Гибридный автомобиль. Стоит ли с ним связываться?

Начнем с понимания — что такое гибридный автомобиль и как это работает. В основе конструкции такого автомобиля четыре основных агрегата (элемента) — двигатель, электромотор, инвертор (преобразователь переменного тока в постоянный и наоборот) и высоковольтная батарея, правильнее будет называть ее буферной батареей. Почему лучше использовать понятие буфер — назначение этой батареи запасать излишки энергии и эти же излишки потом отдавать.

Существует как минимум три типа гибрида — стандартный гибридный автомобиль, подзаряжаемый гибрид и электромобиль с генератором (ДВС). Каждый из них — тема отдельной большой статьи, поэтому сосредоточимся сегодня только на стандартном гибридном автомобиле.

Гибридные схемы

В гибридном автомобиле применяются три основных схемы питания.

Первая — параллельно-последовательная. Двигатель, электромотор и генератор могут работать как одновременно, так и независимо друг от друга, передавая мощность через планетарный редуктор. Фактически мы можем получать отдачу от двигателя, от электромотора либо от электромотора и двигателя одновременно. А также можем заряжать двигателем батарею через генератор, а за счет электромотора продолжать движение либо рекуперировать (сохранять) энергию электромотором (который в этот момент выступает генератором). И даже можем выполнять все три действия одновременно, заряжать через генератор батарею, снимать мощность на колеса с двигателя и электромотора. И все эти действия постоянно сменяют друг друга во время движения. То есть все время идут переходные процессы распределения энергии.

Вторая — параллельная. Двигатель и электромотор передают энергию через дифференциал. В чем заключается основное отличие от параллельно-последовательной схемы? В том, что у данной схемы есть несколько основных режимов — отдача только от двигателя, отдача от электромотора, отдача от электромотора и двигателя одновременно, заряд двигателем батареи через электромотор и рекуперация (сохранение) энергии электромотором (генератором). Одновременно заряжать батарею и ехать за счет электромотора в этой схеме невозможно, в отличие от параллельно-последовательной.

Третья, и самая простая для понимания схема — последовательная. Когда двигатель заряжает через генератор и инвертор, и батарею, а с нее, в свою очередь, берет энергию электромотор. В момент торможения электромотор выполняет функции генератора.

А теперь простым языком без заумных терминов. В случае с параллельно-последовательной схемой мощность передается на колеса соответственно ситуации. На автомобиле с такой схемой в зависимости от интенсивности разгона вы можете начать движение как на одном электромоторе, так и при интенсивном разгоне с места сразу использовать двигатель и электромотор одновременно. Пока двигатель набирает обороты, электромотор выдает пиковые значения мощности. После выхода на оптимальный режим работы отдача электромотора снижается, вплоть до нулевой. А если вы в этот момент захотите ускориться (в том числе на трассе), вновь подключится электромотор. Если батарея во время движения разряжается, то двигатель начинает отдавать часть мощности для зарядки через генератор батареи. И конечно, при торможении излишняя энергия также запасается в батареи.

По такому принципу устроено большинство гибридов от Toyota.

Возникает вопрос — почему только Toyota. Да потому, что для последовательно-параллельной схемы обязательным условием выступает планетарная передача, а до недавнего времени права на гибридную установку с планетарной передачей всецело принадлежали только Toyota. Сейчас Toyota сделала технологию общедоступной, передав права на нее в общее пользование.

В параллельной схеме автомобиль может начать движение на электротяге при разгоне, пока бензиновый двигатель выходит на полную отдачу, электромотор отдает мощность, далее подключается в работу в зависимости от включенной передачи в роботизированной трансмиссии, тем самым общая отдача практически всегда номинальная. На трассе принцип примерно тот же — есть короткий диапазон отдачи, в котором электромотор выступает в качестве помощника. Если батарея требует подзарядки, то электромотор начинает забирать энергию ДВС — до момента зарядки батареи. При торможении все стандартно: электромотор запасает энергию в батарею. По такому принципу работают прежние параллельные гибриды от Honda (современные уже перешли на другую технологию).

В последовательной схеме бензиновый двигатель не имеет связи с колесами и является только генератором, который заряжает тяговую (буферную) батарею. Непосредственный привод на колеса осуществляется электромотором. И в этой схеме очень просто понять, как повысить отдачу с колес. ДВС вращает генератор, передавая заряд в инвертор, который перераспределяет потоки энергии в зависимости от необходимости, напрямую электромотору или заряжая буферную (тяговую) батарею. Хотите больше мощности на выходе — повышаете отдачу всех элементов в цепочке.

Так работают гибриды от Nissan на технологии e-Power и подзаряжаемые Chevrolet Volt и BMW i3 (с генератором).

Для примера — Nissan в своих гибридах, выпускаемых для внутреннего рынка, использует трехцилиндровый двигатель объемом 1,2 литра на 79 л.с. и электромотор EM57 с отдачей 80 кВт (109 л.с), а для европейского рынка планируется запуск модели Qashqai c двигателем объемом 1,5 литра мощностью 154 л.с. и с тем же EM57 отдачей 140 кВт (190 л.с.). Наглядный пример, когда при повышении отдачи системы увеличивают отдачу всех ее элементов.

Помимо этого, в последовательных гибридах еще есть отдельный класс — Long Range EV. В этом случае на электромобили устанавливается ДВС, который служит генератором для повышения запаса хода на батарее. По данной схеме устроен BMW i3, использующий 0,6-литровый двигатель для увеличения запаса хода, либо Chevrolet Volt, который разработан под использование данной схемы изначально.

Другое ответвление. Не так давно Honda перешла на новую технологию, имеющую название e:Hev. Назвать ее можно так — последовательно-параллельная схема. Проще говоря — в диапазоне средних скоростей (до 80 км/ч) это последовательный гибрид, двигающийся за счет мощности электродвигателя.

Если требуется зарядка батареи, то ДВС с помощью генератора начинает заряжать батарею в то время, когда движение продолжает осуществляться за счет электромотора.

Но при выходе на магистральную скорость с равномерной нагрузкой через муфту прямого включения ДВС напрямую начинает вращать колеса на фиксированной передаче (передаточном числе), в то время как электромотор и генератор в движении уже не участвуют.

Почему в России массовые гибридные автомобили не продаются официально?

Возникает вопрос — почему в нашей стране не продаются гибридные автомобили масс-сегмента? Попробуем разобраться.

В России с 2009 по 2018 год официально продавались Toyota Prius 3-го и 4-го поколений — всего реализован 1051 автомобиль, или что-то около сотни в год (притом что как минимум не меньше завозилось в месяц на вторичный рынок). Чуть больше двух лет (с 2014 по 2016-й) официально продавался Mitsubishi Outlander PHEV, но реализация составила мизерные 94 шт. Еще меньшие продажи были у гибридных версий Nissan Pathfinder и Murano (последний был в линейке вплоть до августа 2021 года).

Сейчас новые гибридные автомобили в России представлены исключительно премиум-сегментом. Так что единственными гибридами на нашем рынке остались Lexus в лице моделей NX300h, UX250h и RX450h, но ни одна из них не относится к масс-сегменту.

Да, мне могут возразить, что гибридные автомобили есть в каталогах Mercedes и Audi. Но весь модельный ряд Audi — «мягкие» гибриды, которые сложно отнести к полноценным. То же самое с линейкой Mercedes — даже учитывая кратковременную заявленную отдачу электродвигателя, называть их гибридами не стоит. И даже новый Geely Atlas Pro — тот же самый «мягкий» гибрид с кратковременной отдачей в 50Hm.

Что такое «мягкий» гибрид и почему нельзя называть его гибридом? Да это просто маркетинг! Даже самые мощные «мягкие» гибриды — это максимум система «старт-стоп» и в исключительных случаях короткое передвижение на электродвигателе на малых скоростях. По такой схеме, например, работает хэтчбек от Suzuki Solio, который, по заявлениям производителя, позволяет передвигаться на электротяге на скорости до 13 км/ч.

Либо, например, реализация такой схемы у Audi А6 TFSI: все электрические функции здесь сводятся к дополнительному электропитанию сложных систем автомобиля, а также реализации функции старт-стоп всякий раз, когда водитель поднимает ногу с педали акселератора во время движения накатом на скоростях от 55 до 160 км/ч (бензиновый двигатель при этом не работает).

Как развивается рынок гибридных автомобилей в мире?

Европа и Северная Америка стремительно переходят на гибридные и электрические автомобили. Примеров тут множество: тот же модельный ряд Toyota на европейском рынке наполовину состоит из автомобилей в гибридном исполнении.

То же и на американском рынке.

И даже на Украине щедро представлены гибридные и электрические автомобили европейской линейки.

Практически все ведущие автопроизводители заявляют о своих планах снять с производства к 2030 году автомобили на бензиновом и дизельном топливе и заменить их на гибридные (в том числе подзаряжаемые) и электромобили.

Откуда в России так много гибридных автомобилей

В России (особенно в ее восточной части) мы также часто видим на дороге гибридные автомобили, но практически всегда — с правым рулем со вторичного рынка Японии. В 2021 году в востребованном сегменте до 1,5 млн рублей наиболее популярны параллельно-последовательные гибриды от Toyota — Prius, Aqua, Corolla Fielder/Axio, Prius Alpha, Noah/Voxy/Esquire, Sienta, C-HR (технология Hybrid Synergy Drive), последовательные гибриды от Nissan — Note (технология e-Power) и параллельные гибриды от Honda — Fit, Shuttle/Grace, Jade, Vezel, Freed.

Самой популярной и востребованной гибридной моделью в России (с чем, собственно, и ассоциируется этот тип питания) стала Toyota Prius, которая представлена всей линейкой. Сейчас уже редко встречаются Приусы 10-11-й серий (первое поколение), которые выпускались с 1997 по 2003 год.

Связано это, конечно же, с преклонным возрастом и состоянием автомобилей, в основном требующих ремонта гибридной составляющей. Что в реалиях 10-го Приуса достаточно проблематичное занятие — сложно найти батареи, доступные для ремонта.

Именно поэтому в объявлениях встречается такой разброс цен. Например, цены на десятую модель лежат в пределах от 100 000 до 300 000 рублей. Причем по нижней границе в объявлениях почти всегда видим фразу «установлен бензиновый двигатель, гибридная составляющая снята». А вот в объявлении о продаже 11-го Приуса за 400 000 рублей почти наверняка будет дополнение «установлена батарея с 20-й модели».

А вот 20-я модель (2003–2009 гг.) по-прежнему на ходу.

Именно в 20-м кузове Prius наиболее известен. И даже учитывая преклонный возраст автомобилей ранних годов выпуска, он достаточно распространен на дорогах, особенно на Дальнем Востоке, где доказал свою неприхотливость и высокую надежность. Сейчас уже автомобили страдают повышенным «масложором» (который стабильно возникает при пробеге за 200 000 км). Проблему научились решать установкой двигателя от Toyota Aqua: после небольшой доработки (напильником) мотор встает как родной, и автомобиль продолжает радовать владельца. Зато батареи здесь зарекомендовали себя максимально ресурсными — далеко не редкость, когда достигали пробега в 500 000 километров.

Именно за счет своего феноменального ресурса 20-й Prius заслужил репутацию беспроблемной «рабочей лошади». Соотношение автомобилей с левым и правым рулем в нашей стране составляет примерно 1 к 10.

Но как и у любого возрастного автомобиля, есть и типичные проблемы. В первую очередь — выгорание конденсаторов приборной панели, после чего она начинает нестабильно работать (особенно в мороз), может и вовсе не включаться. Случаи замены коробки и электродвигателей на этих моделях при этом бывают крайне редко. Замена инверторов случается чуть чаще, но опять же не является массовой. К проблемным узлам относят рулевые рейки и шлейф подключения подушки безопасности, бывает, что лопается герметик на стыке крыши и двери багажника. В результате вода начинает просачиваться в салон и предательски скапливается в нише багажника под аккумулятор.

Практически невозможно найти Приус без вырезанного катализатора — это варварство связано с тем, что рыночная стоимость драгметаллов в нем достигает 80 000 рублей.

Так как эти модели (20 и 30) можно до сих пор ввезти из Японии (а также Европы/Америки), то вилка цен колеблется в пределах 400 000-900 000 рублей и автомобили пользуются хорошим спросом на вторичном рынке.

Еще более распространенным гибридным автомобилем стал 30-й Приус (2009–2015), но в его случае соотношение левого руля к правому уже примерно 1 к 40.

Ресурс батареи на этой модели, по сравнению с 20-й, ниже в два раза. Дело в том, что ранее использовалась связка из 1,5-литрового ДВС и менее мощного электромотора, а теперь идет 1,8-ДВС и более мощный электромотор, при этом в батарее по-прежнему осталось 28 элементов. Плюс менее эффективная система охлаждения. И если раньше на одной батарее запросто можно было проехать полмиллиона километров, то теперь — 200 000–250 000. Увеличился шанс выхода из строя инвертора, хотя такие случаи по-прежнему единичны.

Бич современного вторичного рынка — вырезание катализатора, не миновал и данную модель, однако за счет перехода к использованию клапана EGR при неизменных нормах Евро-4 позволил снизить количество используемых драгоценных металлов до 30 000 рублей в том же объеме катализаторов (это цена б/у катализаторов на вторичном рынке). Кроме того, использование клапана EGR — до сих пор бесконечный повод для споров «глушить/не глушить». Противники клапана EGR используют очень показательную картинку.

Стоимость модели на вторичном рынке (предложение огромно) от 500 000 (правый руль) и 800 000 (левый руль) до 1,3 млн рублей.

С декабря 2015 года выпускается 50-й Приус (четвертое поколение).

Цена на вторичном рынке на автомобили с правым рулем стартует с отметки 1,1 млн рублей (1,5 млн с левым) и заканчивается на 1,7 млн (1,9 млн). Доплата за более технологичную Li-Ion-батарею по сравнению с Ni-Mh примерно 100 000 рублей.

Именно на данной модели закончились попытки продавать гибридные автомобили в масс-сегменте в России. Toyota поставляла в страну одну-единственную комплектацию «Люкс» стоимостью более 2,1 млн рублей, и это притом, что в 2017 году цены на бизнес-седан Camry начинались от 1,4 млн рублей. Так что рынок гибридных автомобилей в России практически полностью перешел на «правый руль».

Исключением является разве что Chevrolet Volt, который также поставляется только на вторичный рынок.

Гибриды Toyota: плюсы и минусы

Как мы уже говорили, бóльшую часть российского рынка занимают гибридные автомобили Toyota. И это не только Prius — компания представлена в России достаточно широким модельным рядом. Попробуем разобраться, почему именно эти автомобили самые востребованные. Тем более у гибридных машин разных производителей есть свои плюсы и минусы в эксплуатации. Составим список основных преимуществ с аргументацией для Toyota.

Плюсы:

1. Расход топлива гибридного автомобиля на треть ниже, чем автомобиля такого же класса или даже такой же бензиновой модели. Приведем пару примеров, основанных на японской статистике.

Вот два одноклассника: бензиновая Toyota Wish и гибридная Toyota Prius Alpha с одинаковыми двигателями объемом 1,8 литра — 2ZR.

Разница в расходе топлива — 2,1 л/100 км.

Или два одинаковых автомобиля, но один гибридный, другой бензиновый, с одинаковыми двигателями 1NZ. Toyota Corolla Fielder и Toyota Sienta.

То есть никакого снижения расхода топлива в два раза, по сравнению с бензиновыми, нет. Сложно сказать, откуда берутся слухи про расход, но мы оперируем только фактами.

2. Toyota — достаточно консервативная компания, и на своих массовых гибридных автомобилях использует хорошо зарекомендовавшие себя двигатели 2ZR-FXE и 1NZ-FXE. Первым оснащаются модели с 2007 года, а 1NZ известен еще с 1997 года, то есть без малого четверть века. И если 1NZ, устанавливаемый на 20-м Приусе, страдал после 200 000 км пробега повышенным «масложором».

. то уже на следующем поколении его доработали и проблема больше не возникала. Сейчас оба двигателя без особых проблем проезжают более двух сотен тысяч километров. При этом при гибридной схеме двигатель менее нагружен, что дает больший механический ресурс.

3. Возможно, при выборе гибридного автомобиля вы обращали внимание на мощность электромотора (например, Prius 30) в 61 кВт. Здесь надо уточнить — это суммарная мощность электромотора и генератора.

Наверняка вы встречали и такие цифры в каталогах и статьях, как суммарная мощность 122 л.с. или пиковая 136 л.с., и никак не могли понять, как 99 л.с. с ДВС и 82 л.с. электромотора превращаются в суммарные 122 л.с. Объяснение достаточно простое: пиковая отдача высоковольтной батареи составляет 27 кВт или 37 л.с. Суммарная отдача силовой установки равна максимальной мощности источников ДВС + ВВБ (смотрите картинку ниже).

Остальная мощность живет в генераторе — так как это параллельная схема. А это означает, что пока один электромотор отдает мощность, второй электромотор (генератор) заряжает батарею напрямую от двигателя. Сложно и не слишком понятно, но очень показательно в сравнении с другими моделями, ведь мы теперь знаем — мощность электромотора хоть и 61 кВт, как указано в каталогах, но максимальная отдача меньше и ограничена мощностью источника и преобразователя (ВВБ и инвертор).

4. За счет рекуперативного торможения на всех гибридах Toyota огромный ресурс тормозной системы, а также высокая эффективность торможения. Родные колодки имеют зачастую ресурс более 150 000 км, что очень эффективно по сравнению с тормозами классических автомобилей.

5. Toyota до недавнего времени на всех своих массовых моделях использовала планетарную коробку передач, которая зарекомендовала себя как исключительно надежная.

6. Беспроблемный запуск в любые морозы в варианте с Ni-Mh батарей. На рассматриваемых гибридных автомобилях отсутствует такой элемент, как стартер, а запуск двигателя происходит за счет мощного электромотора.

7. Низкий центр тяжести за счет расположения батареи, лучшая развесовка по обеим осям, которая положительно влияет на управляемость.

8. На некоторые гибридные автомобили от Toyota (например Prius 50) для получения полноприводной версии устанавливается вспомогательный электромотор на 5,3 кВт.

9. Огромный ресурс Li-Ion батарей, устанавливаемых на Prius 51 и Prius Alpha 40. Пока нет точных цифр, но, по грубым предположениям, ресурс батареи до возникновения ошибки составляет более 400 000 км, что в большинстве случаев превышает ресурс самого автомобиля.

10. Нет проблем с расходниками и запчастями.

Но есть и минусы.

1. Ni-Mh батарея, устанавливаемая на всех современных автомобилях от Toyota, не обладает тем огромным ресурсом, который был на 20-м Приусе. Например, для 30-го Приуса средний ресурс батареи составляет 200 000–250 000 при городской ежедневной эксплуатации. В режиме такси или трассовых пробегов ресурс все же будет повыше.

2. Основной фактор снижения ресурса — перегрев. А его, в свою очередь, вызывает недостаточное охлаждение салона или банальное игнорирование кондиционера, так как на тойотовских гибридах охлаждение батареи (он же забор воздуха) осуществляется из салона. Другая причина — невнимательное отношение к сеточке охлаждения вентилятора и самому вентилятору. Большинство случаев преждевременного выхода из строя батареи связано с полным игнорированием вышеуказанных факторов либо нарушением свободного доступа воздуха к охлаждению батареи (закрытие пакетом воздуховода).

Что в крайних случаях при совокупности с предупреждением о перегреве батареи приводит к печальным последствиям.

3. В то же время батарея Li-Ion боится холодов. Были случаи, когда после простоя более суток при установившейся температуре на улице за минус 40 двигатель отказывался заводиться, а после потепления пускался как ни в чем не бывало. Здесь программно ограничен пуск двигателя при достижении батареей критической для запуска температуры.

4. На гибридных автомобилях требуется более длительный прогрев двигателя для выхода на рабочий диапазон антифриза в 40 градусов. Связано это, конечно же, с работой двигателя по другому циклу Аткинсона.

5. Инвертор в гибриде имеет свойство ломаться, или правильнее будет сказать — сгорать. Правда, случается это редко.

6. Главный минус любого гибридного автомобиля — стоимость и перспективы замены батареи. Ведь узел этот дорогой и дефицитный. При этом ее ресурс можно не только прогнозировать, но и даже продлевать. Более того, на NiMh-батареях возможен частичный ремонт — этот способ не самый эффективный, но более-менее доступный. Стоимость батарей на вторичном рынке на хорошие (живые) варианты варьируется в пределах 70 000–120 000 рублей. Первичная диагностика доступна при наличии телефона и OBD-адаптера. При покупке б/у батареи можно определить ее остаточную емкость.

7. Второй по популярности аргумент противников гибридных автомобилей — разница в цене с таким же бензиновым аналогом, которая в среднем для Toyota составляет 100 000–200 000 рублей. А на эти деньги можно купить бензина на 20 000, а то и все 40 000 км. Кроме того, многие считают, что надо заложить сумму на замену батареи. Итого переплата по сравнению с обычным автомобилем может достигать 300 000 рублей.

Где же экономия?

Каждый сам решает, на чем ему ездить и что покупать. По моему опыту — при пробегах менее 15 000 км в год экономии точно не будет.

8. Одна из причин низких продаж гибридных автомобилей в России — сложности с обслуживанием. Хотя этот вопрос постепенно решается, и в крупных городах и на востоке страны он уже проблемным не является.