Гибридные автомобили

Необходимость экономии топлива выявилась после топливного кризиса 70-х годов. Резкое подорожание углеродного топлива привело к тому, что в разработках перспективных автомобилей возникла тенденция полностью отказаться от использования сгораемого топлива. Вместо этого предлагалось использовать энергию, вырабатываемую атомными или солнечными электростанциями — проще говоря, было предложено ездить на электромобилях. Идея подкупала своей внешней простотой, ведь электромобилю не нужен системы питания и охлаждения в том виде, в котором они были представлены на обычном автомобиле, не нужны бензобак и коробка передач. Кроме того, вмешался политический фактор: никому не хотелось зависеть от стран, получивших такой рычаг давления на экономики стран-импортёров нефти.

Однако из начинания поначалу ничего не вышло. Технология не позволяло сделать сразу электромобиль будущего, как его видели фантасты. Поэтому основным двигателем транспорта остался обычный ДВС, неважно, бензиновый или дизельный. Развитие технологий, так или иначе связанных с автотранспортом, принесло свои плоды только в 1990 году — на свет появился первый серийный электромобиль EV-1 от компании General Motors. Как нарочно, именно в 1990 году Калифорнийский совет по воздушным ресурсам (сокращённо CARB) объявил, что вводится в действие программа LEV (Low Emission Vehicle). К 1998 году 2% автомобилей, которые будут проданы в Калифорнии, должны иметь абсолютно чистый выхлоп, а к 2003 году их доля должна была возрасти до 10%.

EV-1 представлял собой абсолютный электромобиль, То есть владелец не платил бы ни цента за бензин, газ или водород. Только за электричество. На разработку потрачено было около миллиарда долларов, что показывает небывалую сложность промышленного производства «экологически чистого» автотранспорта. Специально для электромобилей по территории США начали строиться станции подзарядки, некоторые — на солнечных батареях.

EV-1 — это  двухдверное купе с максимально обтекаемым кузовом. Для достижения параметра С_х = 0,19 было сглажено днище! Машина хоть и экологически чистая, но и удобная в использовании. У неё есть багажник объёмом 278 литров, электропакет, кондиционер, АБС, противобуксовочная система и круиз-контроль. Кроме того, машина получила вместо ключей доступа и зажигания кодовые панели.

Под отформованными из полиуретана панелями трёх доступных цветов находится алюминиевая сварная конструкция весом 132 килограмма. Но главное — под уютным салоном скрыты от внешних глаз 26 обычных 12-вольтовых батарей. Их применение вместо гораздо более ёмких металл-гидридных аккумуляторов обусловлено желанием удержать цену машины в пределах 35 тысяч долларов. Их масса составляет примерно 530 килограммов — треть от всей массы машины. Для безопасности EV-1 оснащён системой, улавливающей водород и превращающей его в воду, которая доливается обратно в банки. Энергия из батарей подаётся на 102-сильный электромотор, приводящий в движение передние колёса. В результате машина весом 1350 килограммов разгоняется до 100 километров в час за 9 секунд, а максималка составит всего 129 км/ч — из-за ограничителя.

Основной идеей привода автомобиля стало использование режима рекуперации. При торможении электродвигатель переключается в режим генератора, и подзаряжает батареи. В результате пробег на одной зарядке аккумуляторов составляет от 120 до 180 километров в час.

Увы, для американца 35 тысяч $ — это не «нафаршированный» Гольф или базовый БМВ 120. В Америке другие стандарты. Там за эти деньги можно купить большой внедорожник типа Шевроле Тахо, а добавив пару тысяч — и Шевроле Корвет. В результате было продано около 500 машин, которые испытывали проблемы с перегревом аккумуляторов. В 2000 году GM вернул себе электрокары EV-1, отправив их на свалку.

Упавшее знамя борьбы за чистоту воздуха подхватили японцы. В 1997 году ими был представлен гибридный автомобиль Prius. Гибридный автомобиль — автомобиль, оснащённый системой из бензинового и электрического двигателей, которые работают в режимах движения, наиболее выгодных для каждого. Согласовать их работу позволяет управляющий компьютер. Это позволило решить сразу массу проблем: в 10 раз упали выбросы вредных веществ в атмосферу, снизилась масса аккумуляторов на борту, стало возможным отказаться от коробки передач и от постройки станций подзарядки — Prius по-прежнему использует бензозаправки.

Преимущества и недостатки гибридного автомобиля

1. Преимущества

• Экономная эксплуатация.

Самым главным условием является экономичность при эксплуатации. При разработке автомобиля необходимо учесть требования баланса между двигателями, а также потребительскими требованиями владельцев к гибриду. Мало достичь топливной экономичности, надо чтобы не пострадали показатели комфорта, безопасности и скоростные показатели. Появились приятные особенности накапливания энергии на торможении — меньше изнашиваются колодки тормозов.

Принципы экономии:

•  снижение рабочего объёма двигателя;
•  работа двигателя в оптимальном режиме, вне зависимости от условий движения;
•  возможность отключить бензиновый мотор при необходимости;
•  возможность движения только на электромоторе;
•  рекуперативное торможение с зарядкой аккумуляторной батареи.

В результате появилась на свет сложная «синергетическая» установка, которая эффективно может управляться только компьютером. Даже в процесс торможения компьютер обязательно вмешивается.
 

• Экологичность.

Резко упал расход главного загрязнителя городской среды — бензина. В пробке гибрид имеет возможность передвигаться вообще только на электротяге. Если гибридные технологии удастся внедрить на грузовом и пассажирском транспорте, это даст большим городам шанс на улучшение экологической обстановки.

• Сохранение динамичности.

В результате установки двух (и более) двигателей нет необходимости устанавливать на автомобиль слишком мощный мотор. В случае резкого разгона в работу вступают сразу оба двигателя, которые равны или превышают по мощности моторы, устанавливаемые на чисто бензиновых модификациях.

• Увеличенный пробег между дозаправками.

Гибридный привод позволяет экономить время своему владельцу. При разработке автомобиля с гибридным двигателем обычно ёмкость бензобака сохраняют на уровне обычного автомобиля, что даёт преимущество в пробеге между дозаправками.

• Обычное топливо.

У электромобилей существует неустранимый недостаток — необходимость зарядки аккумулятора. Процесс это долгий, и требует специально оборудованного пункта зарядки. У гибридного автомобиля этого недостатка нет. Заправка подойдёт любая, та, к которой вы привыкли. Времени на дозаправке потеряно мало, и двигаться можно сразу же после заправки.

Недостатки

• Высокая сложность системы привода.

Гибридные автомобили гораздо сложнее обычного автомобиля. Аккумулятор при нынешних технологиях работает эффективно только в небольшом диапазоне температур, а также обладает возможностью саморазряда. Сложный и дорогой автомобиль требует дорогого ремонта, за который отвечают специально обученные механики.

• Утилизация аккумулятора.

Помимо проблем, общих с автомашинами, на которых стоит только ДВС, гибрид получил в наследство от электромобиля некоторые специфические проблемы. Одной из них является утилизация аккумуляторных батарей.  

Как влияет «гибридность» автомобиля на его потребительские характеристики

Гибрид на базе обычного автомобиля ничем внешне от него не отличается. Выпускаются различные виды гибридных автомобилей, начиная от обычных городских, и заканчивая внедорожниками. А своеобразная начинка только добавляет особую гордость владельцу. Но всё же производители не рекомендуют внедорожники использовать в сложных климатических условиях.

Такие автомобили выпускают уже многие автопроизводители, но серийно — только Toyota и Honda. Тойотовцы продолжают развивать своё направление, в котором бензиновый и электрический двигатели равноценны. Помимо возросшей безопасности, это даёт для Тойоты опыт, который пригодится ей в будущем. Машины от Хонды отличаются заметно меньшей ролью электрического движителя, кроме того, их схема проще. Но стоят-то на рынке США Toyota Prius II и Honda Civic Hybrid одинаково! И это легко объяснимо... если предположить, что существует демпинг со стороны Тойоты. Honda создаёт экономически рентабельные проекты, могущие окупить вложенные в них деньги. А Тойота настолько богата, что может позволить себе потратить миллиарды на неокупаемые (пока) проекты гибридных автомобилей.

А почему в Америке? К сожалению, в США не популярны дизельные автомобили, которые в массовом порядке раскупаются в Европе. И тем более, сверхэкономичные машинки из Страны Восходящего солнца, оснащённые крохотными 600-кубовыми движками. Соответственно, гибридные автомобили плохо продаются в указанных регионах.

Почему же они популярны в России? Наших покупателей привлекает богатое оснащение машины. Обычно ввезённые в страну гибридные автомобили имеют кондиционер или климат-контроль, большой дисплей, на котором отображаются режимы работы трансмиссии, и которого нет на чисто бензиновых версиях

Перспективы

Вообще, если подходить к проблеме строго, то долгосрочных перспектив у гибридных автомобилей нет. Ведь применение гибридного привода позволяет лишь снизить расход углеводородного топлива. Таким образом, применение «гибридов» лишь оттягивает неизбежный выход на сцену машин с топливными элементами, являющихся по сути электромобилями.

В среднесрочной же перспективе гибридные автомобили могут быть альтернативой автомобилям на топливных элементах. Их развитие находится пока на первой стадии, и гибридные модели сейчас составляют для них наибольшую конкуренцию.