Krytyczna sytuacja z otoczeniem oraz ciągły wzrost cen paliw zmuszają producentów środków transportu do poszukiwania nowych rozwiązań. Silniki spalinowe (ICE) są ulepszane, modyfikowane i „mieszane” z silnikami elektrycznymi. Dlaczego tak się dzieje, jak działa silnik hybrydowy, rozważymy w dzisiejszej publikacji.
Pomysł połączenia dwóch jednostek (silnika spalinowego i silnika elektrycznego) nie można nazwać nowym. W 1897 roku francuska firma Parisienne des Voitures Electrics rozpoczęła produkcję samochodów z silnikami hybrydowymi, a nieco później amerykański General Electric wypuścił pierwszą hybrydę z czterocylindrowym silnikiem benzynowym. Ale wtedy taka innowacja okazała się ekonomicznie niecelowa. Paliwo było tanie, a moc samochodu hybrydowego była gorsza od tradycyjnych modeli. Ale czasy się zmieniły. Ceny paliw rosną, środowisko się pogarsza. Samochody z mieszanymi układami napędowymi stały się istotne i zaczęły zyskiwać na popularności.
W prostych słowach o kompleksie
Co to jest silnik hybrydowy? Silnik hybrydowy to układ składający się z dwóch połączonych ze sobą jednostek: elektrycznej i benzynowej. Mogą pracować zarówno osobno, jak i jednocześnie. System ten jest kontrolowany przez komputer pokładowy pojazdu. Decyduje on, w zależności od trybu jazdy, jaki typ jednostki napędowej ma zostać uruchomiony w danym momencie.
Do jazdy miejskiej, gdy silnik nie musi generować dużej mocy, używany jest silnik elektryczny. Podczas jazdy po wiejskich drogach komputer wyłącza silnik elektryczny i uruchamia jednostkę paliwową.
W mieszanym trybie jazdy, gdy silnik samochodu pracuje pod obciążeniem z okresowymi przyspieszeniami i zatrzymaniami, obie jednostki pracują w tandemie. Ponadto podczas pracy silnika spalinowego ładuje się silnik elektryczny. zasługują na szczególną uwagę.
Oszczędzanie energii w silnikach hybrydowych
Wiadomo, że na ruch samochodu zużywa się ogromną ilość energii. W związku z tym rodzi się naturalne pytanie: jak silnik elektryczny, nawet w warunkach małych obciążeń, może pracować przez długi czas bez dodatkowej przyczepy z akumulatorami. Aby zrozumieć zasadę działania silnika elektrycznego samochodu, należy prześledzić cały proces od początku ruchu do zatrzymania.
Gdy samochód rusza lub porusza się z małą prędkością, cała praca jest wykonywana przez silnik elektryczny, który jest zasilany z akumulatora. Ponadto jego zadaniem jest przyspieszenie samochodu do maksymalnej możliwej prędkości dla silnika elektrycznego. Następnie komputer wydaje polecenie włączenia silnika paliwowego. Jednocześnie silnik spalinowy oddaje część energii do generatora, który zastępuje akumulator i dalej zamiast niego zasila silnik elektryczny, jednocześnie ładując akumulator. Samochód jednocześnie pracuje na dwóch jednostkach napędowych jednocześnie.
Podczas jazdy ze średnią prędkością silnik elektryczny jest wyłączony, pracuje tylko silnik spalinowy, który uzupełnia zapas energii akumulatora. Wraz ze wzrostem obciążenia silnika spalinowego ponownie na ratunek przychodzi silnik elektryczny. Ale energia elektryczna jest uzupełniana nie tylko dzięki działaniu silnika spalinowego. Mechanizm hamulcowy samochodu z silnikiem hybrydowym jest zaprojektowany w taki sposób, że energia powstająca podczas hamowania zamieniana jest na energię elektryczną i również trafia do napędu silnika elektrycznego. Takie hamowanie nazywa się „regeneracyjnym”.
Rozważany powyżej algorytm pracy opisuje ogólny obraz działania hybrydowego zespołu napędowego samochodu. Do tej pory istnieją trzy typy takich silników: szeregowy, równoległy i mieszany. 
Szeregowy obwód hybrydowy
Zasadę działania takiego schematu można uznać za najprostszą z hybryd. Silnik spalinowy tego typu jest elementem pomocniczym i przeznaczony jest do obsługi generatora. Generator, odbierając energię z silnika spalinowego, przetwarza ją na energię elektryczną i zasila silnik elektryczny, który wprawia samochód w ruch.
Taki schemat jest z reguły stosowany w samochodach o małej mocy (samochody kompaktowe). Ale zastosowany akumulator ma dużą pojemność, z możliwością ładowania z konwencjonalnego gniazdka elektrycznego. Duża pojemność akumulatora pozwala zminimalizować użycie silników spalinowych, czyli samochód może poruszać się na silniku elektrycznym, który jest zasilany wyłącznie z akumulatora. Chevrolet Volt to jeden z modeli samochodów, który wykorzystuje schemat hybrydy szeregowej.
Obwód równoległy samochodu hybrydowego
Zasada działania obwodu równoległego polega na tym, że silnik spalinowy i silnik elektryczny są zainstalowane w taki sposób, że staje się możliwe ich użycie zarówno razem, jak i osobno. Jednak nadal główną funkcją silnika elektrycznego w takim schemacie jest wytwarzanie dodatkowej mocy silnika spalinowego podczas przyspieszania. Oprócz tego silnik elektryczny pełni funkcje rozrusznika i generatora. Baterie z tym schematem nie wymagają dodatkowego ładowania, mają wystarczającą ilość energii generowanej podczas ruchu.
Honda Insight, Honda Civic Hybrid, BMW Active Hybrid 7, Volkswagen Touareg Hybrid to modele z równoległym silnikiem hybrydowym.
Szeregowo-równoległy obwód hybrydowy
W tym schemacie silnik spalinowy i silnik elektryczny są połączone przekładnią planetarną, za pomocą której moc z obu silników jest przenoszona na koła napędowe.
Obwód mieszany różni się od obwodu równoległego obecnością generatora wytwarzającego energię dla silnika elektrycznego.
Toyota Prius, Lexus RX 450h, Ford Escape Hybrid to pełne hybrydy.
Zalety silników hybrydowych
- Główną zaletą hybryd jest ich ekonomiczność. Minimalna oszczędność paliwa to 20%, co jest dość wymierną zaletą w obliczu rosnących cen.
- Współdzielenie dwóch silników zmniejsza emisję CO2.
- Doskonałe właściwości jezdne, które uzyskuje się dzięki racjonalnemu gromadzeniu i późniejszej redystrybucji mocy generowanej wspólnie przez dwa silniki.
- W porównaniu z konwencjonalnym samochodem hybryda ma znaczny zasięg, co oznacza, że może jechać nawet z pustym zbiornikiem.
- Charakterystyka silników hybrydowych jest całkowicie identyczna z tradycyjnymi modelami z silnikami spalinowymi, wbrew panującym stereotypom, a biorąc pod uwagę inne zalety, czasem nawet je przewyższają.
- Silniki elektryczne są niemal bezgłośne, co zwiększa komfort podczas eksploatacji pojazdu.
- W porównaniu z pojazdem elektrycznym akumulator hybrydy jest ładowany przez silnik napędzany paliwem, co zwiększa jej zasięg.
- Tankowanie samochodu odbywa się tą samą benzyną, co tradycyjne samochody.
Wady hybryd
- Wysoki koszt samochodu.
- Utrzymanie samochodu jest drogie. Jest mało prawdopodobne, aby można było samodzielnie naprawić taką maszynę i bardzo trudno jest znaleźć wykwalifikowanych rzemieślników. Będą też problemy z komponentami.
- Zmiany temperatur klimatycznych mają zły wpływ na akumulatory i prowadzą do ich samorozładowania.
Zewnętrznie samochody z hybrydowymi układami napędowymi nie różnią się od klasycznych benzynowych odpowiedników. Oczywiście, gdyby modele samochodów z silnikami hybrydowymi kosztowały tyle samo, co analogi z silnikami spalinowymi, a konserwacja nie sprawiała trudności, mało kto odmówiłby takiego samochodu. Ale w tej chwili rzeczywistość jest taka, że różnica w cenie hybrydy i analogu wynosi średnio 4000 USD. Nawet jeśli weźmiemy pod uwagę wszystkie zalety takich maszyn, w tym oszczędność paliwa, różnica i tak będzie nieproporcjonalna. Jeśli nie ma awarii, a przebieg jest znaczny, samochód będzie się spłacał w najlepszym przypadku za pięć lat. Ten stan rzeczy nie napawa optymizmem. Ale jak to mówią: „Ile osób – tyle opinii”, więc wybór zawsze należy do konkretnej osoby.
Dlaczego poruszyliśmy ten temat na naszym portalu? A dlaczego chcemy Cię edukować na temat działania silników hybrydowych? Wszystko jest niezwykle proste i jasne. Faktem jest, że wiele dziedzin naszego życia jest dosłownie przesiąkniętych interakcją wszelkiego rodzaju technologii, które w swojej symbiozie dają początek znacznie skuteczniejszym metodom, gadżetom i mechanizmom. I oczywiście nie odważyli się odłożyć silników dla naszych czterokołowych zwierzaków. I właśnie o takich jednostkach, ich pozytywnych i negatywnych stronach, o tym, jak działają, porozmawiamy w tym temacie. Tymczasem zróbmy małą dygresję do historii. Iść!
Trochę historii
Samochody z hybrydowymi „sercami” – wynalazek nie jest nowy, jak mogłoby się wydawać na pierwszy rzut oka. Pionierem i ucieleśnieniem idei silnika hybrydowego był duchowny jezuita o imieniu Ferdynand Verbiest. W 1665 roku rozpoczął prace nad planami prostych czterokołowych wagonów parowych i konnych. Jednak pierwsze seryjne modele z silnikami hybrydowymi ujrzały światło dzienne już na przełomie XIX i XX wieku. Przez dziesięć lat, począwszy od 1887 r., Francuzi Compagnie Parisienne des Voitures Electrics wypuścił serię samochodów z silnikami hybrydowymi. A w 1900 roku firma General Electric stworzyła samochód hybrydowy z czterocylindrowym silnikiem benzynowym. Firma Walker Vehicle Company z Chicago produkowała ciężarówki hybrydowe do 1940 roku.
Oczywiście w tamtych czasach produkcja takich samochodów ograniczała się do małych serii i tworzenia różnego rodzaju prototypów. Jednak w naszych czasach dotkliwy niedobór zasobów ropy naftowej i stale narastający kryzys gospodarczy skłoniły projektantów i deweloperów motoryzacyjnych do powrotu do korzeni i wznowienia produkcji samochodów z silnikami hybrydowymi.
Jak działa silnik hybrydowy – w prostych słowach o nowych technologiach
Cóż, nadszedł czas, aby dowiedzieć się, jaką jednostką jest silnik hybrydowy i dlaczego tak gorliwie zaczęto produkować samochody o takich sercach? Silnik hybrydowy to układ dwóch połączonych ze sobą silników: benzynowego i elektrycznego. Dwa silniki mogą pracować zarówno w połączeniu, jak i osobno, wszystko zależy od tego, jaki tryb pracy jest w danej chwili używany. Proces redystrybucji „mocy” kontrolowany jest przez potężny komputer, który w pewnym momencie decyduje, który z silników powinien teraz działać. Aby poruszać się w trybie podmiejskim, całą pracę przejmuje silnik spalinowy, ponieważ akumulator nie wytrzymuje długo na autostradzie. Aby poruszać się po mieście, silnik elektryczny jest włączony.
Jeśli samochód jest poddawany dużym obciążeniom lub musi często i dość intensywnie przyspieszać, to oba silniki już razem pracują. Ciekawostką jest to, że podczas gdy samochód porusza się na silniku paliwowym, w tym czasie ładuje się elektryczny. Samochód z silnikiem hybrydowym emituje do atmosfery o 90% mniej substancji niż silniki spalinowe, do których jesteśmy przyzwyczajeni, i to pomimo tego, że zawiera również jednostkę benzynową. Również zużycie benzyny w mieście można zmniejszyć do zera, czego oczywiście nie można powiedzieć o wycieczkach po kraju.
Przyjrzyjmy się, jak samochód hybrydowy odjeżdża. Na samym początku ruchu i przy niskich prędkościach działa tylko akumulator i silnik elektryczny. Energia zmagazynowana w akumulatorze zasila centrum energetyczne, które następnie przekazuje ją do silników elektrycznych, które już teraz uruchamiają samochód cicho i bardzo płynnie. Po osiągnięciu maksymalnej prędkości silnika elektrycznego podłączana jest również jednostka benzynowa. Moment obrotowy na koła napędowe pochodzi już z dwóch silników z dnia na dzień. W trakcie takiej pracy silnik spalinowy oddaje część wytworzonej energii do generatora, który dalej zasila silniki elektryczne, rozładowując akumulator, natomiast nadmiar energii przekazywany jest do akumulatora, uzupełniając go, utracony na starcie ruch, rezerwa.
Jeśli samochód porusza się w trybie normalnym, wówczas automatycznie używany jest tylko napęd na przednie koła, w innych przypadkach rozkład momentu obrotowego jest już dostarczany na dwie osie. W trybie przyspieszania moment obrotowy przekazywany na koła pochodzi głównie z silnika spalinowego, a jeśli konieczne jest zwiększenie dynamiki, wówczas jako uzupełnienie silnika spalinowego stosowane są już silniki elektryczne. Ale bardziej interesującym punktem jest nadal hamowanie. Elektroniczny „mózg” samochodu kontroluje włączanie i wyłączanie, kiedy warto podłączyć hydraulikę, a kiedy hamowanie rekuperacyjne, ale nadal preferuje się to drugie. Oznacza to, że gdy kierowca pojazdu hybrydowego naciska pedał hamulca, silniki elektryczne przechodzą w tryb pracy generatora, wytwarzając w ten sposób moment hamowania na kołach, który również wytwarza energię elektryczną, która zasila akumulator przez centrum dystrybucji mocy. To tutaj ukryta jest cała esencja „zapału” silnika hybrydowego.
W znanych nam klasykach energia uwalniana podczas hamowania jest marnowana, po prostu tracona w przestrzeni w postaci ciepła z tarcz hamulcowych i innych części. Wykorzystanie energii hamowania jest bardzo efektywne w obszarach miejskich, gdzie częste hamowanie na światłach jest rzeczą powszechną. System VDIM, który kontroluje dynamikę pojazdu, zarządza pracą wszystkich systemów bezpieczeństwa czynnego pojazdu, łącząc je w jeden „organizm”.
Być może pierwsza udana instancja wyposażona w silnik hybrydowy, wypuszczona na masową skalę, stała się już znana Prius z firmy Toyota. Ten cudowny samochód zużywa tylko nieco ponad trzy litry benzyny na każde sto kilometrów w trybie miejskim. Również japońska firma poszła dalej, wypuszczając swój luksusowy hybrydowy crossover Lexus RX400h. Ale koszt tego samochodu wynosi średnio 70 000 USD. Należy zauważyć, że Toyota Prius pierwszej generacji była gorsza od samochodów tej samej klasy z silnikami spalinowymi pod względem prędkości i charakterystyki mocy, w przeciwieństwie do Lexusa RX400h, który początkowo dobrze konkurował w swojej klasie.
Po Toyocie również czołowe światowe koncerny motoryzacyjne nie zlekceważyły zastosowania silników hybrydowych, widząc w tym rozwiązanie globalnego problemu zanieczyszczenia środowiska i oszczędności paliwa. I tak nastąpiło ogłoszenie stworzenia przez Volvo Group hybrydowych ciężarówek i pojazdów transportowych. Według ich obliczeń uwolnienie tych produktów z czasem zmniejszy zużycie paliwa nawet o 35%.
Ale przy wszystkich największych chęciach i kalkulacjach koncernów motoryzacyjnych samochody z silnikami hybrydowymi nie rozeszły się jeszcze na całym świecie jak ciepłe bułeczki. Popularność samochodów hybrydowych nabiera rozpędu dopiero w Kanadzie i Stanach Zjednoczonych. Popyt na hybrydy wśród amerykańskiej populacji wzrósł z powodu gwałtownego wzrostu cen paliwa, które wcześniej było bezlitośnie wypalane. W końcu amerykański przemysł motoryzacyjny zawsze słynął z „muscle cars” z niewiarygodnie mocnymi silnikami i ogromnym zużyciem łatwopalnych płynów. Europejscy entuzjaści samochodów generalnie reagowali neutralnie na samochody z silnikami hybrydowymi. Jeździ tam dość przyjazny dla środowiska i bardziej ekonomiczny, godny zaufania weteran, diesel.
Większość samochodów w Europie jest tankowana olejem napędowym, czego nie można powiedzieć o USA. Co więcej, samochody z silnikami Diesla są znacznie tańsze niż hybrydowe, ponadto są prostsze i bardziej niezawodne w swojej konstrukcji. W końcu wszyscy znają taki postulat: „im bardziej złożony jest system, tym mniejsza jest jego niezawodność”. To właśnie ten czynnik decyduje o liczbie aut hybrydowych w naszym kraju. Oficjalnie takie samochody nie są nam dostarczane, a problem stacji paliw jest po prostu nieunikniony w przypadku awarii. W naszym kraju po prostu nie ma wyspecjalizowanych stacji obsługi do naprawy silników hybrydowych. A sami uważamy, że mało kto podejmie się naprawy takiego urządzenia.
Urządzenie z silnikiem hybrydowym - opis obwodu
Przyjrzeliśmy się więc pokrótce, czym jest silnik hybrydowy i dlaczego jego zastosowanie nie jest tak rozpowszechnione na świecie, jak byśmy tego chcieli. Teraz chciałbym „pogrzebać” głębiej i rozważyć schemat jego struktury. Ale jest ich trzech. Proponujemy zacząć od najprostszego schematu, który budzi u nas najmniejsze zainteresowanie – jest to sekwencyjny silnik hybrydowy.
Schemat szeregowy silnika hybrydowego
W tym schemacie rozruch samochodu pochodzi z silnika elektrycznego. Silnik spalinowy jest połączony z generatorem, który zasila akumulator. Pojazdy hybrydowe z sekwencyjnym układem napędowym (Plug-inHybrid) są często produkowane z możliwością podłączenia do sieci elektrycznej na koniec podróży. Obecność tej funkcji implikuje stosowanie akumulatorów o dużej energochłonności, co znacznie obniża koszty paliwa do użytkowania silnika spalinowego, co z kolei zmniejsza ilość szkodliwych emisji do atmosfery. Samochody te to między innymi Chevrolet Volt i Opel Ampera. Nazywane są również pojazdami elektrycznymi o szerokim zasięgu. Samochody te mogą jeździć tylko na zasilaniu akumulatorowym z prędkością 60 km/h i wykorzystując energię generatora napędzającego silnik benzynowy aż na 500 kilometrów.
Obwód równoległy samochodu hybrydowego
W tym schemacie silnik spalinowy i silnik elektryczny połączone równolegle są instalowane w taki sposób, że mogą pracować osobno lub razem. Efekt ten uzyskano dzięki konstrukcji jednostki, w której silnik benzynowy, silnik elektryczny i skrzynia biegów są połączone automatycznie sterowanymi sprzęgłami. Samochód z takim układem silnika hybrydowego wykorzystuje mały silnik elektryczny o mocy około 20 kW. Jego głównym zadaniem jest dodawanie mocy do silnika spalinowego podczas przyspieszania pojazdu.
Większość z tych konstrukcji silnik elektryczny jest zainstalowany między silnikiem spalinowym a Pełni również funkcje generatora i rozrusznika. Najbardziej znanymi przedstawicielami wśród samochodów z sekwencyjnym silnikiem hybrydowym są BMW Active Hybrid 7, Honda Insight, Volkswagen Touareg Hybrid, Honda Civic Hybrid. Schemat ten pojawił się dzięki inicjatywie Hondy z systemem Integrated Motor Assist - IMA. Działanie tego systemu można podzielić na kilka charakterystycznych trybów:
- praca z silnika elektrycznego;
Wspólna praca silnika elektrycznego i silnika spalinowego;
Działanie z silnika spalinowego z równoległym ładowaniem akumulatora za pomocą silnika elektrycznego pełniącego rolę generatora;
Ładowanie akumulatora podczas hamowania odzyskowego.
Szeregowo-równoległy obwód hybrydowy
Na tym schemacie silnik elektryczny i silnik spalinowy są połączone za pomocą przekładni planetarnej. Pozwala to na jednoczesne przeniesienie mocy z każdego z silników na koła napędowe w stosunku od 0 do 100% mocy znamionowej. Obwód szeregowo-równoległy różni się od poprzedniego tym, że na pierwszym zainstalowany jest generator, który wytwarza energię do pracy silnika elektrycznego.
Znani przedstawiciele samochodów z takim schematem silnika hybrydowego to Toyota Prius, Ford Escape Hybrid, Lexus RX 450h. W tym segmencie rynku „hybrydowego” prym wiedzie Toyota z systemem Hybrid Synergy Drive – HSD. Jednostka napędowa układu Hybrid Synergy Drive przedstawia się następująco:
- ICE komunikuje się z przekładnią planetarną;
Silnik elektryczny, który jest przymocowany do koła koronowego przekładni planetarnej;
Koło słoneczne przekładni planetarnej jest podłączone do generatora.
Silnik spalinowy pracuje w cyklu Atkinsona, co oznacza, że wytwarza niewielką moc przy niskich obrotach, co skutkuje lepszą oszczędnością paliwa i mniejszą emisją spalin.
Samochód hybrydowy – plusy i minusy
Zalety silników hybrydowych
1. Najważniejszą zaletą pojazdów hybrydowych jest ich wydajność. Zużycie paliwa takich samochodów jest o 25% mniejsze niż w przypadku klasycznych samochodów z silnikiem spalinowym. A w naszej sytuacji, przy stale rosnących cenach benzyny, jest to bardzo ważny czynnik.
2.
Kolejny nie mniej ważny punkt Kolejnym najważniejszym punktem wśród pozytywnych aspektów silników hybrydowych jest przyjazność dla środowiska. Samochody hybrydowe powodują znacznie mniejsze szkody w naszym środowisku niż klasyczne. Osiąga się to poprzez bardziej racjonalne zużycie paliwa. A kiedy samochód całkowicie się zatrzymuje, silnik spalinowy przestaje działać, przekazując stery mocy silnikowi elektrycznemu. Dzięki temu podczas postojów samochodu hybrydowego atmosfera nie jest zanieczyszczana emisją CO2.
3. Akumulatory silników hybrydowych są ładowane przez silnik benzynowy, co nie ma miejsca w przypadku pojazdów elektrycznych, co znacznie wydłuża zasięg silnika napędzanego paliwem. I może jechać dłużej bez tankowania.
4. Nowoczesne samochody hybrydowe w niczym nie ustępują podobnej klasie tradycyjnych samochodów we wszystkich głównych cechach. Rozwiejmy więc ten mit, w który najprawdopodobniej wierzy wiele osób.
5. W środowisku miejskim, w którym często się zatrzymuje i rusza, pojazdy hybrydowe zachowują się jak pojazdy elektryczne.
6. Podczas postoju pojazd hybrydowy jest całkowicie cichy, ponieważ napędzany jest wyłącznie silnikiem elektrycznym.
7. Hybryda jest tankowana benzyną i tak samo jak tradycyjny samochód.
Wady samochodów hybrydowych
Na świecie nie ma nic doskonałego, co oznacza, że silniki hybrydowe mają też swoje wady.
1.
A główną wadą są drogie naprawy. Ponieważ konstrukcja takich silników jest bardzo złożona, bardzo trudno jest znaleźć specjalistę, który zajmie się eliminacją problemów. To wyjaśnia wysokie koszty utrzymania hybryd.
2. Akumulatory montowane w hybrydach ulegają samorozładowaniu. Nie tolerują też nagłych zmian temperatury. A ich żywotność jest bardzo ograniczona. Ale jak dotąd nie ustaliliśmy jeszcze, jaki wpływ mają baterie na środowisko, dlatego ich recykling jest problematycznym zadaniem.
Oczywiste jest oczywiście, że silniki hybrydowe mają więcej plusów niż minusów, ale w naszym kraju jeszcze się nie zakorzeniły. Pierwszym powodem jest cena. Koszt popularnej Toyoty Prius na Ukrainie wynosi od 850 000 hrywien. Ale jest nie tylko najbardziej popularny w swojej popularności, ale także najtańszy. Również w Rosji planowano uruchomić produkcję hybrydy o nazwie Yo-mobile, ale projekt został ograniczony. Jak dotąd najmocniejszym pojazdem hybrydowym jest BMW ActiveHybrid X6.
Walka o środowisko w naszych czasach toczy się pełną parą i bardzo gorliwie, w związku z czym zachęca się kierowców do zakupu samochodów z silnikami hybrydowymi. Tak więc w Ameryce właściciele takich samochodów mają zapewnione określone korzyści i bezpłatne miejsca parkingowe. Podobne przepisy mają zostać wprowadzone również w naszym kraju, w szczególności obniżone zostaną cła na import samochodów z silnikami hybrydowymi. Silniki benzynowe już teraz stopniowo schodzą na dalszy plan, tracąc swoje pozycje. A silniki hybrydowe są jednym z głównych kroków podejmowanych w tym celu. Ale dopóki kategoria cenowa tych samochodów pozostanie na tym samym poziomie, popyt na nie będzie niewielki.
O cenach samochodów z silnikami hybrydowymi
Jak wszystko nowe, niezwykłe i ciekawe, samochody z silnikami hybrydowymi są droższe od swoich klasycznych odpowiedników. Dziś samochody hybrydowe są znacznie droższe niż samochody o podobnych parametrach, ale z silnikami benzynowymi. Na przykład hybrydowa Toyota Camry jest o prawie 7000 USD droższa niż jej benzynowy odpowiednik. Hybrydowa Honda Civic wzrosła o 4000 USD w porównaniu z tradycyjnym modelem. Lexus GS 450h to cudownie dynamiczny (od 0 do 60 w zaledwie 5,9 sekundy) samochód, który jest przy tym dużo bardziej ekonomiczny niż podobnie mocne sedany z ośmiocylindrowymi silnikami. Zużycie paliwa tego samochodu wynosi około 8 litrów na 100 kilometrów w cyklu mieszanym. Średnia cena detaliczna tego samochodu na Ukrainie wyniesie średnio około 80 000 USD.
W temacie wprowadzenia samochodów hybrydowych można oczywiście długo się spierać i zajmować określone stanowiska oraz bronić swoich punktów widzenia, ale jedno jest pewne – przyszłość nie jest odległa i wkrótce ten skok nastąpi. Zmiany w branży motoryzacyjnej nadchodzą imponująco! I mamy nadzieję, że to będzie to, czego wszyscy potrzebujemy.
Dokładnie jak stary samochód. Okazuje się, że hybryda czwartej generacji to efekt głębokiej zmiany stylizacji?
Nie było go tam! Czwarty Prius jest fabrycznie nowy. Opiera się na modułowej architekturze TNGA (Toyota New Global Architecture), na której w dającej się przewidzieć przyszłości będzie bazować większość modeli firmy. Udział stali o wysokiej wytrzymałości w konstrukcji nadwozia wzrósł z 3 do 19%, sztywność skrętna nadwozia wzrosła o 60% - przy masie własnej zmniejszonej o 50 kg. Zamiast tylnej belki hybryda otrzymała niezależne zawieszenie, a akumulator trakcyjny został przeniesiony z bagażnika pod siedzeniem. Tak naprawdę ten pierwszy w nowym Priusie to tylko silnik spalinowy, a i to zostało zauważalnie ulepszone. Japończykom udało się zmniejszyć straty tarcia i zwiększyć odporność na detonację. Sprawność termodynamiczna tego silnika wynosi 40% - rekord w całej branży.
Deklarowane zużycie w okolicach 3 litrów na 100 km - prawda? I dlaczego wartości paszportowe cykli miejskich i podmiejskich praktycznie się nie różnią?
Trzy litry na sto to oczywiście przebiegłość. Co najmniej, . Najlepszy wynik to 3,9 l/100 km podczas przejazdu z Moskwy do Dmitrowa ze średnią prędkością 55 km/h. Najbardziej „przerażające” wartości na ekranie komputera pokładowego to 5,5 l/100 km – jednak aby osiągnąć taki wynik na Priusie, trzeba bezwzględnie „tłuc”. W normalnych warunkach spalanie w cyklu miejskim i podmiejskim jest naprawdę prawie identyczne i wynosi około 4,3-4,5 litra na sto. Dzięki rekuperacyjnemu układowi hamulcowemu, który w mieście działa zaskakująco skutecznie.
Czy można spłacić „hybrydowość” Priusa ze względu na niskie spalanie?
Rozwiążmy to razem. Jako punkt wyjścia weźmy 122-konny silnik o pojemności 1,6 litra w maksymalnej konfiguracji Prestige. Taki samochód kosztuje 1 329 000 rubli i pod względem konsumenckim jest jak najbardziej zbliżony do Priusa (taki sam rozstaw osi i miejsce na tylnej kanapie, ta sama moc, podobny poziom wykończenia i wyposażenia). Deklarowane zużycie miejskie 1,6-litrowej Corolli w mieście wynosi 8,2 l/100 km. Na autostradzie - 5,3 l / 100 km. Oczywiście w rzeczywistości wartości te będą wyższe niż podane. Przyjmijmy więc 9 l / 100 km jako średnie spalanie, zakładając, że nasz hipotetyczny właściciel eksploatuje samochód głównie w mieście (przypomnijmy, zużycie Priusa nie zależy zbytnio od cyklu i wynosi średnio 4,5 l / 100 km). Tak więc przy rocznym przebiegu 25 000 km oszczędności wyniosą 1125 litrów, czyli 45 000 rubli (przyrównujemy jeden litr AI-95 do 40 rubli). Zrekompensowanie różnicy w cenie między Corollą (1 329 000 rubli) a Priusem (2 112 000 rubli) zajmie ponad 17 lat. Dlatego kupowanie hybrydy w celu zaoszczędzenia pieniędzy jest utopią.
Jaki to ma sens? Jakie cechy bez cienia wątpliwości można zapisać w zaletach Priusa?
Połączenie prowadzenia i jazdy jest godne pochwały. Prius doskonale radzi sobie nawet z najtrudniejszymi niedoskonałościami drogi i pozostaje absolutnie żywy i przyjemny w prowadzeniu. Małe rolki, bogate sprzężenie zwrotne na kierownicy. Prius jest też naprawdę cichy: silnika w ogóle nie słychać (chyba, że chcesz go odciąć), a hałas z drogi przenika do kabiny tylko podczas jazdy po szorstkim asfalcie. Dodaj przyjemne, dobrze wykończone wnętrze. Poza tym niektórzy prawdopodobnie zapiszą krzykliwy, skandaliczny wygląd jako zaletę „Japończyka”.
Cienki. Ale co z oczywistymi wadami?
I tutaj wielu zapisze również wygląd. Po cenie ponad dwóch milionów rubli jest to prawdopodobnie kolejny środek odstraszający. Ponadto Prius ma mały bagażnik (według naszych pomiarów tylko 276 litrów). A jeśli mówimy o właściwościach jezdnych, hamulce są frustrujące. Silnik elektryczny może w każdej chwili bezceremonialnie ingerować w proces hamowania, dzięki czemu siła nacisku na pedały „chodzi”. Niedawno miałem okazję doświadczyć, który jest pozbawiony takiej funkcji. Tak więc ojciec wszystkich hybryd ma do czego dążyć. Hybrydowość jako taka nie jest żadnym usprawiedliwieniem.
Jakie są perspektywy Priusa czwartej generacji w Rosji?
Będę bardzo ostrożny w prognozach, ale nie mam wątpliwości, że czwarty Prius stanie się bardziej popularny niż jego poprzednik. Faktem jest, że przez cały 2016 rok w Rosji tylko 16 hybryd trzeciej generacji zostało sprzedanych przez oficjalnych dealerów. To absolutne dno, którego nowy produkt nie jest w stanie przebić. Wierzcie lub nie, ale miałem szczęście zobaczyć na drodze Priusa czwartej generacji. Sądząc po tablicach rejestracyjnych, należał on do osoby prywatnej, a nie do rosyjskiego przedstawicielstwa Toyoty.
Opis
Prius ma silnik benzynowy i dwa elektryczne generatory, a także akumulator o małej pojemności 6,5 Ah (często nazywany akumulatorem wysokonapięciowym, HVB). Silnik elektryczny może również pracować jako generator, zamieniając energię kinetyczną na elektryczną i ładując akumulator. W takim przypadku energia elektryczna może być generowana zarówno w wyniku działania silnika benzynowego, jak iw wyniku hamowania samochodu (regeneracyjny układ hamulcowy). Silniki mogą pracować zarówno osobno, jak i razem. Silnik benzynowy to silnik Atkinsona, takie silniki są ekonomiczne, ale mają stosunkowo małą moc. Pracą wszystkich silników steruje komputer pokładowy.
Prius jest łatwo rozpoznawalny dzięki opływowemu kształtowi. Współczynnik oporu wynosi tylko 0,26. Kondycjoner działa bezpośrednio z akumulatora, niezależnie od silników.
Kabina wyposażona jest w dotykowy ekran pokazujący pracę silnika, pojemność akumulatora i inne parametry. Wyświetlacz umożliwia sterowanie systemem audio i klimatyzacją, ale nie samochodem. Biegi (do przodu, neutralny, wsteczny, bieg ze wspomaganiem) przełącza się nie za pomocą skrzyni biegów, ale za pomocą joysticka znajdującego się w pobliżu kierownicy i przycisku obok (do parkowania). „Hamulec ręczny” wykonany jest w postaci pedału pod lewą stopą kierowcy. Prędkość jest wskazywana przez zielony wskaźnik cyfrowy. Samochód otwiera się za pomocą elektronicznego kluczyka; w przypadku awarii można dostać się do salonu (ale nie wjechać) za pomocą klucza mechanicznego. Samochód włącza się, naciskając przycisk zasilania, gdy hamulec jest wciśnięty.
Prius jest bardzo ekonomiczny z kilku powodów:
Sprawność każdego silnika benzynowego nie jest wartością stałą, ale zależy od mocy. Dzięki możliwości zarówno dodawania mocy dzięki silnikowi elektrycznemu, jak i przeznaczania części mocy na ładowanie akumulatora, a także (przy niskich prędkościach) całkowitego wyłączania silnika benzynowego i jazdy wyłącznie kosztem energii elektrycznej, możliwe jest w celu optymalizacji osiągów silnika.
Podczas postoju w korku, przed sygnalizacją świetlną itp. silnik jest wyłączony. W innych samochodach pracuje na biegu jałowym, zużywając benzynę. W długich korkach system podtrzymywania życia (reflektory, komputer pokładowy, system audio, wspomaganie hamulców i układu kierowniczego) „zjada” akumulator, a silnik zaczyna ładować VVB, ale jest to nadal znacznie bardziej ekonomiczne niż „ obracając” 2-litrowy silnik (w przybliżeniu odpowiednik elektrowni Prius).
Silnik Atkinsona sam w sobie jest ekonomiczny. Jego mała moc jest akceptowalną wadą, ponieważ dodatkową moc może zapewnić silnik elektryczny.
Podczas hamowania i zwalniania (np. na stromym zjeździe) energia jest magazynowana w akumulatorze dzięki hamowaniu odzyskowemu.
Niski opór aerodynamiczny zmniejsza zużycie paliwa, zwłaszcza przy dużych prędkościach lub przy silnym wietrze czołowym.
Niektóre modele są wyposażone w przycisk EV, który aktywuje tryb pojazdu elektrycznego. W tym trybie samochód może płynnie przyspieszać (do 57 km/h) i hamować, a na wolnych autostradach z niewielkimi różnicami wzniesień może wykazywać wysoką wydajność. Dodatkowym plusem jest możliwość wjechania do słabo wentylowanego garażu i brak obaw o zatrucie spalinami. Jednak w tym trybie, w zimnych porach roku, możliwości ogrzewania wnętrza są ograniczone – wszystkie nowoczesne samochody ogrzewają wnętrze, pobierając ciepło z układu chłodzenia, który schładza się w kilkadziesiąt minut, gdy silnik nie pracuje.
[edytuj] KorzyściWysoka wydajność, w rezultacie - oszczędności na kosztach benzyny i konieczność rzadszego zatrzymywania się na stacji benzynowej.
Niski poziom zanieczyszczenia powietrza. Częściowo wynika to ze sprawności (im mniej spala się paliwa, tym mniej szkodliwych emisji), a częściowo z wyłączania silnika na postojach, gdy do atmosfery przedostają się gazy szczególnie szkodliwe dla zdrowia człowieka. W porównaniu z konwencjonalnym samochodem, Prius emituje o 85% mniej niespalonych węglowodorów CnHm i tlenków azotu NOx [źródło nieokreślone, 409 dni].
Niski poziom hałasu z kilku powodów:
Podczas postojów silnik jest wyłączony.
Cichszy silnik elektryczny pracuje w połączeniu z silnikiem benzynowym, a czasami zamiast niego.
Doskonała dynamika:
silnik trakcyjny zawsze zapewnia maksymalny moment obrotowy
brak skrzyni biegów jako takiej (stosowana jest przekładnia planetarna)
Wysoki poziom bezpieczeństwa kierowcy i pasażerów z kilku powodów:
Dwa niezależne układy hamulcowe – regeneracyjny i cierny
Ciężka maszyna (1240 kg)
Wysokie wyniki testów zderzeniowych dla kierowcy i pasażerów
Elektroniczny kluczyk zapłonu.
[edytuj] Wady Wyższa cena niż konwencjonalne samochody tej samej klasy. Jednak w wielu krajach wysoka cena jest częściowo równoważona zachętami podatkowymi. Ponadto różnica w cenach jest częściowo lub całkowicie kompensowana oszczędnościami na benzynie.
Istnieje opinia, że bezgłośność samochodu może być niebezpieczna dla niewidomych lub nieuważnych pieszych.
Niewielu warsztatów i warsztatów naprawiających pojazdy hybrydowe.
W ujemnych temperaturach korzyści płynące z napędu hybrydowego mogą zostać utracone, ponieważ silnik spalinowy prawie zawsze pracuje, wytwarzając energię do ogrzewania kabiny pasażerskiej, jeśli jest włączony.
Wysoką dynamikę można osiągnąć tylko przy niskich prędkościach, ponieważ przy dużych prędkościach cały ładunek spada na silnik spalinowy małej mocy.
[edytuj] Krytyka Niektórzy uważają, że w przyszłości pojawi się problem utylizacji zużytych baterii, ponieważ już istnieje problem ich „brudnej” produkcji. Jednak Toyota i Honda zobowiązały się do recyklingu zużytych akumulatorów; co więcej, nie tylko przyjmują zużyte baterie, ale także płacą 200 dolarów za każdą.
W Top gear Jeremy Clarkson skrytykował Priusa za to, że nie jest tak oszczędny ani przyjazny dla środowiska, ponieważ dostawa i recykling wszystkich komponentów pojazdu, takich jak akumulatory, pozostawia zbyt duży ślad środowiskowy. Na torze BMW M3 i Toyota Prius pokonały jednocześnie 10 okrążeń z prędkością 160 km/h. BMW M3 następowało po Toyocie Prius. BMW było bardziej ekonomiczne z 19,4 mpg benzyny, podczas gdy Prius miał 17,2 mpg benzyny.
To znaczy, jeśli chcesz ekonomicznego samochodu, kup BMW M3? - Nie... Nie zmieniaj samochodu, zmień styl jazdy.
Tekst oryginalny (angielski) [pokaż]
Jeśli chcesz ekonomicznego samochodu - kup BMW M3? - Nie ... Nie zmieniaj samochodu, zmień styl jazdy.
[edytuj] Cechy konstrukcyjne Automatycznie ładuje akumulator podczas hamowania (hamowanie odzyskowe).
Podczas dynamicznego przyspieszania oba silniki łączą siły - Hybrid Synergy Drive.
Komputer pokładowy (procesor 32-bitowy) wspiera optymalną pracę silnika benzynowego (cykl Atkinsona) oraz optymalny poziom naładowania akumulatora (Panasonic, NiMH, 8 lat gwarancji).
Start-stop silnika benzynowego jest w pełni zautomatyzowany, przełączanie trybów „Ruch”, „Parkowanie” odbywa się za pomocą joysticka na desce rozdzielczej (Drive-by-Wire).
Czy pięciomiejscowy samochód osobowy o długości 4,45 metra (to więcej niż sedan VAZ-2110) może zużywać benzynę w mieście (nawet olej napędowy) na poziomie 2,82 litra na 100 kilometrów bez żadnych uszkodzeń dynamicznych wydajność? Tak, jeśli to Toyota Prius II.
Przede wszystkim trzeba dokonać sprostowania - wspomniane spalanie uzyskano w teście na japońskim cyklu 10-15, który ze swej natury - istota cyklu ruchu miejskiego - znany jest jako najbardziej problematyczny dla samochodów w warunki wydajności. Jak to mówią, inspiruje.
Mówiliśmy już, że całkiem niedawno, wchodząc na rynek samochodów hybrydowych, Ford zdecydował się kupić odpowiednią technologię od Toyoty.
To jasne, dlaczego. Pierwsza generacja Toyoty Prius, produkowana w latach 1997-2003, znalazła wielu nabywców na całym świecie.
Najnowszy Prius drugiej generacji, który ledwo się pojawił, zdobył jednocześnie cztery prestiżowe nagrody w Stanach Zjednoczonych, w tym został najlepszym samochodem 2004 roku w Ameryce Północnej.
Jego niesamowite osiągi zapewnia „hybrid-joint drive” (Hybrid synergis drive) – układ, który można nazwać hybrydą do kwadratu. Zobaczmy dlaczego.
Toyota nie jest jedynym producentem masowo produkującym samochody hybrydowe (na przykład Honda ma hybrydę), a prawie wszystkie duże firmy samochodowe prowadzą prace eksperymentalne.
Istnieją dwa główne typy napędów hybrydowych - szeregowy i równoległy.
W pierwszym przypadku silnik spalinowy nie jest w żaden sposób połączony z kołami - pracuje na generatorze, który ładuje akumulatory. Trakcyjne silniki elektryczne, w zależności od trybu jazdy, pobierają prąd albo z akumulatorów, albo bezpośrednio z generatora, plus akumulatory jako dodatek.
W drugiej wersji silnik spalinowy jest połączony z kołami za pośrednictwem konwencjonalnej skrzyni biegów. A do kół (nieważne czy to ta sama czy inna oś) podłączony jest silnik elektryczny, który zasilany jest z akumulatorów.
Centralny wyświetlacz wyraźnie pokazuje cykle przepływów mocy w rozbudowanym układzie napędowym Priusa II (zdjęcie z toyota.com).
W obu przypadkach elektryczne silniki trakcyjne podczas hamowania mogą pracować jako generatory, zapewniając zwrot energii, co daje przyrost sprawności.
Jednak Prius wykorzystuje kombinację obu typów. Okazuje się więc, że przed nami hybryda hybrydy. Jak mówią Japończycy, w tym przypadku można osiągnąć bardzo wysoką wydajność w połączeniu z tą samą wysoką dynamiką przyspieszenia samochodu.
Przejdźmy się po głównych węzłach hybrydowego napędu synergicznego.
Po pierwsze, jest to ICE. Pojemność skokowa 1,5 litra, 4 cylindry, 4 zawory na cylinder ze zmiennymi fazami rozrządu, stopień sprężania 13:1, moc 76 koni mechanicznych.
Moc, uwaga, nie jest największym rekordem dla takiego wolumenu, ale przy takim stopniu kompresji.
Ale ten silnik sam w sobie jest bardzo ekonomiczny (nie licząc pomocy silnika elektrycznego).
Ponadto spełnia najbardziej rygorystyczne, jeszcze nie wprowadzone amerykańskie normy toksyczności Super Ultra Low Emission Vehicle i Advanced Technology Partial Zero Emission Vehicles, czyli „ultra super niski” poziom emisji spalin oraz tzw. standard „częściowo zero” .
Tankowanie samochodu hybrydowego Toyoty (ilustracja ze strony toyota.co.jp).
Jest też oddzielny generator, plus akumulatory - niklowo-wodorkowe.
Z ich cech zwraca się uwagę na wysoką moc szczytową 28 koni mechanicznych (konkretnie podajemy parametry elektryki nie w kilowatach, aby wygodniej było porównać z silnikami spalinowymi).
Zwróć uwagę, że klasyczne akumulatory w zwykłych samochodach o ogromnym prądzie szczytowym „napinają się” z całej siły, aby obrócić rozrusznik mocą jednego lub dwóch „koni”.
Oczywiście istnieje elektroniczny system redystrybucji obciążenia między wszystkimi tymi elementami we wszystkich trybach jazdy.
Możliwy jest rejs tylko na jednym silniku spalinowym, jednym silniku elektrycznym lub ich łącznym wykorzystaniu.
Jednocześnie, nawet w przypadku ruchu jednostajnego, część mocy ICE trafia do generatora, do układu sterowania, a następnie do elektrycznego silnika trakcyjnego.
Wydawać by się mogło, że to niepotrzebne straty w konwersji, jednak w ten sposób inżynierowie osiągają optymalny tryb pracy silnika spalinowego (obroty/obciążenie), co wpływa na jednostkowe zużycie paliwa.
Schemat połączeń w układzie "hybryda-hybryda" (ilustracja ze strony toyota.co.jp).
I jeszcze jedno: duży moment obrotowy silnika elektrycznego, który jest gotowy do wydania przy każdej prędkości, jest kluczem do wygodnego i elastycznego sterowania kolosalną przyczepnością na kołach napędowych.
Akumulatory ładowane są z dwóch stron jednocześnie – z silnika spalinowego oraz z kół (podczas hamowania).
W tym miejscu należy wspomnieć o maksymalnym napięciu w tym „inteligentnym” zasilaczu trakcyjnym - aż 500 woltów.
Zakłada stosunkowo niskie prądy dla takich mocy, a co za tym idzie mniejsze straty na omowe nagrzewanie przewodów w porównaniu do wcześniej stosowanych układów (powiedzmy, pierwszy Prius miał „tylko” 274 wolty).
Najważniejszym elementem maszyny jest dzielnik mocy. Jest to przekładnia planetarna, której centralne (słoneczne) koło jest podłączone do generatora, planetarne (nośnik) - do silnika spalinowego, a najbardziej zewnętrzny pierścień - do silnika elektrycznego i kół maszyny.
System ten płynnie redystrybuuje przepływy mocy między węzłami w różnych kierunkach.
W szczególności możliwe jest uruchomienie samochodu na jednym silniku elektrycznym, a następnie uruchomienie silnika spalinowego w ruchu.
Wynik tak złożonego systemu mówi sam za siebie.
Szeregowe i równoległe napędy hybrydowe (ilustracje ze strony toyota.co.jp).
Ogólna wydajność Priusa II (obliczona na pełnej ścieżce energii od zbiornika do kół, że tak powiem) wynosi 37%, w porównaniu z 16% dla benzynowego odpowiednika (podczas pracy w „japońskim” standardowym cyklu miejskim).
Trudno jest znaleźć inny samochód napędzany gazem, który byłby tak ekonomiczny jak na swoje rozmiary, z zapasem mocy szczytowej 104 (ICE plus akumulatory).
