Toyota Auris — как работает гибрид?
Гибриды среди нас. Их количество – особенно в Польше – пока не шокирует, но нравится нам это или нет, с каждым годом их на дорогах становится все больше. Мы знаем, что у этих автомобилей есть несколько неоспоримых преимуществ, особенно когда речь идет об экономичности вождения. Откуда они пришли? Попробуем ответить на этот вопрос, проанализировав, как работает гибридный привод.
Хотя Toyota Prius является гибридной моделью, которая бьет рекорды по реальной ежедневной экономии, мы будем использовать гибрид Тойота Аурис. Мы имеем дело с этой машиной каждый день в рамках дальних испытаний. Говорят, что для того, чтобы гибрид окупился соответствующей экономичностью вождения, нужно научиться им управлять. Иногда мы удивляемся, как медленно изнашиваются тормоза у гибридов. Почему это так? Вы можете прочитать об этом в этой статье.
Мы должны сначала понять, что гибридные приводы, такие как Hybrid Synergy Drive в Toyota, представляют собой довольно сложные системы. «Синергия» — это слово, которое прекрасно описывает природу такого влечения. Здесь мы увидим множество элементов, выполняющих разные задачи, некоторые из них несколько одновременно, для общего блага. Во славу экономии. Если приводной элемент в данный момент выполняет определенную функцию, это не значит, что он не будет использоваться в данный момент для другой. В гибриде нет ничего постоянного. Даже электричество.
Два двигателя лучше, чем один
Испытание двигателя внутреннего сгорания Тойота Аурис представляет собой безнаддувный 1.8 VVT-i мощностью 99 л.с. Хотя он выглядит как самый обычный двигатель внутреннего сгорания в мире, он все же работает по циклу Аткинсона, а не Отто, как большинство. Цикл Аткинсона используется в основном в генераторах, питающих стационарные машины. Он показывает самый высокий тепловой КПД в диапазоне средних оборотов, за которым следует меньший расход топлива. Меньше механической энергии, производимой двигателем, преобразуется в тепловую энергию, а значит, топливо используется более эффективно. Двигатель, работающий в таких условиях, также намного долговечнее. Все бы ничего, но диапазон оборотов, в котором «любит» работать такой двигатель, узок. Выше и ниже этого диапазона у нас мало пользы от него. Значит, надо ему как-то помочь.
Вот тут-то и появляется «электродвигатель». Я намеренно использую здесь кавычки, потому что этот термин фактически охватывает два электродвигателя – основной и вспомогательный. Эти двигатели будут постоянно обмениваться заданиями. Иногда именно вспомогательный двигатель будет генерировать ток для основного, иногда наоборот. Короче говоря, вспомогательный двигатель отвечает за запуск двигателя внутреннего сгорания, действует как генератор переменного тока, который подзаряжает аккумуляторы, а текущее передаточное число CVT рассчитывается на основе его частоты вращения и крутящего момента. Главный двигатель характеризуется более высоким крутящим моментом и будет выполнять такие задачи, как: торможение двигателем, движение задним ходом и в целом – поддерживать двигатель внутреннего сгорания, увеличивая крутящий момент, который идет на трансмиссию.
Мы только что представили в игре бесступенчатый электронный вариатор. Эта планетарная коробка передач сочетает в себе электродвигатель и внутреннее сгорание, но для счастья ей не нужен двигатель внутреннего сгорания – он будет работать и передавать крутящий момент на колеса и без него. Автомобиль, оборудованный Hybrid Synergy Drive, по крайней мере теоретически, способен проехать еще несколько километров, в зависимости от заряда аккумулятора, когда мы израсходуем все топливо из бака. Однако он не сможет проехать и метра, если мы полностью разрядим батареи и тем самым отключим электродвигатели.
Однако полностью разрядить аккумуляторы не так-то просто. В то время как основной электродвигатель получает энергию в основном от них, он также использует вспомогательный двигатель, который, в свою очередь, может приводиться в движение двигателем внутреннего сгорания. Таким образом, привод остается в рабочем состоянии до тех пор, пока работают электродвигатели. И они перестают работать, если мы выбираем нейтральную передачу. Оставляя машину в таком режиме на длительное время, скажем так, при движении с очень высокой горы мы рискуем полностью разрядить аккумулятор. Однако при использовании гибрида в том виде, в котором он был создан, то есть просто для вождения, нам не о чем беспокоиться. Точно так же нам не нужно беспокоиться о снижении эффективности батареи с возрастом. Это совсем другая система, чем в ноутбуке или телефоне. Если его эффективность падает даже на несколько процентов, он считается пригодным для замены. Однако подавляющее большинство гибридных автомобилей не требуют такой замены на протяжении всей своей «жизни».
В случае с гибридами речь идет о непрерывной передаче электроэнергии от аккумуляторов к электродвигателям и обратно. Но электродвигатели питаются от переменного тока, а аккумулятор заряжается от постоянного. Постоянный ток, протекающий от аккумуляторной батареи напряжением 288 В, преобразуется преобразователями в переменный ток, напряжение которого может доходить до 650 В — и наоборот. Этот переменный ток течет в кабелях с оранжевой изоляцией — такое высокое напряжение можно встретить в промышленных сетях, где кабели маркируются аналогичным образом.
Владельцы гибридных автомобилей иногда удивляются тому, как медленно изнашиваются их тормозные колодки. Это связано с конструкцией гибридного синергетического привода. Что ж, при нажатии на педаль тормоза мы в какой-то степени оперируем только тормозным усилием, создаваемым электродвигателем. Именно он тормозит колеса, преобразовывая кинетическую энергию в электричество. Только при более сильном нажатии на тормоз колодки прижимаются к дискам. В автомобилях Toyota этот переход практически незаметен. Работа педали настроена так, что кажется совершенно естественной — возможно, некоторые владельцы даже не догадываются, как редко они используют «настоящие» тормоза, а как часто тормозят электродвигателем.
Сложный, но полезный
Гибридные приводы — довольно сложные решения, которые необходимо понимать, если мы хотим ездить более экономично. Адаптация стиля вождения к возможностям гибридов приведет к снижению расхода топлива и некоторых компонентов. И беглый осмотр конструкции такого привода показывает, что здесь никто не шел на компромиссы. Экономичность это да, но больше всего гибрид призван служить своему владельцу как можно дольше – будь то первый или каждый последующий. Ведь Toyota Prius бьет рекорды пробега и может похвастаться долговечностью, почти равной легендарным Mercedes W123 и W124 – и все же это достаточно новое решение по сравнению с автомобилями только с бензиновыми или дизельными двигателями.
