Вы знаете этот сценарий. Гибрид сочетает бензиновый двигатель с электромотором. Всё достаточно просто. Но больше деталей обычно означает больше трения, большее сопротивление и меньшую эффективность. Так почему же эти автомобили на самом деле демонстрируют лучшую экономичность?
Ответ кроется в подборе правильного инструмента для каждой задачи. Электромоторы отлично справляются с низкими скоростями. Они разгоняют автомобиль с минимальными затратами энергии. Бензиновые двигатели? Они не любят холостой ход и движение на низких оборотах. Они предпочитают стабильную езду на высоких скоростях. Позволив электромотору справляться с хаотичным городским движением «старт-стоп», а бензиновому двигателю — брать на себя управление на шоссе, вы получаете систему, которая в среднем расходует около 50 миль на галлон (примерно 4,7 л/100 км). Это солидный прирост в 25 процентов по сравнению со стандартным бензиновым седаном.
Большинство таких гибридов даже не используют стандартный двигатель цикла Отто. Они используют двигатель цикла Аткинсона. Это звучит как название изысканного кофейного напитка, но на самом деле это просто приём для повышения тепловой эффективности. В цикле Аткинсона такт сжатия короче, чем такт рабочего хода. Это приносит в жертву некоторую пиковую мощность ради значительно лучшей экономии топлива. Вы теряете во времени разгона с 0 до 60 миль/ч (0–96 км/ч), но выигрываете в милях на галлон.
Инженеры оснащают гибриды всеми возможными приёмами повышения эффективности. Вот как они выжимают каждую каплю из бака.
Рекуперативное торможение и аэродинамика
Когда вы резко тормозите в обычном автомобиле, кинетическая энергия превращается в тепло. Это тепло рассеивается в воздухе. Отходы. Полная трата энергии.
Гибриды улавливают эту энергию. Рекуперативное торможение преобразует кинетическую энергию замедления обратно в электричество, которое накапливается в аккумуляторной батарее. Вы по сути заряжаете автомобиль во время поездки на работу.
Затем идёт форма кузова. Сопротивление воздуха убивает экономичность на высоких скоростях. Дизайнеры гибридов создают эти автомобили такими, чтобы они разрезали воздушные потоки. Более низкий коэффициент аэродинамического сопротивления означает, что электромотору или двигателю не нужно работать так интенсивно для поддержания скорости на шоссе.
Масса, трансмиссия и шины
Более тяжёлые автомобили потребляют больше энергии. Точка. Гибриды избавляются от лишнего веса везде, где это возможно. Вы найдёте более мелкие двигатели, компоненты из магния и алюминиевый кузов. Меньшая масса, которую нужно перемещать, означает меньший расход топлива.
Трансмиссия — ещё один ключевой игрок. Многие гибриды используют бесступенчатую трансмиссию (CVT). Вместо переключения фиксированных передач, таких как вторая или третья, CVT использует систему шкивов. Она позволяет двигателю оставаться на оптимальных оборотах для передачи мощности без потери эффективности, свойственной переключению передач. Вы получаете необходимое ускорение без топливных потерь, связанных с поиском идеального передаточного числа.
Даже резина имеет значение. Гибридные шины часто уже и имеют меньшее сопротивление качению. Некоторые из них накачиваются до более высокого давления, чем стандартные шины. Каждая доля фунта (примерно 450 г) сэкономленного сопротивления накапливается на протяжении тысяч миль.
Скрытые экономители энергии
Посмотрите под капот, когда автомобиль остановлен. Бензиновый двигатель выключен. Системы отключения двигателя глушат мотор на красных сигналах светофора. Никакого холостого хода. Никакой траты топлива в ожидании.
Рулевое управление и климат-контроль раньше отбирали энергию у двигателя механически. Ремни, напрямую соединённые с коленчатым валом, вращали насос гидроусилителя руля и компрессор кондиционера. Гибриды меняют этот подход. Они используют электрический усилитель руля и электрические компрессоры кондиционера. Двигателю не нужно работать для руления или охлаждения салона. Электромотор берёт эту нагрузку на себя.
Некоторые модели даже позволяют переключать режимы вождения. Переключитесь в режим Eco (Эко), и отклик дроссельной заслонки станет менее резким. Вы жертвуете быстрым ускорением ради лучшей экономичности. Это компромисс. Хотите ли вы быстро обогнать грузовик или сэкономить ещё две мили на галлон?
Не только для гибридов
Большинство этих функций не являются эксклюзивными для гибридов. Рекуперативное торможение вы найдёте в полностью электрических автомобилях (EV). Бесступенчатые трансмиссии (CVT) встречаются в негибридных компактных автомобилях. Аэродинамические формы можно встретить у обычных седанов.
Но покупатели гибридов заботятся о расходе топлива (милях на галлон). Они хотят видеть цифры. Инженеры внедряют эти решения для повышения эффективности, потому что клиенты требуют этого. Речь идёт о максимизации каждого элемента конструкции ради экономии топлива.
Всегда есть что копнуть глубже в том, как эти системы взаимодействуют друг с другом. Инженерная мысль здесь глубже, чем просто объединение двух типов двигателей.
