный двигатель
Что же такое гибридный двигатель и его устройство? Само слово «гибрид» переводится с латыни, как «помесь». По факту – это помесь классического варианта силового агрегата и электромотора. Так, привод ведущих колёс ведётся путём вращения при помощи обычного двигателя внутреннего сгорания или электромотором.
Каждый из силовых агрегатов выполняет в движение определённую функцию. Так, когда транспортное средство стоит в городских пробках, то движение осуществляется при помощи электромотора, а вот на трассе в работу вступает бензиновая силовая установка.
Плюсы «гибрида»
Пожалуй, самым большим плюсом в использовании гибридного силового агрегата является его экономичность. Как правило, такой мотор потребляет на 25-30% меньше горючего, от стандартных бензиновых двигателей.
Вторым позитивным моментом является – высокая экологическая норма. Поскольку уменьшается расход топлива, то в экосистему идёт меньше выбросов отработанных выхлопных газов.
Третьим плюсом становится то, что батареи для электромотора заряжаются от бензинового двигателя и если они сядут, то всегда можно переключиться на бензин. Сюда же можно отнести одинаковые технические характеристики. По мощностным характеристикам «гибрид» ничем не уступает обычному мотору.
Лучше всего «гибридный» двигатель чувствует себя в городском цикле использования, где есть частые остановки. В таком случае, в основном, работает сам электромотор. Во многих странах на «гибридных» автомобилях ездит городская полиция.
Минусы использования «гибрида»
Первым минусом, который стоит отметить, является дорогой ремонт гибридных моторов. Производители «гибрида» объясняют это тем, что силовой агрегат является конструктивно сложным, что в обслуживании, так и в восстановлении.
Аккумуляторные батареи гибридного движка, достаточно чувствительные к перепадам и снижению температуры, из-за чего при падении ниже -15 градусов Цельсия, они быстро разряжаются, и эксплуатация проводится в основном на бензине.
Высокая стоимость самого транспортного средства с гибридным мотором. Не каждый автолюбитель способен позволить себе машину, которая стоит 20 000 $. Несмотря на это, ряд стран ввели льготные налоги на растаможивание, регистрацию и использование гибридных движков, чтобы стимулировать покупателей к покупке данных автомобилей. На территории стран СНГ это пока не сделалось.
Современные показатели
Toyota лидирует по количеству гибридов и активно выпускает эти автомобили с 1997 года, причём в модификациях как обычных автомобилей серии Prius, кроссоверов серии Lexus RX400h, так и автомобилей люкс-класса — Lexus LS 600h.
По итогам 2006 года во всём мире было продано более полумиллиона только модели Prius. Технологию гибридного привода Toyota HSD лицензировали Ford(Escape Hybrid), Nissan (Altima Hybrid).
Массовое производство гибридных автомобилей сдерживается дефицитом никель-металлогидридных аккумуляторов.
В 2006 году в Японии было продано 90410 гибридных автомобилей, что на 47,6 % больше, чем в 2005 году.
В 2007 году продажи гибридных автомобилей в США выросли на 38 % в сравнении с 2006 годом. Гибридные автомобили в США занимают 2,15 % рынка новых легковых автомобилей. Всего за 2007 год в США было продано около 350000 гибридных автомобилей (без учёта продаж корпорации GM).
Всего с 1999 года до конца 2007 года в США было продано 1 002 000 гибридных автомобилей.
Вывод
Как показывает современная тенденция, всё больше автомобилистов начинает предпочитать гибридные силовые агрегаты. Они более экономичные, бесшумные и экологичные. Недостатком использования является дорогой ремонт, и чувствительность батарей к перепаду температуры.
Гибридные автомобили
Первый автомобиль вообще-то был электрическим, т.е. в качестве двигателя использовался электромотор, и только потом, из-за отсутствия хороших аккумуляторов или иных источников электроэнергии, основным источником энергии для движения стал ДВС.
Тем не менее, несмотря на его преимущества, разработчики авто давно уже начинают оценивать возможности электромобиля, и как компромиссный вариант в такой ситуации выступают гибридные автомобили.
Почему возникает идея гибрида
При всех своих достоинствах ДВС обладает массой недостатков. Он прожорлив и требует для движения достаточно большое количество топлива. Правда, в последнее время его аппетит стараются уменьшить, но для этого разработчикам приходится прилагать поистине титанические усилия.
ДВС экологически небезопасен, его выбросы отрицательно влияют на природу, хотя и в этой области выполненные ужесточение требований, предъявляемых к моторам авто, дает свои результаты.
Если к перечисленному добавить еще:
- сложность изготовления, необходимость использования дорогостоящего и специализированного металлообрабатывающего оборудования;
- высокие требования, предъявляемые к качеству топлива и ГСМ;
- неравномерность величины выдаваемого крутящего момента.
то можно удивляться, почему его еще используют.
Одним из возможных вариантов смягчения перечисленных недостатков ДВС и являются гибридные автомобили.
А что собой вообще представляет гибрид
Словосочетание автомобили с гибридным двигателем подразумевает возможность использовать для движения несколько источников энергии. По этому признаку можно считать гибридным транспортным средством и первую повозку, способную двигаться при помощи пара и конной тяги. Однако если говорить серьезно, как правило, они представляют собой сочетание электрического мотора и ДВС.
Именно оно определяет принцип работы гибридного автомобиля, для которого характерно приведенное ниже взаимное использование двух моторов:
- параллельное;
- последовательное;
- последовательно-параллельное.
Устройство гибридного авто с параллельной работой моторов
Такое устройство подразумевает совместную работу электромотора и ДВС. Подобное транспортное средство (ТС) практически ничем не отличается от обычного автомобиля, основным источником энергии для движения является ДВС, и лишь в некоторых случаях дополнительно подключается электромотор. Для обеспечения их параллельной работы в составе гибридного автомобиля используются специальные муфты и коробки передач.
Как выглядит схема подобного совместного использования моторов показано на рисунке:
Мощность дополнительного электромотора, как правило, не слишком велика, он включается в работу только при необходимости, например, при разгоне или обгоне, облегчая работу ДВС. Не секрет, что мощность последнего зависит от оборотов коленвала, в момент начала движения, при обгоне или на плохой дороге у автомобиля приходится «раскручивать» движок, заставляя его работать на повышенных оборотах. Это приводит к возникновению дополнительной нагрузки и, как следствие, повышенному потреблению топлива и износу двигателя.
Кроме того, такой электродвигатель, входящий в устройство гибридного ТС, выполняет еще функции генератора и стартера автомобиля. Хонда, Тойота и иные марки гибридных автомобилей используют подобный принцип построения силовой установки. Марки названных гибридных автомобилей – это далеко не полный их список.
Гибридный с последовательной схемой работы моторов
Подобное устройство гибридного ТС подразумевает использование одного мотора в качестве основного, обычно этим двигателем является электромотор, а ДВС выполняет вспомогательную роль, раскручивая генератор.
Схема силовой установки такого гибридного автомобиля приведена на рисунке:
Такое построение силового агрегата, характерное для гибридного автомобиля такого типа, подразумевает использование аккумуляторов повышенной емкости, позволяет добиться определенных преимуществ:
- ДВС работает в постоянном режиме, что снижает его износ, уменьшает количество вредных выбросов и потребление топлива, особенно в городских условиях.
- Обеспечивает увеличенную дальность пробега за счет подзарядки аккумуляторов от генератора при работе ДВС.
- Позволяет заряжать АКБ подобного типа в ночное время или во время стоянки от обычной электрической сети.
По сути дела, устройство таких гибридных автомобилей подразумевает использование в своем составе передвижной электростанции, работающей от ДВС и обеспечивающей энергией электромотор. Стоит отметить, что марки гибридных автомобилей подобного типа достаточно распространены, их список включает в себя:
Последовательно-параллельные гибридные ТС
Такие гибридные автомобили предусматривают одновременную совместную работу моторов – ДВС и электрического.
Устройство силового агрегата подобных гибридных автомобилей можно понять из рисунка ниже:
Автомобили этого типа называются полные гибридные (Full Hybrid), и они также достаточно популярны среди производителей. Лидером в данном классе считается Тойота. При таком подходе ДВС имеет возможность заряжать АКБ через генератор и передавать крутящий момент на колеса автомобиля.
Надо отметить, что подобное устройство силового агрегата гибридных автомобилей подразумевает широкие возможности по использованию каждого из входящих в его состав двигателей.
Могут быть реализованы такие режимы:
- Электромобиля, когда ДВС выключен и гибридный автомобиль перемещается при помощи электромотора.
- Движения с постоянной скоростью, в этом случае от ДВС крутящий момент передается на генератор и на колеса. Генератор запитывает электродвигатель, момент с выхода которого, суммируется с моментом ДВС, а также от генератора происходит при необходимости зарядка АКБ.
- Форсированный, когда электродвигатель, питаясь от АКБ, добавляет свою мощность к ДВС.
- Экономичный, когда генератор, питаясь от аккумулятора, снижает частоту вращения ДВС и тем самым обеспечивает топливную экономичность.
- Торможения, когда электродвигатель работает в качестве генератора.
- Зарядки АКБ, используемой при работе подобных гибридных автомобилей.
Достоинства и недостатки гибридов
Оценить перспективы развития данного вида ТС достаточно сложно. Понятно, что ДВС и автомашины на их основе будут и дальше совершенствоваться, как и чистые электромобили. Кстати, первый авто, как уже отмечалось, был именно электрический. А сейчас, с появлением новых источников энергии современные электромобили ни в чем не уступают обычным.
Возвращаясь к гибридам, стоит отметить, что для автомобилей такого типа присущи многие преимущества:
- экономичность. Они обеспечивают снижение потребления горючего при работе, особенно в режиме старт-стоп;
- динамика разгона гибридных автомобилей лучше, чем у обычных равного класса;
- отсутствие КПП в составе подобных автомобилей;
- сокращение количества вредных выбросов при работе ДВС;
- возможность использовать подобные авто только в режиме электромобиля, избежав потребления топлива (при пробеге в городе до ста километров и ночной зарядке АКБ).
Однако несмотря на все свои достоинства, гибриды не получили в настоящее время такого же масштабного применения, как обычные авто с ДВС. Первый такой автомобиль, который выпустила компания Хонда, не принес особых лавров, а полученный опыт позволил выпустить модель второго поколения Хонда Insight, ставшей довольно популярной на рынках Европы и США.
Многие прекрасные качества гибридов перечеркиваются их недостатками, первый из которых – цена.
Гибриды значительно дороже, чем обычные авто. И тут уже не имеет значения, Хонда, Тойота или Форд производители такой автомашины, одним отмеченным недостатком они проигрывают авто с ДВС. Цену можно считать одним из самых главных ограничителей расширения продаж, например, на гибридные автомобили в России.
На сегодняшний день достаточно хорошо известны многие модели гибридных автомашин от самых разных производителей – Тойота, Форд, Хонда выпускают их достаточно широко. И хотя в их конструкции производители реализуют различные технические подходы и решения, подобные авто можно считать самостоятельным классом транспортных средств, достаточно широко распространившихся по всему миру.
Сколько существует видов гибридных автомобилей?
Чем отличаются разные виды гибридных автомобилей?
В последнее время появилось огромное множество видов гибридных автомобилей. Они различаются разными формами и размерами. Несмотря на единую структуру, гибридные автомобили могут в корне отличаться от других типов гибридных автомобилей. Поэтому, если вы видите перед собой две машины с одинаковыми шильдиками «Hybrid» на задней части машины, знайте, что с большой долей вероятности вы смотрите на абсолютно разные автомобили.
Цель данной статьи- простая, конкретизировать какие бывают гибридные автомобили, технологии, какие кардинальные различия существуют между ними и почему порой нельзя сравнивать такие автомобили между собой. Также как нельзя сопоставлять непритязательный Chevrolet Volt и впечатляющую Ferrari LaFerrari, не взирая на то, что перед нами вроде бы технологически одинаковые машины.
По традиции, прежде чем начать перечислять различные виды технологий, применяемых на этих автомобилях, начнем свой рассказ с краткой истории их развития. Вы наверняка удивитесь, когда узнаете, что первый в мире гибридный автомобиль был создан в 1900 году и свою гениальную руку к нему приложил никто иной как Фердинанд Порше.
Честь стать первым в мире гибридным автомобилем выпала Lohner-Porsche Mixte Hybrid. Детище Lohner-Werke и Фердинанда Порше было впервые показано на Всемирной автовыставке в Париже в самом начале XX века году. Поэтому можно со всей серьезностью утверждать, идея гибрида не нова, ей более ста лет.
Это интересно: Электрические автомобили были популярными 100 лет назад. История повторяется
Lohner-Porsche был бензиново электрическим автомобилем, использовавшим двигатель внутреннего сгорания в качестве генератора и свинцово-кислотные аккумуляторные батареи питавшие электродвигатели, установленные непосредственно на ступицах автомобиля. Это была первая гибридная версия автомобиля произведшая мировой фурор!
Прошло 60 лет и еще один легковой автомобиль внес свой весомый вклад в будущее развитие гибридных автомобилей, AMC Amitron. Он стал первым американским автомобилем, который начал использовать систему рекуперативного торможения, жизненно важную технологию в области гибридных транспортных средств, начиная от микрогибридов и заканчивая полноценными гибридными машинами.
Но основное развитие современной гибридной истории автомобилей начинается в 1990-е годы, в эпоху, что дала человечеству овечку Долли, поп-музыку и падение железного занавеса.
И так, рассмотрев основы, давайте узнаем, сколько всего существует типов гибридных транспортных средств. Здесь сделаем небольшую ремарку, на самом деле неизвестно точного количества гибридных систем, поскольку каждый автопроизводитель создает собственные, отличающиеся от других схемы гибридов. Но если подразделить основные типы, мы насчитаем пять шесть категорий гибридов, а именно:
|
|
Параллельный гибрид |
Параллельная гибридная система оказалась в центре внимания благодаря разработкам Хонда, с приходом первого поколения Insight. Эта японская модель во времена дебюта была сродни НЛО по внешнему виду, ее дизайн излучал новаторство и даже флюиды авантюризма. В автомобиле было всего два места, а расход топлива суперавтомобиля составлял невероятные 3.9 л/100 км, что на деле показывало- автомобиль был, не только красив собой, но и необычен внутренне.
Что было необычным в этой машине? Внутренностями экологичного зверя Honda Integrated Motor Assist стали параллельные гибридные системы. В первом поколении Honda Insight, дополнительная система еще не могла вырабатывать достаточное количество электроэнергии для автомобиля в одиночку. Расчёт был несколько в другом, добавить полезного помощника стандартному ДВС мотору.
На пальцах схема строения силовой установки автомобиля такова, что электрический двигатель напрямую соединен с трансмиссией (к примеру, расположен на коленчатом валу), с помощью чего обеспечивается дополнительная мощность при разгоне и подзарядка аккумулятора при торможении.
Первое поколение Insight не было способно использовать только электрическую энергию, также, как Honda CR-Z не смогла этого сделать в 2010 году. В связи с этим, первопроходца невозможно назвать «полноценным гибридом», к примеру, как i8 BMW.
Тем не менее идея прижилась, появились другие варианты параллельных гибридных транспортных средств, включающих в себя гибридные Honda Accord и Volvo XC90 T8 Twin Engine. Эти вариации живы до сих пор, и вполне неплохо себя чувствуют и процветают. Volvo, например, использует электродвигатель для привода задних колес, что позволяет разгрузить ДВС при работе полного привода, качественно повышая мощность.
Что касается преимуществ параллельных гибридных транспортных средств, у них наблюдаются меньшие потери при передаче энергии на пути от двигателя к колесам, что очень важно при уменьшении расхода топлива.
Суть параллельных гибридов в том, что они больше полагаются на двигатель внутреннего сгорания, чем на электромоторы.
|
|
Последовательно-параллельная схема гибридного автомобиля |
Если в гибридной схеме для вас самое важное экономия топлива, то последовательно- параллельная гибридная система то, что доктор прописал. Отличается гибкими возможностями использования, поскольку в этой установке на равных используются два источника привода: электродвигатель и стандартный двигатель внутреннего сгорания.
Разница между данной системой и параллельным гибридом является то, что последовательно-параллельная гибридная схема использует планетарные передачи, тем самым разделяя мощность между двигателем внутреннего сгорания и электромотором. В зависимости от автомобиля, разделение мощности может происходить в пропорции 100 процентов для ДВС и 100 процентов для электродвигателя. Гибкость работы также возможна благодаря любым мыслимым процентным соотношениям между ними. Наибольшее применение последовательно-параллельной гибридной системы Toyota Hybrid Synergy Drive (Гибридного синергетического привода), было отмечено на небезызвестном Toyota Prius.
Как следует из названия, последовательно-параллельная гибридная установка объединяет преимущества и недостатки параллельных и последовательных гибридов. Тем не менее, она значительно более эффективна, чем параллельная или последовательная гибридная схемы. Кроме чрезвычайно популярной Toyota Prius, последовательно-параллельные схемы используются в Hybrid Ford Fusion и моделях Lexus CT 200h, LS Hybrid, RX Hybrid, а также кроссовере NX Hybrid.
|
|
Классическая гибридная схема, последовательная |
Помните первый гибридный автомобиль, Lohner-Porsche, о котором мы упоминали в начале повествования? Покажется невероятным, но именно Lohner-Porsche стал далеким предком- прародителем BMW i3 REx, Chevrolet Volt и даже гоночного гиперкара Fisker Karma.
Для простоты понимания объясним, последовательная гибридная схема представляет собой электрокар расширенного диапазона. Википедия относит к гибридам этой категории автомобили EREV (электрические транспортные средства расширенного диапазона), REEV (электромобили с увеличенным запасом хода) и BEV (автомобили на электроаккумуляторах). Вне зависимости от того, к какому типу относится автомобиль, большим преимуществом последовательного гибрида- является его простота, так как машина передвигается за счет электромотора/ов, а не при помощи ДВС.
У двигателя внутреннего сгорания одна роль, она заключается в производстве электроэнергии, по сути, мотор- это генератор. Знаете об этом или нет, но большинство дизельных локомотивов во всех странах- это и есть последовательные гибриды, в которых огромных размеров дизельные двигатели приводят в движение генераторы постоянного или переменного тока.
Основной минус последовательных схем состоит в том, что они более дорогие в производстве, чем параллельные гибриды или даже полностью электрические транспортные средства. Например, разница в стоимости между i3 EV BMW и i3 BMW составляет $3.850.
|
|
Плагин гибридная вариация |
Имя говорит само за себя, Plug-in hybrid, автомобиль способный подзаряжаться от электросети. Для него превалирующим становится использование розетки, а не подзарядка от бензинового или дизельного мотора.
Автомобили PHEV достаточно разнообразны, начиная от Toyota Prius Prime до Ford Fusion Energi и заканчивая минивэном Chrysler Pacifica Plug-In Hybrid.
Этот вид «гибридизации» автомобиля подразумевает наличие больших батарей, чем в обычных гибридах. Наглядный пример: в гибридный Hyundai Ioniq устанавливаются 1.56 кВт⋅ч литий-ионные полимерные аккумуляторы. Плагин-гибридный вариант Hyundai Ioniq, с другой стороны, поставляется с 8,9 кВт⋅ч литий-ионным пакетом полимерных батарей.
Отсюда можно сделать нижеследующий вывод, главным недостатком вариации PHEV по сравнению с гибридами других систем- дополнительный вес большой батареи. Тем не менее, самый простой способ обойти наибольшой недостаток гибрида, ездить в электрическом режиме на короткие расстояния. Поступив таким образом, одному из владельцев Volt удалось проехать 1.000 миль (1.600 км) затратив всего 22 литра топлива, так как он главным образом ездил на своем гибридном авто на расстояние в 16 км на и с работы. Если правильно применить смекалку, выгоду можно извлечь везде.
|
|
Mild Hybrid «Мягкий» гибрид |
Mild Hybrid или «Мягкий» тип гибридов также ставится на гибридные автомобили. Вы будете крайне удивлены и даже шокированы, но такие совершенно не экологичные автомобили как Ferrari LaFerrari и Chevrolet Silverado (версия Hybrid eAssist) имеют одну общую черту с небольшим городским хэтчбеком Suzuki Baleno SHV, все эти автомобили применяют для привода схему «Mild Hybrid». В общем и целом, «мягкий» гибрид похож по техническим характеристикам на параллельный гибрид, но функции его ограничены.
Другими словами, мягкий гибрид использует электродвигатель, чтобы обеспечить небольшой процент помощи двигателю. Существенным отличием этого вида гибридов становится то, что они не способны предоставить автомобилю полностью электрический ход.
И это, дорогой читатель, главная причина по которой эта установка называется «мягким» гибридом, то есть не полноценным. Так называемая система Kinetic Energy Recovery (или KERS), она же система рекуперации кинетической энергии, применяемая в Формуле-1, также работает с этим типом гибридных автомобилей.
Согласно схемы, в гиперкаре LaFerrari, с атмосферным двигателем V12, помимо супермощного бензинового мотора, динамику поддерживает небольшой электрический двигатель. То же самое происходит в Silverado и Suzuki Baleno.
|
|
Микрогибридная установка |
И наконец, микрогибридная установка, изобретенная где-то в глубине отдела маркетинга автомобильных компаний. Кто-то признает в этой системе отдельную ветвь. Кто-то говорит, что ее не существует. Тем не менее шестая версия гибрида продолжает развиваться и становится все лучше из года в год.
Микрогибридные системы Mazda i-Eloop входят в набор систем Mazda6, Ford Auto Start-Stop (устанавливается в 2017 Ford F-150 с 3,5-литровым EcoBoost V6) и Kia Idle Stop&Go. В более широком смысле, микрогибридный автомобиль, та машина, которая использует какую-либо старт-стоп систему.
Другой аспект, который отделяет микрогибриды от истинных гибридов является то, что эти транспортные средства используют только ископаемое топливо для двигателей, никакой электроэнергии для передвижения.
Всего существует три типа микро-гибридов.
Тип 1 относится к транспортным средствам, оснащенным системой старт-стоп.
Во второй тип помимо системы старт-стоп входит функция рекуперативного торможения.
Что же касается 3 типа, то у микрогибрида должна присутствовать система старт-стоп, система рекуперативного торможения, свинцово-кислотные аккумуляторы, сделанные по технологии AGM и блок стартер/генератора. Последний заменяет генератор и стартер, а AGM батарея в свою очередь поддерживает высокий электрический ток.
Мягкие гибриды. Четырежды двенадцать
В 2020 году объем продаж гибридных автомобилей во всем мире, по оценке Bosch, превысит 9 млн единиц. А к 2025 году эксперты предсказывают рост мирового рынка до 12 млн машин. Дополнительный стимул увеличению потребительского спроса на модели с комбинированными силовыми установками могут дать так называемые мягкие гибридные технологии в 48‑вольтовой конфигурации.
Низковольтные гибриды сегодня активно разрабатывают Volkswagen, Renault и некоторые другие автопроизводители. Например, Группа PSA недавно заключила соглашение о сотрудничестве с бельгийской компанией Punch Powertrain, известным разработчиком и поставщиком трансмиссий для гибридов и электрокаров.
В MHEV начального уровня 48-вольтовый электродвигатель, установленный на место генератора, обеспечивает небольшой прирост мощности, например, при разгоне.
Ожидается, что к 2025 году на долю мягких гибридов придется 18 % мирового рынка легковых и легких коммерческих автомобилей массой до 6 тонн. Для сравнения: сегодня гибриды составляют 6 %, plug-in-гибриды — 3 %, электрокары — 3 %.
48-вольтовый аккумулятор Bosch массой 7 кг займет в машине совсем немного места.
Автопроизводители и разработчики компонентов, говоря о преимуществах мягких гибридов, отмечают, прежде всего, их невысокую стоимость и меньшую сложность в сравнении с обычной гибридной трансмиссией. В линии инноваций, направленных на повышение энергоэффективности, мягкие гибриды (MHEV, Mild Hybrid Electric Vehicles) занимают промежуточное положение между системой «старт-стоп» и полным гибридом sHEV.
Предусмотрена зарядка от внешнего источника, как в подключаемом гибриде.
Ключевое различие между обычным гибридом и гибридом низковольтным заключается в том, что в первом случае высоковольтный электродвигатель может самостоятельно приводить в движение автомобиль, а во втором 48-вольтовый электромотор способен лишь поддерживать движение автомобиля на постоянной скорости или приводить автомобиль в движение на короткой дистанции при низкой скорости (например, в режиме маневрирования на парковке). Для интенсивного разгона мощности электродвигателя недостаточно. Отсюда и название «мягкий». Одна из причин выбора именно 48-вольтной системы — электробезопасность. Применение напряжения ниже 50 В позволяет получить менее сложную (дорогую и тяжелую) систему по сравнению с высоковольтными аналогами. Обычному механику для работы с такой системой не требуется проходить специальное обучение, а для ее обслуживания достаточно обычных инструментов.
ГЕНЕРАТОР КАК МОТОР
На сегодняшний день получили развития две технологии MHEV. В самом распространенном варианте традиционный генератор заменен обратимой электромашиной, способной запустить двигатель и поддерживать его в «трудную минуту», добавляя порядка 10 кВт в режиме ускорения. Это помогает улучшить динамику автомобиля и снизить потребление топлива примерно на 15 %, а также существенно снизить выбросы двуокиси углерода, чем сегодня сильно озабочена автоиндустрия: европейские экологические нормы предусматривают сокращение выбросов CO2 более чем на 25 % до 2021 года.
85-киловаттный мотор-генератор Bosch SMG180.
В отличие от классических гибридных схем с применением высоковольтного (от 300 В) оборудования, низковольтный гибрид относительно дешев во внедрении. ключевым преимуществом является простая адаптация к существующей конструкции силовых установок. По большому счету, требуется всего три оригинальных компонента: электродвигатель, блок управления и компактный аккумулятор весом менее 7 кг. В этой технологии 48-вольтовый мотор-генератор занимает место обычного 12-вольтового генератора, соединяясь с двигателем посредством поликлинового ремня. Наряду с поддержкой двигателя внутреннего сгорания (вплоть до полного отключения ДВС в режиме равномерного движения) мотор-генератор эффективен и во время торможения: переключаясь в режим рекуперации, он заряжает литий-ионную батарею.
Электрическая энергия, которая накапливается в батарее, может быть использована и для прочих имеющихся на борту мощных потребителей, таких как кондиционер, отопитель, вентилятор системы охлаждения двигателя. Кроме этого, инженеры уже сегодня решают задачи будущего с учетом роста энергонасыщенности современных автомобилей. К 12-вольтовой бортовой сети литий-ионный аккумулятор подключается через конвертер. К слову, в этой части решение не новое. Ранее системы электроснабжения на два уровня широко применялись в коммерческом транспорте (ЗиЛ-5301, ЛиАЗ-677).
Режим привода отображается на центральном дисплее.
Поскольку электродвигатель связан непосредственно с ДВС, без промежуточных муфт и прочих компонентов, фаза пуска в режиме «старт-стоп» реализуется быстрее и комфортнее, чем в обычных системах. И это еще одна важная особенность мягких гибридов, впрочем, как и возможность реализации режима маневрирования на малой скорости без запуска двигателя внутреннего сгорания.
В компании Continental, которая является одним из крупнейших разработчиков гибридного привода, считают технологию мягкого гибрида достаточно дешевой, чтобы стать мейнстримом. В 2017 году Continental приступил к массовому производству низковольтного гибридного привода для Renault (будет устанавливаться на модель Renault Scenic Hybrid Assist). Первое производственное решение сочетает экономичный индукционный двигатель с водяным охлаждением и встроенный инвертор. Электромотор передает усилие при помощи приводного ремня непосредственно на коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания — решение, названное экспертами «конфигурацией P0». В ближайшее время производство будет поставлено на поток на основе модульной системы для 48-вольтного привода. По мнению специалистов Continental, такая технология быстро завоюет популярность на рынке, и к 2020 году в мире будет произведено четыре миллиона низковольтных гибридных приводов. К 2030 году эксперты предсказывают увеличение доли таких автомобилей на мировом рынке до 25 млн единиц. В процессе разработки модульной системы инженеры Continental делали акцент на максимальной экономичности, простой адаптации к силовым установкам существующих автомобилей и на автоматизированном экономичном производстве.
Решение Continental сочетает индукционный двигатель с водяным охлаждением и встроенный инвертор.
Эффективность низковольтной системы напрямую зависит от количества поездок и периодов восстановления в процессе непрерывной эксплуатации. В результате Continental выбрала индуктивный электродвигатель с водяным охлаждением, который можно напрямую соединять с системой охлаждения двигателя. Все это позволяет создать конструкцию, которая, в зависимости от версии, может постоянно развивать 6 кВт мощности и 60 Нм крутящего момента, и которую можно устанавливать на место привычного генератора. Использование приводного ремня обеспечивает передачу на коленвал момент до 150 Нм. В рамках модульной системы только диаметр вала электромотора изменяет мощность. Модульная система компании Continental также включает конвертер постоянного тока, который позволяет подключать 48-вольтную систему к бортовой системе питания. Это делает возможным использование накопленной в литий-ионной батарее энергии для стабилизации внутренней системы питания.
Перспективная электрифицированная КП с двойным сцеплением — hybrid DT2 и 48‑вольтовым приводом разработана Punch Powertrain.
Тестовые автомобили продемонстрировали экономию топлива на уровне 13 % в новом европейском испытательном цикле, приводит данные собственных испытаний Continental. В реальных условиях, особенно в городах, этот показатель будет еще выше (до 21 %) благодаря тому, что на рекуперацию энергии будет приходиться большая часть поездки. Так, например, двигатель внутреннего сгорания можно отключить при приближении к светофорам, когда скорость движения опускается ниже 20 км/ч. С 48-вольтной системой привода двигатель внутреннего сгорания запускается всего за 0,2 с — обычному стартеру на это требуется примерно в два раза больше времени. Сочетание 48-вольтного привода с дизельным двигателем, как это реализовано в первом запущенном в производство автомобиле, обеспечивает дополнительный эффект, который заключается в том, что выбросы оксида азота, вырабатываемые при ускорении, снижаются на 10 %, так как часть необходимого крутящего момента генерируется электрическим двигателем.
Для экономически эффективного производства системы в больших количествах Continental разработал новые процессы производства электрических двигателей. Например, обмоточный медный провод для статора не наматывается, а поставляется в виде отдельных отрезков. В сочетании с инновационной технологией соединения подобное решение не только улучшает процесс автоматизации, но и увеличивает плотность размещения материала, что позволяет добиться более высоких результатов на той же установочной площади.
Delphi также включилась в активную работу с автопроизводителями. Новая 48-вольтная «мягкая» гибридная система, разработанная компанией, позволяет улучшить топливную экономичность на 50–70 % по сравнению с 12-вольтным аналогом. При этом стоимость новой системы составляет всего 30 % от стоимости полностью гибридного устройства. Решение от Delphi обеспечивает рекуперацию 85 % энергии торможения, говорится в сообщении компании. Эту энергию можно использовать для привода колес, что позволяет существенно сократить токсичность выбросов и улучшить топливную экономичность, а также дополнительно уменьшить объем двигателя.
Работая над технологиями производства оригинального оборудования, инженеры Delphi тщательно продумали аспект энергосбережения для этой системы, включая технологичность обслуживания и ремонта. Одна из причин выбора именно 48-вольтной системы — отсутствие необходимости в особых системах безопасности как для водителя, так и для обслуживающего персонала. Обычному механику для работы с такой системой не требуется высоковольтный допуск и достаточно обычных инструментов.
Помимо сбережения рекуперированной энергии и ее использования для движения автомобиля, новая система обеспечивает более эффективную, по сравнению с приводом от двигателя, запитку других автомобильных систем (например, кондиционера). Более того, в прототипе реализовано использование электрического 48-вольтного турбокомпрессора, который гарантирует практически непрерывное ускорение именно в тот момент, когда это необходимо. Это решение позволяет дополнительно уменьшить объем двигателя, ведь необходимый крутящий момент можно получить практически сразу.
МОТОР К ТРАНСМИССИИ
Одной из перспективных концепций мягкого гибрида для автомобилей с механической коробкой передач является схема, при которой 48-вольтовый электродвигатель размещается ближе к трансмиссии. За его подключение в силовую линию отвечает электронная муфта. По сравнению с вышеописанными схемами гибридов, в которых электрическая машина непосредственно соединена с двигателем внутреннего сгорания, эта концепция позволяет более эффективно выполнять рекуперативное торможение, поскольку двигатель отключается от трансмиссии во время торможения.
Две схемы «мягкого» гибрида.
Эта концепция MHEV в настоящее время является одним из наиболее экономичных решений для реализации приводов повышенной мощности, предлагая динамические характеристики электропривода на уровне эффективности, близком к нынешним высоковольтным гибридам.
Неудивительно, что имен-но такое решение использует в своих новых разработках уже упомянутая компания Punch Powertrain. Электрифицированную коробку передач с двойным сцеплением — hybrid DT2 и 48-вольтовым приводом планируется устанавливать на будущих моделях автомобилей Группы PSA. Высокие характеристики этой трансмиссии ставят ее на первое место среди коробок передач с двойным сцеплением в сегменте коммерческих и легковых автомобилей, говорится в сообщении компании.
Каким решениям будет отдан приоритет? Председатель правления Continental Эльмар Дегенхарт, выступая на «Автомобильной неделе» в Берлине, отметил, что для эффективной защиты климата необходим смешанный привод, состоящий из электропривода, экологичного дизельного и бен-зинового двигателя, нейтральных синтетических видов топлива и топливных элементов. «Предписанный политиками отказ от технологии двигателей внутреннего сгорания — это неверный путь, ведь принятие потребителями новых технологий не может быть навязано политическими мерами», — сказал Дегенхарт.