Критична ситуація з екологією та постійне зростання цін на паливо змушують шукати виробників транспорту нові рішення. Двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ) удосконалюються, модифікуються та «змішуються» з електродвигунами. Навіщо це робиться, як працює гібридний двигун, розглянемо в сьогоднішній публікації.
Ідею з'єднати два агрегати (двигун внутрішнього згоряння та електродвигун) новою не назвеш. У 1897 році французька компанія Parisienne des Voitures Electriques почала виробництво авто з гібридними двигунами, а трохи пізніше американська General Electric випустила перший гібрид з бензиновим чотирициліндровим двигуном. Але тоді така новація виявилася економічно недоцільною. Паливо було дешевим, а потужність автомобіля-гібрида поступалася потужністю традиційних моделей. Але часи змінилися. Паливо дорожчає, екологічна ситуація погіршується. Автомобілі зі змішаними силовими агрегатами стали актуальними та почали набирати популярності.
Простими словами про складне
Що ж є гібридним двигуном? Гібридний двигун - це система, що складається з двох пов'язаних між собою агрегатів: електричного та бензинового. Вони можуть працювати як окремо, так і одночасно. Керує цією системою бортовий комп'ютер автомобіля. Він вирішує, залежно від режиму руху, який тип силового агрегату необхідно задіяти в певний момент часу.
Для руху містом, коли від двигуна не потрібно вироблення великої потужності, використовується електродвигун. Під час руху заміськими трасами комп'ютер відключає електродвигун і задіює паливний агрегат.
При змішаному режимі їзди, коли двигун автомобіля працює під навантаженням з періодичними прискореннями та зупинками – два агрегати працюють у тандемі. Причому під час роботи паливного двигуна йде зарядка електричного. На окрему увагу заслуговують.
Економія електроенергії у гібридних двигунах
Відомо, що на рух автомобіля витрачається величезна кількість енергії. У зв'язку з цим виникає закономірне питання: як електромотор навіть за умов малих навантажень може довго працювати без додаткового причепа з акумуляторами. Щоб зрозуміти принцип роботи електродвигуна автомобіля, слід простежити весь процес від початку руху до зупинки.
Коли автомобіль рушає або рухається на малих швидкостях, всю роботу здійснює електродвигун, який живиться від акумулятора. Далі в його завдання входить розігнати автомобіль до максимально можливої для електродвигуна швидкості. Після цього комп'ютер дає команду включення паливного двигуна. При цьому ДВС частину енергії віддає на генератор, який підміняє АКБ і продовжує замість неї живити електромотор паралельно заряджаючи акумулятор. Автомобіль при цьому працює на двох силових агрегатах одночасно.
Під час руху із середньою швидкістю електродвигун відключається, працює лише ДВЗ, поповнюючи запас енергії акумулятора. При підвищенні навантаження на ДВС йому допоможе знову приходить електромотор. Але електроенергія поповнюється не лише за рахунок роботи ДВЗ. Гальмівний механізм автомобіля з гібридним двигуном влаштований таким чином, що енергія, що утворилася під час гальмування, перетворюється в електричну і теж йде на живлення електромотора. Таке гальмування отримало назву «рекуперативне».
Розглянутий алгоритм роботи описує загальну картину роботи гібридного силового агрегату автомобіля. На сьогоднішній день існує три типи таких двигунів: послідовний, паралельний та змішаний. 
Послідовна схема гібриду
Принцип роботи такої схеми можна вважати найпростішим із гібридів. Двигун внутрішнього згоряння в цьому типі є допоміжним елементом і призначений для роботи генератора. Генератор, отримуючи енергію від ДВС, перетворює її на електричну і запитує електромотор, який приводить автомобіль у рух.
Така схема, як правило, застосовується у малопотужних автомобілях (малолітражках). Але акумулятор, що використовується, має велику ємність, з можливістю зарядки від звичайної електромережі. Велика ємність АКБ дозволяє мінімізувати використання ДВЗ, тобто автомобіль може рухатися електродвигуном, який живиться тільки від акумулятора. Chevrolet Volt – це одна з моделей автомобілів, в якій використано послідовну схему гібрида.
Паралельна схема гібридного автомобіля
Принцип роботи паралельної схеми полягає в тому, що ДВЗ та електромотор встановлені таким чином, що з'являється можливість їх використовувати як разом, так і окремо. Але все ж таки основна функція електромотора в такій схемі - це створення додаткової потужності ДВС при прискоренні. Крім того електродвигун виконує функції стартера та генератора. Акумулятори за такої схеми не вимагають додаткової підзарядки, їм вистачає енергії, що виробляється під час руху.
Honda Insight, Honda Civic Hybrid, BMW Active Hybrid 7, Volkswagen Touareg Hybrid – моделі із паралельною схемою гібридного двигуна.
Послідовно – паралельна схема гібриду
У цій схемі ДВЗ та електромотор пов'язує між собою планетарний редуктор, за допомогою якого потужність від обох двигунів передається на провідні колеса.
Змішана схема відрізняється від паралельної наявністю генератора, що створює енергію для електродвигуна.
Toyota Prius, Lexus RX 450h та Ford Escape Hybrid – це представники повного гібрида.
Позитивні сторони гібридних двигунів
- Основна перевага гібридів полягає у його економічності. Мінімальна економія палива становить 20%, що в умовах зростання цін є досить відчутною перевагою.
- Спільне використання двох двигунів знижує кількість викидів СО2.
- Відмінні ходові характеристики, які досягнуті завдяки раціональному накопиченню та подальшому перерозподілу потужностей, вироблених спільно двома двигунами.
- У порівнянні з традиційним автомобілем гібрид має відчутний запас ходу, тобто він може продовжувати рух навіть з порожнім баком.
- Характеристики гібридних двигунів повністю ідентичні традиційним моделям з ДВС, всупереч стереотипам, а з урахуванням інших переваг часом навіть перевершує їх.
- Електродвигуни практично безшумні, що додає комфорту під час експлуатації автомобіля.
- У порівнянні з електромобілем, АКБ гібрида заряджається від паливного двигуна, що збільшує запас його ходу.
- Заправка автомобіля здійснюється тим самим бензином, що й традиційні авто.
Недоліки гібридів
- Висока вартість автомобіля.
- Обслуговування автомобіля потребує великих витрат. Ремонтувати таку машину самостійно навряд чи вдасться, а кваліфікованих майстрів знайти велику складність. З комплектуючими також будуть гарантовано проблеми.
- Перепади кліматичних температур погано впливають на АКБ і призводять до їхнього саморозряду.
Зовні автомобілі з гібридними силовими агрегатами не відрізняються від традиційних бензинових побратимів. Звичайно, якби моделі автомобілів з гібридними двигунами мали таку саму вартість, як аналоги з ДВС, а обслуговування не викликало складнощів, навряд чи хтось відмовився б від такої машини. Але на даний момент реалії такі, що різниця в ціні гібрида та аналога становить у середньому 4000 доларів. Навіть якщо зважити на всі плюси таких машин, включаючи економію палива, то різниця все одно буде невідповідна. Якщо не буде поломок, а пробіг буде значним, машина окупиться в кращому разі років за п'ять. Такий стан речей не вселяє оптимізму. Але як кажуть: «Скільки людей – стільки й думок», тож вибір завжди залишається за конкретною людиною.
Чому ми торкнулися цього питання на нашому порталі? І чому ми хочемо просвітити Вас у питаннях роботи гібридних двигунів? Все дуже просто і зрозуміло. Справа в тому, що багато сфер нашої життєдіяльності буквально пронизані взаємодією різноманітних технологій, які у своєму симбіозі породжують набагато ефективніші методи, гаджети та механізми. І звичайно ж не наважилися відставити вбік і двигуни для наших чотириколісних улюбленців. І ось саме про такі агрегати, їх позитивні та негативні сторони, про те як вони працюють ми і поговоримо в даній темі. А поки що зробимо невеликий екскурс в історію. Поїхали!
Трохи історії
Автомобілі з гібридними "серцями" - винахід далеко не новий, як може здатися на перший погляд. Першовідкривачем та втілювачем ідеї гібридного двигуна став єзуїтський священнослужитель на ім'я Фердинанд Вербіст.У 1665 році він почав працювати над планами створення простих чотириколісних візків, що працюють на паровій та кінній тязі. Але перші серійні моделі з гібридними двигунами побачили світ вже межі 19-го і 20-го століть. Протягом десяти років, починаючи з 1887 року, французька Compagnie Parisienne des Voitures Electriquesвипустила серію та автомобілів з гібридними моторами. А в 1900 році компанія General Electric створила гібридне авто з чотирициліндровим бензиновим двигуном. Компанія Walker Vehicle Company of Chicago до 1940 випускала гібридні вантажні автомобілі.
Звичайно, на той час виробництво подібних автомобілів обмежувалося невеликими партіями та створенням різних прототипів. Проте в наш час гостра нестача нафтових ресурсів і економічна криза, що постійно прогресує, спонукали автомобільних конструкторів і розробників повернутися до витоків і відновити випуск автомобілів з гібридними двигунами.
Як працює гібридний двигун – простими словами про нові технології
Ну а тепер саме час розібратися з тим, що за агрегат гібридний двигун і чому так завзято стали виробляти автомобілі з такими серцями? Гібридний двигун являє собою систему двох пов'язаних між собою двигунів: бензинового та електричного. Два двигуни можуть працювати як у зв'язці, так і окремо, все залежить від того, який режим роботи використаний в даний момент. Процесом перерозподілу «повноважень» управляє потужний комп'ютер, який у той чи інший момент вирішує який із двигунів має зараз працювати. Для пересування в заміському режимі всю роботу бере він паливний двигун, бо акумулятора на трасі вистачає ненадовго. Для пересування містом включається електродвигун.
Якщо автомобіль піддається великим навантаженням або йому доводиться часто і досить інтенсивно розганятися, то обидва двигуни працюють вже разом. Цікавим є той факт, що поки автомобіль рухається на паливному моторі, електричний у цей час заряджається. Автомобіль з гібридним двигуном викидає в атмосферу на 90% менше речовин, ніж звичні нам паливні мотори, і це незважаючи на те, що до його складу входить бензиновий агрегат теж. Також споживання бензину в місті можна звести до нуля, що, звичайно ж, не сказати про заміські поїздки.
Давайте розглянемо як автомобіль з гібридним двигуном рушає з місця. На самому початку руху та на малих швидкостях працюють лише акумулятор та електричний двигун. Енергія, що запасена в батареї, живить енергетичний центр, який далі розподіляє її по електромоторах, які вже й стартують автомобіль з місця безшумно і дуже плавно. Після того, як набрано максимальну для електродвигуна швидкість, підключається і бензиновий агрегат. Крутний момент на провідні колеса вже надходить від двох двигунів відразу. У процесі такої роботи двигун внутрішнього згоряння віддає частину виробленої енергії на генератор, який далі живить електродвигуни, розвантажуючи АКБ, надлишки енергії передаються на акумулятор, заповнюючи його, втрачений на початок руху, запас.
Якщо автомобіль рухається в нормальному режимі, то автоматично використовується провідним лише передній привід, в інших випадках розподіл крутного моменту подається вже на дві осі. У режимі прискорення момент, що крутить, на колеса надходить в основному від двигуна внутрішнього згоряння, а якщо необхідно наростити динаміку, то в хід йдуть вже і електромотори, що доповнюють ДВС. Але більш цікавим моментом все ж таки є гальмування.Коли варто підключити гідравліку, а коли і рекуперативне гальмування, але перевага все ж таки віддається другому. Тобто, коли водій гібридного автомобіля натискає на педаль гальма, електродвигуни переходять генераторний робочий режим, створюючи тим самим гальмівний момент на колесах, при якому також виробляється електроенергія, яка живить акумулятор через розподільчий енергоцентр. У цьому й приховалася вся суть «родзинки» гібридного двигуна.
У звичній нам класиці енергія, що виділяється при гальмуванні витрачається в порожню, просто гублячись у просторі як тепло від гальмівних дисків та інших деталей. Використання гальмівної енергії дуже ефективне за умов міста, коли часте гальмування на світлофорах – звичайна справа. Система VDIM, яка є автомобільною динамікою, що управляє, управляє роботою всіх автомобільних систем активної безпеки, об'єднуючи їх в єдиний «організм».
Мабуть, першим вдалим екземпляром, оснащеним гібридним двигуном, випущеним у маси, став відомий вже нині "Prius"від компанії Toyota. Цей диво автомобіль витрачає лише трохи більше трьох літрів бензину на кожні сто кілометрів у міському режимі. Також японська компанія пішла далі, випустивши свій гібридний люксовий кросовер Lexus RX400h. Але і вартість цього авто в середньому в межах 70 000 у.о. Зауважимо, що перше покоління Toyota Prius поступалося автомобілям того ж класу з двигунами внутрішнього згоряння за швидкісними і потужними характеристиками, на відміну від Lexus RX400h, який спочатку складав хорошу конкуренцію у своєму класі.
Після Toyota лідируючі світові автомобільні концерни теж не залишили поза увагою використання гібридних двигунів, оскільки в цьому було побачено вирішення глобальної проблеми забруднення природного середовища та паливної економії. І так було оголошення про створення гібридної вантажної та транспортної техніки від компанії Volvo Group. За розрахунками випуск цієї продукції з часом скоротить споживання палива на цілих 35%.
Але при всьому найбільшому бажанні та розрахунках автомобільних концернів, автомобілі з гібридними двигунами поки що не розкуповують по всьому світу як гарячі пиріжки. Популярність гібридних автомобілів набирає обертів лише в Канаді та Штатах. Попит на гібриди серед американського населення виріс через різке подорожчання палива, яке нещадно палили раніше. Адже американський автопром завжди славився своїми «м'язами-карами» з неймовірно потужними моторами та величезним споживанням паливної рідини. Європейські автолюбителі до автомобілів з гібридними двигунами поставилися загалом нейтрально. Там заправляє досить екологічний і більш економічний ветеран, що заслужив довіру, - дизель.
Більшість автомобілів Європи заправляються дизелем, що не можна сказати про США. Більше того, автомобілі з дизельними двигунами набагато дешевше гібридних, до того ж простіше і надійніше у своїй конструкції. Адже всім відомий такий постулат: «що складніше сконструйовано систему, то менш її надійність». Саме цей фактор визначає кількість гібридних автомобілів на території нашої країни. Офіційно такі автомобілі до нас не постачають, а проблема СТО просто неминуча у разі поломки. Профільних СТО з ремонту гібридних двигунів немає в нашій країні. А самостійно такий апарат, думаємо, навряд чи хтось візьметься лагодити.
Пристрій гібридного двигуна – опис схеми
Отже, ми з Вами коротко розглянули, що таке гібридний двигун і чому його застосування не настільки поширене у світі, як того хотілося б. Тепер хотілося б «копнути» глибше та розглянути схему його будови. Адже їх існує три. Пропонуємо почати із найпростішої схеми, яка викликає у нас найменший інтерес – це послідовний гібридний двигун.
Послідовна схема гібридного двигуна
У цій схемі запуск автомобіля походить від електричного двигуна. Двигун внутрішнього згоряння знаходиться у зв'язці з генератором, що живить акумуляторну батарею. Гібридні автомобілі з послідовною схемою силового агрегату (Plug-inHybrid) часто випускаються з можливістю підключення до електричної мережі після закінчення поїздки. Наявність цієї функції передбачає використання акумуляторних батарей з великою енергоємністю, що суттєво скорочує витрати пального на використання двигуна внутрішнього згоряння, що скорочує кількість шкідливих викидів в атмосферу. До таких автомобілів можна віднести Chevrolet Volt та Opel Ampera. Їх також називають електромобілі з широким радіусом дії. Ці автомобілі можуть їхати лише живлячись від акумуляторної батареї зі швидкістю 60 км/год і використовуючи енергію генератора, що приводить в дію бензиновий двигун 500 кілометрів.
Паралельна схема гібридного автомобіля
При даній схемі паралельно підключені двигун внутрішнього згоряння та електродвигун встановлюються таким чином, що можуть працювати окремо один від одного, так і разом. Такий ефект досягається завдяки конструкції агрегату, в якій бензиновий двигун, електромотор та трансмісія з'єднані автоматично керованими муфтами. Автомобіль з такою схемою гібридного двигуна використовує електромотор невеликої потужності приблизно в 20 кВт. Його основним завданням є додавання потужності ДВЗ під час прискорення автомобіля.
У більшості подібних конструкцій електромотор встановлюється між двигуном внутрішнього згоряння таВін також виконує функції генератора і стартера. Найвідомішими представниками серед автомобілів із послідовною схемою гібридного двигуна є BMW Active Hybrid 7, Honda Insight, Volkswagen Touareg Hybrid, Honda Civic Hybrid. Ця схема з'явилася завдяки прояву ініціативи компанії Honda із її системою Integrated Motor Assist - IMA. Роботу даної системи можна поділити на кілька характерних режимів:
- робота від електродвигуна;
Спільна робота електромотора та ДВС;
Робота від ДВЗ із паралельною зарядкою акумуляторної батареї за допомогою електромотора, який виконує функцію генератора;
Підживлення акумулятора під час рекуперативного гальмування.
Послідовно-паралельна схема гібриду
У цій схемі електродвигун та двигун внутрішнього згоряння зв'язуються за допомогою планетарного редуктора. Це дозволяє одночасно передавати потужність від кожного з моторів на провідні колеса у відсотковому співвідношенні від 0 до 100% від номінальної потужності. Послідовно-паралельна схема відрізняється від попередньої тим, що на першій встановлений генератор, який створює енергію для роботи електродвигуна.
Відомими представниками автомобілів з такою схемою гібридного двигуна є Toyota Prius, Ford Escape Hybrid, Lexus RX 450h. У даному сегменті «гібридного» ринку лідирує компанія Toyota зі своєю системою Hybrid Synergy Drive – HSD. Силовий агрегат системи Hybrid Synergy Drive представлений таким чином:
- ДВЗ зв'язується з планетарним редуктором;
Електродвигун, приєднаний до коронної шестерні планетарного редуктора;
Сонячна шестерня планетарного редуктора з'єднана з генератором.
Двигун внутрішнього згоряння працює в циклі Аткінсона, а значить на низьких оборотах він виробляє малу міць, результатом чого є найкраща економіка палива і менша кількість вихлопних газів.
Авто з гібридним двигуном – плюси та мінуси
Позитивні сторони гібридних двигунів
1. Найважливішим плюсом автомобілів з гібридними двигунами є їхня економічність. Паливна витрата у таких автомобілів на 25% менша, ніж у класичних машин із двигуном внутрішнього згоряння. А в умовах нашої ситуації з цінами на бензин, що постійно підвищуються, це дуже важливий фактор.
2.
Наступний не менш важливий пункт Наступний за важливістю пункт серед позитивних сторін гібридних двигунів – це екологічність. Гібридні автомобілі завдають набагато менше шкоди нашій екології, ніж класичні.Це досягається завдяки раціональнішому паливному витраті. А при повній зупинці автомобіля, ДВС припиняє працювати, передаючи кермо управління електричному мотору. Отже, під час зупинок гібридного автомобіля атмосфера не забруднюється викидами СО2.
3. Батареї гібридних двигунів заряджаються від бензинового двигуна, чого не можна сказати про електромобілі, що робить запас ходу паливного двигуна набагато більшим. І він може довше обходитися без дозаправки.
4. Сучасні гібридні автомобілі анітрохи не поступаються аналогічному класу традиційних за всіма основними характеристиками. Тож розвіємо цей міф, якому багато хто, швидше за все, вірить.
5. У міських умовах із частими зупинками гібридні автомобілі працюють як електромобілі.
6. Стоячи дома автомобіль з гібридним двигуном повністю безшумний, оскільки він працює лише з електродвигуні.
7. Заправка гібрида здійснюється бензином і так само, як і традиційного автомобіля.
Мінуси гібридних автомобілів
У світі немає нічого ідеального, а отже, і гібридні двигуни теж мають свої мінуси.
1.
І основним мінусом є дорогий ремонт. Так як конструкція таких двигунів дуже складна, то і знайти фахівця, який займеться усуненням проблем, дуже складно. Цим пояснюється велика вартість обслуговування гібридів.
2. Акумулятори, встановлені на гібриди, піддаються саморозрядженню. Також вони не переносять різких перепадів температур. А термін служби їх дуже обмежений. Але досі поки не з'ясували те, який вплив на навколишнє середовище надають акумулятори, через що утилізувати їх є проблемним завданням.
Очевидно, звичайно, що гібридні двигуни мають більше плюсів ніж мінусів, але в нашій країні вони поки що не прижилися. Перша причина цього – ціна. Вартість в Україні популярної Toyota Prius складає від 850 тисяч гривень. Адже він не тільки самий у своїй популярності, а й найдешевший. Також у Росії планувалося налагодити випуск гібрида під назвою "Е-мобіль", але проект був згорнутий. На сьогодні найпотужнішим автомобілем із гібридним двигуном є BMW ActiveHybrid X6.
Боротьба за екологію в наш час йде повним ходом і дуже завзято, у зв'язку з чим автолюбителів стимулюють придбання автомобілів з гібридними двигунами. Так, в Америці власникам таких автомобілів надаються певні пільги та безкоштовні місця на парковках. У нашій країні також плануються запроваджувати схожі закони, зокрема буде зменшено мито на імпорт автомобілів з гібридними двигунами. Бензинові двигуни потроху відходять на задній план, втрачаючи свої позиції.І гібридні двигуни – один із основних кроків, які робляться для цього. Але доки цінова категорія цих автомобілів залишається на тому ж рівні, попит на них буде малий.
Про ціни на авто з гібридними двигунами
Як і все нове, незвичайне та цікаве, автомобілі з гібридними двигунами відрізняються від своїх класичних побратимів більшою вартістю. Сьогодні гібридні автомобілі значно перевищують у вартості автомобілі з аналогічними характеристиками, але з бензиновими двигунами. Наприклад, гібридна Toyota Camry перевищує вартість свого бензинового побратима майже на 7 000 доларів. Вартість гібридної Honda Civic зросла на 4000 доларів порівняно зі своєю традиційною моделлю. Lexus GS 450h – це чудовий динамічний (від 0 до 100 всього за 5,9 секунд) автомобіль, який ще й набагато економічніший за аналогічні за потужністю седани з восьмициліндровими двигунами. Паливна витрата цього автомобіля приблизно 8 літрів на 100 кілометрів у змішаному циклі. Середня роздрібна ціна цього автомобіля в Україні в середньому становитиме близько 80 000 доларів.
На тему впровадження гібридних автомобілів, звичайно, можна міркувати довго і займати певні позиції і відстоювати свої точки зору, але ясно одне – майбутнє не за горами і незабаром цей стрибок буде здійснено. Зміни в автомобілебудуванні будуть грандіозні! І сподіваємося це буде те, що потрібне всім нам.
Точнісінько як у колишньої машини. Виходить, гібрид четвертого покоління – результат глибокого рестайлінгу?
Не тут то було! Четвертий Prius — абсолютно новий. В його основі - модульна архітектура TNGA (Toyota New Global Architecture), на якій у найближчому майбутньому буде базуватися більшість моделей компанії. Частка високоміцних сталей у конструкції кузова збільшилася з 3 до 19%, жорсткість кузова на кручення зросла на 60% - це при зменшеній на 50 кг спорядженій масі. Замість задньої балки гібрид отримав незалежну підвіску, а тягова батарея переїхала із багажника під сидіння. По суті, колишній у новому Пріусі лише ДВС, та й той був помітно доопрацьований. Японцям вдалося знизити втрати на тертя та підвищити стійкість до детонації. Термодинамічний ККД цього двигуна становить 40% – рекордний показник у всій індустрії.
Заявлені витрати в районі 3 літрів на 100 км - правда? І чому паспортні значення міського та заміського циклів практично не відрізняються?
Три літри на сотню, звісно, лукавство. Принаймні, . Найкращим результатом залишилися 3,9 л/100 км під час перегону з Москви до Дмитрова із середньою швидкістю 55 км/год. Найбільш «жахливими» значеннями на екрані тріп-комп'ютера залишилися 5,5 л/100 км - втім, для досягнення подібного результату на Пріусі треба безжально «дубасити». У нормальних умовах витрата у міському та заміському циклах справді практично ідентична і становить близько 4,3–4,5 літра на сотню. Дякую системі рекуперативного гальмування, яка в місті працює напрочуд ефективно.
Чи можна окупити «гібридність» Пріуса за рахунок низької витрати палива?
Давайте прикинемо разом. В якості точки відліку візьмемо зі 122-сильним 1,6-літровим двигуном у максимальній комплектації Prestige. Такий автомобіль коштує 1 329 000 рублів і з точки зору споживчих якостей максимально близький до Пріуса (та ж колісна база і простір на задньому сидінні, та ж потужність, схожий рівень обробки та оснащення). Заявлена міська витрата 1,6-літрової Королли у місті – 8,2 л/100 км. На трасі – 5,3 л/100 км. Звичайно ж, насправді і ці значення будуть вищими за заявлені. Так що за середню витрату приймемо 9 л/100 км, припускаючи, що наш гіпотетичний власник експлуатує автомобіль переважно у місті (нагадаю, витрата Пріуса не надто залежить від циклу і в середньому становить 4,5 л/100 км). Таким чином, при річному пробігу 25 000 км економія складе 1125 літрів, або 45 000 рублів (один літр АІ-95 прирівняємо до 40 рублів). Щоб компенсувати різницю в ціні між Короллою (1329000 рублів) і Пріусом (2112000 рублів), знадобиться більше 17 років. Тому купувати гібрид із метою економії утопічно.
Тоді який у ньому сенс? Які якості можна без тіні сумнівів записати в актив Пріуса?
Поєднання керованості і плавності ходу заслуговує на похвалу. Prius чудово відпрацьовує навіть жорсткі дорожні дефекти і залишається абсолютно живим, цікавим в керуванні автомобілем. Невеликі крени, насичений зворотний зв'язок на кермі. А ще Prius по-справжньому тихий: двигуна не чути зовсім (хіба що ви захочете викрутити його у відсічку), та й шум від дороги проникає в салон лише при їзді абразивним асфальтом. Додайте приємний, якісно оздоблений інтер'єр. Плюс деякі напевно запишуть в актив «японцю» епатажну зовнішність, що кричить.
Добре. А як щодо явних мінусів?
І сюди багато хто також запишуть зовнішність. Після ціни в два з лишком мільйони рублів це, мабуть, наступний фактор стримування. Крім того, у Пріуса маленький багажник (всього 276 літрів за результатами наших вимірів). А якщо говорити про їздові властивості, засмучують гальма. У процес гальмування будь-якої миті може безцеремонно втрутитися електромотор, так що зусилля на педалі «гуляє». Нещодавно мені довелося випробувати, який позбавлений такої особливості. Отже, батькові всіх гібридів є чого прагнути. Гібридність як така – не виправдання.
Які перспективи чекають на Prius четвертого покоління в Росії?
Буду гранично обережний у прогнозах, але в тому, що четвертий Prius стане популярнішим за попередника, не сумніваюся ні на хвилину. Справа в тому, що за весь 2016 рік у Росії офіційними дилерами було продано лише 16 гібридів третього покоління. Це абсолютне дно, пробити яке новинці не під силу. Хочете – вірте, хочете – ні, але мені вже навіть пощастило побачити на дорозі Prius четвертого покоління. Судячи з номерних рамок, він належав приватній особі, а чи не російському представництву Тойоти.
Опис
Prius має бензиновий двигун і два електричні мотор-генератори, а також акумулятор невисокої ємності 6,5 А-год (часто званий високовольтною батареєю, ВВБ). Електромотор здатний також працювати як генератор, перетворюючи кінетичну енергію в електрику та заряджаючи акумулятор. У цьому електроенергія може генеруватися як рахунок роботи бензинового двигуна, і рахунок гальмування автомобіля (система рекуперативного гальмування). Мотори можуть працювати як окремо, так і разом. Бензиновий мотор є двигуном Аткінсона, такі двигуни економічні, але мають відносно низьку потужність. Роботою всіх двигунів керує бортовий комп'ютер.
Prius легко дізнатися за його обтічною формою. Коефіцієнт аеродинамічного опору становить лише 0,26. Кондиціонер працює безпосередньо від акумулятора незалежно від двигунів.
Кабіна обладнана сенсорним дисплеєм, що показує роботу двигунів, заповненість акумулятора та інші параметри. Дисплей дозволяє керувати аудіосистемою та кондиціонером, але не автомобілем. Передачі (передня, нейтральна, задня, силова передача) перемикаються не коробкою передач, а джойстиком, що знаходиться біля керма, і кнопкою поруч з ним (для стоянки). «Ручне гальмо» зроблено у вигляді педалі під лівою ногою водія. Швидкість відображається зеленим цифровим індикатором. Автомобіль відкривається електронним ключем запалювання; у разі його несправності можна потрапити до салону (але не їхати), використовуючи механічний ключ. Вмикається автомобіль натисканням кнопки Power при натиснутому гальмі.
Приус високоекономічний з кількох причин:
ККД будь-якого бензинового двигуна не є постійною величиною, а залежить від потужності. Завдяки можливості додавати потужність за рахунок електромотора, так і витрачати частину потужності на зарядку акумулятора, а також (на низьких швидкостях) взагалі вимикати бензиновий мотор і їхати тільки за рахунок електрики, вдається оптимізувати роботу двигуна.
Під час зупинок у пробках, перед світлофорами тощо двигун вимикається. В інших автомобілів він працює на неодруженому ходу, витрачаючи бензин. У тривалих пробках система життєзабезпечення (фари, бортовий комп'ютер, аудіосистема, підсилювачі гальм і керма) «з'їдають» заряд батареї і двигун запускається для підзаряду ВВБ, проте це все одно набагато економічніше, ніж «крутити» двигун об'ємом 2 літри Пріуса).
Двигун Аткінсона економічний сам собою. Його малопотужність є терпимим недоліком, оскільки додаткова потужність може забезпечуватись електромотором.
При гальмуванні та пригальмовуванні (наприклад, на крутому спуску) енергія запасається в акумуляторі завдяки рекуперативному гальмування.
Низький аеродинамічний опір знижує витрату палива, особливо на високих швидкостях або при сильному зустрічному вітрі.
Деякі моделі обладнані кнопкою EV, що активує режим електромобіля. У цьому режимі автомобіль може плавно розганятися (до 57 км/год) та гальмувати, і на вільних шосе з малими перепадами висот може показувати високу ефективність. Додатковим плюсом є можливість в'їхати в гараж, що погано провітрюється, і не боятися отруїтися вихлопними газами. Однак у цьому режимі в холодну пору року можливості обігріву салону обмежені – всі сучасні машини обігрівають салон, відбираючи тепло із системи охолодження, яка при непрацюючому двигуні остигає за кілька десятків хвилин.
[ред.] Переваги Висока економічність, як наслідок - економія витрат на бензин і необхідність рідше заїжджати на заправку.
Низький рівень забруднення атмосфери. Частково це наслідок економічності (що менше спалюється палива, тим менше шкідливих викидів), а частково - вимикання двигуна на зупинках, коли в атмосферу потрапляють особливо шкідливі для здоров'я людей гази. У порівнянні з традиційним автомобілем Prius викидає в атмосферу на 85% менше вуглеводнів СnНm, що не згоріли, і оксидів азоту NOx [джерело не вказано 409 днів].
Низький рівень шуму з кількох причин:
Під час зупинок двигун вимикається
Разом із бензиновим двигуном, а іноді й замість нього, працює тихіший електродвигун
Відмінна динаміка:
тяговий електродвигун завжди видає максимальний момент, що крутить.
відсутність КПП як такої (використовується планетарна передача)
Високий рівень безпеки для водія та пасажирів, з кількох причин:
Дві незалежні системи гальмування - рекуперативна та фрикційна
Машина важка (1240 кг)
Високі результати краш-тестів для водія та пасажирів
Електронний ключ запалювання.
[ред.] Недоліки Більш висока ціна, ніж у звичайних автомобілів того ж класу. У багатьох країнах, однак, висока ціна частково компенсується податковими пільгами. Крім того, різницю у цінах частково чи повністю компенсує економія бензину.
Існує думка, що безшумність машини може бути небезпечною для сліпих чи неуважних пішоходів.
Мала кількість фахівців з ремонту та автосервісів, які ремонтують гібридні автомобілі.
При негативних температурах переваги гібридного приводу можуть губитися, оскільки двигун внутрішнього згоряння працює майже завжди, виробляючи енергію для обігріву салону, якщо він увімкнений.
Висока динаміка досяжна лише з малих швидкостях, оскільки за високих швидкостях усе навантаження посідає малопотужний двигун внутрішнього згоряння.
[ред.] Критика Деякі вважають, що в майбутньому виникне проблема утилізації використаних акумуляторів, як вже зараз існує проблема їхнього «брудного» виробництва. Однак Toyota та Honda взяли на себе зобов'язання утилізувати використані акумулятори; більше того, вони не тільки приймають використані акумулятори, але й платять за кожен по 200 доларів.
У Top gear Джеремі Кларксон критикував Prius за те, що вона не така економічна і не екологічна, оскільки постачання та переробка всіх компонентів автомобіля, зокрема акумуляторних батарей залишає занадто великий екологічний слід. На треку BMW M3 та Toyota Prius зробили одночасно 10 кіл зі швидкістю 160 км/год. BMW M3 слідував за Toyota Prius. Економічнішою виявилася BMW з пробігом 19,4 милі на галон бензину, у той час як пробіг Prius склав 17,2 миль на галон бензину.
Тобто, якщо хочете економічну машину, купуйте BMW M3? - Ні… Не міняйте машину, міняйте свій стиль їзди.
Оригінальний текст (англ.) [показати]
If you want an economical car, - buy BMW M3? - No ... Don't зміна автомобіля, зміна вашого driving style.
[ред.] Конструктивні особливості При гальмуванні автоматично заряджається акумулятор (рекуперативне гальмування).
При динамічному розгоні обидва двигуни поєднують зусилля - Hybrid Synergy Drive.
Бортовий комп'ютер (32-бітний процесор) підтримує оптимальний режим роботи бензинового двигуна (Цикл Аткінсона) та оптимальний рівень заряду акумулятора (Panasonic, NiMH, 8 років гарантії).
Старт-стоп бензинового двигуна повністю автоматизований, перемикання режимів "Рух", "Парковка" - за допомогою джойстика на панелі приладів (Drive-by-Wire).
Чи може п'ятимісний легковик завдовжки 4,45 метра (це більше, ніж у седана ВАЗ-2110), мати витрату бензину в місті (навіть не дизпалива) 2,82 літра на 100 кілометрів без шкоди для динамічних характеристик? Так, якщо це Toyota Prius II.
Насамперед потрібно зробити поправку — згадану витрату отримано у випробуванні за японським циклом 10-15, який за своїм характером — суть міського циклу руху — як відомо, найпроблемніший для машин у плані економічності. Як кажуть, вселяє.
Ми вже розповідали, що зовсім недавно, виходячи на ринок гібридних автомобілів, Ford вирішив купити відповідну технологію у Toyota.
Зрозуміло, чому. Легковик Toyota Prius першого покоління, що випускався з 1997 по 2003 роки, знайшов чимало покупців по всьому світу.
Новий же Prius другого покоління, щойно з'явившись, завоював у США відразу чотири престижні нагороди, у тому числі став найкращим автомобілем 2004 року в Північній Америці.
Чудові характеристики йому забезпечує «гібридно-спільний привід» (Hybrid synergy drive) — система, яку можна назвати гібридом у квадраті. Давайте розберемося чому.
Toyota - не єдиний виробник, що серійно випускає гібридні автомобілі (наприклад гібрид є у Honda), а вже експериментальні роботи є майже у всіх великих автокомпаній.
Відомі два основні типи гібридного приводу - послідовний та паралельний.
У першому випадку ДВС ніяк не з'єднаний з колесами - він працює на генератор, що заряджає акумулятори. Тягові електродвигуни залежно від режиму руху отримують струм або від батарей, або від генератора безпосередньо, плюс батареї, як добавка.
У другому варіанті ДВС з'єднаний із колесами через звичайну коробку передач. І до коліс ж (неважливо тим самим або до іншої осі) приєднаний електромотор, що отримує живлення від акумуляторів.
Центральний дисплей наочно показує кругообіг потоків потужності в розгалуженій системі приводу Prius II (фото із сайту toyota.com).
І в тому і іншому випадку тягові електромотори при гальмуванні можуть працювати, як генератори, забезпечуючи повернення енергії, що дає виграш в економічності.
Однак у Prius використано комбінацію обох типів. Ось і виходить, що перед нами гібрид гібрида. Як кажуть японці, у цьому випадку можна досягти дуже високої економічності у поєднанні з високою розгінною динамікою машини.
Прогуляємося ж основними вузлами Hybrid synergy drive.
По-перше, це ДВС. Робочий об'єм 1,5 літра, 4 циліндри, 4 клапани на циліндр з регульованими фазами газорозподілу, ступінь стиснення 13:1, потужність 76 кінських сил.
Потужність, зауважимо, не найбільш рекордна для такого обсягу, та за такого ступеня стиснення.
Зате цей двигун дуже економічний вже сам по собі (без урахування допомоги електромотора).
Крім того, він відповідає найжорстокішим американським, ще навіть не введеним, нормам токсичності Super Ultra Low Emission Vehicle і Advanced Technology Partial Zero Emission Vehicles, тобто ультра ультра низький рівень вихлопу і стандарт, так званий, частково нульовий.
Начинка гібридного автомобіля від Toyota (ілюстрація з веб-сайту toyota.co.jp).
Є й окремий генератор, плюс батареї - нікель-металогідридні.
З їхніх характеристик привертає увагу висока вихідна пікова потужність 28 кінських сил (спеціально наводимо параметри електрики не в кіловатах, щоб зручніше було порівнювати з ДВЗ).
Зауважимо, класичні акумулятори на звичайних авто при величезному піковому струмі щосили «напружуються», щоб крутити стартер потужністю в одну-дві «конячки».
Звичайно, є електронна система перерозподілу навантаження між усіма цими елементами у всіх режимах руху.
Можливий круїз лише на одному ДВЗ, одному електродвигуні або спільне їх використання.
При цьому навіть у разі рівномірного руху частина потужності ДВС йде на генератор, систему управління і далі на тяговий електромотор.
Здавалося б, це зайві втрати на перетворенні, проте так інженери домагаються оптимального режиму роботи ДВЗ (обіг/навантаження), що позначається на питомій витраті палива.
Схема зв'язків у «гібридно-гібридній» системі (ілюстрація із сайту toyota.co.jp).
А ще: великий момент, що крутить, електромотора, який він готовий видати на будь-яких оборотах - запорука зручного і гнучкого управління колосальною тягою на провідних колесах.
А зарядка акумуляторних батарей йде відразу з двох сторін - від ДВС і від коліс (при гальмуванні).
Тут слід згадати максимальну напругу в цій «інтелектуальній» тяговій електромережі – цілих 500 Вольт.
Воно передбачає порівняно низькі, для таких потужностей струми, а отже — нижчі втрати на омічний нагрівання проводів порівняно з системами, що раніше застосовувалися (скажімо, у першого Prius було «всього лише» 274 Вольта).
Родзинка машини - дільник потужності. Це планетарна трансмісія, центральне (сонячне) колесо якої з'єднане з генератором, планетарне (водило) - з ДВС, а зовнішнє кільце - з електромотором і колесами машини.
Ця система плавно перерозподіляє потоки потужності між вузлами в різних напрямках.
Зокрема, можливий старт машини на одному електродвигуні з наступним запуском ДВЗ у русі.
Результат роботи такої складної системи каже сам за себе.
Послідовний та паралельний гібридні приводи (ілюстрації із сайту toyota.co.jp).
Загальний ККД Prius II (так би мовити, розрахований повним шляхом енергії від бака до коліс) — 37%, проти 16% у бензинового аналога (при роботі в «японському» стандартному міському циклі).
Важко знайти ще один бензиновий автомобіль, який має таку економічність при таких розмірах, та ще із запасом пікової потужності в 104 кінські сили (ДВС плюс батареї).
