Гибриды Nissan и Honda. Технологии, плюсы и минусы

После публикации предыдущей статьи «Гибридный автомобиль. Стоит ли с ним связываться?» Lexus заявил, что в следующем поколении NX 350 гибридной установки для нашей страны более предлагать не будет. В России в официальной продаже остается лишь два гибридных (не подзаряжаемых) автомобиля — Lexus UX250 и Lexus NX450. Но гибридов от Toyota/Lexus в данной статье не будет — пришло время разобраться с другими производителями. Тем более что с Toyota, как и в целом с принципами работы гибридных автомобилей, мы уже подробно знакомились в прошлый раз. На этот раз поговорим о гибридах Nissan и Honda.

Это — материал внештатного автора. Дром открыт для сотрудничества: предлагай свои оригинальные темы на ms@drom.ru, а если статья будет опубликована — получай достойный гонорар. 

Последовательные гибриды от Nissan. Подробное описание технической схемы

На вторичном рынке России Nissan сейчас представлен автомобилями Note e-Power и Serena e-Power, ожидается импорт Kicks e-Power и Note e-Power нового поколения.

Гибриды Nissan, с фирменным обозначением e-Power, работают по последовательной схеме. Для понимания приведем сравнение этой схемы с Toyota (справа) и электромобилем Nissan Leaf (слева).

Как видно, принцип работы электромобиля состоит из связки батареи, инвертора и электромотора плюс зарядное устройство. Но если рассматривать схему e-power, то последнее заменяется бензиновым мотором и генератором.

Известно, что Nissan Leaf можно заряжать от топливного (бензинового, дизельного) генератора, вырабатывающего электричество. Собственно, если на месте генератора представить обычный двигатель, то так и работают гибриды от Nissan. Берется электромотор от Leaf, емкость батареи уменьшается до характеристик буферной (для запаса «излишков» энергии и снижения стоимости, а также уменьшения массы) и интегрируется генерирующая составляющая. В результате получаем автомобиль, не привязанный к розетке, с динамическими характеристиками, сопоставимыми, а то и превышающими аналогичный чисто топливный и с запасом хода, ограниченным доступностью заправки.

Из электромобиля тоже можно сделать гибрид. Другой вопрос — зачем? 😊

На гибридных автомобилях Nissan на японском рынке во всех случаях устанавливается бензиновый трехцилиндровый двигатель объемом 1,2 л мощностью 82–84 л.с. (ранее на Note e-Power первого поколения отдача составляла 79 л.с.), что соответствует 60–62 кВт (запомните эту цифру). Бензиновый двигатель здесь не имеет связи с колесами и является только генератором механической энергии, которая через электрогенератор и инвертор заряжает тяговую батарею либо подается на электродвигатель напрямую через инвертор.

Непосредственный привод на колеса передает электродвигатель EM-57 (он также устанавливается и на Nissan Leaf), механической связи с бензиновым двигателем он не имеет. На Note e-Power нового поколения маркировка мотора изменена — теперь это EM-47.

На всех автомобилях с индексом e-Power главная пара идентична, отличаются лишь настройки электродвигателя. В зависимости от модели изменяется рабочая полка электромотора — отдача в кВт, и сдвигается диапазон рабочих оборотов.

Так как же 62 кВт отдачи бензинового мотора позволяют ездить на батарее и не разряжать ее полностью? Если выходная мощность электромотора выше, чем может выдать бензиновый мотор, то рано или поздно батарея разрядится и машина будет обездвижена. Рассмотрим это на примере микроавтобуса Serena массой 1750 кг.

Каталоги на информационных ресурсах указывают на максимальную отдачу электродвигателя здесь в 100 кВт (136 л.с.) при крутящем моменте 320 Нм. На официальном сайте производителя указано также, что номинальная мощность электродвигателя 70 кВт (95 л.с.). Притом что (как мы уже говорили) максимальная отдача двигателя — 62 кВт. В формулировке «номинальная мощность» и скрывается ответ, почему батарея при такой связке не разряжается. Потому что обычный режим отдачи электродвигателя (он же номинальный) близок к производной от бензинового двигателя. Таким образом, на максимальном режиме бензиновый двигатель вырабатывает электроэнергию в достаточном для номинальной отдачи объеме и подает ее напрямую на электродвигатель через инвертор, минуя батарею.

В случае необходимости, для получения 100кВт отдачи электромотора энергия берется не только напрямую с генератора через инвертор, но также расходуется заряд буферной батареи для компенсирования недостающей мощности, вырабатываемой связкой «бензиновый двигатель — генератор». Тем самым продолжая активно использовать энергию, отдача электродвигателя при разряде батареи снижается постепенно до номинальной. Для того, чтобы разрядить батарею в таком режиме движения, скорость автомобиля должна держаться выше разрешенной законодательством длительное время, либо автомобиль должен преодолевать затяжной подъем.

А для того, чтобы водитель не замечал столь технологичный процесс, а также для сохранения излишек энергии при торможении, в автомобиле есть буфер в виде Li-Ion-батареи на 1,8 кВт⋅ч.

Мощность электромотора здесь передается через редуктор на колеса. При этой схеме здесь нет ничего, кроме шестерней, так что по сути автомобили e-Power едут на одной, если вы позволите так назвать, передаче. Заострите внимание на данном факте, к этому мы еще вернемся.

Гибриды Nissan: плюсы и минусы

Плюсы

1. Меньший расход топлива при любых стандартных условиях эксплуатации (данные по расходу топлива мы берем здесь). Да, в Японии климат мягче, чем в большинстве регионов России, да и бензин качественней, но лучше быть объективным и опираться на наработанную статистику, а не оторванные от реалий цифры из каталога.

Гибридные Nissan не дают столь существенную экономию, нежели аналоги от Toyota. Скажем при 1,2-литровом двигателе гибридная модель Note даст 1,29 литра экономии топлива по сравнению с бензиновой версией. Хотя на микроавтобусе Serena экономия будет уже 3 литра на 100 км, а это те же 30 процентов, как и в случае с Toyota.

2. Высокая мощность за счет тяги электродвигателя с соответствующим моментом. Для 1,2-литрового Note e-Power динамика будет сопоставима с 2,0-литровым турбодвигателем на обычном бензиновом моторе.

3. Огромный ресурс трансмиссии — ведь тут установлен редуктор, никаких переключений передач не происходит, внутри исключительно набор шестеренок.

4. Повторим тезис, заявленный в первой статье: рекуперативное торможение на всех гибридах (в том числе и Nissan) обеспечивает огромный ресурс тормозной системы и высокую эффективность торможения. Заводские тормозные элементы имеют ходимость более 150 000 км.

5. e-Pedal. Впервые функция появилась на Leaf в кузове ZE1 в октябре 2017 года. Технология позволяет разгоняться и тормозить с использованием лишь одной педали газа. При ее нажатии автомобиль разгоняется, в противном случае — замедляется вплоть до полной остановки и фиксируется без нажатия на тормоз. Вот как это происходит.

6. Система предотвращения столкновений с объектами (автомобиль или пешеход). Устанавливается на все автомобили с технологией e-Power. Вот как работает эта система при внезапном появлении пешехода.

7. Единая система, состоящая из опционального кругового обзора, работающего совместно с парктрониками, позволяет избежать столкновения при парковке (дополненная система предотвращения столкновений).

8. Высокая теплоотдача прогретого до температуры 40 градусов двигателя, высокие обороты на этом уровне поддерживаются до полного прогрева батареи. Во время движения автомобиля двигатель быстро достигает температуры в 80 градусов. При движении в пробке электроника не позволит перегреться мотору.

9. Опциональный адаптивный круиз-контроль Pro-Pilot.

10. Низкий центр тяжести, вызванный расположением батареи под передними сиденьями, за счет этого достигается лучшая развесовка по обеим осям. Результат — лучшая управляемость по сравнению с бензиновыми версиями.

11. Огромный ресурс Li-Ion батареи, которая имеет равномерный износ (в отличие Ni-Mh, используемых на Toyota прежних поколений). Для буферной батареи (в отличие от аналогичной на Leaf) потеря емкости не критична, влияния на динамические характеристики по мере старения не имеет.

По сравнению с Leaf разница в разбеге напряжения ощутима. При пробеге 100 000 км на Nissan Note разница в напряжении между ячейками — 0,003В, тогда как на Leaf разброс достигает уже 0,006В на пробеге менее 20 000 км.

12. Лояльные таможенные пошлины за счет небольшого объема двигателя.

13. Отсутствие навесного — генератора и компрессора кондиционера (в отличие от Toyota). Но шкив коленвала на Nissan присутствует.

Минусы (и нюансы):

1. Более долгий холостой прогрев двигателя для выхода на рабочий диапазон в 40 градусов (или первое деление указателя температуры двигателя).

Тут необходимо пояснение про ранее заявленный тезис о более высокой тепловой отдаче. Двигатель хуже прогревается на начальном этапе, но после достижения рабочей температуры обороты не снижаются, поэтому и случается парадокс: малообъемный двигатель прогревается долго, но продолжает работать на повышенных оборотах. В то время как классические двигатели снижают при прогреве обороты. По такому принципу гибриды от Nissan прогревают батарею, постоянно подавая на нее небольшие токи, за счет которых и происходит разогрев.

2. Повышенный расход на трассовых скоростях выше 110 км/ч, так как автомобиль использует одну фиксированную передачу.

3. Отсутствие диэлектрической защиты элементов батареи при попадании воды в нишу — даже на не заведенном автомобиле батарея начинает «прошиваться» на корпус с возможной гибелью элементов или целиком. В руководстве по эксплуатации зафиксировано, что запрещается перевозка в салоне открытых емкостей с жидкостью, как, например, «ведро или заполненные аквариумы без крышки». Для примера — фото батарей, пострадавших от попадания влаги в нишу батареи.

4. Защита непрогретой батареи зимой от отдачи высоких токов. При морозах ниже минус 20 алгоритм работы e-Pedal меняется: при отпускании педали газа торможение происходит заметно медленнее. Электроника снижает подающиеся на батарею токи, заставляя электродвигатель генерировать меньше энергии, тем самым эффективность пассивного торможения снижается, а тормозной путь увеличивается.

5. После простоя более суток при морозах минус 40 и ниже без прогрева автомобиля (в частности салона) пуск двигателя невозможен. Электроника, определив падение температуры ниже безопасных для батареи значений, переводит автомобиль в режим защиты от пуска двигателя.

6. Повышенные обороты двигателя как при парковке, так и во время зарядки (особенно заметно зимой при температуре ниже минус 20). Обычно после длительной стоянки показатели двигателя держатся на отметке 3200 об/мин с последующим снижением по мере прогрева до 2800 об/мин, а только при полном прогреве — 1200 об/мин. Со стороны это выглядит, что автомобиль прогревается при выжатой педали акселератора.

7. В классическом автомобиле для охлаждения ДВС используется контур охлаждения, заполненный антифризом. На гибридных автомобилях есть дополнительный функционал — контур охлаждения инвертора. Как и в случае с ДВС, недостаточное охлаждение инвертора приводит к его выходу из строя. Зимой, к примеру, в случае замерзания антифриза в контуре охлаждения. Поэтому от владельцев требуется проверка и замена антифриза в случае, если температура замерзания не соответствует региону эксплуатации.

8. Отсутствие в России развитого сервиса по ремонту и обслуживанию гибридных автомобилей Nissan, а также практически полное отсутствие сервисов по ремонту батарей (нет необходимого опыта для проведения квалифицированного ремонта). Машины с неисправными батареями импортируются крайне редко, как правило, это автомобили-«утопленники».

9. Специфические ошибки, которые встречаются только на гибридных автомобилях. Например, окисление фишки генератора переводит автомобиль в защитный режим и обездвиживание. Поэтому для первичной диагностики желательно иметь в наличии OBD-адаптер для снятия ошибок.

10. Более высокая цена по сравнению с бензиновыми версиями. В случае с Nissan Note это примерно плюс 200 000 рублей.

Параллельные гибриды от Honda: углубленное описание технической схемы

Снова обозначим, что сегодня мы не будем рассматривать гибриды от Honda с вариатором, возможно, мы вернемся к ним в другой раз. А теперь же дадим информацию об уходящем гибриде от Honda на роботизированной коробке передач, или по внутреннему обозначению — Sport Hybrid i-DCD.

Вторичный рынок автомобилей с данной технологией представлен моделями Fit, Shuttle, Grace, Vezel, Freed. Люди, которые разбираются в моделях, представленных на рынке, конечно, возразят, что есть еще Accord, StepWGN и другие гибриды от Honda. Но, во-первых, мы рассматриваем на данный момент только массовые модели, а во-вторых, на этих автомобилях совсем другая технология, и мы ее в этой статье тоже затронем.

Так что такое Sport Hybrid i-DCD и как работает технология?

Для того, чтобы понять, как работает гибридная схема, нужно плотно углубиться в устройство роботизированной коробки передач.

Но обо всем по порядку. У нас есть стандартный бензиновый двигатель, с одной стороны, и электромотор, он же генератор — с другой. Между ними располагается роботизированная коробка передач с двойным сцеплением с четными и нечетными передачами.

Чтобы с ходу понять, как что работает, нужно начинать именно с передач и за что они отвечают. Иначе, пытаясь понять устройство схемы, вы только больше запутаетесь.

Первая передача (планетарного типа) нужна только для пуска двигателя. На фото планетарная передача обозначена синей стрелочкой, солнечная — красной.

Третья, пятая, седьмая передачи на схеме позволяют автомобилю ехать, используя электродвигатель (с заглушенным бензиновым двигателем с разомкнутым сцеплением) — движение на электротяге возможно до ограничения в 2000 об/мин электродвигателя. Именно поэтому электродвигатель использует несколько передач, а не одну. И именно по этой причине Honda позволяет ездить с заглушенным двигателем на высоких скоростях при отпускании педали газа и поддерживать скорость на электротяге свыше 60 км/ч. Именно с третьей передачи мы начинаем движение на электротяге.

А теперь перейдем к описанию, как это работает в совокупности и в какой момент на какой передаче подключается электродвигатель.

При разгоне роботизированная коробка работает в таком диапазоне. Бензиновый двигатель со второй передачи начинает разгон автомобиля с места. В этот момент, используя третью передачу, ему помогает электродвигатель. Затем основной двигатель переключается со второй передачи на третью и совместным моментом продолжает раскручивать промежуточный вал. Далее основной мотор переходит на четвертую передачу, в то время когда электродвигатель, приближаясь к максимальным оборотам, все еще использует третью. Когда электродвигатель достигает максимальных оборотов, он переключается на пятую передачу, основной мотор в это время еще находится на четвертой передаче. Потом основной мотор переходит на пятую и шестую, электродвигатель также достигает максимальных оборотов, все еще используя пятую, и одновременно с двигателем переходит на седьмую передачу.

Если батарея в этот момент разряжена, то электродвигатель становится генератором, а зарядка идет в том же диапазоне передач за счет снятия части мощности с двигателя. Наглядный пример в различных режимах движения можно посмотреть здесь.

А теперь о краеугольном камне работы роботизированной коробки передач: двойном сцеплении. Выпускается роботизированная коробка совместно с немецкими производителями. А известный подшипник — со словаками.

Так выглядит корзина с двойным сцеплением. Верхний диск, ближний к трансмиссии, подключается к валу с четными передачами, а ближний (дальний на картинке) к двигателю — к главному валу с нечетными передачами. Металлическая конструкция сверху — как раз обойма с подшипниками.

В разобранном виде обойма выглядит так. Заостряем на ней внимание, потому что рассказываем о плюсах и минусах.

Переключение передач осуществляется при помощи электрогидравлического привода сцепления, заполняемого тормозной жидкостью. Для каждого диска сцепления предназначен свой бачок.

Теперь расскажем о батарее — особенности ее конструкции и компоновки.

Массивная конструкция под названием «Интеллектуальный блок питания» (IPU (Intelligent Power Unit), которая устанавливается на гибриды Honda, имеет отличительную особенность. В отличие от Toyota и Nissan, инвертор располагается не под капотным пространством, а вместе с батарей.

Красной стрелкой обозначен инвертор, конвертер DC-DC находится за инвертором. Синей стрелкой обозначен литий-ионный батарейный блок. Зеленой стрелкой — сервисный разъем. Белая стрелка ведет на выпуск вентилируемого воздуха. Желтая стрелка указывает на вентилятор охлаждения блока. Понятно главное различие в компоновках — отсутствует жидкостный контур охлаждения инвертора, процесс происходит за счет потока воздуха. Блок аккумуляторов, обозначенный синей стрелкой, при снятии крышки выглядит так.

Гибриды Honda: плюсы и минусы

Плюсы

1. Для Honda характерен сопоставимый (в том смысле, что отличия несущественны) расход топлива между бензиновой и гибридной версией. Для Fit разница составляет 1,29 л/100 км, Shuttle — 0,83 л/100 км, Vezel — 1,55 л/100 км, Freed — 1,65 л/100 км. Тут стоит помнить, что гибридная схема здесь выдает меньшую мощность, чем у других производителей.

2. Отличная разгонная динамика за счет специфики применяемой гибридной схемы. Электродвигатель здесь выступает помощником, который компенсирует недостаток момента во всем рабочем диапазоне за счет переключения передач и повышает суммарную отдачу всей связки в сравнении с бензиновым мотором. Даже с учетом того, что на негибридных вариантах отдача двигателей, выраженная в л.с., выше, чем на гибридных.

3. Огромный ресурс элементов тормозной системы, так как энергия торможения не уходит на стирание колодок и дисков, а сохраняется в батарею за счет рекуперативного торможения. Электродвигатель выступает дополнительным элементом, который повышает эффективность торможения. На Honda, как и на других гибридах, обычный пробег заводских элементов тормозной системы — 150 000 км и больше.

4. Наличие стартера (интегрированного в двигатель) — для запуска двигателя при низких температурах (когда запуск за счет электродвигателя недоступен или затруднен).

5. За счет расположения батареи — пропорциональная развесовка по обеим осям, что положительно влияет на управляемость. Топливный бак на большинстве моделей также находится под передними сиденьями.

6. При реализованной схеме параллельного гибрида возможно применение полноприводной трансмиссии.

7. Огромный ресурс Li-Ion батареи. Для примера: Honda Fit выпускается с сентября 2013 года, и пока не зафиксированы случаи выхода из строя батареи по ресурсным причинам.

8. Впервые в линейке Honda применен электрокомпрессор, что позволило (как и другим производителям) отказаться от соответствующего навесного оборудования.

9. Опциональная система предотвращения столкновений с функцией подруливания при выезде из полосы.

Минусы/нюансы

1. «Робот!» Если быть корректным — выжимной подшипник. Если бы не этот недостаток, то гибридная линейка Honda была бы куда более популярной на российском рынке.

2. Калибровка «робота» требуется примерно каждые 20 000 км. В том числе обновление прошивок, которые напрямую влияют на ресурс выжимного подшипника, так как изменяют логику переключений, уменьшая временные задержки.

3. Возможный износ планетарной шестерни, который приводит к невозможности включения режима EV.

4. Требовательность к качеству топлива двигателей с ТНВД (топливный насос высокого давления) и прямым впрыском. Форсунки, устанавливаемые на моделях Jade, Vezel, не поддаются очистке. В случае снижения эффективности работы — только замена.

5. Невозможность одновременного движения на электротяге и зарядки батареи. Если батарея разряжена, она забирает мощность у двигателя за счет заряда в этот момент электромотором (генератором).

6. Более долгий прогрев двигателя для выхода на рабочий диапазон, соответственно, и более длительный прогрев салона автомобиля. Зимой непрогретая батарея используется в щадящих режимах (на Toyota и Nissan, кстати, тоже).

7. В связи с плотной компоновкой и особенностями трансформации салона на всех моделях от Honda с «роботом» нет ниши для запасного колеса.

8. Дорогие и малораспространенные расходники.

9. Слаборазвитая сеть сервисов по обслуживанию. Каждая гибридная модель Honda имеет свои особенности обслуживания и ремонта и, соответственно, предъявляет определенные требования к сервису. Например, по калибровке «робота» или его замене.

10. Разница в цене с негибридными вариантами — примерно в районе 100 000 рублей на автомобиле без пробега по России.

Современные гибриды Honda, переход на e:Hev. Последовательно-параллельный гибрид

Вспомним, почему гибриды Nissan расходуют в магистральных режимах топлива больше, чем бензиновый аналог. Происходит это из-за того, что автомобиль движется за счет электродвигателя на одной передаче, а это далеко не оптимальный режим движения. Honda с июля 2013 года на своей модели Accord использует технологию, применяемую на Nissan. Ранее она называлась i-MMD, но теперь переименована в e:Hev. Главное отличие технологии — возможность использовать бензиновый двигатель для оптимизации расхода на магистральных скоростях.

Начнем с матчасти. На большинстве гибридных автомобилей Honda устанавливается уже упоминавшийся «робот». Да, есть мнение, что такое решение при своевременном обслуживании не будет доставлять проблем.

Чтобы разобраться в теме, давайте посмотрим это видео.

Поясню: в новой схеме от Honda устанавливаются два электродвигателя. Один из них выступает тяговым (он же генератор при торможении), второй используется в качестве генератора.

На скорости до 30 км/ч движение происходит за счет электротяги.

На скорости от 30 км/ч и до 80 км/ч (либо при появлении нагрузки) схема превращается в последовательную.

Вот как это выглядит на схеме Honda на примере Fit четвертого поколения. Пускается бензиновый двигатель…

…который начинает работать как генератор для второго электромотора, заряжая Li-Ion батарею. Вы думаете, что это аналог технологии Nissan — e-power? Однозначно нет. Главное различие как раз в том, как Honda подошла к реализации своей схемы. И тут мы плавно подошли к основному нововведению от Honda. Страшный и непонятный элемент в схеме — муфта прямого включения.

При достижении скорости свыше 80 км/ч (предположительно) муфта прямого включения соединяет напрямую двигатель с колесами, и дальнейшее движение автомобиля происходит с использованием только ДВС, передаточное число в этом случае получается эквивалентно высшей передаче в механической коробке передач.

Попробую перевести это на человеческий язык. Представим 6-ступенчатую механическую коробку передач — переключая скорости, вы, соответственно, меняете передаточное число. В схеме от Honda первая передача «имитируется» электродвигателем, работающим за счет накопленной энергии в ВВБ (высоковольтной батареи) без запуска ДВС. При имитации второй–пятой передач электродвигатель уже работает по последовательной схеме с одновременной зарядкой за счет генератора. А шестая передача включается путем задействования муфты, которая соединяет двигатель напрямую с колесами (электродвигатель и генератор в этот момент неактивны).

В общем, гибридная схема от Honda получилась определенно оригинальной. И надежной! Единственный новый элемент в этой схеме — муфта прямого включения, принцип работы которой предельно прост.

Необходимый для визуализации 30-секундный фрагмент (потребуется знание английского языка), который наглядно показывает, как работает эта муфта.

Под давлением масла из масляного насоса муфта замыкается и движение осуществляется уже с двигателя напрямую.

В остальной части особых изменений по технической части не замечено, задействуется все та же Li-Ion батарея и инвертор.

Резюмирую: технология от Honda — это последовательный гибрид с возможностью прямой передачи мощности колесам от двигателя, что позволяет повысить топливную эффективность на магистральных скоростях. Чего так не хватает в используемой схеме от Nissan. Сама Honda классифицирует свои гибриды как последовательно-параллельные.