Что такое гибридный автомобиль? Типы, схемы и принцип работы

Гибридный автомобиль сочетает двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с электромотором, что обеспечивает меньший расход топлива и сниженный выброс выхлопных газов. Чем эффективнее гибридная система, тем более мощные батареи ей требуются — и, как следствие, тем выше цена. Здесь собрано всё, что нужно знать о том, как работают гибридные автомобили и чем они отличаются.

Мягкие и полные гибриды: в чём разница?

В зависимости от роли, которую электромотор играет в силовой установке, гибриды делятся на две основные категории: мягкие и полные.

• Мягкие гибриды используют электромотор как помощника двигателю внутреннего сгорания. Хорошо известный пример — хэтчбек Honda Insight. Электромотор помогает при разгоне, но не может приводить автомобиль в движение самостоятельно.
• Полные гибриды могут проехать определённое расстояние исключительно на электротяге, вообще без работы ДВС. Lexus RX 400h — классический пример этого типа.

Существует также третья, нечётко определённая категория, которую иногда называют микрогибридами — это маркетинговый термин, используемый для описания автомобилей с системой «старт-стоп». Однако по сути это всего лишь усовершенствованный генератор, а не настоящая гибридная конструкция, поскольку ни один электромотор не передаёт крутящий момент на колёса.

3 основные схемы гибридных силовых установок

Гибридные силовые установки бывают трёх основных конфигураций: последовательная, параллельная и последовательно-параллельная. Каждая обладает своими особенностями, преимуществами и типичными сферами применения.

1. Последовательный гибрид

Последовательный гибрид — самая старая конфигурация, изобретённая в 1899 году Фердинандом Порше. В этой схеме:

• Колёса приводятся в движение исключительно электромотором.
• Малолитражный ДВС вращает генератор для выработки электроэнергии — он никогда не приводит колёса в движение напрямую.
• Не требуется ни традиционная коробка передач, ни мощный двигатель внутреннего сгорания.
• Необходимы аккумуляторы большой ёмкости (как правило, никель-металлогидридные).

Сегодня эта схема менее распространена в легковых автомобилях, но широко используется в карьерных самосвалах, автобусах и локомотивах.

2. Параллельный гибрид

Запатентованный в 1905 году немецким инженером Анри Пипером, параллельный гибрид на сегодняшний день является самой распространённой конфигурацией. Он лежит в основе почти всех мягко-гибридных автомобилей. К основным характеристикам относятся:

• Мощный электромотор (как правило, 10–15 кВт) помогает ДВС при разгоне.
• Электромотор также рекуперирует и накапливает энергию за счёт рекуперативного торможения.
• Обычно используется вариатор (CVT) или планетарная передача.
• В качестве источников энергии применяются литий-ионные или литий-полимерные аккумуляторы.
• По сравнению с последовательными гибридами требуется меньшая ёмкость аккумулятора, что снижает затраты.

Honda применила оригинальный подход, оснастив своё бензоэлектрическое купе CR-Z шестиступенчатой механической коробкой передач. Некоторые автопроизводители также изучают суперконденсаторы, способные кратковременно выдавать очень высокую мощность, в качестве альтернативы традиционным аккумуляторам.

3. Последовательно-параллельный гибрид

Последовательно-параллельная конфигурация сочетает элементы обеих схем и лучше всего представлена моделями Toyota Prius и Lexus с обозначением «h», все из которых оснащены фирменной системой HSD (Hybrid Synergy Drive) от Toyota.

Как это работает:

• Планетарная передача позволяет ДВС и электромотору работать совместно или независимо друг от друга.
• ДВС приводит в движение колёса, одновременно питая генератор.
• Традиционная коробка передач не нужна — вместо неё бортовая электроника регулирует частоту вращения моторов и генератора.
• Результатом становится ECVT (электрический вариатор), обеспечивающий плавную и эффективную передачу мощности.

Какие двигатели используются в гибридных автомобилях?

Подавляющее большинство гибридных автомобилей используют бензиновые двигатели, многие из которых работают по циклу Аткинсона — конструкции с укороченным тактом сжатия, которая повышает тепловую эффективность и снижает выбросы. Благодаря этому бензоэлектрические гибриды показывают отличные результаты как по экономичности, так и по воздействию на окружающую среду.

Так почему же дизель-электрические гибриды не столь распространены? Есть несколько основных причин:

• На крупнейшем рынке гибридов — в Северной Америке — исторически был низкий уровень распространения дизельных легковых автомобилей.
• Дизельные двигатели дороже в производстве, чем бензиновые, что ещё больше увеличило бы и без того существенную надбавку к цене гибрида.
• Бензиновые двигатели с циклом Аткинсона уже достигают выдающейся эффективности в сочетании с электромотором.

Это перевод. Оригинал можно прочитать здесь: https://www.drive.ru/technic/4efb336400f11713001e4df5.html