Гібриди: які бувають і навіщо потрібні

Гібридні автомобілі, як випливає з їх назви, є симбіозом авто з двигуном внутрішнього згоряння і електромобіля. Мода на такі автомобілі прийшла у дев’яності роки – виробники боролися за економію палива та екологічну чистоту транспортних засобів. Але насправді гібрид винайдено дуже давно.

Трохи історії

Перші гібридні авто з’явилися на зорі автомобілізації, наприкінці дев’ятнадцятого – на початку двадцятого століть. Тоді вони поширення не набули. Пізніше за такою схемою будувалися (і будуються) важкі кар’єрні самоскиди. Уявіть собі, якого розміру має бути коробка на потужному багатотонному монстрі? А кардан? А редуктор моста? Тому на таких машинах застосовується схема дизель-електроходу. ДВЗ крутить генератор, той, своєю чергою, живить тягові електричні двигуни, на кожне провідне колесо – свій. Це не що інше, як послідовний гібрид. Що таке “послідовний” і які ще бувають гібриди – зараз розповімо.

Як працює гібридний автомобіль

Гібридні авто можна розділити за принципами взаємодії електродвигуна та бензинового двигуна. До речі, на переважній більшості гібридів використовується бензиновий агрегат.

Послідовним називається гібрид, де ДВЗ механічно не пов’язані з провідними колесами, лише обертає генератор. На легкових авто така схема застосовується досить рідко. Великі втрати енергії та низький ККД силової установки робить її неефективною. Якщо використовувати малопотужний ДВЗ для підзарядки тягової батареї, яку спочатку зарядили “від розетки”, то можна збільшити пробіг автомобіля на одній зарядці. І такі типи гібридів є.

Інша система взаємодії двигунів різних типів називається паралельною. Тут з провідними колесами пов’язані обидва двигуни. Часто електромотор (він – генератор) вбудований в маховик бензинового мотора. При необхідності, при інтенсивному розгоні, наприклад, працюють обидва двигуни. А коли потужність ДВЗ використовується не повністю, можна її використовувати для зарядки акумулятора. У процесі гальмування гібрида відбувається заряджання батарей за рахунок рекуперації.

На сучасних гібридних транспортних засобах використовують і складніші, змішаніші схеми. У повнопривідних гібридів колеса однієї осі можуть наводитися двигуном внутрішнього згоряння, а інший електромотором. Інший варіант: ДВЗ, електродвигун та генератор пов’язані через планетарний редуктор. За їхню спільну роботу відповідають електронні “мізки”. Електроніка вирішує, кому і коли крутити колеса, коли і скільки часу заряджатиме батарею. Водія все це не стосується. Він керує звичайним автомобілем: газ, гальмо, коробка – автомат.

Класифікація гібридів

Ми дісталися найголовнішої класифікації сучасних гібридних транспортних засобів – за часткою участі електромотора в русі автомобіля.

Мікрогібрид
Настільки “мікро”, що й не гібрид зовсім. Але згадаємо, для порядку. У таких авто є система рекуперації, яка при гальмуванні заряджає акумулятор. Причому, звичайний, не тяговий. Тягового просто немає, як і електродвигуна. Зате не витрачається зайва потужність двигуна та паливо на зарядку батареї. Авто трішки “позеленіло”, але все ж таки не стала гібридом.

М’який гібрид
Все як належить: ДВЗ, електродвигун, тяговий акумулятор. Тільки скромна батарея, а електромотор малопотужний. Допомогти бензиновому побратимові, коли йому важко, він може. А ось самостійно рухати авто електричному двигуну не під силу. Це вже справжній гібрид. Але першу скрипку, як і раніше, грає двигун внутрішнього згоряння.

Повний гібрид
Схема та сама, але електромотор потужніший, а тягова батарея більш ємна. Такі авто дозволяють проїхати кілька кілометрів із невеликою швидкістю на електричній тязі. Якщо потрібно далі чи швидше – підключається ДВЗ. Роль електрики ще зросла, але поки що не стала головною.

Гібрид – плагін
Як працює гібридний автомобіль плагін (plug-in)? У чому його принципова відмінність від інших гібридів? У розетці!

Акумулятори таких авто заряджаються від мережі. Вони мають велику ємність і мають досить потужний електромотор. Такі гібриди дозволяють короткі поїздки (кілька десятків кілометрів) на електричній тязі. Далі – знову бензин! Здавалося б, ДВЗ у будь-якому типі гібрида залишається головним двигуном, але… Існують послідовні плагіни – гібриди. По суті, це електромобілі, які везуть зарядну станцію на базі невеликого ДВЗ. Вони можуть проїхати пару – трійку сотень кілометрів на заряді від розетки, а бензиновий двигун, підживлюючи акумулятор, дозволяє збільшити цей пробіг вдвічі. Тут точно домінує електричний двигун.

Особливості влаштування гібрида

Розглянемо деякі особливості гібридних автомобілів. Мікрогібрид не береться до уваги. У всіх гібридів два двигуни – бензиновий та електричний. Дизельні двигуни на легкових гібридах майже не застосовуються. Дизель дорожчий за бензиновий мотор, вимагає більш складної системи нейтралізації вихлопних газів. Дизельний гібрид, і так не дешевий, ще зросте у ціні. Гібридні авто популярні у Сполучених Штатах, де дизель – доля важких вантажівок. Принципових проблем створення дизельного гібрида немає. Тільки ринку цього не треба. А якщо немає попиту, немає пропозиції.

У гібридів два акумулятори – тяговий та звичайний, для живлення бортової мережі. Всі гібридні авто мають досить складну електронну систему управління. Переважна більшість таких автомобілів мають автоматичну трансмісію – планетарну або варіатор. З “автоматом” простіше поєднувати роботу двох моторів. Виходить, що в будь-який гібрид інженери повинні “упакувати” два автомобілі – бензиновий та електричний. Два мотори з усіма супутніми системами, бензиновий бак та батарею. Причому чим гібрид більш “електричний”, тим він складніший, важчий і дорожчий.

Переваги та недоліки гібридних авто

У чому основні переваги гібридних автомобілів? Насамперед вони економічні та екологічно чистіші. Для того й створювали. Чим менше палива згорає в циліндрах ДВЗ – тим менше шкідливих викидів потрапляє в атмосферу. Чим більше гібрид може проїхати на електричній тязі – тим вони економічніші та чистіші.

З цих переваг виростають основні недоліки таких машин. Це вага та ціна. Хочете економити паливо – платіть за ємну та дорогу батарею. Проблема високої ціни, характерна для електромобілів, природно торкнулася гібридних машин.

Перспективи автомобілів – гібридів

Сьогодні виробляються всі перелічені вище типи гібридних машин, від м’яких до плагінів. Це свідчить, що ні виробники, ні споживачі ще знають, який вид гібрида потрібен ринку. І чи потрібен?

Звичайно, розвиток автомобілів такого типу буде продовжено. Двигуни внутрішнього згоряння стануть економічнішими та “зеленішими” – гібриди їх отримають. Удосконалюватиметься електроніка та алгоритми управління гібридною силовою установкою. Обов’язково з’являться новинки у електричній частині. Це дозволить двомоторним машинам ставати все більш просунутими. Але це малі кроки.

Реальний прорив дасть лише створення нових типів акумуляторів. Електромобілі сьогодні у тренді. Кращі розуми, великі гроші та основні сили кинуті на їхнє вдосконалення та просування. Якщо, в результаті, вдасться створити акумуляторну батарею, яка забезпечить гарантований тривалий пробіг, швидку зарядку, стабільність роботи за будь-якої температури, кому буде потрібний складніший і менш “зелений” гібрид?

Чи трапиться це завтра чи через багато років – невідомо. А поки гібридні автомобілі зайняли ринкову нішу, впевнено там почуваються, розвиваються і вдосконалюються.