Типы гибридов и нюансы гибридомании. Аналитический обзор Сергея Мишина

Сегодня за гибридные авто российский покупатель голосует рублем все чаще и чаще. Иногда не до конца понимая технические особенности и смысл этих конструкций. А в чем плюсы и минусы подобного прогрессивного пепелаца и действительно ли он, как обещают, экономичен во всех режимах, многим приходится разбираться в процессе эксплуатации, иногда совершая не очень приятные открытия.

Что поделаешь – в бизнесе сейчас рулят маркетологи. Для которых основная задача – продать продукт любым способом.

Маркетинговые сети

Одни покупатели реагируют на не совсем понятное слово гибрид, воспринимая его буквально как волшебное, а такие машины для них – венец технического прогресса с притягательной внешностью и люксовым интерьером.

Другие клюют на умопомрачительные, рекордно низкие цифры расхода бензина – 1–2 литра на сто километров при полностью разряженной батарее (!), не понимая, что они были получены в условиях, далеких от реальной жизни.

• Кайфокар Ora 03 GT. Сергей Мишин делится опытом полугодичного владения этим электромобилем

Третьих прельщает пушечный разгон с несовместимой по традиционным автомобильным меркам тишиной в салоне.

Четвертые покупаются на «обещанный» пробег на «полностью заряженном и заправленном» авто, переваливающий за тысячу километров. Даже не подозревая, что зачастую он определяется емкостью топливного бака.

Моя любознательная внучка, поприсутствовав на АЗС при процедуре заправки автомобиля, открыла для себя многообразие бензинов разных марок в виде октановых чисел. И углубляясь в изучение этой темы, огорошила всю семью вопросом: «А какой бензин дедушка заливает в свою «электричку»?»

Да что пятилетний ребенок… Для некоторых взрослых решающей оказывается фраза-замануха «залил в электромобиль бензин и поехал». Сказано красиво, но с точки зрения инженера, совершенно нелепо.

Вместе с тем, гибриды бывают разные. Как по комплексу потребительских качеств, так и по технической начинке. Так что, прежде чем ими восторгаться и принимать решение о покупке, есть смысл эти самые гибриды изучить и понять, чего от них ждать. И какой из них будет наиболее эффективен в тех условиях, в которых вы эксплуатируете автомобиль с ДВС, что задумали поменять на модный MHEV или PHEV.

• Geely EX5 EM-i – добрый дракончик с темно-зеленым отливом. Тест-драйв Сергея Мишина

Обычный гибрид HEV: скромняга-эконом

HEV (Hybrid Electric Vehicle) – общее название гибридов, но именно так именовали первенцев. Самый экономичный тип гибрида заточен под экономию топлива и минимум вредных выбросов.

Первую скрипку в нем играет ДВС, а электрическая «добавка» помогает экономить топливо. Ее составляющие – один или два электромотора, помогающие бензиновому мотору. А также батарейка скромной емкости, позволяющая проехать на электротяге самую малость – не более километра. Зарядка от внешних источников не предусмотрена, надежда только на рекуперацию при торможении.

Пионер этого племени – гибрид Toyota Prius с хитрой трансмиссией THS, который появился на рынке в декабре 1997 года. Небольшой седан с полуторалитровым двигателем мощностью 58 л.с., работающим по циклу Аткинсона, и электродвигателем-генератором, способным выдать 40 л.с. Никель-металлогидридная АКБ, собранная из отдельных модулей, имела емкость чуть больше полутора (точно 1,73) кВт·ч. На электротяге при полностью заряженной батарее Prius был способен протянуть лишь 500–1000 метров.

Известные современные модели: Honda Civic Hybrid с силовым агрегатом, именуемым «e:HEV»; Kia Niro HEV; Toyota RAV4 Hybrid.

• GAC S7 – «Эс Сэвэн» из Гуанчжоу. Тест-драйв Сергея Мишина

«Мягкий» гибрид MHEV: помощник при разгоне или динамо-машина

MHEV (Mild Hybrid Electric Vehicle), так называемый «мягкий» гибрид, придумали чуть позже. Имеет дополнительную батарею с напряжением 48 вольт, которая стала стандартом для MHEV лишь в 2016 году. До этого вольтаж прыгал во вверх, то вниз.

Как и в истории со скромнягой-экономом, ведущий здесь – двигатель внутреннего сгорания, а электрическая составляющая «подкручивает» его, причем лишь в определенных режимах. То есть мягко прибавляет ему силушки «на низах», зачастую пытаясь компенсировать турбояму. И заодно позволяет ДВС экономить топливо в разгонных режимах.

Электродвигатель (стартер-генератор), используя питание от батареи совсем небольшой емкости, помогает ДВС в фазе старта и при резком нажатии на акселератор на малых скоростях. А во время снижения скорости превращается в генератор и заряжает АКБ. Возможность двигаться в режиме электромобиля не предусмотрена. Как и в предыдущем гибриде, зарядить батарею от внешних источников невозможно.

Первооткрыватель данного клана гибридов – Honda Insight снаряженной массой 840 кг, которая появилась в 1999 году. Имела трехцилиндровый бензиновый двигатель рабочим объемом 1 литр мощностью 70 л.с.

Электродвигатель, способный отдавать 13 л.с., встроенный в ДВС, выполнял функции и генератора, и стартера. А 144-вольтовая никель-металлогидридная АКБ емкостью около 1 кВт·ч не давала никаких шансов на «электрические» километры. Весь «пар» уходил на помощь двигателю при разгоне.

Известные примеры сегодняшних дней: Audi Q7 MHEV; BMW 7 MHEV; Geely Atlas Pro; Tank 500 / 700 в исполнении MHEV; Range Rover Evoque MHEV.

• «Мягкий» гибрид на кроссовере Geely Atlas Pro. Разбираемся, как это работает

Параллельный гибрид: объединение сил и разделение труда

Эта группа гибридов, уже из 21 века, объединяет Parallel Hybrid (параллельный гибрид) и Series-Parallel / Full Hybrid (параллельно-последовательный / полный гибрид).

Такой гибрид могут именовать PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle) или PHV, поскольку он позволяет заряжать тяговую батарею от внешних источников. Хотя эта аббревиатура из классификации автомобилей по источникам энергии, а не по архитектуре привода. Выражение Plug-in вместо «подключения вилки к розетке» для заряда часто некорректно переводят как «подключаемый ДВС».

На деле параллельный гибрид – самый динамичный из всех остальных. Бензиновый двигатель подключается к колесам во время разгона, что помогает сделать его более интенсивным. А подключение ДВС на высокой скорости позволяет такой машине двигаться более резво и уверенно, чем другие гибриды. 

Параллельный гибрид – единственный тандем ДВС и электричества, где они работают почти на равных, поделив роли примерно пополам. Электричество берет на себя низы, но и «бензинка» в случае динамичного разгона не спит, а пытается ему помочь. На средней скорости львиную долю нагрузки принимает ДВС, а помогает ему электромотор. А при быстрой езде бензиновая и электрическая составляющие работают параллельно, выкладываясь «на все деньги».

В 2008 году первый серийный параллельный гибрид под названием F3DM (Dual Mode – Двойной режим) начала производить частная китайская компания BYD. Это модель имела на передней оси электродвигатель мощностью 68 л.с. Питала его литий-железо-фосфатная батарея емкостью 16 кВт·ч. Запас хода на электричестве составлял 60–100 км. АКБ можно было заряжать от бытовой сети.

Однако в моторном отсеке был расположен трехцилиндровый литровый бензиновый двигатель точно такой же мощности – 68 л.с. Он не только заряжал АКБ и питал тяговый электромотор, но имел возможность передавать крутящий момент на колеса.

Впрочем, прототип параллельного гибрида создала компания Audi на 30 лет раньше, в 1989 году. Серийный универсал Audi 100 Avant она превратила в гибрид Audo 100 Duo, дополнив пятицилиндровый бензиновый двигатель объемом 2,3 литра мощностью 136 л.с., приводящий в движение передние колеса, трехфазным электромотором Siemens мощностью 12,6 л.с. (питался от блока никель-кадмиевых батарей емкостью 8,4 кВт·ч), вращающим задние. Запас ход на электричестве – 40-90 км. Батарею было необходимо заряжать от сети 220 вольт.

Для городских условий водителю рекомендовалось включать электромотор, а за его пределами переключать машину на бензиновую тягу. Но поскольку ДВС подключался к передним колесам, а ЭД к задним, то их было допустимо использовать одновременно, то есть параллельно – и машина становилась полноприводной. При этом жесткой механической связи между передними и задними колесами предусмотрено не было.

Известные марки параллельных и последовательно-параллельных гибридов сегодняшних дней: BYD DM-i (передний привод) / DM-p (полный привод); Chery Tiggo 8 Pro Plug-in Hybrid; Geely EX5 EM-i; Fangchengbao Leopard 5 / 7 / 8; Lynk & Co – все модели PHEV; Tank 500 / 700 в исполнении PHEV (Hi4-T); Wey 05 / 07 / 80.

• В Казахстане начались продажи Chery Tiggo 7 PHEV и Tiggo 8 PHEV местной сборки. Сколько они стоят

Эти гибриды в основной своей массе имеют полуторалитровые бензиновые двигатели, но двухлитровые тоже встречаются. Пиковая мощность электромотора (ов) начинается от 200 сил и иногда превышает 500 л.с. Тяговые батареи имеют емкость от 20 до 45 кВт·ч. На чистом электричестве могут протянуть 80–200 км по циклам CLTC или NEDC. Все способны заряжать тяговые АКБ от внешних источников.

Последовательный гибрид: чуть ли не электромобиль

Этот, появившийся на рынке позже всех, класс гибридов, из-за отсутствия возможности ДВС отдавать мощность колесам заслуженно именуют REEV / EREV (Range Extended Electric Vehicle), то есть «электромобиль с увеличенным запасом хода». Ведь его бензиновый двигатель крутит лишь генератор, который питает электромоторы и подзаряжает тяговую батарею. То есть по архитектуре привода это последовательный гибрид.

Вместе с тем из-за способности заряжать АКБ от розетки такой тип гибрида иногда представляют как PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle), что подталкивает некоторых к ошибочному пониманию. Даже всезнающий ИИ иногда путается, гуляя по просторам интернета – дескать, раз «подключаемый», значит ДВС может иметь связь с колесами. А потому может называть такой гибрид «параллельным» или «последовательно-параллельным», что не соответствует концепции «последовательного» привода.

• GWM не будет производить последовательные гибриды. Гендиректор объяснил это решение

В REEV однозначно солирует электрическая часть, а ДВС выступает в роли подмастерья, сжигая бензин, который с помощью генератора превращается в электричество.

В далеком 1900 году на Всемирной выставке в Париже был представлен дебютный прототип последовательного гибрида – Lohner-Porsche Semper Vivus / Mixte-Wagen. Он имел два бензиновых одноцилиндровых мотора De Dion-Bouton мощностью по 2,5 л.с. каждый. Те вращали генераторы, питающие передние мотор-колеса (еще одно изобретение!) и подзаряжающие свинцово-кислотную батарею емкостью 270 А·ч. Разработчики – Людвиг Лонер и Фердинанд Порше.

60 лет спустя, в 1963 году, Белорусский автозавод создал первый образец карьерного самосвала БелАЗ-549 с рекордной для того времени грузоподъемностью, 75 тонн. С дизель-генератором и электрической трансмиссией. Дизель выдавал 850–1050 л.с., вращая тяговый генератор номинальной мощностью 600 кВт. В движение самосвал приводили два электромотора, прячущиеся в ступицах задних колес, по 230 кВт каждый. В 1974 году начался серийный выпуск этого Геракла. Практически последовательный гибрид, только без батарейки.

А в 2010 году в продаже появился первый серийный последовательный легковой гибрид Chevrolet Volt, он же Opel / Vauxhall Ampera, он же Holden Volt. Вооружен бензиновым двигателем объемом 1,4 литра мощностью 74 л.с. и электромотором 149 л.с. на передней оси. А также литий-ионной АКБ емкостью 16-17 кВт, которая обеспечивала машине запас хода на электротяге 60–80 км.

Последовательные гибриды, популярные в России: Aito (Seres) M5 / M7 / M9; Avatr 07 / 12; Evolute i-Space (Dongfeng); Esteo Exlantix ET / ET8 / V27; GAC S7 и S9 (только в России, в КНР это последовательно-параллельные гибриды); все Li Auto (Lixiang); Rox 01; Voyah Free.

Все они имеют полуторалитровые бензиновые двигатели для приведения в действие генератора, питающего электромотор(ы) пиковой суммарной мощностью 365–490 л.с. и подзаряжающего тяговую батарею емкостью 25–40 кВт ч, что сравнимо с параллельными гибридами. Электрический запас хода по NEDC или WLTC в пределах 125–200 км, то есть в целом чуть выше, чем у подключаемых собратьев. Как и все параллельные гибриды, способны заряжаться от розетки.

Пожалуй, последовательные гибриды – самые популярные в РФ, поскольку налог на них скромнее (при его расчете ориентируются лишь на мощность электромоторов), чем у параллельных.

Обращаю ваше внимание на то, что ни один из гибридов не был изобретен китайскими инженерами. Их создали немецкие, японские и американские специалисты. Частная компания BYD из Шэньчжэня отметилась в мировом лидерстве лишь первым серийным параллельным гибридом. Но сегодня китайские гибриды впереди планеты всей.

Правильный гибрид с точки зрения инженера

Эффективный и технологичный гибрид – не просто транспорт, использующий два источника энергии. Если сравнить мощностные характеристики ДВС и электромоторов, можно увидеть, что они в некотором роде антагонисты.

Электротяга особенно хороша на скоростях от нуля до 60–80 км/ч. При увеличении скорости крутящий момент падает, а расход энергии значительно возрастает, электрический привод теряет эффективность.

Среднестатистический турбированный ДВС на оборотах холостого хода практически бессилен, и именно на таких расходует бензин неэффективно, выбрасывая в атмосферу наибольшее количество вредных веществ. А предельный крутящий момент выдает в диапазоне оборотов от 1,5 до 4 тысяч. Экономичен от 1,5–2 до 3–3,5 тысяч, что делает его максимально эффективным на скоростях от 60 до 90–100 км/ч.

Так что, наиболее полезным оказывается союз электромотора и ДВС, как с точки зрения мощности, так и экономичности, что и обеспечивается в параллельном гибриде.

В городе, на небольших скоростях (до 60 км/ч), с частыми разгонами «первую скрипку» играет электромотор, а бензиновый ДВС помогает ему лишь при необходимости обеспечить максимальный разгон. С увеличением скорости (в диапазоне примерно от 60 до 100–110 км/ч) нагрузку выгоднее переложить на экономичный в этой зоне ДВС, мужающий с ростом оборотов. Но электромотор, если потребуется, его дополняет.

При значительных оборотах и скоростях выше 110-130 км/ч и бензиновая, и электрическая составляющая теряют и тягу, и экономичность. Так что для получения достаточной мощности на высоких скоростях максимальный эффект можно получить от параллельной работы ЭД и ДВС, хотя об экономии в этом режиме придется забыть.

Координацию работы составляющих современного гибрида обеспечивает электронный блок управления, ведающий перераспределением нагрузки от одного источника к другому, то есть их подключением и отключением.

Напомню, что первым шагом в архитектуре параллельного привода был прототип гибрида Audi с перераспределением подключения к колесам разных источников энергии. Но на нем активацией источника управлял водитель, выбирая бензин или электричество, либо сразу оба, по собственному разумению.

• 30 минут мощности. Как считают утильсбор, налоги и таможню на электромобили и гибриды

Сложность конструкции и зимний подвох PHEV

Любой гибрид – это автомобиль с его традиционными компонентами, начиная с ДВС, заканчивая системой выпуска и топливным баком. Иногда за минусом коробки передач и карданного вала. Зато здесь есть довесок – батарейка и электромотор (если машина полноприводная, то даже два). Вот и получается, что гибрид тяжелее автомобиля с ДВС. Самые грузные, PHEV, примерно на 200-300 кило.

Естественно, гибриды PHEV – самые сложные по конструктиву. ДВС, электромотор (ы), батарея… А еще у них, как минимум, две независимые системы охлаждения. Одна для ДВС, вторая – для тяговой батареи. А если у турбомотора интеркулер жидкостный, то три! Так что не верьте в сказки про то, что гибрид обслуживать дешевле и проще, чем бензиновый авто – дороже.

Последовательные чуть проще и на самую малость легче, чем параллельные, поскольку у них нет коробки передач или редуктора, соединяющего ДВС с колесами.

А еще у параллельных и последовательных гибридов есть «подводный камень», который надо держать в уме, особенно зимой.

• У Li Auto L9 увеличили интервал техобслуживания двигателя до трех лет. Как это удалось

Представьте себе, что вы морозным утром садитесь в заряженный гибрид. Батарейка имеет полный заряд, которого вам с лихвой хватит на короткую поездку, которую вы запланировали. Так что вы твердо надеетесь на то, что на этот раз обойдетесь без ДВС, а потому двигаетесь в «электрическом» режиме.

Но в какой-то момент при обгоне видите внезапно появившуюся на горизонте встречную машину и нажимаете акселератор почти до пола. Управляющая электроника решает, что для более интенсивного разгона нужно подключить ДВС, запускает его и отдает ему приказ поднять обороты, чтобы как следует крутнуть колеса или генератор для добавочной порции электричества.

И только что запущенный промороженный движок начинает работать под приличной нагрузкой, да еще и на повышенных оборотах. Понятно, что холодный мотор имеет повышенные зазоры в парах «поршень-цилиндр», а замерзшее масло не обеспечивает смазку должным образом. Сколько подобных экзекуций выдержит двигатель – никто не ведает. Но долго без ремонта он не протянет.

Избежать подобного конфуза можно единственным способом. Перед поездкой переведите машину в положение «принудительная зарядка АКБ» или что-то в этом роде. Таким образом запустите двигатель и прогрейте его в течение нескольких минут. На месте, без нагрузки. И тогда в случае внезапной потребности дополнительной порции электричества, он будет готов к нагрузке. И будет служить вам верой и правдой весь свой предполагаемый ресурс.

Об экономии топлива

О том, что любой вид/тип гибрида экономит бензин в городском режиме включая пробки, можно быть уверенным – на то он и гибрид. На трассе при скорости 90–100 км/ч злоупотреблять лишним топливом тоже не будет.

Но вот если рванете по «платке» со скоростью 130–150 км/ч, можете столкнуться с разочарованием. При длительном движении (300–500 км и более) тяговая АКБ машины опустеет и расход бензина возрастет до «негибридных» значений. А последовательный гибрид на такой высокой скорости может потерять прыть, которой обладал при заряженной батарее.

Лично я не верю заявленным производителями автомобилей восторженным цифрам расхода или запаса хода. Тестовые заезды по разным циклам проводят для оценки токсичности выхлопных газов, а не экономичности. К тому же их результаты далеки от реальности, поскольку получены при «комнатной» температуре. Из китайского CLTC (наружное освещение и кондиционер выключены), европейских устаревшего NDEC и современного WLTP только последний приближен (!) к реальным условиям.

• Названы самые дальнобойные китайские электромобили. Их протестировали в Европе

Гораздо больше доверяю результатам, которые получили ребята из «Авторевю», сгонявшие по «платке» из Москвы в Питер и обратно на трех гибридах – Lixiang L7, Seres M7, Wey 07. Летом (!) при скорости 130-150 км/ч и заряженных АКБ расход составил 10–11,5 литров на сотню. А при почти высаженных батареях, что зачастую происходит при дальних перегонах, поднялся до 12–13 литров. Даже боюсь представить, каков он будет зимой. Обратите внимание, две первые машины – последовательные гибриды, а Wey – параллельный, но на высокой скорости при пустых батареях их расходы не различаются.

А на современном авто с двухлитровым бензиновым двигателем в таком режиме можно в 11–12 литров уложиться. Не говоря уже о более экономичном дизеле. Так что в сказки об экономии топлива гибридами на высокой скорости можно забыть.

Какой гибрид для чего?

Самый первый тип гибрида (представлен в тексте как HEV) ориентирован на снижение расхода топлива и токсичности. Эффективен в городских условиях и на относительно небольших скоростях.

«Мягкий» гибрид поможет улучшить разгонную динамику и сэкономить топливо при разгонах, но он эффективен только на небольших скоростях. Внедорожники, имеющие такие гибридные конструкции, имеет смысл использовать в дальних экспедициях, где отсутствует зарядная инфраструктура.

Параллельные гибриды – наиболее совершенны с технической точки зрения. Вместе с тем наиболее сложны по конструкции и обслуживанию. Эффективны и экономичны в городе. Уверенно держат высокую скорость (150 км/ч и выше). На внедорожниках-гибридах подобного типа имеет смысл месить грязь для развлечения, охоты и рыбалки, не слишком удаляясь от розеток. Иначе расход у них будет непомерно высок. Минусы – сложная, дорогая в обслуживании конструкция, высокий транспортный налог в РФ.

Последовательные гибриды немного выигрывают у параллельных по снаряженной массе, на самую малость проще по конструкции и обслуживанию. Хороши по динамике и экономичности в городских условиях и на трассе, но при разумных скоростях и размеренном движении. Теряют эффективность на скорости около 130 км/ч и выше. Имеют преимущество в РФ на фоне параллельных – более скромный налог (только на электромоторы).

Сергей МИШИН (Protector-Team)