Гибридные автомобили

Очевидным способом преодолеть ограниченный запас хода аккумуляторных электромобилей является использование небольшого ДВС и электрического генератора для подзарядки аккумуляторных батарей во время движения. Рабочий объем ДВС может быть выбран из необходимости получения средней мощности, требующейся автомобилю, а не максимальной, нужной для ускорения. При этом ДВС большую часть времени может работать в режиме наилучшей экономичности и токсичности отработавших газов (или даже на время выключаться). Для обеспечения необходимой эффективности разгона может одновременно использоваться энергия от аккумуляторных батарей и ДВС.

Автомобиль выполнен по схеме параллельного «гибрида»:
1 — ДВС;
2 — электродвигатель № 1;
3 — сцепление;
4 — электродвигатель № 2;
5 — автоматическая коробка передач

В действительности гибридные автомобили могут быть разделены на два класса: последовательный гибрид, в котором вся энергия переводится в электричество, и параллельный гибрид, в котором ДВС соединяется с ведущими колесами механически через трансмиссию, а поток электроэнергии передается параллельно. Последовательный тип дает конструктору автомобиля наибольший выбор компоновки, потому что все соединения (за исключением привода от тягового двигателя к ведущим колесам) — электрические, каждый узел может быть размещен в любом месте автомобиля и с наибольшим удобством.

Гибридный автомобиль:
1 — синхронный электродвигатель с постоянными магнитами;
2 — преобразователь;
3 — ионно-литиевый аккумулятор;
4 — вариатор CVT;
5 — электродвигатель;
6 — сцепление;
7 — двигатель

С другой стороны, при параллельном типе может использоваться более легкий и малогабаритный электродвигатель. В последовательном гибриде электродвигатель должен развивать полную движущую силу, в то время как в параллельном гибриде он нужен для обеспечения только 30 % этой силы. Гибридный автомобиль включает в себя двигатель внутреннего сгорания и электропривод для оптимального использования энергии. Механическая энергия торможения преобразуется в электрическую и накапливается в аккумуляторной батарее. ДВС работает при наиболее эффективных скоростях и нагрузках. Фирма Nissan продемонстрировала этот гибридный привод в 1999 г.

Шасси гибридного автомобиля Toyota HV-M4

В течение долгого времени отношение к гибридному автомобилю определялось стоимостью применения вместо одной — двух силовых установок: ДВС и электродвигателя, а это означало, что такой автомобиль всегда будет дороже, чем его конкуренты. Совсем недавно проведенный детальный анализ показал, что гибридный автомобиль может быть конкурентоспособным, когда более высокая стоимость компенсируется лучшей экономичностью и низкими вредными выбросами, которые являются результатом действия системы управления энергией, заключающейся в ее гибкости и способности запасать, регенерировать и сохранять энергию, которая теряется в обычных ДВС. Эти новые подходы привели к созданию фирмами Toyota и Honda гибридных автомобилей моделей Toyota Prius и Insight. Шасси гибридного автомобиля Toyota HV-M4 включает в себя адаптированный бензиновый силовой агрегат объемом 2,4 л, который расположен поперечно спереди. Наиболее очевидными новшествами являются: смонтированный сзади электродвигатель (с приводом на задние колеса) и батарея аккумуляторов, установленная выше. По утверждению фирмы Toyota, в 2003 г. автомобили Toyota Prius начали приносить прибыль фирме от их продажи.
Гибридный автомобиль Honda Insight представляет собой легковой автомобиль с двухместным кузовом купе и с гибридной силовой установкой. Силовой узел интегрирован так же, как и на автомобиле Toyota Prius, с использованием концепции Honda (IMA). Используется трехцилиндровый, 12-клапанный, однолитровый двигатель с электродвигателем-генератором, который расположен между двигателем и пятиступенчатой механической коробкой передач. Двигатель автомобиля Insight имеет мощность 68 л. с. и максимальный крутящий момент 91 Н•м при 4 800 мин^-1. При полном использовании электродвигателя мощность в среднем поднимается до 76 л. с., а максимальный крутящий момент увеличивается до 113 Н•м всего при 1 500 мин^-1, что показывает преимущество электродвигателя, который развивает максимальные крутящие моменты при низких оборотах. Эти цифры указывают также на то, что автомобиль Insight является гибридом в меньшей степени, чем Toyota Prius — ДВС и электродвигатель сбалансированы в большей степени. Гибридный автомобиль Insight отличается от тех гибридных автомобилей, которые демонстрировались в конце 90-х гг. компаниями Citroёn и FIAT, и каждый из которых был в большей степени электромобилем с небольшим ДВС и генераторами, которые заменили аккумуляторы. При разряженных аккумуляторах и двигателе, работающем в маломощном режиме, эти автомобили могли двигаться со скоростью не более 50 км/ч. В таких случаях ДВС использовался только как автономный источник электричества, увеличивая возможное расстояние от зарядной станции. В настоящее время многие автомобильные компании имеют свои опытные варианты гибридных автомобилей.


Более подробно о типах гибридных трансмиссий - в главе Гибридная трансмиссия