Преимущества и недостатки гибридных автомобилей
Г ибридные автомобили становятся все более популярными и более распространенными. И это вполне понятно, ведь современный гибрид способен привнести качественно новый опыт для владельца. Кроме того, гибриды – это качественно новый виток эволюции автомобильной техники, которая уже давно ждала инноваций. Тем не менее, сегодня мир автомобилистов разделился на два лагеря. Один из них утверждает, что гибриды – это будущее автомобильного мира, а другой – просто не признает автомобиль, который может использовать в качестве топлива что-то другое, кроме дизеля или бензина. Именно поэтому мы решили подготовить для вас материал, в котором постараемся указать все плюсы и минусы владения гибридным автомобилем. Итак, давайте приступать.
Как работает гибридный автомобиль
Что такое гибридный автомобиль? Это автомобиль, который использует два или более двигателя, то есть электродвигатель и обычный двигатель (бензиновый или дизель). Электрический двигатель работает на более низких скоростях, а двигатель внутреннего сгорания — на более высоких. Гибридный автомобиль, такой как Toyota Prius и Civic Hybrid, не только экономит топливо, но и сокращает выбросы углекислого газа.
Хотя технология гибридов существует с начала 1900-х годов, она получила массовое распространение только в последнее десятилетие или около того. Существуют также правительственные программы стимулирования покупки гибридов, которые используют кредиты и специальные скидки для поддержки покупки и использования гибридных автомобилей. Многие города переводят свои общественные коммунальные транспортные средства на гибридные двигатели в рамках программы заботы об экологичности
В то время как большинство людей связывают гибридные транспортные средства с видом энергии, которая используется в качестве основного альтернативного топлива, теперь доступно больше вариантов гибридов. Есть автомобили, которые используют гибридные технологии с пропаном и природным газом. Гибридный автомобиль лучше всего определяется как транспортное средство с двигателем, который может переключаться между ископаемым топливом и альтернативным источником топлива.
Срок службы аккумулятора гибридного автомобиля
Батареи в современных гибридах рассчитаны на срок не менее 150 000 километров. Некоторые могут даже продержаться до 250 000 км пробега и более. Если вы являетесь первоначальным владельцем гибридного автомобиля, скорее всего, вам не придется заменять аккумулятор на протяжении довольно длительного времени, потому что изнашивается он очень медленно.
Тем не менее, гибридные батареи не защищены от влияние окружающей среды и законов физики. Как и любая другая часть автомобиля, они могут неожиданно выйти из строя. Вот почему автопроизводители предоставляют длительные гарантии на батарейный блок. Например, батарейный блок в Toyota Prius имеет гарантию на 150 000 километров. Honda и Ford дают гарантию на 100 000 километров пробега. Поэтому, можно с уверенностью сказать, что замена батареи – это редкое событие в мире гибридных электрокаров.
Если вы столкнулись с заменой батареи, не нужно паниковать. Стоимость нового батарейного блока для разных моделей гибридов продолжает снижаться и теперь составляет около 3000 долларов США. Но помните, что замена аккумулятора должна быть произведена профессионалам. Существуют строгие правила по обращению и утилизации старых батарей, которые могут быть источником опасных веществ.
Что касается самой замены, то очень немногие сторонние механики имеют необходимые навыки для решение этой задачи. Почти все замены выполняются сегодня дилерами, у которых есть опыт и нужное оборудование, чтобы сделать это правильно. Новые батареи, установленные официальным дилером, поставляются с полной гарантией, что является довольно существенным моментом.
Хотя существует много теорий о том, как продлить срок службы батарей гибрида, они очень малоэффективны. Простое поддержание вашего автомобиля в соответствии с рекомендациями — это лучший способ гарантировать, что ваш аккумулятор останется здоровым как можно дольше.
Когда вы узнаете, что пришло время для новой батареи? Тут все просто, ведь ваш автомобиль скажет вам об этом. Благодаря тому, что современные гибриды работают под пристальным слежением бортового компьютера, вы всегда будете в курсе не только того, что ваша батарея требует замены, но и сможете оперативно узнать о любых проблемах с вашим авто.
Проблемы гибридных автомобилей
Большинство людей полагают, что гибридные автомобили обладают меньшей мощностью, чем обычные автомобили, что делает их не идеальными транспортными средствами при движении по горам или буксировке. Но это самое главное заблуждение. Недостатки будут зависеть от того, какой тип гибридного топлива используется вашим автомобилем. Ниже перечислены некоторые недостатки:
Меньше мощности. Гибридные автомобили используют два независимых двигателя, причем бензиновый двигатель выступает в качестве основного источника энергии. Два двигателя в автомобиле означают, что ни бензиновый двигатель, ни электродвигатель не будут такими же мощными, как в обычных бензиновых или электрических транспортных средствах. В результате получается меньше мощности, что делает автомобили непригодными для динамичного ускорения.
Дорогая покупка. Первым сдерживающим фактором для многих людей является высокая цена гибридных автомобилей, стоимость которых в среднем на пять-десять тысяч долларов больше, чем у обычных автомобилей. Тем не менее, это одноразовая инвестиция, которая оправдает себя на протяжении длительного времени.
Сложные в обращении. Гибридные автомобили располагают большим количеством узлов, чем обычное авто. Дополнительный вес в транспортных средствах снижает топливную экономичность. Поэтому в гибридах приходится идти на компромисс и снижать объем двигателя и уменьшать батареи.
Высокие эксплуатационные расходы. Ремонт и техническое обслуживание этих автомобилей может оказаться громоздким из-за двойных двигателей, непрерывного развития технологий и высоких затрат на техническое обслуживание. Поскольку использование гибридных автомобилей в качестве потребительских автомобилей является довольно новым, это может быть не самая простая задача — найти механика с необходимым опытом.
Батареи под высоким напряжением. В случае аварии высокое напряжение, содержащееся в батареях, может оказаться смертельным. Наличие такого высокого напряжения увеличивает риск того, что пассажиры могут сильно пострадать от электричества. Кроме того, также усложняется работа спасателей в случаи аварии.
Преимущества гибридных автомобилей
Переход на гибридный автомобиль имеет много преимуществ. Вот некоторые из них.
Экологичность. Одна из основных причин, по которой общественные и частные организации переходят на гибридные транспортные средства, заключается в том, что они работают на экологически чистых источниках. Электродвигатель и бензиновый двигатель при совместной работе снижают расход топлива, экономя ваш бюджет.
Экономичный. Для продвижения гибридных автомобилей правительства многих стан выделяют несколько кредитов для тех, кто хочет перейти на гибридную альтернативу. Они также подлежат освобождению от платы за проезд на платных дорогах и значительно меньше налоговых платежей ежегодно в дополнение к низким расходам на топливо.
Меньшая зависимость от ископаемого топлива. С помощью электродвигателя гибридное транспортное средство нуждается в меньшем количестве ископаемого топлива, что приводит к снижению выбросов и снижению зависимости от ископаемого топлива. Из-за этого также можно ожидать снижение цен на бензин.
Регенеративная тормозная система. Интересная вещь о гибридных автомобилях заключается в том, что каждый раз, когда вы применяете тормоза во время вождения, электрическая батарея немного подзаряжается.
Более высокая стоимость перепродажи. Поскольку бензин становится все дороже, все больше людей переходят на гибридные автомобили. Это привело к значительному увеличению стоимости перепродажи таких транспортных средств. Если вы переключитесь на гибридный автомобиль и не удовлетворены им, вы всегда можете перепродать его кому-то, кто ищет подобное авто, и получить довольно высокую цену.
Преимущества и недостатки гибридных автомобилей
Устройство гибридного автомобиля
Давайте попробуем разобраться, каким образом при повышении мощности машина может расходовать бензин на уровне малолитражки. Устройство гибридного автомобиля Тойота Приус состоит из:
ДВС и электромотор могут работать одновременно, поочередно и дополнять друг друга при необходимости. В гибридном устройстве, крутящий силовой момент на колеса может передаваться от электромотора и ДВС напрямую в различных пропорциях.
Это осуществляется с помощью планетарного редуктора (делителя мощности), который состоит из набора шестерней. Четыре из них присоединены к бензиновому двигателю, а наружная — к электромотору. Еще один сателлит присоединен к генератору, который при необходимости посылает энергию на электромотор или заряжает батарею.
Одним из главных достоинств Приуса можно считать то, что в отличие от электромобилей, для зарядки гибридного автомобиля не требуется подключение к сети питания. Процессор, управляющий всеми действиями машины, подзаряжает при необходимости аккумулятор от ДВС.
Плюсы и минусы гибридного автомобиля
Сначала стоит обратить внимание на сильные стороны электропривода как такового:
Конечно, в гибридных машинах эти достоинства раскрываются не полностью. Автомобили с последовательной схемой, где электромотор только запускает и поддерживает ДВС, почти полностью лишены всех этих плюсов. Такие «гибриды» могут похвастать лишь быстрым и лёгким запуском, небольшой экономией топлива и чуть улучшенной динамикой. Зато и специфических минусов нет — это, фактически, усовершенствованный вариант традиционного авто.
Статья в тему: Самостоятельная замена помпы автомобиля Opel Astra
Намного экономичнее и динамичнее вариант, где ДВС только питает батарею электродвигателя. Для этого не нужна большая мощность, так что можно обойтись двумя или тремя цилиндрами очень небольшого объёма. Такая последовательная схема отлично раскрывает потенциал электропривода. Есть и минусы — такие машины не бесшумны и всё-таки загрязняют природу отработанными газами, хоть и в небольшой степени.
Параллельные и последовательно-параллельные типы «гибридов» очень разнообразно сочетают плюсы и минусы ДВС и электромоторов, в зависимости от конкретных моделей машин и используемых технологий. Например, некоторые автопроизводители делают упор на использование машины в городских условиях. Здесь преимущества езды на электроприводе очевидны:
Недостатки гибридных автомобилей почти идентичны таковым у традиционных машин и электромобилей, только выражены не так отчётливо. Прежде всего, это сложность и дороговизна «гибридов», причём они дороги не только в покупке, но и в обслуживании. Электробатареи очень чувствительны к ударам и высоким температурам, что может привести к взрыву и сильному пожару. Бесшумность хода на электротяге опасна для пешеходов, они просто не слышат приближающийся автомобиль.
До сих пор не решены трудности использования электродвигателей в холодном климате с морозными зимами и в условиях бездорожья. Здесь главные плюсы гибридных машин — высокая экономичность и экологичность — чаще всего полностью сходят на нет. Впрочем, даже в холодные зимы «гибриды» вполне неплохо чувствуют себя в городских условиях, которые можно назвать естественной средой их обитания.
Принцип работы гибридного автомобиля
Основная задача инженеров Toyota состояла в том, чтобы создать экономичную машину, которая на трассе не уступала бы мощным «железным коням», но при этом имела бы небольшой расход двигателя. Для этого было использовано сочетание ДВС и электромотора. Чтобы достичь максимальной эффективности, в Тойоте Приус оба источника мощности могут работать отдельно, вместе и параллельно.
Итак, принцип работы гибридного Тойота Приус. Запуск двигателя и разгон автомобиля производится с помощью тягового электромотора. Он вращает внешний сателлит планетарного редуктора и передавая, таким образом, крутящий момент на колеса. Но на аккумуляторе далеко не уедешь. Поэтому, как только автомобиль набрал скорость, в дело включается ДВС.
Совместное использование электромотора и ДВС позволяют добиться максимального КПД (коэффициента полезного действия) всей системы, поскольку. При нажатии на тормоз двигатель внутреннего сгорания отключается и происходит так называемое рекуперативное торможение (вся энергия от сопротивления преобразуется в электрическую), при котором электродвигатель, работая в режиме генератора, заряжает аккумуляторную батарею.
Если автомобилю снова требуется повышенная мощность, например для обгона, вновь включается электромотор, энергии которого вполне хватает для резкого набора скорости. Схемы работы гибридных автомобилей были рассчитаны для увеличения экономичности авто и снижения выброса углекислого газа в атмосферу. При повышении расхода топлива (при нажатии на педаль газа), управляющий компьютер посылает сигнал на делитель мощности и включает электрический источник, что позволяет ДВС работать в режиме без нагрузок.
Toyota обладают уникальной надежностью и гибкостью, поскольку управление движением производится большей частью по проводам, минуя использование сложных узлов и агрегатов. Кстати, в гибриде Тойота Приус генератор выполняет роль стартера, и помогает «раскрутить» ДВС до необходимых 1000 оборотов.
Режим работы двигателя
Достоинства автомобилей с гибридной установкой
Экономная эксплуатация
Экономная эксплуатация — главное преимущество гибридов. 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 и 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 объема 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 углеродного 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 проблему 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 на установке менее мощного двигателя внутреннего сгорания, работающего основное время в наиболее 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 сильным 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
Время — это самый ценный ресурс для человека. Исключение половины заездов на заправочные станции, и даже большего количества таких заездов, при езде по городу, высвобождает у автовладельца некоторое количество времени для других больших и важных дел.
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 энергию удаётся сохранить с самыми минимальными потерями и максимально дёшево. В качестве накопителя применяются как аккумуляторы, так 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 литий-ионные аккумуляторы с электродами из наноматериалов до 80% ёмкости за 5-15 минут.
У гибридного автомобиля этот недостаток устранён. Заправка осуществляется по привычной схеме, обычным углеродным топливом, тогда, когда это необходимо, и дальнейшее движение можно немедленно продолжить.
В городском цикле эксплуатации гибридный автомобиль 80% времени работает в режиме электромобиля. В феврале 2006 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.
Двигатель (ДВС)
Тип двигателя Тойота гибрид — Hybrid Synergy Drive (гибридный синергетический привод), позволяющий сочетать два источника мощности: ДВС и электромотор. Давайте выясним, какие топливные двигатели устанавливаются на Приус.
В середине 50 годов прошлого столетия инженер Ральф Миллер предложил усовершенствовать идею Джеймса Аткинсона. Суть идеи выражалась в повышении эффективности ДВС путем сокращенного хода сжатия. Именно этот принцип, который теперь часто именуют циклом Миллера/Аткинсона, используется в гибридных двигателях компании Тойота.
Итак, Тойота Приус гибрид, как работает двигатель этого автомобиля. В отличие от других моделей ДВС, процесс сжатия в цилиндре начинается не в момент начала движения поршня вверх, а несколько позже. Поэтому перед закрытием впускных клапанов часть смеси из топлива и воздуха выходит обратно во впускной коллектор, что позволяет увеличить время, в которое используется энергия давления расширяющих газов. Все это обуславливает значительное повышение КПД двигателя, увеличение экономичности агрегата, а также повышает крутящий момент.
Характеристики двигателя:
Расход Тойота Приус гибрид на 100 км в городском цикле составляет 3,9 л, по трассе — 3,7 литров.
Схемы взаимодействия электромотора и ДВС
Инженеры разных компаний по-разному подходят к вопросу гибридного двигателестроения. Современные машины оснащаются гибридными двигателями, построенными по одной из трех схем взаимодействия топливной и электрической составляющей, которые будут рассмотрены ниже.
Последовательная схема
Это наиболее простой вариант. Принцип его работы заключается в следующем: крутящий момент от ДВС в данном случае передается исключительно генератору, который вырабатывает электричество и заряжает аккумуляторы. Автомобиль при этом движется только на электротяге.
Также для зарядки аккумуляторной батареи применяется система рекуперации кинетической энергии. Своим названием данная схема обязана последовательным преобразованиям энергии: энергия сгорания топлива двигателем внутреннего сгорания превращается в механическую, затем в электрическую при помощи генератора и снова в механическую.
Плюсы такой конструкции заключаются в следующем:
Однако есть у последовательной схемы и свои минусы:
Наибольшая эффективность такой схемы достигается при движении с частыми остановками, когда активно работает KERS. Поэтому она нашла применение в городском транспорте. Также гибридные двигатели с последовательной схемой применяются в карьерных самосвалах, которым для работы важен большой крутящий момент и не требуется высокая скорость.
Параллельная схема
Принцип работы «параллельного» гибридного двигателя полностью отличается от вышеописанного. Автомобили с гибридным двигателем, построенным по параллельной схеме, ездят с использованием и ДВС, и электромотора. Электродвигатель в таком случае должен быть обратимым, т.е. способным работать в качестве генератора. Согласованная работа обоих моторов достигается посредством компьютерного управления.
Статья в тему: Схема и назначение газораспределительного механизма автомобиля
В зависимости от режима езды блок управления распределяет крутящий момент, поступающий от обоих элементов гибрида. Основную работу выполняет двигатель внутреннего сгорания, электромотор же подключается когда нужна дополнительная мощность (при трогании, ускорении), при торможении и замедлении он работает как генератор.
Плюсы подобной компоновки в том, что нет необходимости устанавливать аккумуляторную батарею большой емкости, потери энергии намного меньше, чем при последовательной схеме, поскольку ДВС напрямую связан с ведущими колесами, а кроме того, сама по себе конструкция довольно проста, а значит, дешева.
Основные минусы схемы – меньшая топливная экономичность по сравнению с другими вариантами и низкая эффективность в городских условиях. Машины с гибридным двигателем, построенным по параллельной схеме, наиболее эффективны при движении по трассе.
По данной схеме построены гибридные автомобили марки Хонда. Главный принцип руководства компании: схема гибридного двигателя должна быть как можно более простой и дешевой, а функция электромотора заключается лишь в помощи ДВС сэкономить максимально возможное количество топлива. У этой марки существует две гибридных модели – Civic (снят с производства в 2010 году) и Insight.
Электромотор автомобиля Тойота
Конструкция гибридного синергетического привода предусматривает использование тягового электродвигателя. Мощность электромотора Тойота Приус- 56 кВт, 162 Нм. Этот агрегат обеспечивает движение автомобиля со старта и до набора постоянной скорости, включается, когда машина идет на обгон и участвует в торможении. Вся система Тойоты Приус продумана до мельчайших деталей. Зарядка гибридного автомобиля осуществляется в процессе движения, от ДВС через управляющий генератор.
Аккумуляторная батарея
Гибрид оснащен двумя аккумуляторами (основным высоковольтным и вспомогательным), оба находятся в багажнике автомобиля. Основное устройство аккумуляторной батареи автомобиля изготовлено из никель-металл-гидридного сплава и имеет емкость 6,5 А/ч, напряжение 201, 6 В. Этот агрегат имеет собственную систему охлаждения. Внутри высоковольтной батареи находится контроллер, управляющий процессом зарядки каждой ячейки (блока) всего 168 ячеек.
Расход и восстановление энергии аккумулятора контролирует управляющий процессор автомобиля. Аккумуляторная батарея Тойоты Приус не требует подзарядки от электрической сети, этот процесс осуществляется во время движения и торможения (большей частью) транспортного средства. Вспомогательный аккумулятор: 12 В (35 А/ч, 45 А/ч, 51 А/ч).