Этот тип гибридного автомобиля рационально реализует крутящий момент ДВС в оптимальном, экологичном и экономичном диапазоне его оборотов. Мощная «троллейбусная» тяга электродвигателей применяется для резких или коротких перемещений: разгонов, обгонов, «подкрадывания» в пробке.
Кроме того, машины с последовательно-параллельной комбинированной тяговой установкой могут оснащаться дополнительным электромотором на второй оси для обеспечения полного привода и возможностью подзарядки «от розетки».
К недостаткам последовательно-параллельного гибрида следует отнести более высокую стоимость, ввиду того, что он нуждается в отдельном генераторе, блоке батарей больше, чем это есть у параллельного гибрида, и более производительной и сложной компьютерной системе управления. Зато применение такой гибридной силовой установки позволяет снизить расход топлива на 20 … 30 %.
Так же, как и последовательные гибриды, первые последовательно-параллельные гибриды пришли в автомобильный мир из флота. Классические подводные лодки, например времен Второй мировой войны, имели дизель-электрическую силовую установку, в которой гребные винты приводились в движение или дизелями (в надводном положении), или электродвигателями (в подводном положении), кроме этого, дизельные двигатели могли работать в режиме генераторов для зарядки аккумуляторов.
Мировым лидером в разработке и производстве последовательно-параллельных гибридов является корпорация Toyota Motor. Разработанная японскими инженерами система Hybrid Synergy Drive (HSD) объединяет в себе особенности двух предыдущих типов. В схему параллельного гибрида добавляется отдельный генератор и делитель мощности на базе планетарных передач.
В результате гибрид приобретает черты последовательного гибрида: автомобиль трогается и движется на малых скоростях только на электротяге. На высоких скоростях и при движении с постоянной скоростью подключается ДВС. При высоких нагрузках (ускорение, движение в гору и т. п.) дополнительно подключается электродвигатель, т. е. гибрид работает как параллельный.
Благодаря наличию отдельного генератора, заряжающего батарею, электродвигатель используется только для привода колес и при рекуперативном торможении. Делитель мощности передает часть мощности ДВС на колеса, а остальную часть на генератор, который либо питает электродвигатель, либо заряжает батарею. Компьютерная система постоянно регулирует подачу мощности от обоих источников энергии для оптимальной эксплуатации при любых условиях движения. В этом типе гибрида большую часть времени работает электродвигатель, а ДВС используется только в наиболее эффективных режимах. Поэтому его мощность может быть ниже, чем в параллельном гибриде.
Система HSD устанавливается на хэтчбеке Toyota Prius, седане бизнес-класса Camry, внедорожниках Lexus RX400h, Toyota Highlander Hybrid, Harrier Hybrid, спортивном седане Lexus GS 450h и автомобиле люкскласса — Lexus LS 600h. Toyota Prius лидирует по продажам среди всех гибридов. Расход бензина в городе составляет 4 л на 100 км пробега. Это первый автомобиль, у которого потребление топлива при движении в городе меньше, чем на шоссе. На Парижском автосалоне 2008 г. была представлена модель Prius plugin hybrid. Технологии компании Toyota были куплены компаниями Ford и Nissan и использованы при создании Ford Escape Hybrid и Nissan Altima Hybrid. General Motors, Daimler, Chrysler и BMW используют подобные технологии в рамках программы Global Hybrid Cooperation.
Несколько более простую схему разнесенных ДВС и электромоторов используют Volvo и Peugeot для создания гибридных полноприводников. В качестве примера можно привести Volvo XC90 T8 Twin Engine. Идея проста и одновременно красива: переднюю ось пусть приводит в движение турбодизель (еще одно экзотическое решение в мире питающихся обычно бензином гибридов), а заднюю — электродвигатель. При необходимости (или по принуждению водителя) включения полного привода гибрид начинает работать как последовательно-параллельный: ДВС одновременно вращает через обычную автоматическую коробку передач переднюю ось и питает через генератор электромотор, который крутит колеса задней оси. В чистом же электрорежиме автомобиль является заднеприводным. Volvo V60 Plug-In Hybrid еще и оказалась достаточно дальнобойной в электрическом плане — за счет емкой батареи и хорошо отлаженных алгоритмов универсал покрыл на электротяге 46 километров!
Нечто подобное, только наоборот, изобрели в BMW, когда проектировали футуристичный суперкар i8. У него бензиновая установка с автоматической коробкой передач и электромотором-генератором находится сзади, а тяговый электродвигатель — на передней оси. Система работает таким образом, что гибридное купе может быть либо переднеприводноэлектрическим, либо полноприводно-гибридным.
Переход на задний привод невозможен по той причине, что в случае опустошения батареи ДВС, по задумке инженеров, начинает работать одновременно в режиме вращения колес задней оси и питания переднего электродвигателя через второй мотор-генератор — это все та же последовательно-параллельная схема. Интересной особенностью BMW i8 является то, что передний электродвигатель вращает «ось» через двухступенчатую коробку передач, что позволяет достигать на одной только электрической тяге скорости 120 км/ч.
Другим интересным гибридом является гиперкар Koenigsegg Regera — творение гениального инженера и конструктора Кристиана фон Кенигсегга. При весе 1 590 килограммов и суммарной мощности силовой установки в 1 500 лошадиных сил и 2 000 Н∙м крутящего момента у «Регеры» фантастическая динамика: 0 … 100 километров в час за 2,8 секунды, 0 … 200 за 6,6 секунды, 0 … 300 за 10,9 секунды. С 0 до 400 километров в час этот автомобиль разгоняется за ошеломляющие 20 секунд.
Силовая установка у Regera гибридная. Она состоит из пятилитрового твин-турбомотора V8 мощностью 1 100 лошадиных сил и трех электромоторов YASA с аксиальным магнитным потоком. Два мотора на задней оси позволяют управлять вектором тяги, а третий, соединенный с коленчатым валом, выступает в роли генератора и стартера.
Все электромоторы питаются от 800-вольтового блока аккумуляторов с жидкостным охлаждением и батареями-ячейками, как у болидов «Формулы-1» — такое решение применяется на гражданском автомобиле впервые. Мощность блока составляет 4,5 киловатт∙часа; при ускорении он выдает на электромоторы 525 киловатт, а при рекуперации энергии получает до 200 киловатт. Аккумуляторы и блок управления питанием разработаны и произведены в сотрудничестве с фирмой Rimac — хорватским производителем электрических суперкаров. Несмотря на наличие двигателя внутреннего сгорания и электромоторов, в Koenigsegg избегают слова «гибрид» в отношении Regera, так как он, по их мнению, лишен недостатков большинства гибридов. Для компании это просто «что-то новое» — «a new breed of Koenigsegg».
При этом у Koenigsegg Regera нет привычной коробки передач. Ее функцию выполняет запатентованная система Koenigsegg Direct Drive (KDD), изобретенная Кристианом фон Кенигсеггом и созданная специально для «Регеры» командой Koenigsegg Advanced Engineering. ДВС подключается с помощью KDD напрямую к задней оси, используя гидравлическую муфту с изменяемой степенью проскальзывания и главную передачу с постоянным передаточным числом 2,73:1. В результате на городских скоростях, когда стрелка тахометра опускается ниже отметки 1 000 об/ мин, связь битурбо V8 с колесами отключается, и гиперкар передвигается в режиме последовательного гибрида.
Бензиновый агрегат Koenigsegg Regera вращает один из электромоторов, работающий в режиме генератора, а полученная электроэнергия поступает двум другим электродвигателям для привода задних колес. Если электричества в батарее достаточно, то можно обойтись без V8. Запас электрического хода — 50 км по сравнению с 31 км у McLaren P1 и Porsche 918 Spyder, также способных передвигаться на «батарейках».
В начале движения автомобиль перемещается в режиме последовательного гибрида только за счет электромоторов на задней оси. Гидравлическая муфта открыта, двигатель при необходимости заряжает аккумуляторы, но не передает момент на колеса. По мере увеличения скорости автомобиль переходит в режим параллельного гибрида — муфта смыкается, и момент на заднюю ось начинает поступать не только от ДВС, но и от 217-сильного электромотора, установленного на коленвале. На скорости около 50 километров в час гидравлическая муфта может быть полностью заблокирована. В этом случае двигатель будет напрямую связан с задней осью без вмешательства трансмиссии.
(Продолжение следует)
Статья была опубликована в журнале "Наука и техника"
