Тормозить и запасать: системы рекуперации в современных машинах
Любое торможение штатной тормозной системой – это растраченная на нагрев воздуха энергия. А объем этих «трат» прекрасно известен всем городским водителям. Разница в расходе топлива при движении по городу и по загородной трассе без остановок составляет в среднем раза полтора, а то и больше. Предотвратить напрасные потери пытались давно, но основная проблема – необратимость ДВС – всячески этому препятствует.
Доказывать необходимость рекуперативного торможения, то есть такого, при котором энергия машины снова аккумулируется, чтобы быть потом использованной для разгона, никому было не нужно. Эффективность схемы еще с 60-х годов проверена на железной дороге. Но там используются электровозы, и энергия сразу возвращается в сеть. Машинам такой способ не очень подходит ввиду отсутствия на большинстве из них электромоторов…
А поскольку машины ездят не по рельсам, то и места торможения и разгона тоже не очень-то поддаются прогнозированию. Поэтому способ, используемый на некоторых станциях метрополитена, – расположение точек остановки на возвышенностях, что позволяет разгоняться за счет запаса потенциальной энергии и замедляться за счет подъема, – тоже не востребован. Разве что места остановок автобусов традиционно стараются располагать на горках.
Маховик в вакууме
Исторически первой системой рекуперации для машин с ДВС стала система с механическим накоплением энергии во вращающемся маховике. Подобные системы применялись в основном на строительной технике, где крупные вращающиеся части использовались как накопитель энергии, а передача мощности шла через гидравлические или электросистемы.
Но область применения такого рода технологий оставалась узкой – в первую очередь это были большие экскаваторы и краны, часто портовые. Сделать систему более компактной и установить на легковой автомобиль просто никому не приходило в голову, любой способ реализации упирался в низкую стоимость энергии и высокую цену устройства.
При цене нефти менее 4 долларов за баррель внедрять нечто подобное на транспорте никому не приходило в голову, и даже после первых нефтяных кризисов запас по модернизации ДВС с лихвой перекрывал потребности в экономии топлива. Компания Volvo даже испытывала систему на модели 260 в 1980 году, но мощность порядка 10 киловатт со стальным маховиком не оправдали ожиданий, и программа была свернута.
Скачок технологий в 80-е годы позволил создать более эффективные системы накопления энергии на маховике, устранив основную проблему – вероятность взрывного разрушения маховика. Решили проблему просто: сделали маховик из нитей, которые при разрушении просто его тормозили. А помещение его в вакуумный контейнер и использование газовых подшипников позволило запасать энергию на весьма приличный срок, до нескольких дней, хотя большинство таких систем рассчитаны на короткий цикл работы, от поступления энергии на маховик до ее расходования проходит несколько минут или даже секунд.
Так работает, например, гоночная система KERS в Формуле-1. Есть и практические примеры ее реализации на условно серийных машинах, например на Porsche и Ferrari. Но на практике, скорее всего, распространения такая система не получит. Наряду с такими достоинствами, как очень высокая емкость и большая мощность накопления, в числе недостатков останутся и гироскопический эффект, и довольно высокие потери как в приводе, так и в самой подвеске маховика. Как итог – область применения этой технологии так и осталась узкоспецифичной, и пока перспектив к изменению ситуации не видно, развитие чисто электрических методов накопления энергии пока идет лучше, а выдающаяся удельная мощность маховиков-накопителей пока не пригодилась.
Потенциальное преимущество в надежности системы тоже вряд ли будет востребовано, надежность и простота сейчас не в почете. Единственным действительно перспективным и массовым направлением для данной технологии остаются автобусы. Например, Optare Solo с маховичным накопителем FlyBus или развозные грузовики и мусоровозы, делающие остановки через каждые несколько сотен метров. Система FlyBus или FlyBrid в версии «для всех» сделана инжиниринговой компанией Rikardo в сотрудничестве с компанией Torotrak, разработчиком тороидальных вариаторов большой мощности.
И тут снова на горизонте появляется шведская компания. В версии, которую использовали на Volvo S60 в 2011 году, мощность системы составила 80 киловатт, масса – 60 килограммов, а обороты маховика – порядка 60 тысяч оборотов в минуту. Судя по этим показателям, вполне возможен рост мощности системы до «спортивных» величин, ведь обороты роторов могут быть даже выше 100 тысяч в минуту, но опять же, судя по отсутствию гибрида в модельной гамме компании, эксперименты с легковыми машинами сочли неудачными.
Жидкость и газ под давлением
Несколько перспективнее выглядит система пневмогидравлической рекуперации, наиболее известной у нас как Peugeot Hybrid Air. Она является хорошо отработанной схемой, хотя реально существующие с ней машины не так уж широко известны. Это в первую очередь… мусоровозы.
Десятки машин с системой Bosch и Eaton уже более десяти лет эксплуатируются в США, и их гибридный привод проявил себя как надежный и недорогой. Суть работы такой установки заключается в возможностях гидромотора, который при торможении закачивает рабочую жидкость в большой гидроаккумулятор – трубу со сжатым газом. При разгоне машины газ вытесняет жидкость, жидкость крутит тот же гидромотор и помогает экономить топливо. В системе нет дорогих аккумуляторов, и ресурс ее очень велик. Мощность гидромоторов тоже велика, а стоимость, наоборот, крайне низкая.
Одна загвоздка: гидроаккумулятор имеет большие габариты и массу, и реально его энергии хватает на один-два цикла разгона и торможения, пробег без включения ДВС составляет всего пару километров для легковой машины и сотни метров для грузовика. При использовании на автобусах или мусоровозах подобная система позволяет полностью отказаться от использования традиционных тормозных механизмов, гидромотор может замедлить машину вплоть до полной остановки. В этом пневмогидравлический рекуператор даже превосходит электрические системы, те при малой скорости вращения колес уже не эффективны.
Дополнительным плюсом является возможность запасти энергию надолго, на часы и дни. В отличие от маховиков, которые уже через десятки минут теряют солидную часть запасенной мощности. К сожалению, масштабные планы компании Peugeot были прохладно восприняты новыми акционерами из китайской Dongfeng, а также партнерами по разработке системы из Ford. Но судя по новостям, именно китайские грузовики Dongfeng могут оказаться следующими массовыми носителями этой технологии.
Электроторможение с рекуперацией
Главным конкурентом этих безусловно интересных, но обладающих множеством ограничений схем выступает уже классическая электрическая схема с электромотором, аккумуляторами или суперконденсаторами.
Обычное электрическое торможение и рекуперация хороши уже тем, что используются на железной дороге около 60 лет и отработаны до мелочей. Все конструктивные схемы с синхронными, асинхронными и коллекторными двигателями давно известны и рассчитаны. Энергия передается обратно в питающую сеть, запасается в аккумуляторы или суперконденсаторы и может быть использована через длительное время.
Основная беда электрических тормозов в том, что они плохо сочетаются с ДВС, и для эффективного использования электроэнергии пришлось совместить обычный двигатель внутреннего сгорания и всю атрибутику электромобиля – аккумуляторы и тяговый электродвигатель – в одном механизме. Получившиеся гибриды обычно так и называют просто «гибридами». И несмотря на сложность и высокую массу такой схемы, в данный момент она является единственной серийно использующейся в легковом автомобилестроении и уже весьма популярной.
Гибриды на данный момент оказываются самым перспективным направлением развития автомобилей с точки зрения снижения расхода топлива, а прогресс в создании аккумуляторных батарей и развитие так называемых «подзаряжаемых гибридов», по сути являющихся промежуточным звеном между чистыми электромобилями и гибридами, делает их важным элементом в эволюции персонального автотранспорта.
В 1997 году вышла первая серийная Toyota Prius, которая остается на данный момент самой популярной гибридной машиной и законодателем мод в своем классе. В ее схеме приняли решение использовать электромоторы малой мощности и недорогую никель-металлгидридную аккумуляторную батарею также малой мощности, а для компенсации этих недостатков наделили машину очень сложной трансмиссией со множеством режимов работы ДВС, электродвигателя и генератора. Успех этой схемы сильно повлиял на развитие подобных технологий у других производителей. Сейчас число моделей машин с гибридным приводом перевалило за два десятка.
Почему Вам никогда не стоит покупать гибридный автомобиль?
Хотя гибридные автомобили присутствуют на рынке автомобилестроения ещё с конца далёких 1990-х годов, и Вы, возможно, не можете представить себе это бренный мир без легендарного Toyota Prius, пожалуй, есть несколько причин, которые необходимо обязательно рассмотреть, прежде чем включить гибрид в Ваш wish-list.
И вот пять причин, почему никогда не стоит покупать гибридный автомобиль.
Гибриды стоят дорого
Первым препятствием для тех, кто заинтересован в покупке бензиново-электрического гибрида из экономических побуждений, будет тот факт, что гибриды эти на самом деле значительно дороже своих мономоторных собратьев. Гибридные версии, как правило, стоят на несколько тысяч долларов больше, чем их обычные версии одной и той же машины.
Большая часть дополнительных затрат идёт как раз на газо- и ресурсосберегающие технологии, использующиеся в гибридах, а, значит, сэкономить на гибриде не получится в принципе. Хотя некоторые гибридные автомобили по-прежнему имеют право на некоторые налоговые льготы, которые могут помочь компенсировать часть этого первоначального взноса, тем не менее, вскоре после покупки гибрида Вы увидите, что выгоды в конечном счёте практически и нет. И вот несколько примеров:
Базовая модификация: 1 050 000 рублей
Гибрид: 1 800 000 рублей
Базовая модификация: 1 500 000 рублей
Гибрид: 2 400 000 рублей
Базовая модификация: 2 200 000 рублей
Гибрид: 3 600 000 рублей
Ах да, и не ждите, что гибридные модификации Вы сможете найти в сегменте бюджетных моделей и даже C-класса!
Гибриды почти никогда не окупаются
Большинство владельцев новых гибридов оправдывают более высокую начальную стоимость своего автомобиля, утверждая, что они в скором времени окупят эту стоимость за счёт экономии топлива. Это очень хорошо, но проблема в том, что такой план может занять немного (или намного) больше времени, чем, возможно, вообще проездит гибридный автомобиль. Зачастую это может занять несколько лет, чтобы компенсировать более высокую первоначальную стоимость гибридного автомобиля экономией бензина.
Если сравнивать с дизелем, то гибрид вовсе не рекордсмен по пробегу на одном баке
Вы можете рассмотреть возможность покупки современного дизельного автомобиля вместо гибрида. В последние годы в европейских странах чистые дизельные двигатели начали появляться всё чаще в сегменте маленьких автомобилей (A- и B-класса), и не без оснований. Дизель, который когда-то завоевал себе репутацию вонючего, грязного и вялого двигателя, теперь ушёл в прошлое. Сегодня дизель просто прекрасен, и это, в первую очередь, за счёт новых дизель-топливных технологий, таких как, например, системы Mercedes-Benz BlueTec и жёсткое регулирование законом выбросов твёрдых частиц в атмосферу.
Но главное, когда дело доходит до экономии топлива, дизельные автомобили в условиях города почти так же хороши, как некоторые гибриды, но, несомненно, они могут значительно превзойти большинство гибридов на трассе.
Гибрид также прожорлив в условиях трассы
Если Вы живёте в городе и очень редко выезжаете за город, предпочитаете низкую скорость, размеренную езду и, главное, очень спокойный стиль вождения, то гибрид, вероятно, покажет Вам свою лучшую сторону. Но для длинных шоссе на стабильно высоких скоростях (такая поездка, где Вы можете даже быть в состоянии использовать круиз-контроль) либо в условиях, когда требуется быстро разогнаться, бензиновые и дизельные автомобили имеют сопоставимые цифры расхода топлива, а в некоторых случаях даже немного лучше, чем гибриды.
Гибриды на самом деле совсем не экологичны
Гибридный привод Тойота — устройство, принципы работы и приёмы вождения
На интернет-форумах и в разных группах в соцмедии ходит неимоверное число сказок, баек и сплетен про принципы работы, надёжность, компоненты и ходовые качества гибридных автомобилей Тойота. Кто-то, не зная, как гибрид работает, придумает своё объяснение, кто-то, не умея обосновать какие-то особенности работы — аж свои законы физики. И плохо то, что эти сплетни, слухи и домыслы растут и множатся. Попробую некоторые моменты прояснить.
КРАТКАЯ ИСТОРИЯ
В 1993-м году Тойота активно занялась разработкой автомобиля 21-го века. Задача у конструкторов стояла следующая — создать полноразмерный автомобиль, соответствующий современным требованиям по динамике (понятно, речь не про суперкары), вмещающий пять взрослых японцев человек и потребляющий до пяти литров топлива на 100 км. Через четыре года — в феноменально малые сроки для разработки автомобиля и наладки производства, учитывая, что на тот момент многих необходимых технологий вообще не существовало — начались продажи Тойота Приус. Машинка получилась страшненькая, но интересная. Европейские автопроизводители в то время совершенствовали дизельные двигатели, так как считалось, что будущее за ними — топливная эффективность, отличные характеристики, высокий крутящий момент, низкие выбросы СО2, уже на тот момент назначенного врагом экологии номер один. Можно сказать, что при разработке Приуса Тойота смотрела в будущее на 40…50 лет. Немцы же — на 20…30. В 1991-м, кстати, году, Тойота запустила ещё один проект, который только сейчас раскручивается так же медленно, как Приус в 1997-м — автомобиль на водородных топливных элементах, Тойота Мирай. Но сейчас речь о гибриде.
В 2003-м был запущен Приус второго поколения, со вторым же поколением гибридного привода. Он был чуть мощнее, чуть экономичнее и туда начало влезать пять взрослых европейцев. Двигатель тот же, что и на первом поколении — работающий по циклу Аткинсона 1,5.
В 2009-м появился Приус 3, самый массовый гибридный автомобиль на данный момент. По моему мнению, дизайн офигенен (здесь надо иметь ввиду, что я в дизайне ценю ещё и функционал, а не просто молдинги, блестяшки и широкие колёса). Никель-металл-гидридный аккумулятор, двигатель Аткинсона-Миллера 1,8 73 кВт. Из гибридной трансмиссии пропала многорядная цепь, но принцип работы не изменился. Чуть позже появилась и версия с увеличенной до 4,4 кВт∙ч батареей и зарядкой от розетки.
В 2016-м — Приус 4. Дизайн на любителя, но точно бросающийся в глаза. Четвёртое поколение гибридного привода дало ещё бóльшую топливную эффективность и, кроме того, намного более чёткое ощущение привода водителем — разгон и торможение двигателем стали чётче, снизилось ощущения «резинки» между оборотами двигателя и разгоном автомобиля. Особенности четвёртого поколения гибридного привода, с 2019-го года устанавливающегося на все новые модели состоят в:
— изменённой компоновке — MG2 вынесен на отдельную ось и смещён назад и вверх. Благодаря этому исчез ещё один планетарный редуктор из устройства распределения мощности. Раньше в одной коронной шестерне было два планетарных редуктора — один, собственно, PSD, а второй — редуктор для MG2. Это показано на иллюстрации ниже. Теперь шестерёнок стало ещё меньше, и потерь на трение, соответственно, тоже;
— изменении типа обмоток MG2. Ранее это была обычная тонкая проволока круглого сечения, теперь же — толстая проволока прямоугольного сечения (примерно 1,5 х 2 мм). Это несколько снизило эффективность двигателя на низких оборотах и торможении, но сильно увеличило мощность на верхах. Новый MG2 теперь крутится до 18000 об/мин, что благодаря увеличенному передаточному отношению улучшило разгон на электротяге без потери максимальной скорости.
СТРОЕНИЕ И ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ
Гибридный привод Тойота состоит из шести основных компонентов. Объяснения будут на основе четвёртого поколения гибридного привода, устанавливающегося на модели 2019-го года. На Приусе четвёртого поколения этот привод появился значительно раньше.
Компоненты гибридного привода:
ДВС — бензиновый двигатель. Из современных гибридов (2019+) 1,8 это двигатель, работающий по циклу Аткинсона (или, если точнее, то Миллера). 1,5 (Yaris 2020), 2,0 (Corolla), 2,5 (RAV4 и Camry) и 3,5 (Lexus LS500h) это новые двигатели, длинноходные, способные работать как по циклу Отто, так и Аткинскона-Миллера. Если нужна бóльшая мощность — разгон, подъём, то, как правило, это Отто. Если режим работы стабильный и нужна в первую очередь экономичность, мотор переходит на цикл Аткинсона-Миллера.
MG1 — мотор-генератор 1, работающий в паре с двигателем. В основном работает, как генератор, забирая у ДВС ровно половину его мощности. Кроме того, заводит ДВС. Может вращаться в обе стороны с оборотами примерно до 12000 в минуту. Вместе с устройством распределения мощности представляет собой трансмиссию e-CVT, являясь вариатором для ДВС.
Устройство распределения мощности — Power Split Device. Это, по сути, одинарный планетарный редуктор. Солнечную шестерню приводит MG1, водило приводится бензиновым двигателем, коронная шестерня имеет также зубы снаружи и является ведомой для ДВС и MG1 и наружными зубами приводит промежуточный вал, который уже вращает редуктор. PSD является как раз тем e-CVT — электрическим вариатором, который заявлен у гибридных Тойот в качестве типа трансмиссии. Никаких цепей, ремней и конусов в КПП гибридной Тойоты нет, только планетарный редуктор и MG1.
MG2 — ходовой двигатель. Соединён с редуктором механически постоянно. Работает, как правило, ходовым электродвигателем. При торможении работает генератором, «перекачивая» кинетическую энергию в виде электричества в аккумулятор.
MGR — задний ходовой двигатель на автомобилях с поперечно расположенным двигателем и полным приводом. Это отдельный узел, состоящий из электромотора и редуктора с дифференциалом. С основной трансмиссией он никак не связан, управляется отдельно, получая ток от инвертера.
Инвертер-конвертер, или Power Control Unit. PCU трансформирует и распределяет потоки электроэнергии между ходовым электроаккумулятором, MG1, MG2 и, если есть, то MGR. Инвертер-конвертер умеет много:
а) делает из высокого напряжения ходового аккумулятора напряжение порядка 14 В для питания бортовой сети – вся машина кроме гибридного привода и компрессора кондиционера двенадцативольтовая;
б) конвертирует высокое напряжение для питания компрессора кондиционера (тоже высоковольтного);
в) с помощью бустера поднимает напряжение высоковольтной батареи до 600…650 В (в зависимости от модели), обеспечивая мощность электродвигателей на высоких нагрузках;
г) конвертирует напряжение, получаемое с мотор-генераторов в напряжение батареи для её зарядки.
д) Кроме того, напряжение батареи постоянное, а мотор-генераторам надо переменное, так что ещё и этим приходится заниматься. Всё это с эффективностью до 98%.
Ходовой (высоковольтный) электроаккумулятор. Никель-металл-гидридная или литий-ионная батарея. Используется для:
а) питания электромоторов, когда использование ДВС нецелесообразно;
б) для накапливания излишков энергии, когда ДВС может отдавать её эффективно;
в) для накапливания энергии, получаемой при рекуперативном торможении.
ФИЗИКА И РАСХОД ТОПЛИВА
Встречается очень много разнообразных интересных и порой фантастических объяснений режимов работы ДВС в составе гибридного привода.
При объяснении топливной экономичности гибрида надо иметь ввиду несколько важных моментов:
1. Вся энергия, используемая для питания бортовых систем гибридного автомобиля, а также для его передвижения, получается из топлива. За заряжаемые от розетки гибриды сейчас отдельно говорить не будем, принцип их работы такой же, как у обычного гибрида, только батарея больше и есть возможность зарядить её от розетки, а не от ДВС.
2. Пик топливной эффективности бензинового двигателя приходится примерно на обороты, на которых у этого двигателя приходится также пик крутящего момента с полностью открытой дроссельной заслонкой. У «обычного» бензинового двигателя это порядка 4000…4400 об/мин. Да, именно на 4200 и полном газу можно получить «самый дешёвый» киловатт мощности. Другое дело, что на этих оборотах мощности будет столько, сколько нам вообще не надо, чтобы ехать. Автомобиль размера Короллы, движущийся по шоссе со скоростью 90 км/ч требует для поддержания скорости примерно 10…12 кВт мощности. Всего 10…12. На разгоне, на подъёме с небольшим уклоном, да, около 30…40. На максимальном разгоне, чтобы первым приехать к следующему светофору, можно использовать и полную мощность двигателя. Кроме того, максимальная мощность, как правило, определяет и максимальную скорость. Но, в любом случае, максимальное количество наиболее «дешёвых» киловатт бензиновый двигатель даст именно на пике крутящего момента на полном газу.
Обычному автомобилю столько мощности просто некуда девать, а вот у гибрида есть для этого большой аккумулятор, куда запасается дешёвая электроэнергия.
3. У двигателя Аткинсона-Миллера кривая крутящего момента волнистая — есть пики, есть провалы. На тех режимах, где с обычной КПП такому двигателю пришлось бы работать на «неудобных» для него оборотах, тратя много лишнего топлива, гибридный привод переводит двигатель на ближайший пик эффективности, а «лишнюю» энергию в виде электричества запасает на будущее в аккумуляторе. Когда аккумулятор заряжен, ДВС переводится на «ступеньку» ниже, где эффективность опять приемлемая, а недостаток мощности восполняется использованием запасённого ранее электричества.
4. Основная экономия бензина гибридным приводом состоит в том, что в любом режиме движения блок управления гибридными приводом использует ДВС в максимально эффективном режиме его работы, управляя балансом мощности, получаемой от ДВС и ходового аккумулятора. Именно поэтому, несмотря на то, что вся энергия получается из топлива, топлива гибридный автомобиль потребляет намного меньше чисто бензинового. И огромный плюс именно тойотовского гибридного привода в его вариаторной трансмиссии, позволяющей ДВС работать практически на любых оборотах в очень широком скоростном диапазоне.
Да, Закон сохранения энергии говорит нам, что для перемещения автомобиля некоего веса на некое расстояние необходимо потратить некое количество энергии, не зависящее от типа двигателя этого автомобиля. Но вот как, где и с какой эффективностью мы получим эту энергию, влияет на расход топлива и наших денег очень даже сильно.
ЭКОНОМИЯ ТОПЛИВА
Исходя из особенностей ДВС Аткинсона-Миллера и особенностей гибридного привода, при максимальной экономии топлива надо применять немного другие приёмы вождения:
РАЗГОН
Начинайте движение плавно, удерживая стрелку указателя мощности в первой половине зоны ECO. В этой зоне работает только ходовой электромотор, обладающей максимальным крутящим моментом именно с самых низких оборотов (не совсем с нуля, как многие считают, а примерно со ста). Бензиновый двигатель заглушен.
Когда разгона на одном MG2 уже не хватает и приходится нажимать педаль акселератора глубже, заводится бензиновый двигатель. И вот здесь таится основная хитрость — когда ДВС уже запустился, смело нажимайте на педаль, загоняя стрелку «тахометра» в зону PWR, примерно до середины. Это как раз те обороты, на которых киловатты становятся дешевле. Излишки мощности, если они будут, ЭБУ гибридного привода отправит в батарею, и ни один миллилитр бензина не пропадёт зря.
Когда вы таким образом разогнались до нужной скорости, отпустите педаль акселератора и нажмите снова, но ровно на столько, чтобы удерживать скорость. Стрелка указателя мощности останется в первой половине зоны ECO, и вы будете ехать только на электричестве.
ТОРМОЖЕНИЕ
Гибрид по максимуму использует MG2 для преобразования кинетической энергии автомобиля в электричество. Чтобы облегчить ему работу и увеличить эффективность рекуперативного торможения, старайтесь тормозить плавно и долго, не давая стрелке указателя мощности падать ниже середины зоны CHG (Charge). В этом случае гибрид применит тормозную систему только в самом конце, когда генератором тормозить уже неэффективно, и максимальное количество энергии, которой вы на обычном автомобиле топите воздух (преобразуя при торможении истраченное ранее топливо в тепло с помощью колодок и дисков), будет преобразовано в электричество и использовано для следующего разгона.
ТОРМОЖЕНИЕ ДВИГАТЕЛЕМ
Так как аккумулятор нельзя заряжать бесконечно, а если у MG2 энергию не забирать, то тормозить он не будет, то на затяжных спусках автомобиль после зарядки батареи до 80% будет тормозить тормозами. Чтобы их не перегреть, у гибридов есть положение трансмиссии «B», а у гибридов помощнее — «ручной» режим переключения шести, а у LS500h и LC500h — десяти «передач». Это симулированные передачи, которыми владелец определяет, насколько сильно гибрид будет тормозить двигателем. При торможении в положении «B», «M» или «S» часть энергии торможения тратится впустую — MG1 вращает коленвал заглушенного бензинового двигателя. «B», это не «Benzin», как некоторые думают, а «Braking» — «торможение». «M» — Manual, «S» — Sport. Да, шкала указателя расхода энергии показывает, что автомобиль в режиме «B» офигенно заряжает аккумулятор при отпускании педали газа. Но по факту, он показывает именно уровень торможения, а не зарядки. Большая часть этой энергии просто тратится на перекачивание воздуха двигателем с закрытой дроссельной заслонкой.
Эти режимы нужно использовать на затяжных спусках в горах и можно использовать при активно-агрессивной езде, так как ощущение автомобиля чётче, ну и торможение двигателем симулируется довольно неплохо.
На разгоне и при езде со стабильной скоростью в этих режимах гибридный привод ведёт себя так же, как в положении «D».
Из плюсов тойотовского гибрида:
1. Не надо напрягаться для экономии топлива — расход меньше как при спокойной, так и при активной езде. Главное, чтобы расход топлива был нормальным, не «тянуть» двигатель, разгоняясь плавно — когда мотор работает на низкой нагрузке и постоянно, его эффективность низка, и не тормозить резко.
2. Гибрид с двигателем 1,8 на данный момент является самым надёжным силовым агрегатом, который я знаю. Новые двигатели M15A, M20A и A25A (соответственно, трёхцилиндровый 1,5 на новом Ярисе, четырёхцилиндровые 2,0 на новом C-HR, Corolla и бензиновый RAV4, и четырёхцилиндровый 2,5 на Camry и гибридном RAV4) пока не накатали достаточно, чтобы можно было делать выводы о реальном ресурсе, однако двигатель изнутри выглядит очень грамотно спроектированным и сбалансированным. Кроме того, при заводских испытаниях эти двигатели гоняли на стенде на 60% дольше, чем двигатели предыдущих серий, поэтому сомневаться в их надёжности желания не возникает. 1,8 ZR-FXE же используется уже с третьего поколения Prius, а в обычном, «бензиновом» варианте — с 2006-го года на Аурисах, Короллах и многих других моделях. На версии же для гибрида, с суффиксом FXE, у него, вдобавок ко всему, нет VVT на выпуске, сцепления, стартера, генератора и вспомогательных ремней — он ещё проще. Электроника же у японцев традиционно крайне надёжная и долговечная.
3. Крайне простое устройство — механически там самая простая трансмиссия, где нет ни одного подключающегося или отключающегося элемента. Есть десяток шестерёнок и два десятка подшипников. Всё, больше ничего. Сломать можно разве что физически, пополам. Вдобавок, опять же, нет сцепления, стартера, генератора, вспомогательных ремней.
4. Ходовой аккумулятор в идеальных условиях (большой пробег за не очень большое время) ходит примерно 400…500 т км. В неидеальных условиях он больше устаёт от времени, чем от пробега, но порядка 300 т км тоже ходит. Новый, в зависимости от модели, стоит 1500…2500 евро. Плюс десятилетняя бесплатная гарантия на аккумуляторы новых гибридов с 2019-го года. На более старых тоже гарантия тоже возможна, но за небольшие деньги — по сути это страховка. Ходовой аккумулятор используется в диапазоне 40…80% ёмкости. Благодаря этому его использование очень эффективно, а кроме того, количество циклов зарядки-разрядки вырастает в сотни раз по сравнению с циклом 100% — 0% — 100%. Поэтому аккумуляторы и живут так долго. Стоит аккумулятор на Prius 2 у дилера порядка 1500 евро, на Prius 3 — 1700 евро. Для сравнения, это как комплект дизельных форсунок. Литий-ионный аккумулятор на гибридную Короллу 1,8 стоит, если не изменяет память, около 2300 евро. Это цены на новые батареи от дилера. Если пересобирать из элементов, будет ещё раза в три дешевле.
5. Оснащение гибридной модели, как правило, лучше, поэтому бóльшая цена, это не только за гибридный привод, а ещё и за большее количество всяких ништяков и кнопочек. Здесь расстраивает, пожалуй, только Prius 4 Plug-in с солнечной батареей — у него для компенсации массы из-за крыши и дополнительного аккумулятора урезали разные хорошие функции.
6. В цене гибрид падает медленнее. По сути, насколько дороже купишь, настолько потом пропорционально дороже продашь.
7. Трансмиссия работает намного лучше, чем любая другая автоматическая КПП — иногда можно ощутить слабые толчки, при запуске бензинового двигателя на ходу, но это если целенаправленно обращать внимание. Больше ни рывков, ни задумчивости нет.
2. Часто закисают задние тормоза, особенно при спокойном стиле вождения. Гибрид тормозит генератором, насколько это возможно, поэтому тормоза работают меньше, чем на таком же бензиновом автомобиле.
3. На снегу может напугать, отказавшись разгоняться в горку. Он будет разгоняться практически так же, как и бензиновый, но когда вы решите выскочить на главную дорогу и ускориться от нагоняющей вас фуры, бензиновый мотор будет рычать и буксовать, а ходовой электромотор гибрида будет буксовать тихо. Поэтому может быть очень неприятное ощущение, что вы на газ нажали, вам очень надо разгоняться, а машина отказывается ехать. 🙂
4. Тем, кому нужна динамичная езда, будет скучно, потому что нет рывков, нет переключений передач. Разгон приличный, но ощущения разгона практически нет — гибрид на разгоне едет, как паровоз.
5. У гибридов до третьего поколения включительно (до 2019) более ярко выражен эффект «резинки» между оборотами двигателя и разгоном автомобиля — при нажатии на газ мотор набирает высокие обороты, но разгон для этого непривычно ровный. Это не мешает, собственно, разгону, но для человека, привычного к механической коробке, непривычно и, поначалу, непонятно. По факту же, это сделано ради экономии топлива — двигатель выходит на те обороты, на которых нужное количество энергии получается при минимальных затратах. У четвёртого поколения гибридного привода этот эффект ощутимо снизили, и теперь машина разгоняется и тормозит примерно как автомат, при торможении имитируя более сильное торможение двигателем. Двигатели нового поколения (кроме 1,8) благодаря более гибким характеристикам, подстраиваются под нужные обороты лучше, чем 1,8 (или 1,5 с Prius 2) и тем компенсируют неоптимальные обороты.
6. На гибриде Toyota приёмы для более экономичной езды немного отличаются от таких приёмов на бензиновой машине. Часто бывает, что народ жалуется на высокий расход топлива, что по факту вызвано неправильными приёмами езды. Надо немного переучиваться, но мало кто готов признать, что ездит неправильно. 😉 Правильные приёмы описаны выше.
7. Максимальная скорость ограничена не мощностью, а оборотами MG2, который связан с колёсами напрямую. У автомобилей без дополнительных передач в гибридном приводе, а по сути, у всех гибридов с поперечным расположением двигателя, максимальная скорость колеблется в пределах 170…190 км/ч. Даже у Лексуса ES300h. Дури-то хватает, но на такой скорости обороты MG2 максимальные допустимые. Там постоянный магнит — здоровая железяка. Если её ещё раскрутить — разорвёт центробежной силой. У автомобилей, которым очень надо ездить быстрее, как, например, Lexus GS450h и IS300h, между MG2 и остальной трансмиссией есть двухступенчатый планетарный редуктор с двумя пакетами фрикционных дисков, примерно как в автоматической коробке. В диапазоне 60…90 км/ч он переключается, изменяя этим обороты MG2 по отношению к скорости автомобиля. В результате машина может ехать 250. У Lexus LS500h в транмиссии вообще четырёхдиапазонный автомат стоит, между всей трансмиссией и карданным валом. Там можно не только обороты MG2 менять, но и ДВС с MG1. В результате, на скорости 200 обороты двигателя 1800 оборотов. Заодно гибридный привод симулирует переключения аж десяти передач, чтобы тем, кто хочет их попереключать лепестками под рулём, было, чем заняться. 🙂
8. Гибридному приводу нельзя сильно буксовать. Опять же, из-за MG2. Когда ведущее колесо буксует, обороты MG2 растут очень быстро, и если ведущее колесо вдруг резко схватит асфальт, или же водитель ударит по тормозам, то инерция постоянного магнита в MG2 настолько велика, что КПП может не выдержать. Поэтому VSC у гибридной Тойоты довольно нервная и буксовать почти не даёт. На снегу в горку, или в очень скользкой грязи можно и застрять. На гибриде с неработающей ABS/VSC увеличиваются шансы сломать трансмиссию. Впрочем, как известно, сдуру можно и всё сломать.
9. Вспомнился ещё один интересный момент в связи с проходимостью гибрида: у электромотора максимальный крутящий момент уже на самых низких оборотах, но не с нуля! MG1 никогда не удерживается на месте, только на оборотах начиная от примерно 100 об/мин в обе стороны — иначе перегреются обмотки, да и силы у него при нуле оборотов нет. Думаю, у MG2 примерно так же. Чем это аукается — если упереться колёсами в бордюр (а в Питере — в поребрик), то гибрид явственно не хочет на тот бордюр заезжать. Надо нажимать педаль очень глубоко, и когда машина всё-таки заедет на то препятствие, то резко прыгнет вперёд.
Чтобы заехать на небольшое препятствие нормально, нужно дать машине хотя бы несколько сантиметров для разгона, чтобы MG2 раскрутился хотя бы до полусотни оборотов.
10. При езде машина живёт немного своей жизнью — обороты держит, какие ей удобно. Это больше всего ощущается на втором поколении (Приус 2 и Ярис до 2020-го), немного меньше — на третьем (Приус 3, Аурис, RAV4 до 2019-го, Лексусы, на конец 2020-го года все кроме LS/LC500h, ES300h). На четвёртом поколении с двигателями Dynamic Force (1,5 M15; 2,0 М20; 2,5 A25; 3,5 V35) этот эффект снижен до уровня обычного автомата. На гибридных Короллах с 1,8 этот эффект ещё остался на уровне обычного вариатора, из-за двигателя, работающего только по циклу Аткинсона. Это не мешает ездить, но может быть непривычно.
Так же немного своей жизнью живут тормоза на моделях со старой тормозной системой — при торможении усилие на колёсах может немного плавать, особенно при остановке. Это связано с тем, что гибридный привод всё время старается максимально использовать генератор для торможения, а если не хватает, то подтягивает в помощь рабочий тормоз. Это немного ощущается.
По факту, при покупке гибрида покупатель платит чуть больше не только за будущую экономию топлива, но и за более плавную и приятную езду, лучшее оснащение, высокую надёжность. Плюс, немного «переплаченных» денег вернётся при продаже.
Вопросы при желании можно задавать в комментариях. Спорить и не соглашаться можно и это даже приветствуется. Но корректно, без хамства, обзывательств и пустого трёпа. Кидаться говном в меня, в Тойоту, в гибриды и в окружающих не надо, этого хватает в соцсетях типа Фейсбука и Вконтакте — идите туда, там в вас с удовольствием кинут в ответ.
