Гибридный автомобиль
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Гибри́дный автомоби́ль — высокоэкономичный автомобиль, движимой системой «электродвигатель — двигатель внутреннего сгорания» (далее двигатель), питаемой как горючим, так и зарядом электрического аккумулятора. Главное преимущество гибридного автомобиля — снижение расхода топлива и вредных выхлопов. Это достигается полным автоматическим управлением режима работы системы двигателей с помощью бортового компьютера, начиная от своевременного отключения двигателя во время остановки в транспортном потоке, с возможностью продолжения движения без его запуска, исключительно на энергии аккумуляторной батареи, и заканчивая более сложным механизмом рекуперации — использования электродвигателя как генератора электрического тока для пополнения заряда аккумуляторов.
Содержание |
[править] Общий принцип
Первоначально идея организации принципа «электрической коробки передач», то есть замены механической коробки передач на электрические провода, была воплощена в железнодорожном транспорте и большегрузных карьерных самосвалах. Причина применения такой схемы обусловлена огромными сложностями механической передачи управляемого крутящего момента на колеса мощного транспортного средства. Суть принципа заключается в том, что двигатель, работающий на обычном топливе, приводит в движение электрогенератор, и через систему управления нужное количество электроэнергии передаётся на электродвигатели, приводя в движение транспортное средство. Это похоже на электростанцию на электромобиле, вырабатывающую энергию для собственного движения. Суть схемы работы гибридного автомобиля аналогична, но значительно модифицирована, в первую очередь добавлением аккумуляторной батареи, только в отличие от электромобиля менее ёмкой, а следовательно, более лёгкой.
[править] Причины начала разработок
Главной причиной начала производства легковых гибридов был рыночный спрос на подобные автомобили, вызванный высокими ценами на нефть и постоянным повышением требований к экологичности автомобилей. При этом совершенствование технологий и налоговые льготы производителям гибридов, делает эти автомобили, в некоторых случаях, даже дешевле обычных. В некоторых странах владельцы гибридов освобождаются от уплаты дорожного налога и не платят за муниципальные парковки. Применение электромобилей, несмотря на многие преимущества, и даже налаженный их выпуск, имеет ряд недостатков:
- необходимость длительной зарядки аккумуляторов;
- большая масса аккумуляторов;
- недостаточная дальность пробега;
- недоступность заправочных станций.
Нужно было искать компромиссы и устранять недостатки. И таким компромиссом стала разработка гибридомобиля.
[править] Преимущества
[править] Экономная эксплуатация
Главным преимуществом является экономная эксплуатация. Чтобы достичь её, необходимо было искать баланс, то есть уравновесить все технические показатели машины, но при этом сохранить все полезные параметры обычного автомобиля: его мощность, скорость, способность к быстрому разгону, и множество других, весьма важных характеристик, заложенных в современных автомобилях. Мало того, способность накапливать энергию, в том числе и не терять понапрасну кинетическую энергию движения во время торможения, а заряжать аккумуляторные батареи, помимо основных явных преимуществ, привнесло автолюбителям некоторые побочные «мелкие радости», например, меньший износ тормозных колодок.
Как была достигнута экономия:
- снижением объема и мощности двигателя;
- работа двигателя в оптимальном и равномерном режиме, в гораздо меньшей зависимости от условий езды;
- полная остановка работы двигателя, когда это необходимо;
- возможность движения только на электродвигателях;
- рекуперативное торможение с зарядкой аккумулятора.
Вся эта система до такой степени сложна, что стала возможна в полной мере только в современных условиях, с применением достаточно непростых алгоритмов работы бортового компьютера. Даже правильное и эффективное (с точки зрения безопасности) торможение управляется бортовым компьютером.
[править] Экологическая чистота
Снижение расхода углеродного топлива, немедленно сказалось на экологической чистоте. Полная остановка работы двигателей в местах скопления автомобилей на дорогах городов, и прежде всего в пробках, имеет самую первостепенную роль. Применение же аккумуляторных батарей, гораздо меньшей емкости, чем в электромобилях, снизила проблему утилизации использованных аккумуляторов. Развитие гибридной технологии в общественном транспорте, и для грузовых автомобилей, ещё больше улучшит экологическую обстановку городов.
[править] Хорошие ходовые характеристики
Теперь нет необходимости устанавливать двигатель из расчёта пиковых нагрузок эксплуатации. В момент, когда необходимо резкое усиление тяговой нагрузки, в работу включаются одновременно как электро-, так и обычный двигатель (а в некоторых моделях и дополнительный электродвигатель). Это позволяет сэкономить на установке менее мощного двигателя внутреннего сгорания, работающего основное время в наиболее благоприятном для себя режиме. Такое равномерное перераспределение и накопление мощности, с последующим быстрым использованием, позволяет использовать гибридные установки в автомобилях спортивного класса и внедорожниках. Несмотря на то, что электродвигатели обладают достаточно сильным крутящим моментом в пересчёте на массу и габариты двигателя, по сравнению с другими двигателями, разработчики всё же в ряде моделей устанавливают не слишком мощные электродвигатели, уменьшая их габариты. При этом, в целях суммирования мощностей, применяются комбинированные схемы передачи крутящего момента, с прямой передачей механического крутящего момента, непосредственно от двигателя. Такая схема называется «гибридно-совместный привод».
[править] Увеличение дальности пробега
Время — это самый ценный ресурс для человека. Исключение половины заездов на заправочные станции, и даже большего количества таких заездов, при езде по городу, высвобождает у автовладельца некоторое количество времени для других больших и важных дел.
[править] Сохранение и повторное использование энергии
Устранён главный недостаток двигателя на углеродном топливе — невозможность возврата энергии обратно в углеродное топливо. Инженеры по транспорту давно пытались сохранить энергию движения при торможении, чтобы её повторно использовать. Например, применялись специальные конструкции с большим маховиком. Но только электрическую энергию удаётся сохранить с самыми минимальными потерями и максимально дёшево. В качестве накопителя применяются как аккумуляторы, так и специальные конденсаторы.
[править] Обычная заправка топливом
У электромобилей пока есть один большой недостаток — необходимость зарядки аккумулятора. Процесс долгий, и требует некоторого специально оборудованного пункта зарядки. Таким образом он становится непригодным для длительных и дальних поездок. Но уже разработаны технологии, позволяющие заряжать литий-ионные аккумуляторы с электродами из наноматериалов до 80% ёмкости за 5-15 минут.
У гибридного автомобиля этот недостаток устранён. Заправка осуществляется по привычной схеме, обычным углеродным топливом, тогда, когда это необходимо, и дальнейшее движение можно немедленно продолжить.
В городском цикле эксплуатации гибридный автомобиль 80% времени работает в режиме электромобиля. В феврале 2006 года автолюбители из США смогли взломать электронную систему управления Toyota Prius, и научились принудительно переключать автомобиль в режим электромобиля. Французская компания PSA Peugeot Citroen к 2010 году начнет серийное производство гибридных версий Peugeot 307 и Citroen C4. В автомобилях предусмотрен режим электромобиля на скоростях менее 50 км/ч. Водитель может по желанию включать режим электромобиля.
[править] Недостатки
[править] Высокая сложность
Гибридные автомобили сложнее и дороже традиционных автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Аккумуляторные батареи имеют небольшой диапазон рабочих температур, подвержены саморазряду. Кроме того, они дороже в ремонте. Опыт США говорит, что автомеханики берутся за ремонт гибридных автомобилей с большой неохотой. США пытаются решить проблему дороговизны налоговыми льготами.
Далеко не все крупные автопроизводители смогли создать собственную гибридную систему. Компания Porsche отказалась от попыток самостоятельного производства гибридного автомобиля. Компания Mitsubishi изначально не пыталась создать гибридный автомобиль, а сконцентрировала все свои усилия на разработке электромобилей. Наиболее удачная на сегодня серийная разработка — Hybrid Synergy Drive (произносится [ха́йбрид си́неджи драйв]) компании Toyota.
[править] Утилизация аккумуляторов
Хоть и в меньшей степени, чем электромобили, гибридные автомобили подвержены проблеме утилизации аккумуляторов. Влияние выбрасываемых аккумуляторов на окружающую среду, по-видимому, никто не исследовал.
[править] Стоимость автомобиля, внешний вид и обустройство салона
Гибридный автомобиль ничем внешне не отличается от своих «бензиновых» собратьев. Выпускаются различные виды, начиная от обычных городских автомобилей и заканчивая джипами-внедорожниками и спортивными моделями. А своеобразная начинка только добавляет особую гордость владельцу. При этом цена остаётся практически на том же уровне. Дисплей, отображающий работу системы и направление потоков энергии, некоторые владельцы уже окрестили термином «тамагочи для больших мальчиков». Но всё же производители не рекомендуют джипы-внедорожники использовать в сложных геоклиматических условиях.
[править] Современное применение
Toyota лидирует по количеству гибридов и активно выпускает эти автомобили с 1997 года, причём в модификациях как обычных автомобилей серии Prius, джипов-внедорожников серии Lexus RX 400h, так и автомобилей люкс-класса — Lexus GS 450h.
По итогам 2006 года во всём мире было продано более полу-миллиона только модели Prius. Технологию гибридного привода Toyota HSD лицензировали Ford (Escape Hybrid), Nissan (Altima Hybrid). Массовое производство гибридных автомобилей сдерживается дефицитом никель-металл-гидридных аккумуляторов.
[править] Гибридные автобусы
Автобусы с гибридными (дизель/электричество) силовыми установками разрабатывают и производят:
- New Flyer - Канада. Выпускает гибридные автобусы с 1997 г.
- DaimlerChrysler - автобус Orion VII. Гибридная схема разработана совместно с компанией BAE Systems;
- General Motors - Гибридная схема GM/Allison разработана совместно с DaimlerChrysler и BMW;
- Optima Bus Corporation (США) - Гибридная схема разработана совместно ISE-Siemens;
- Enova (США);
- First Automotive Works (FAW) (Китай) - Гибридная схема Enova;
- Solaris Bus & Coach Company (Польша) - Гибридная схема GM/Allison;
- APTS (Дания)- Гибридная схема GM/Allison;
- Optare Group (Великобритания)- Гибридная схема GM/Allison;
- Nova Bus (Канада) - Гибридная схема GM/Allison.
Наибольшее распространение гибридные автобусы получили в Северной Америке. General Motors с 2004 года поставил более чем в 30 городов США и Канады более 400 гибридных автобусов. До конца 2006 года General Motors планирует продать более 660 гибридных автобусов. Первые шесть гибридных автобусов в Лондоне начали эксплуатироваться в начале 2006 г. First Automotive Works начала производство гибридных автобусов осенью 2005 г.
Японские компании Toyota и Hino разрабатывают гибридную схему для автобусов, состоящую из водородных топливных элементов и аккумуляторов.
[править] Гибридные грузовики
Гибридные схемы для грузовиков разрабатывают компании:
- Azure Dynamics (США)
- Nissan совместно с ZF Friedrichshafen AG (Германия)
- Alcoa совместно с Altair Nanotechnologies (США) разрабатывают аккумуляторы для гибридных грузовиков
- Odyne Corporation (США)
- Peterbilt (США) совместно с Eaton
- Оshkosh Truck Corp
[править] Перспективы
Toyota объявила о намерении к 2007 году увеличить объём выпуска гибридных автомобилей (автомобилей, оснащённых одновременно двигателем внутреннего сгорания и электромотором) до 300 тысяч в год, а к 2012 году вообще перейти исключительно на выпуск гибридов.
First Auto Work планирует произвести 1000 гибридных автобусов к 2010 году для Олимпиады 2008 в Пекине и World Expo 2010 в Шанхае.
Лондон после 2012 года будет закупать только гибридные автобусы. Будет вводиться в эксплуатацию по 500 гибридных автобусов ежегодно.
[править] Производители и доступные модели
- Ford:
- Honda:
- Honda Insight (International Engine of the Year 2000)
- Honda Civic Hybrid
- Honda Accord Hybrid
- General Motors:
- Chevrolet Silverado/GMC Sierra Hybrid (debatable, see Mild hybrid)
- New Flyer hybrid buses using Allisons electric drive system
- Opel Astra Diesel Hybrid.
- Mazda:
- Mazda Demio (Japan-only, debatable, see Assist hybrid)
- Renault:
- Renault Kangoo (France)
- Toyota and Lexus:
- Prius (Motor Trend Car of the Year 2004, International Engine of the Year 2004, European Car of the Year 2005)
- Lexus RX 400h
- Toyota Highlander
- Lexus GS 450h
- Toyota Camry Hybrid
- Toyota Estima (Japan-only)
- Nissan
- Altima Hybrid - гибридная схема Toyota
- Motorized bicycle
- Moped
- Power-assisted bicycle
- Electric bicycle
[править] См. также
Гибридный синергетический привод
Гибридные автомобили, готовящиеся к производству
