Що таке гібридний автомобіль? Типи, схеми та принцип роботи

Гібридний автомобіль поєднує двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ) з електродвигуном, що забезпечує нижчу витрату палива та зменшення викидів вихлопних газів. Чим ефективніша гібридна система, тим потужніші акумулятори вона потребує — а отже, тим вища ціна. Ось усе, що вам потрібно знати про те, як працюють гібридні автомобілі та чим вони відрізняються один від одного.

Слабкі гібриди проти повних гібридів: у чому різниця?

Залежно від ролі електродвигуна в силовому агрегаті гібриди поділяються на дві основні категорії: слабкі та повні.

• Слабкі гібриди використовують електродвигун як помічник двигуна внутрішнього згоряння. Відомим прикладом є хетчбек Honda Insight. Електродвигун допомагає під час прискорення, але не може самостійно приводити автомобіль у рух.
• Повні гібриди здатні долати певну відстань виключно на електричній тязі, без роботи ДВЗ. Lexus RX 400h — класичний приклад цього типу.

Існує також третя, нечітко визначена категорія, яку іноді називають мікрогібридами — маркетинговий термін для позначення автомобілів із системою старт/стоп. Однак це по суті просто вдосконалений генератор, а не справжня гібридна схема, оскільки жодний електродвигун не передає крутний момент на колеса.

3 основні схеми гібридних силових агрегатів

Гібридні силові агрегати мають три фундаментальні конфігурації: послідовну, паралельну та послідовно-паралельну. Кожна має свої особливості, переваги та типові сфери застосування.

1. Послідовний гібрид

Послідовний гібрид — найстаріша конфігурація, винайдена у 1899 році Фердинандом Порше. У цій схемі:

• Колеса повністю приводяться в рух електродвигуном.
• Малооб’ємний ДВЗ обертає генератор для вироблення електроенергії — він ніколи безпосередньо не приводить колеса в рух.
• Традиційна коробка передач або потужний двигун внутрішнього згоряння не потрібні.
• Потрібні акумулятори великої ємності (як правило, нікель-металогідридні).

Ця схема сьогодні менш поширена в легкових автомобілях, проте широко використовується у кар’єрних самоскидах, автобусах та локомотивах.

2. Паралельний гібрид

Запатентована у 1905 році німецьким інженером Анрі Піпером, паралельна схема є найпоширенішою конфігурацією на сьогодні та є основою майже всіх слабких гібридних автомобілів. Ключові характеристики:

• Потужний електродвигун (як правило, 10–15 кВт) допомагає ДВЗ під час прискорення.
• Електродвигун також рекуперує та накопичує енергію під час рекуперативного гальмування.
• Як правило, використовується CVT (безступінчаста коробка передач) або планетарна передача.
• Джерела живлення включають літій-іонні або літій-полімерні акумулятори.
• Порівняно з послідовними гібридами потрібна менша ємність акумулятора, що знижує витрати.

Honda обрала унікальний підхід, оснастивши свій купе CR-Z з газово-електричним приводом шестиступінчастою механічною коробкою передач. Деякі виробники також досліджують суперконденсатори, здатні забезпечувати дуже високу потужність протягом коротких проміжків часу, як альтернативу звичайним акумуляторам.

3. Послідовно-паралельний гібрид

Послідовно-паралельна конфігурація поєднує елементи обох схем і найкраще представлена Toyota Prius та моделями Lexus з позначенням «h», усі з яких оснащені фірмовою системою HSD (Hybrid Synergy Drive) від Toyota.

Принцип роботи:

• Планетарна передача дозволяє ДВЗ та електродвигуну працювати спільно або незалежно.
• ДВЗ приводить колеса в рух, одночасно живлячи генератор.
• Традиційна коробка передач не потрібна — натомість бортова електроніка регулює швидкість двигунів і генератора.
• Результатом є ECVT (електрична безступінчаста коробка передач), що забезпечує плавну та ефективну передачу потужності.

Які двигуни використовують гібридні автомобілі?

Переважна більшість гібридних автомобілів використовує бензинові двигуни, багато з яких працюють за циклом Аткінсона — конструкція з коротшим тактом стиснення, що підвищує теплову ефективність і знижує викиди. Це робить бензино-електричні гібриди відмінними за показниками як економії палива, так і впливу на навколишнє середовище.

Тоді чому дизельно-електричні гібриди не набули більшого поширення? Є кілька ключових причин:

• Найбільший ринок гібридів — Північна Америка — історично характеризується низьким рівнем використання дизельних легкових автомобілів.
• Дизельні двигуни дорожчі у виробництві, ніж бензинові, що ще більше підвищить і без того значну цінову надбавку за гібрид.
• Бензинові двигуни з циклом Аткінсона вже досягають видатної ефективності у поєднанні з електродвигуном.

Це переклад. Оригінал можна прочитати тут: https://www.drive.ru/technic/4efb336400f11713001e4df5.html