Гибридные силовые установки

Преимущества

Экономная эксплуатация

Главным преимуществом является экономная эксплуатация. Чтобы достичь её, необходимо было искать баланс, то есть уравновесить все технические показатели машины, но при этом сохранить все полезные параметры обычного автомобиля: его мощность, скорость, способность к быстрому разгону, и множество других, весьма важных характеристик, заложенных в современных автомобилях. Мало того, способность накапливать энергию, в том числе не терять понапрасну кинетическую энергию движения во время торможения, а заряжать аккумуляторные батареи, помимо основных явных преимуществ, привнесло автолюбителям некоторые побочные «мелкие радости», например, меньший износ тормозных колодок.

Как была достигнута экономия:

• снижением объёма и мощности двигателя;
• работа двигателя в оптимальном и равномерном режиме, в гораздо меньшей зависимости от условий езды;
• полная остановка работы двигателя, когда это необходимо;
• возможность движения только на электродвигателях;
• рекуперативное торможение с зарядкой аккумулятора.

Вся эта система до такой степени  сложна, что стала возможна в полной мере только в современных условиях, с применением достаточно непростых  алгоритмов работы бортового компьютера. Даже правильное и эффективное (с точки зрения безопасности) торможение управляется бортовым компьютером.

Экологическая чистота

Снижение  расхода углеводородного топлива немедленно сказалось на экологической чистоте. Полная остановка работы двигателей в местах скопления автомобилей на дорогах городов, и прежде всего в пробках, имеет самую первостепенную роль. Применение же аккумуляторных батарей гораздо меньшей емкости, чем в электромобилях, снизила остроту проблемы утилизации использованных аккумуляторов. Развитие гибридной технологии в общественном транспорте и для грузовых автомобилей ещё больше улучшит экологическую обстановку городов.

Хорошие ходовые характеристики

Теперь  нет необходимости устанавливать  двигатель из расчёта пиковых нагрузок эксплуатации. В момент, когда необходимо резкое усиление тяговой нагрузки, в работу включаются одновременно как электро -, так и обычный двигатель (а в некоторых моделях и дополнительный электродвигатель). Это позволяет сэкономить за счет установки менее мощного двигателя внутреннего сгорания, работающего основное время в наиболее экономном и благоприятном для себя режиме. Такое равномерное перераспределение и накопление мощности, с последующим быстрым использованием, позволяет использовать гибридные установки в автомобилях спортивного класса и внедорожниках. Несмотря на то, что электродвигатели обладают достаточно большим крутящим моментом в пересчёте на массу и габариты двигателя, по сравнению с другими двигателями, разработчики всё же в ряде моделей устанавливают не слишком мощные электродвигатели, уменьшая их габариты. При этом в целях суммирования мощностей, применяются комбинированные схемы передачи крутящего момента, с прямой передачей механического крутящего момента, непосредственно от двигателя. Такая схема называется «гибридно-совместный привод».

Увеличение  дальности пробега

Исключение  половины заездов на заправочные  станции, и даже большего количества таких заездов, при езде по городу, высвобождает у автовладельца некоторое  количество времени.

Сохранение  и повторное использование  энергии

Устранён  главный недостаток двигателя на углеродном топливе — невозможность возврата энергии обратно в углеродное топливо. Инженеры по транспорту давно пытались сохранить энергию движения при торможении, чтобы её повторно использовать. Например, применялись специальные конструкции с большим маховиком. Но только электрическую и гидравлическую энергию удаётся сохранить с минимальными потерями и достаточно дёшево. В качестве накопителя применяются аккумуляторы, гидроаккумуляторы и специальные конденсаторы.

Обычная заправка топливом

У электромобилей пока есть один большой недостаток — необходимость зарядки аккумулятора. Процесс долгий и требует некоторого специально оборудованного пункта зарядки. Таким образом, он становится непригодным для длительных и дальних поездок. Но уже разработаны технологии, позволяющие заряжать литиевые аккумуляторы с электродами из наноматериалов до 80 % ёмкости за 5-15 минут.

У гибридного автомобиля этот недостаток устранён. Заправка осуществляется по привычной схеме, обычным углеводородным топливом, тогда, когда это необходимо, и дальнейшее движение можно немедленно продолжить.

В городском цикле эксплуатации гибридный  автомобиль 80 % времени работает в режиме электромобиля. В феврале2006 года автолюбители из США смогли взломать электронную систему управления Toyota Prius, и научились принудительно переключать автомобиль в режим электромобиля. Французская компания PSA Peugeot Citroen к 2010 году начнет серийное производство гибридных версий Peugeot 307 и Citroen C4. В автомобилях предусмотрен режим электромобиля на скоростях менее 50 км/ч. Водитель может по желанию включать режим электромобиля. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Недостатки

Высокая сложность

Гибридные автомобили имеют относительно больший  вес, они сложнее и дороже традиционных автомобилей с двигателями внутреннего  сгорания. Аккумуляторные батареи имеют небольшой диапазон рабочих температур, подвержены саморазряду. Кроме того, они дороже в ремонте. Опыт США говорит, что автомеханики берутся за ремонт гибридных автомобилей с большой неохотой. США пытаются решить проблему дороговизны налоговыми льготами.

Компания Porsche отказалась от попыток самостоятельного производства гибридного автомобиля. Компания Mitsubishi изначально не пыталась создать гибридный автомобиль, а  сконцентрировала все свои усилия на разработке электромобилей. Наиболее удачная на сегодня (2008) серийная разработка — Hybrid Synergy Drive компании Toyota.

Отсутствие  трансмиссий

Наиболее  перспективные, механические, гибриды  не могут на данном этапе составить  конкуренцию электрическим гибридам. Основной проблемой является невозможность  создания адаптивных трансмиссий, способных  работать в широком диапазоне передаточных отношений (более 20).

Утилизация  аккумуляторов

Хоть  и в меньшей степени, чем электромобили, гибридные автомобили подвержены проблеме утилизации аккумуляторов. Влияние  выбрасываемых аккумуляторов на окружающую среду, по-видимому, никто  не исследовал.

Подогрев  салона

Высокий КПД определяет малую побочную генерацию  бросового тепла. В обычных автомобилях  в зимнее время это тепло используют для обогрева салона. В гибридных автомобилях ДВС не глохнет, пока не нагреет салон до требуемой температуры, что, естественно, увеличивает расход топлива. В американских моделях Toyota Prius также используются электрические ТЭНы (трубчатые электронагреватели), которые питаются от высоковольтной батареи. Они не только обеспечивают тепло без излишней работы ДВС, но и позволяют нагревать салон сразу после холодного старта автомобиля. 
 
 
 
 

Toyota Prius

Японские  автопроизводители десятилетиями  боролись за то, чтобы догнать и перегнать своих западных и американских коллег в области машиностроения. Однако разработка и производство машин-гибридов, которую начали компании Toyota и Honda в 1990-е годы, позволили Японии отыграться и примерить на себя жёлтую майку лидера. 

Toyota Prius PHEV. Идеей производства гибридных автомобилей с возможностью подзарядки от сети заинтересовались крупнейшие автомобильные концерны. Сегодня эксперименты в этой области ставят специалисты компаний Ford, DaimlerChrysler, Toyota, Nissan. А концерн General Motors собирается опередить остальных и освоить выпуск серийных машин уже в 2010 году. Привлекательная сторона этого предприятие ещё и в том, что выпуск гибридов с возможностью подзарядки не требуют создания новой инфраструктуры и сопутствующих ей миллиардных инвестиций. Фото: Toyota Motor Europe S.A./N.V.

Можно говорить о том, что существует два главных направления гибридизации. Принцип, который используется компанией Toyota, таков: двигатель внутреннего сгорания должен работать только в режиме максимального КПД. В тот момент, когда КПД снижается, и двигатель начинает работать на холостых оборотах, система управления силовым агрегатом глушит двигатель внутреннего сгорания, и в дело вступает электрический мотор. Кроме этого в гибридных автомобилях Toyota используется принцип регенеративного торможения, благодаря которому кинетическая энергия превращается в электрическую, а та накапливается в аккумуляторе. Такая гибридная система обозначается аббревиатурой THS (Toyota hybrid system). 

В компании Honda иное видение роли бензинового двигателя в машинах-гибридах: инженеры компании работают над созданием бензинового двигателя с увеличенным КПД. Электрический мотор включается в работы лишь тогда, когда не справляется бензиновый двигатель. За счёт того, что в таких гибридных системах, обозначаемых буквенным сочетанием IMA, не требуется сложного и дорогостоящего силового блока управления, себестоимость автомобиля оказывается ниже. В общем, в компании Honda считают, что гибридная система должна быть максимально простой, электрический мотор выполняет лишь одну функцию — помогает двигателю внутреннего сгорания сэкономить как можно больше горючего.

Toyota Prius, в отличие от многих других автомобилей, появившихся на свет в дополнение к базовым бензиновым моделям, с самого начала была запланирована как чистый гибридный автомобиль. Кстати, это сыграло определённую роль в популярности автомобиля: недавние опросы покупателей Toyota Prius показали, что более половины из них сделали свой выбор в пользу этой машины не только потому, что хотели приобрести экономичное транспортное средство, но и для того, чтобы наглядно продемонстрировать окружающим: они делают свой вклад в улучшение экологической обстановки в мире. Большую часть гибридных автомобилей, имеющихся на рынке, очень трудно отличить от обычных моделей, а у Toyota Prius не существует гибридных аналогов. Получается, что специалисты Honda допустили грубую маркетинговую ошибку, предлагая покупателям гибридные автомобили, внешне не отличающиеся от стандартных моделей. 

Существует  распространенное мнение, что по внешнему виду именно первая модель Toyota Prius как нельзя лучше соответствует своему статусу первенца эпохи гибридного автомобилестроения и символизирует собой первую страницу исторического описания процесса гибридизации. Создание такого «революционного» автомобиля потребовало значительных средств, поскольку приходилось все делать заново, включая даже самостоятельную разработку специальных полупроводников. Поэтому автомобиль Prius первого поколения хоть и не принес компании никаких дивидендов, зато послужил отличной площадкой для отработки технологии. Будет ли Toyota продолжать начатое дело или решит завершить работу в этом направлении, было неясно. Однако топ-менеджмент компании решился на создание автомобилей второго поколения, которые сегодня не могут сравниться в популярности с другими гибридами. И это, в свою очередь, подтолкнуло западных и американских производителей активизировать работу по созданию своих систем типа гибрид.