В последние годы ведется много разговоров на тему, вытеснят ли электромобили конкурентов с двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Исход этого противостояния никому не известен, поскольку оба альтернативных варианта обладают как существенными относительными достоинствами, так и недостатками. Между тем все больше места под солнцем получает вариант, в некотором роде объединяющий достоинства обоих полярных схем – автомобили с гибридными силовыми установками.
По большому счету гибридным в отношении силовой установки можно назвать любой автомобиль, использующий для привода ведущих колес более одного источника энергии. Однако сейчас этот термин применяется практически исключительно по отношению к авто, в которых для привода используются ДВС и электромотор.
Эта пара двигателей привлекает разработчиков потому, что они хорошо дополняют друг друга. Так, нагрузочная характеристика ДВС (зависимость отдаваемой мощности от частоты вращения вала) имеет лучшие показатели только в узком интервале в диапазоне высоких оборотов. Нагрузочная же характеристика электродвигателя практически равномерна во всем диапазоне, он может быть мгновенно запущен, остановлен и реверсирован, а также не требует холостого хода, что позволяет исключить из трансмиссии механизм сцепления.
Первые гибридные автомобили появились на рубеже XIX-XX вв., когда производители авто искали лучший вариант. Так, начиная с 1897 г. французская Compagnie Parisienne des Voitures Electriques выпустила партию машин с гибридными установками. В 1900 г. General Electric сконструировал свое гибридное авто. Даже первый автомобиль знаменитого Фердинанда Порше был гибридным (Lohner-Porsche, разработанный в 1900-1901 гг.). Но победу тогда в итоге одержал ДВС. Продвижению гибридов помешали высокая цена электрических комплектующих, а также малые мощности и большой вес аккумуляторных батарей.
Идея гибридов все же не была забыта. В конце 1990-х к ней опять обратились. Этому способствовали несколько тенденций: с одной стороны, потребители с их мечтами об одновременно мощном и экономичном моторе, с другой – экологи ужесточали нормы токсичности, с третьей – технологии развивались, и электроника, аккумуляторы становились все более доступными по цене и качественными. Нельзя забывать также о постоянном стремлении автопроизводителей к инновационности со всеми ее имиджевыми и коммерческими выгодами.
Интегральным же мотивом при разработке гибридных автомобилей служит стремление повысить их экономичность, при этом как минимум не жертвуя скоростью, приемистостью и пробегом на одной заправке. Экономичность гибридов достигается: использованием ДВС меньшей мощности и соответственно объема; работой двигателя в оптимальном режиме; его полной остановкой (у светофоров, в пробках и т. п.) вместо работы на холостом ходу; применением рекуперативного торможения с зарядкой аккумулятора (что также снижает износ тормозных колодок).
Разумеется, не бывает преимуществ без недостатков. Гибридные автомобили имеют относительно больший вес, они сложнее и дороже автомашин с ДВС. Аккумуляторные батареи все еще дороги, у них небольшой диапазон рабочих температур, они подвержены саморазряду, недешевы в ремонте, а кроме того, не до конца решен вопрос с их утилизацией. Ремонт гибридов требует специально подготовленных специалистов СТО.
Существуют три схемы гибридных силовых установок:
- последовательная – ДВС вращает ротор генератора, а вырабатываемая им электроэнергия питает электродвигатель, подключенный к ведущим колесам, и заряжает аккумулятор;
- параллельная – момент на ведущие колеса поступает как от ДВС, так и от электродвигателя. Аккумулятор заряжается при переключении электродвигателя в режим генератора (например, при торможении), а запасенная батареей энергия питает электродвигатель;
- последовательно-параллельная – в зависимости от условий движения используется тяга электродвигателя или одновременно ДВС и электромотора. В случае необходимости система способна приводить колеса в движение и в то же время вырабатывать электроэнергию, используя генератор.
В настоящее время Toyota является мировым лидером в сфере внедрения гибридных технологий, а первым в мире серийным гибридным автомобилем стал Prius. Первое поколение этой модели появилось в 1997 г., и с тех пор во всем мире их реализовано свыше 3 млн. (около 1 тыс. единиц эксплуатирует также украинская милиция). Prius стабильно сохраняет звание самого популярного гибридного автомобиля в мире. В настоящее время в модельных рядах Toyota и Lexus насчитывается около 20 гибридных авто. Гибридов этих брендов во всем мире продано уже более 5,5 млн., и объемы их сбыта продолжают расти: ежемесячно своих владельцев находят свыше 100 тыс. новых автомобилей.
Гибридная система, разработанная в Toyota, относится к последовательно-параллельным (в компании ее называют полногибридной). Она является модульной и адаптируемой. Вариант для автомобилей Toyota называется Hybrid Synergy Drive, а Lexus – Hybrid Drive.
Нам на тест попала последняя по времени версия Lexus GS 450h первого в мире гибридного седана бизнес-класса, выпускаемого с 2006 г. Его силовую установку суммарной мощностью 345 л. с. образуют 3,5-литровый бензиновый двигатель V6, работающий по циклу Аткинсона (это вариант мотора, устанавливаемого на Lexus GS 350 AWD), и электродвигатель. Она потребляет примерно на 20% меньше топлива, чем исходный бензиновый мотор. Благодаря электродвигателю старт с места очень быстрый, чего не ждешь от такого большого авто. За счет подключения этого же мотора и разгоны в процессе движения получаются довольно энергичными.
Предусмотрены четыре режима движения, которые можно выбрать с помощью переключателя на центральной консоли. В зависимости от выбранного режима подсветка приборной панели меняется от голубого до красного цвета. В режиме «Eco» мощность двигателя, кондиционирование воздуха и подогрев сидений подчинены единой цели – минимизации расхода топлива. Лучшим вариантом для повседневных поездок является режим «Normal». Режим «Sport S» улучшает отклик на нажатие педали акселератора. На моделях, оснащенных адаптивной регулируемой подвеской (AVS), дополнительно доступен режим «Sport S+», контролирующий работу AVS, электроусилителя руля, системы динамического управления. В режиме «EV» (Electric Vehicle) автомобиль перемещается исключительно на электрической тяге. Использовать этот режим можно на скорости до 45 км/ч и на расстоянии до 2,5 км.
GS 450h наполнен самыми современными системами безопасности и помощи водителю. При этом параллельно решаются и задачи энергосбережения. Так, умный климат-контроль поддерживает параметры только у тех кресел, где в данный момент есть люди.