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. Это обусловлено тем, что ДВС обладает определённой нагрузочной характеристикой (зависимостью отдаваемой мощности от частоты вращения вала), которая имеет оптимальные показатели только в узком интервале, как правило, смещённом в сторону высоких оборотов. Частично этот недостаток компенсируется за счёт применения коробки передач, однако она ухудшает общий КПД за счёт собственных потерь. Кроме того, ДВС не может изменить направление вращения, чтобы обеспечить задний ход. Электродвигатель свободен от этих недостатков, обеспечивает мгновенный запуск и остановку, и не имеет нужды в холостом ходе, что позволяет исключить из конструкции сцепление . Электродвигатель не требует никакой трансмиссии, и может быть размещён непосредственно в колесе (мотор-колесо).

Суть нового 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 имеющей меньшую ёмкость , а следовательно, и вес.

Гибридный автомобиль сочетает в себе преимущества электромобиля и автомобиля с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) . Это больший коэффициент полезного действия электромобилей (80-90% у электромобиля против 35-50% у ДВС) и большой запас хода на одной заправке автомобиля с ДВС.

Типовые схемы

• По методу подключения двигателя и накопителя к приводу:
  • Параллельная. Двигатель и накопитель соединены дифференциалом , который соединен с приводом колес. Используется в автомобилях с Integrated Motor Assist (Honda). Характеризуется простотой (возможно применение вместе с механической коробкой передач) и низкой стоимостью.
  • Последовательная. Основной источник тока (самое распространённое решение +электрический генератор) соединен только с накопителем, который в свою очередь соединён с тяговым электродвигателем . В легковых автомобилях пока используется редко ( Ё-мобиль). Близкий принцип используется в электрической трансмиссии, которая применяется в случаях, когда необходимо передать большой момент с ДВС на колеса, например, в железнодорожном транспорте или карьерных самосвалах.
  • Последовательно-параллельная. Система может работать как последовательно, так и параллельно, в зависимости от режима работы. Реализовано в автомобилях с Hybrid Synergy Drive (Toyota), например, Toyota Prius .

• По типам накопителей:
  • Электрические:
    • На основе электрохимических аккумуляторов
    • На основе инерционных накопителей
  • Механические:
    • На основе пневматических аккумуляторов, гидроаккумуляторов с пневматическим накопителем.
    • На основе инерционных накопителей.

Наиболее используемая схема для реализации последовательного гибрида «двигатель внутреннего сгорания - накопитель электроэнергии (необязательно большой ёмкости) - электродвигатель». В случае накопителя большой ёмкости может питаться как горючим , так и зарядом электрического аккумулятора , (пример реализации - Chevrolet Volt) стоить отметить, что в качестве накопителя могу применяется другие вторичные источники тока например конденсаторы и ионисторы (суперконденсаторы). 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. Кроме того в случае использования связки ДВС-генератор в качестве первичного источника тока, режим работы ДВС выбирается оптимальным по тому или иному признаку. В некоторых случаях может применяется микротурбина (обусловлено соотношением габаритов веса и мощности) Газотурбовоз , также применяется на некоторых видах пассажирского транспорта -из-за лучшей экологичности и низкого уровня шума ЭКОбус

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.

История разработок

Первым автомобилем с гибридным приводом считается Lohner-Porsche . Автомобиль был разработан конструктором Фердинандом Порше в - 1901 годах .

В США гибридные автомобили начал разрабатывать Виктор Воук в 60-е - 70-е годы.

В СССР

В Советском Союзе также велись работы по разработке гибридных автомобилей. Так, работы советского ученого Нурбея Гулиа привели к созданию прототипа гибридного автомобиля на базе автомобиля-грузовика УАЗ-450 , где накопителем энергии являлся маховик , трансмиссией - особый вариатор. Это был один из первых «гибридов». В 1966 году удалось достичь экономии топлива до 50 % .

В Курске в 1972-73 годах Н. В. Гулиа были проведены испытания городских автобусов с маховичными гибридными агрегатами и вариаторами. Кроме того были построены и испытаны гибридные силовые агрегаты для автобусов на основе гидропривода. В последних роль накопителя энергии играли баллоны со сжатым азотом и маслом. Несмотря на различные принципы действия этих «гибридов» эффективность их оказалась близкой друг к другу - расход топлива снижался примерно вдвое, а токсичность выхлопа - в несколько раз . Но данные технологии советская автомобильная промышленность не начала использовать .

Преимущества

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 объёма 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.

Экологическая чистота

Недостатки

Высокая сложность

Гибридные автомобили имеют относительно больший вес, они 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.

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 (2008) серийная разработка - Hybrid Synergy Drive (произносится [ха́йбрид си́неджи драйв ]) компании Toyota .

Отсутствие трансмиссий

Наиболее перспективные, механические, гибриды не могут на данном этапе составить конкуренцию электрическим гибридам. Основной проблемой является невозможность создания адаптивных трансмиссий, способных работать в широком диапазоне передаточных отношений (более 20).

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. В некоторых гибридных автомобилях аккумуляторы не предусмотрены (например, в ё-мобиле).

Подогрев салона

Высокий КПД определяет малую побочную генерацию бросового тепла. В обычных автомобилях в зимнее время это тепло используют для обогрева салона . В гибридных автомобилях ДВС не глохнет, пока не нагреет салон до требуемой температуры, что, естественно, увеличивает расход топлива. В американских моделях Тойота Приус также используются электрические ТЭНы, которые питаются от высоковольтной батареи. Они не только обеспечивают тепло без излишней работы ДВС, но и позволяют нагревать салон сразу после холодного старта автомобиля.

Опасность для пешеходов

Американский институт по оценке ущерба на дорогах (англ. Highway Loss Data Institute ) опубликовал исследование, согласно которому гибриды опаснее для пешеходов, чем автомобили с двигателем внутреннего сгорания . Причиной повышенной опасности гибридов для пешеходов является их бесшумность в режиме работы от электродвигателя. Согласно опубликованной статистике аварийности, наезды гибридных автомобилей на пешеходов происходят на 20 % чаще, а степень урона выше . Для решения этой проблемы предлагается оснащать гибридные автомобили генератором звукового сигнала, который на небольших скоростях (до 30 км/ч) будет имитировать звук работающего двигателя внутреннего сгорания. Подобный генератор ставится с 2010 года на Toyota Prius . Сейчас требования к наличию звукового генератора у гибридных и электрических машин узаконены только в Японии . В конце 2011 года президент США Барак Обама дал указание Национальной администрации безопасности дорожного движения решить эту проблему в США в течение ближайших трёх лет .

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.

Гибриды с возможностью подключения к электросети

Такой автомобиль, так же называемый англ. plug-in hybrid electric vehicle или PHEV, включать в розетку не обязательно - но у владельца есть и такая возможность. В результате водитель получает все преимущества электромобиля без самого большого его недостатка - ограничения по пробегу за один заряд. Машину можно использовать как электромобиль большую часть пути, а как только заряд падает ниже определённого уровня, включается небольшой бензиновый или дизельный двигатель и ваша машина едет дальше как последовательный гибрид приводя в действие ТЭДы и заряжая накопители, ппосле их зарядки двигатель выключается и цикл повторяется. Зарядка будет происходить в основном ночью, в часы, когда электроэнергия стоит дешевле.

Примером PHEV является, например, модель Chevrolet Volt , выпускаемая концерном General Motors с 2010 года.

Я бы ни за что не хотела оказаться позади автобуса, когда он стоит в пробке. Ужасный, неприятный запах, дым и выхлопы просто невыносимы. И пока некоторые дизайнеры делают зеленые концепт-кары, другие трудятся над созданием экологически чистого автобуса.

Ведь без общественного транспорта вообще мы жить не сможем – города развиваются, поездка из одного конца в другой порой занимает длительные часы, а метро не всегда нас устраивает. Сможем ли мы существовать без автобусов? Нет. Но вот без загрязнения – просто обязаны! Ведь города полны автобусов и других видов общественного транспорта, и значительно ухудшают нашу экологию.

Компания Volvo, которая создала проект первого зеленого гибридного автобуса Volvo 7700, предлагает с этим бороться. Проектировщики обещают, что данный автобус уменьшит потребление топлива на 30%. И это является прекрасным решением в связи с постоянным повышением цен на бензин. Ну и по сравнению с другими автобусами выброс вредных веществ в воздух уменьшается аж на 40-50%. Почему же автобус называется гибридным? А потому что его можно использовать с электрическим двигателем, оснащенным тормозной системой, а можно и с дизельным топливом, которые могут использоваться отдельно или одновременно.

В Гетеборге специалисты известной автомобильной компании Volvo протестировали первый фирменный гибридный автобус. Результат превзошел даже их смелые ожидания — расход топлива снизился на 80%, а энергии — на 60%. Об этом говорится в сообщении компании.

«Результаты испытаний оказались лучше, чем мы ожидали. Гибридный автобус потребляет менее 11 литров топлива на 100 километров. Это на 81% меньше, чем потребляет обычный дизельный автобус», — говорит руководитель испытаний Йохан Хельсинг. Кроме того, выше планируемых оказалась и данные по общей экономии энергии. Заряжаемый гибридный автобус расходует энергии на 61% меньше, чем требуют экологические нормы Евро-5 для дизельных автобусов.

Принцип работы гибридного автобуса весьма прост. Двигаясь по установленному городскому маршруту, автобус периодически подзаряжает свой аккумулятор на остановках, используя подключение к зарядным шинам.

Размещенные на крыше зарядные штанги чем-то напоминают токоприемники троллейбусов или трамваев. Для заряда они автоматически поднимаются и входят в соприкосновение с электродами зарядного устройства, пока пассажиры садятся или выходят из автобуса.

Схема с периодической подзарядкой батарей позволила гибридным автобусам большую часть маршрута проезжать на электрической тяге. Представители компании также отмечают, что такая методика наносит меньше ущерба окружающей среде, предоставляет пассажирам и водителю больше комфорта за счет снижения выбросов и шума.

Водители, эксплуатировавшие автобусы во время испытаний, отметили тихую и комфортную езду без вибрации. Дизельный двигатель включался в работу очень редко, несмотря на то, что маршруты изобилуют подъемами. Общая продолжительность работы на электричестве составила около 85% от всего времени, проведенного автобусами на маршрутах.

Испытания гибридных автобусов еще продолжаются Их программа включает 10 тысяч часов работы и будет продолжаться большую часть следующего года. Еще один аналогичный проект начнется в Стокгольме, где на маршруты выедет 8 гибридных автобусов.

Однако, как отмечается в сообщении компании, ряд европейских стран уже выразили заинтересованность во внедрении гибридов в схему пассажирских перевозок. Контракты на поставку гибридных автобусов в 2014 и 2015 годах подписали власти Гамбурга и Люксембурга. В 2015 году Volvo планирует начать коммерческое серийное производство подобных машин.

Привод гибридного автобуса Volvo состоит из небольшого дизельного двигателя и электромотора, питающегося от литиевой аккумуляторной батареи. Исключительно на электроэнергии без шума и выбросов автобус может проехать около 7 километров. Подзарядка аккумуляторов занимает 5-6 минут.

9 сентября 2008 г. в рамках Международного автотранспортного форума 2008 «Русские автобусы» (автобусный дивизион «Группы ГАЗ») представил низкопольный городской автобус ЛИАЗ 5292 с гибридным приводом - оригинальную разработку Ликинского автобусного завода. Это первый российский автобус с гибридным приводом, аналогов которого нет ни у одного отечественного производителя.

Автобус ЛИАЗ 5292 с гибридным приводом предназначен для работы в городах – мегаполисах. Сертификационные испытания новой модификации будут проводиться уже в этом году. На рынке первая опытно–промышленная партия появится в 2009.

Автобус унифицирован с существующими низкопольными автобусами марки ЛИАЗ по кузову, по типам агрегатов, что дополнит продуктовую линейку «Группы ГАЗ», работающую на альтернативных видах топлива (дизель-газ-электричество).

Одновременно это позволит крупным пассажироперевозчикам сформировать наиболее эффективную городскую маршрутную сеть, объединив на одной базе разные виды общественного транспорта, и тем самым снизить эксплуатационные расходы.

Автобус ЛИАЗ 5292 комплектуется дизельным четырехрядным двигателем Cummins экологического стандарта Евро - 4 и комплектом тягового оборудования, состоящего из тягового асинхронного мотор-генератора ТАГ 225-280, тягового асинхронного обратимого двигателя ТАД 225-380, системы нейтрализаторов и суперконденсаторов. Применение гибридного силового привода на городском автобусе позволяет:
- снизить в несколько раз уровень вредных выбросов при движении в городском цикле;
- снизить расход топлива на 25-30%;
- применить двигатель внутреннего сгорания мощностью на 25-30% ниже при сохранении момента на ведущих колесах;
- повысить комфортность автобуса (снижение уровня шума, вибрации и т.д.);

По словам Директора Дивизиона «Автобусы» «Группы ГАЗ» Николая Борисовича Одинцова «концепция автобуса с гибридным приводом формирует лучшее предложение по городским программам для наших клиентов. Гибридные приводы идеально подходят для городских автобусов, которым часто приходится тормозить и ускоряться на маршрутах с интенсивным пассажиропотоком, например, на остановочных пунктах и светофорах. А использование данной технологии позволит уменьшить выбросы CO2 в окружающую среду».

Кроме того, на выставке представлена новая модификация автобуса КАВЗ 4239, серийное производство которого было запущено в июле 2008 г. Отличием новой модификации от базовой модели является применение двухдверного кузова, что позволило значительно увеличить размеры задней площадки для пассажиров и расширить на 120 мм проход на заднюю площадку. После испытания прототипа КАВЗ 4239 в автопробеге «России – Русские автобусы» в конструкцию автобуса был внесен ряд улучшений. В серийное производство автобус пошел с улучшенной эргономикой водительского места, новой панелью приборов, сплошной перегородкой места водителя.

На выставке компания презентовала также совместную разработку «Группы ГАЗ» и «Marcopolo» - малый автобус городского типа «Real». Базовая модификация автобуса претерпела некоторые изменения: укреплена боковая стойка кузова, изменены зеркала заднего вида, окно водителя, водительская дверь.

REAL
Автобус предназначен для работы на городских маршрутах. Эта модель малого класса на шасси Hyundai рассчитана на 22 посадочных места (общая вместимость - 29) и предназначена для работы на городских и пригородных маршрутах. Габариты автобуса - 7890/2040/2680 мм.
Салон автобуса оборудован травмобезопасными поручнями, антивандальными сидениями, багажными полками водителя, центральным освещением, индивидуальным освещением рабочего места водителя и переднего пассажира. Компоновка салона позволяет разместиться пассажирам стоя. В салоне предусмотрено место для хранения инструмента водителя. Боковые окна вставлены в резиновые профили, что снизило их стоимость, форточки на окнах раздвигаются в разные стороны.

КАВЗ 4239
Данный автобус предназначен для работы на городских маршрутах. Большие окна водительской кабины обеспечивают хороший обзор. Вместительный и красивый салон, стильный и яркий дизайн.
Габариты автобуса - 10290/2550/3080 мм. Автобус комплектуется двигателем Deutz стандарта Евро- 3 и КПП EATON FAW. Общая пассажировместимость составляет 89 пассажиров, в том числе 23 посадочных места.

ЛиАЗ 5292 с гибридным приводом
Городской автобус большого класса с низким уровнем пола. Двигатель расположен продольно в заднем свесе. Автобус позволяет перевозить людей с ограниченными возможностями. В салоне, наряду со специальной аппарелью, предусмотрены места для крепления инвалидных колясок.

При работе дизельный двигатель передаёт часть энергии непосредственно на колеса, а оставшаяся часть идет на электрогенератор. От генератора часть тока идет на подзарядку ионно-литиевых батарей, которые расположены на крыше автобуса, а часть возвращается на четыре электромотора в колесной ступице, которые и вращают колеса. Когда автобус будет подходить, останавливаться и отъезжать от остановки он может работать полностью на электричестве, что не только снижает количество вредных выбросов, но и обеспечивает бесшумность хода.

Общая пассажировместимость ЛиАЗ-5292 – 100 человек, в том числе – 22 посадочных места. Габариты автобуса -11990/2500/2880 мм.