Nd-avtodrom.ru

НД Автодром
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Гибридные автомобили. Принцип работы

DomingoNT › Блог › Всё о гибридах: как они устроены и какими бывают

Гибридные автомобили уже перестали вызывать удивление на улицах, но их конструкция до сих пор является для многих загадкой

Ответить на вопрос об устройстве современного гибрида одновременно и просто, и сложно. В общем понимании, это автомобиль, силовая установка которого состоит из электромотора и двигателя внутреннего сгорания, которые так или иначе совместными усилиями вращают колёса. Этого достаточно, чтобы объяснить любому непосвящённому, что значит загадочное слово Hybrid на кузове обычной с виду машины. Но стоит копнуть глубже — и голова идёт кругом от того, какое количество технических решений и вариантов компоновок наворотили создатели современных гибридов! Запутаться в обилии терминов и инженерных решений проще простого, но в нашем материале мы разобрались, какими вообще бывают гибриды и как они все устроены. Первый критерий, по которому можно разделить все гибридные автомобили, — насколько развита их способность двигаться на электротяге.

Микрогибриды — простейшая форма гибридной жизни

Самая примитивная форма гибридизации — это продвинутая версия системы «старт-стоп». Здесь никакие электромоторы не толкают автомобиль вперёд, и гибридной такая технология является достаточно условно, поэтому сразу выделим микрогибриды в особую категорию вне всяких классификаций. В таких автомобилях специальный мощный стартер способен не только раскручивать двигатель для запуска, но и работать как генератор при рекуперативном торможении. Собираем «бесплатное» электричество — экономим на паразитной нагрузке ДВС (у которого нет необходимости вырабатывать бортовое электричество в дополнение к основным тяговым обязанностям), а значит и расходе топлива. Подобранная буквально с дороги и сохранённая в усиленной батарее и/или специальном накопителе электроэнергия идёт потом на перезапуск двигателя внутреннего сгорания при работе системы «старт-стоп», питание климатической установки, электроприводов, светотехники и других бортовых устройств, а сэкономленное на этом топливо — на дополнительные километры пробега. Подобные технологии используют многие производители: это i-ELOOP от Mazda, e-HDI от Peugeot, Blue Drive от Hyundai и другие.
Производители заявляют, что микрогибридная технология позволяет экономить до 10-15% топлива

Высшая степень электрификации: гибриды типа plug-in

Но настоящие, полноценные гибриды всё-таки способны на большее, как с точки зрения экономии топлива, так и в плане тяговых возможностей. Всё потому, что их электродвигатели не только собирают электроэнергию в роли генераторов для зарядки батарей, но и вращают колёса совместно с двигателем внутреннего сгорания. Только делают это по-разному. Самые совершенные конструкции обеспечивают возможность двигаться как с помощью совместных усилий ДВС и электромотора, так и на чистой электротяге, причём достаточно продолжительное время. Для этого их батарея имеет увеличенный объём, электромотор — высокую мощность (70-100 л.с. и выше), а наряду с лючком бензобака в кузове имеется и порт для подключения электрического шнура для зарядки от обычной розетки. Это решение получило общераспространённое обозначение plug-in (плаг-ин) и по своей сути представляет собой промежуточное звено между традиционными автомобилями и электрическими

Всё потому, что благодаря в разы более объёмной, чем у обычных гибридов, батарее «плагины» могут преодолевать на электротяге без единой вспышки в цилиндрах ДВС до 50 километров. Это вполне приличная по городским меркам дистанция, безвредно для окружающей среды повторять которую можно снова и снова при условии регулярной «дозаправки» батарей из розетки. Но усреднённый показатель с учётом условий движения и разницы в технических характеристиках — около 25-30 км. Что тоже, впрочем, немало. Ведь способность полноценно передвигаться на электричестве в коротких городских поездках является серьёзным конкурентным преимуществом перед другими, более простыми гибридами, которые едва ли доедут на электротяге до следующего светофора!

Меньшая степень электрификации: полные и умеренные гибриды

Гибридные автомобили, которые не умеют заряжаться от розетки, также делятся на подвиды: это полные и так называемые умеренные (mild в англоязычных источниках). Первые благодаря большему объёму батарей, большей мощности электромотора способны двигаться исключительно на электротяге обычно в пределах 2-4 километров, а вторые используют слабенький электромотор только в качестве помощника для ДВС и «на батарейках» (ввиду их скромного объёма и общей примитивной конструкции системы) не способны проехать и метра. При этом умеренные гибриды запасают энергию только посредством рекуперативного торможения, а полные ещё и с помощью двигателя внутреннего сгорания, соединённого, как правило, с отдельным генератором.
Типичный представитель класса умеренных гибридов — Honda Civic Hybrid, CR-Z и все остальные «Хонды», использующие фирменную технологию IMA (Integrated Motor Assist). Умеренными гибридами также являются американцы Buick LaCrosse, Chevrolet Malibu и Impala, BMW ActiveHybrid 7. А ещё умеренным гибридом является… гиперкар Ferrari LaFerrari! Ему ни к чему чистая электрическая тяга, а вот дополнительная мощность в 163 л.с. в дополнение к бензиновым 800 будет очень кстати!
Идеологически умеренные гибриды ближе к классу микрогибридов и часто понимаются как единое целое. Хотя различие между ними всё же есть: в отличие от умеренных, микрогибриды неспособны поддержать бензиновый двигатель своей тягой. Полные же гибриды концептуально стремятся к классу «плагинов» и кратковременно способны произвести на неподготовленного человека примерно такое же впечатление — могут ведь ехать бесшумно! Однако реальное использование чётко обозначает пропасть между потребительскими качествами первых и вторых, если, конечно, использовать преимущество зарядки от розетки гибрида типа plug-in.
Все гибриды также делятся на подвиды в зависимости от того, какой двигатель непосредственно вращает колёса. Здесь мы переходим ко второму основному критерию классификации гибридных машин — компоновке.
Умеренные гибриды ещё и едут более чем умеренно, так как электродвигатели там применяются слабые (10-20 кВт), максимальный запас электроэнергии ничтожен, а масса выше, чем у не гибридных версий той же модели. Впрочем, то же самое, только в чуть меньшей степени, можно сказать и про большинство полных гибридов. Взять хотя бы наши впечатления от теста гибридного Nissan Pathfinder нового поколения

Компоновка: последовательные гибриды

В случае, когда двигатель внутреннего сгорания в принципе не вращает колёса механическим способом, гибрид представляет собой по сути электромобиль с бортовым генератором электричества, роль которого и исполняет ДВС. Такие гибриды принято именовать последовательными. Эта схема отличается простотой, так как нет необходимости сооружать сложную трансмиссию — электромоторы вращают колёса через единственную главную передачу, которая служит для формирования нужного крутящего момента. Но класс последовательных гибридов сегодня представлен единичными моделями, так как эффективность подобного решения неоднозначна. Ведь энергию сгорания топлива приходится преобразовывать сначала в механическую, потом механическую в электрическую, а в конце электрическую — в работу непосредственно на колёсах
Поэтому функционирующий по такой схеме гибрид должен обязательно иметь хорошо развитые электрические способности. Ярким представителем этого класса электромобилей-гибридов был более не выпускаемый седан Fisker Karma, а из современников упомянем, прежде всего, Chevrolet Volt и BMW i3. Volt способен проезжать на электротяге 80 километров (благодаря тому, что он относится к категории подзаряжаемых гибридов plug-in), а если систему будет подпитывать генерирующий электричество 1,5-литровый ДВС, то непрерывный пробег увеличится до 676 км. Для электромобиля BMW i3 бензиновый двигатель — вообще опция, с которой чисто электрический запас хода в 160 км превращается в гибридный 300-километровый.

Компоновка: параллельные гибриды с электромотором между ДВС и трансмиссией

Но если вышеупомянутая схема по своей сути ближе к электромобилю, то такие автомобили, как Porsche Panamera S E-Hybrid и Cayenne S E-Hybrid, Volkswagen Golf GTE и Passat GTE, Mercedes-Benz S 500 e и С 350 e, BMW X5 xDrive40e и другие сочетают в себе привычные нам свойства бензиновых машин и способность проехать получасовой маршрут на электричестве. Для того, чтобы сохранить все «бензиновые» преимущества, мощные моторы таких машин имеют жёсткую связь с колёсами. Электродвигатель не нарушает привычную компоновку этих моделей, потому как встроен в коробку передач, и при необходимости мощности ДВС и электромотора суммируются. Эта схема называется параллельной, так как моторы обоих типов работают одновременно. В зависимости от выбранного водителем режима, бензиновый мотор может либо вращать колёса совместно с электродвигателем, либо последний будет работать в качестве генератора и запасать электричество в батарее на будущее. Чисто электрический режим реализован посредством сцепления между трансмиссией и ДВС: если оно разомкнуто, то электромотор вращает колёса в одиночку.

Компоновка: параллельные гибриды с электромотором отдельно от ДВС и трансмиссии

Отдельно стоит достаточно обширная и одновременно разношёрстная группа гибридных автомобилей, у которых один или несколько электромоторов не сблокированы с коробкой передач и двигателем, а вынесены на периферию. Первопроходцем в таких решениях стала компания Toyota со своей технологией HSD (Hybrid Synergy Drive), которая лежит в основе подавляющего большинства бензиново-электрических Toyota и Lexus. Это очень сложная и достаточно эффективная конструкция: помимо батареи и обслуживающей систему электрики, она состоит из двигателя внутреннего сгорания и двух электромоторов, объединённых посредством планетарной передачи. Планетарная передача — это механическая конструкция из нескольких шестерён и осей, которая объединяет, разделяет и преобразует крутящий момент от нескольких источников.

Один из электромоторов системы служит стартером и генератором, а второй является тяговым и рекуперирующим электричество при замедлении. Благодаря особенностям планетарного механизма, ДВС не связан напрямую с колёсами, и часть его энергии всегда отдаётся на вращение заряжающего батареи и питающего тяговый электродвигатель генератора. Для подробного разбора устройства гибридной установки Toyota потребуется отдельный большой материал, а в рамках этого общего нужно понимать главное: традиционная трансмиссия здесь заменяется планетарной передачей и контролирующей силовые модули (ДВС и два электромотора-генератора) электроникой — в зависимости от потребностей водителя, тяговый электромотор выдаёт определённую мощность отдельно или совместно с двигателем внутреннего сгорания, а избыточная тяга последнего средствами планетарного механизма идёт на вращение второго мотора-генератора и, соответственно, зарядку основной батареи.

Однако не одна только Toyota решилась на инженерные извращения в области гибридов. Несколько более простую схему разнесённых ДВС и электромоторов используют Volvo и Peugeot для создания гибридных полноприводников. Идея проста и одновременно красива: переднюю ось пусть приводит турбодизель (ещё 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 колёса задней оси. В чистом же электрорежиме автомобиль является заднеприводным. Volvo V60 Plug-In Hybrid ещё и оказалась самой дальнобойной в электрическом плане за всю историю наших тестов гибридов — за счёт ёмкой 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 переднеприводно-электрическим, 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 колёс задней оси и питания переднего электродвигателя через второй мотор-генератор — это всё 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.

Так что же лучше?

Гибридное будущее однозначно за конструкциями типа plug-in, потому что именно они дают реальную экономию топлива. К тому же, большинство «плагинов» — это два автомобиля в одном: бесшумный и плавный электрический плюс бензиновый со взрывной динамикой, которую обеспечивает увесистый электрический «буст». Однако для полноценного использования такого автомобиля владелец должен иметь возможность обеспечить его зарядной инфраструктурой. В противном случае проще остановиться на обычном полном гибриде, не имеющем функционала подключения к розетке — пусть его пробег на электричестве и ничтожен в сравнении с «плагинами», но и весит вся конструкция меньше, и стоит дешевле. Смысл в вымирающих умеренных гибридах, которые неспособны двигаться без участия ДВС, практически отсутствует — эффект от применения электротяги здесь едва ли оправдывает лишнюю массу и более высокую стоимость в сравнении с негибридными версиями. Есть будущее и у микрогибридов: отношение затрат к достигаемому с помощью этой технологии эффекту выглядит выгодным. Что касается механической схемы, то это больше вопрос настройки: конечного пользователя не должно волновать как и с помощью чего распределяются потоки мощности и энергии в недрах автомобиля — индустрия знает примеры как отличной, так и не слишком идеальной работы любой из известных схем.

Принцип работы гибридного автомобиля

Что такое гибридный автомобиль, как он работает, преимущества и недостатки

Гибридные автомобили – всего 20-30 лет назад массовое появление на дорогах подобных авто казалось утверждением из области фантастики. Но теперь она претворяется в реальность, так как процент тех, кто отдал предпочтение подобному виду транспорта, растет. А учитывая, что их стоимость постепенно падает, рост популярности будет продолжаться.

Терминология и режимы работы гибридных авто

Гибридные автомобили – тип транспортных средств, которые приводятся в движение посредством силового комплекса гибридного типа. Это значит, что данная установка использует 2 или больше источников энергии. Соответственно, необходимо аналогичное число моторов, способных трансформировать энергию в механическую, а применяемое обозначение «гибридный двигатель» терминологически неверно, так как не отражает сути.

Видео: Гибридные автомобили

Выпуск гибридных машин подразумевает также внедрение в его конструкцию новейших разработок, нацеленных на снижение расхода и уменьшение объемов выбросов.

Обычно такие инновации представлены системой Start-Stop, изменяемыми фазами газораспределения, подогревом тосола за счет отработавших газов, рекуперативным комплексом, покрышками, характеризующимися сниженным сопротивлением качению, электрическим приводом для опций (усилителя рулевого управления, помпы, кондиционера и т. д.).

Кроме того, у гибридов оптимизированы показатели аэродинамического сопротивления.

Режимы работы зависят от параметров движения машины.

Старт и малая скорость

В этих условиях функционирует исключительно электромотор – энергия из батареи идет на блок питания, который и перенаправляет ее на электромоторы, а они приводят в движение колеса.

Передвижение

Во время спокойной езды энергия поступает от бензинового мотора и электрического двигателя. Она делится непосредственно между приводами и генератором, активирующим электромоторы. Если имеется избыток энергии, он уходит на зарядку батареи. При этом разгон осуществляется, главным образом, за счет ДВС, а энергия от электромоторов только оптимизирует процесс.

Во время торможения вырабатывается энергия кинетического типа, которая автоматически трансформируется в электричество, а затем, минуя БУЭ, направляется в аккумуляторы.

Достоинства гибридных авто

Применение гибридных схем позволяет повысить экономичность и экологическую чистоту, но без серьезных жертв со стороны тяги, скорости, запаса хода и тому подобных аспектов.

Это было решено за счет следующих шагов:

  • функционирование силового агрегата в оптимальных условиях – за эталон обычно берется цикл Миллера;
  • оснащение машины менее мощным ДВС, что автоматически ведет к уменьшению его объема и расхода;
  • внедрение системы торможения рекуперативного типа – это позволят предохранить тормозные колодки от преждевременного износа;
  • во время остановки силовой агрегат глохнет, а не работает на холостом ходу.

На подобных машинах используются батареи уменьшенной емкости, что делает процесс их утилизации проще и дешевле.

Схемы гибридных силовых установок

Для автомобилей, в которых реализована параллельная схема, ведущим является двигатель внутреннего загорания. Мощный электромотор играет вспомогательную роль, включаясь при разгоне либо торможении и запасая рекуперативную энергию. Согласованность работы ДВС и электродвигателя обеспечивается системой компьютерного управления.

Самая простая схема гибридного автомобиля. Её принцип действия основан на передаче крутящего момента от ДВС генератору, вырабатывающему электроэнергию и заряжающему аккумулятор. Движение машины происходит за счет электротяги.

Вариант одновременной реализации последовательной и параллельной схемы. Трогаясь с места и двигаясь на малых скоростях, автомобиль использует электрическую тягу, а ДВС обеспечивает работу генератора. Движение на большой скорости происходит благодаря передаче крутящего момента от двигателя внутреннего сгорания на ведущие колеса. При наличии повышенных нагрузок снабжение электромотора дополнительным питанием берет на себя аккумулятор. Взаимодействие электродвигателя и ДВС достигается за счет планетарной передачи.

Преимущества

Гибридный автомобиль объединил в себе достоинства двигателей электромобиля и машины с ДВС.

Преимущества электромотора – выдающиеся моментные характеристики, а двигателя внутреннего сгорания – жидкое топливо и удобный энергоноситель.

Первый эффективен в режиме частых остановок и стартов, характерном для езды по городу, второй – на постоянных оборотах.

Бесспорные плюсы такого тандема:

  • экономичность (при равном пробеге расход топлива гибрида на 20-25% меньше, чем у классической модели);
  • большой запас хода;
  • экологичность (сниженный объем вредных выбросов в атмосферу за счет рационального расхода топлива);
  • минимальный износ тормозных колодок (обеспечивается благодаря рекуперативному торможению);
  • улучшенные показатели ходовых характеристик;
  • возможность сохранять и повторно использовать энергию (накопителем служат аккумуляторы и специальные конденсаторы).

Автомобили с гибридным двигателем, плюсы и минусы, принцип работы

Подавляющее большинство современных автомобилей в качестве силового агрегата используют двигатель внутреннего сгорания. На фоне постепенного истощения запасов нефти, а также возрастающих требований к экологичности, автоинженеры разрабатывают новые технологии, позволяющие отказаться от использования углеводородов в качестве топлива или, как минимум, снизить расход.

Решить эту проблему можно двумя способами: установить вместо ДВС электромотор или гибридный двигатель. К последнему прибегают многие автомобильные марки.

Как видно из названия, подобный силовой агрегат представляет из себя классический двигатель внутреннего сгорания и одновременно электродвигатель, объединенные в одно целое. По многим причинам такое решение предпочтительнее одной только электрической тяги.

На сегодняшний день электромобиль имеет серьезные минусы. Наиболее значимые из них – это отсутствие развитой сети электрозаправок, а также недостаточная дальность поездки без дозарядки (у разных моделей электромобилей она составляет от 80 до 160 км).

К тому же на то, чтобы полностью зарядить батареи потребуется несколько часов, а значит, мобильность такого авто ограничивается поездками от дома до работы и обратно.

Тем не менее, нельзя забывать и про плюсы электромотора, среди которых более высокий КПД (у ДВС максимальный КПД достигается только на определенных оборотах), отсутствие каких-либо выбросов, большой крутящий момент.

Электрический двигатель, в отличие от работающего на нефтепродуктах, не нуждается в постоянной подаче топлива. Он может находиться в выключенном состоянии сколь угодно долго, пока на него не будет подано напряжение. При подаче электричества он практически моментально передает колесам максимальную тягу.

Гибридный двигатель совместил преимущества обоих моторов, благодаря чему достигается экономичность, экологичность и неплохие динамические характеристики.

  1. Принцип работы гибридных двигателей
  2. Схемы взаимодействия электромотора и ДВС
  3. Последовательная схема
  4. Параллельная схема
  5. Последовательно-параллельная схема

Принцип работы гибридных двигателей

Гибридный двигатель устроен таким образом, что оба мотора работают, условно говоря, друг на друга. Двигатель внутреннего сгорания крутит генератор и снабжает энергией электромотор, а тот позволяет «напарнику» работать в оптимальном режиме без резких колебаний и нагрузок. К тому же, гибриды обычно оснащаются системой рекуперации кинетической энергии KERS (аналогичную той, что применяется на болидах Формулы-1).

Эта система позволяет заряжать аккумуляторные батареи во время торможения и при движении машины накатом. Принцип ее работы в том, что при торможении колеса приводят в действие электромотор, который в этом случае сам играет роль генератора и заряжает аккумуляторы. Особенно полезна KERS при езде по городу в режиме «тронулся-остановился».

Список автомобилей с гибридными двигателями
Audi Q5 Hybrid
BMW Active Tourer
Chevrolet Volt
Ford Escape Hybrid (Fusion Hybrid)
Hyundai Sonata Hybrid
Honda CR-Z (Insight Hybrid)
Jaguar Land Rover
Mitsubishi Outlander PHEV
Nissan Altima Hybrid
Toyota Prius (Camry, Highlander Hybrid, Harrier Hybrid


По степени гибридизации силовые агрегаты разделились три типа: «умеренные», «полные» и plug-in. В «умеренных» постоянно работает двигатель внутреннего сгорания, а электромотор включается только тогда, когда необходима дополнительная мощность.

Автомобиль с «полным» гибридом способен двигаться на одной электротяге, не расходуя горючего.

Plug-in, как и полный гибрид, может передвигаться только на электричестве, но имеет возможность заряжаться от розетки, совмещая таким образом все преимущества электромобиля, и избавляясь от его главного недостатка — ограниченного пробега без подзарядки. Когда заряд батарей кончается, plug-in работает как обычный гибрид.

Схемы взаимодействия электромотора и ДВС

Инженеры разных компаний по-разному подходят к вопросу гибридного двигателестроения. Современные машины оснащаются гибридными двигателями, построенными по одной из трех схем взаимодействия топливной и электрической составляющей, которые будут рассмотрены ниже.

Последовательная схема

Это наиболее простой вариант. Принцип его работы заключается в следующем: крутящий момент от ДВС в данном случае передается исключительно генератору, который вырабатывает электричество и заряжает аккумуляторы. Автомобиль при этом движется только на электротяге.

Также для зарядки аккумуляторной батареи применяется система рекуперации кинетической энергии. Своим названием данная схема обязана последовательным преобразованиям энергии: энергия сгорания топлива двигателем внутреннего сгорания превращается в механическую, затем в электрическую при помощи генератора и снова в механическую.

Плюсы такой конструкции заключаются в следующем:

  • ДВС всегда работает на неизменных оборотах, с максимальным КПД;
  • нет необходимости оснащать автомобиль мощным и прожорливым двигателем;
  • не нужно сцепление и коробка передач;
  • автомобиль способен передвигаться и с выключенным двигателем внутреннего сгорания за счет энергии, запасенной аккумуляторной батареей.

Однако есть у последовательной схемы и свои минусы:

  1. потери энергии в процессе преобразований;
  2. большой размер, вес и высокая стоимость аккумуляторных батарей.

Наибольшая эффективность такой схемы достигается при движении с частыми остановками, когда активно работает KERS. Поэтому она нашла применение в городском транспорте. Также гибридные двигатели с последовательной схемой применяются в карьерных самосвалах, которым для работы важен большой крутящий момент и не требуется высокая скорость.

Параллельная схема

Принцип работы «параллельного» гибридного двигателя полностью отличается от вышеописанного. Автомобили с гибридным двигателем, построенным по параллельной схеме, ездят с использованием и ДВС, и электромотора. Электродвигатель в таком случае должен быть обратимым, т.е. способным работать в качестве генератора. Согласованная работа обоих моторов достигается посредством компьютерного управления.

В зависимости от режима езды блок управления распределяет крутящий момент, поступающий от обоих элементов гибрида. Основную работу выполняет двигатель внутреннего сгорания, электромотор же подключается когда нужна дополнительная мощность (при трогании, ускорении), при торможении и замедлении он работает как генератор.

Плюсы подобной компоновки в том, что нет необходимости устанавливать аккумуляторную батарею большой емкости, потери энергии намного меньше, чем при последовательной схеме, поскольку ДВС напрямую связан с ведущими колесами, а кроме того, сама по себе конструкция довольно проста, а значит, дешева.

Основные минусы схемы – меньшая топливная экономичность по сравнению с другими вариантами и низкая эффективность в городских условиях. Машины с гибридным двигателем, построенным по параллельной схеме, наиболее эффективны при движении по трассе.

По данной схеме построены гибридные автомобили марки Хонда. Главный принцип руководства компании: схема гибридного двигателя должна быть как можно более простой и дешевой, а функция электромотора заключается лишь в помощи ДВС сэкономить максимально возможное количество топлива. У этой марки существует две гибридных модели – Civic (снят с производства в 2010 году) и Insight.

Последовательно-параллельная схема

Последовательно-параллельная схема представляет собой совмещение первых двух. В параллельную схему добавлен дополнительный генератор и делитель мощности. Благодаря этому автомобиль при трогании и на малых скоростях движется только на электрической тяге, ДВС только обеспечивает работу генератора (как при последовательной схеме).

На высоких скоростях крутящий момент на ведущие колеса передается и от двигателя внутреннего сгорания. При повышенных нагрузках (например, при подъеме в гору), когда генератор не в силах обеспечить требуемый ток, электромотор получает дополнительное питание от аккумулятора (параллельная схема).

Поскольку в системе имеется отдельный генератор, заряжающий аккумуляторную батарею, электромотор используется только для привода ведущих колес и во время рекуперативного торможения. Через планетарный механизм (он же делитель мощности), часть крутящего момента от ДВС частично передается на колеса и частично отбирается для работы генератора, который питает либо электромотор, либо аккумуляторную батарею. Электронный блок управления все время регулирует подачу мощности из обоих источников.

Плюсы последовательно-параллельного гибридного двигателя данной схемы, в максимальной топливной экономичности и высокой экологичности. Минусы системы – сложность конструкции и высокая стоимость, поскольку требуется дополнительный генератор, достаточно емкая аккумуляторная батарея и сложный электронный блок управления.

Применяется последовательно-параллельная схема на автомобилях марки Тойота (Prius, Camry, Highlander Hybrid, Harrier Hybrid), а также на некоторых моделях Лексус. Подобными гибридными двигателями оснащаются машины Ford Escape Hybrid и Nissan Altima Hybrid.
» alt=»»>

Устройство гибридного автомобиля

Прототип автомобиля с гибридным двигателем появился еще в конце 19 столетия. Сегодня он представляет собой транспортное средство, способное при небольшой скорости не использовать топливо, а осуществлять движение за счет электрической энергии.

Гибридный двигатель – это система, состоящая из электрического и топливного двигателей. При этом, в период работы каждый может быть задействован как по отдельности, так и оба в независимых циклах.

Устройство и принцип работы

Самый распространенный режим работы гибридного двигателя заключается в том, что при движении авто на небольшой скорости, например, в черте города, используется его электрический блок. При движении машины по трассе – в работу включается двигатель внутреннего сгорания (ДВС). В случае большой нагрузки, например, при резких подъемах в гору, в работу включаются оба двигателя.

Безусловно, к плюсам такого устройства можно отнести то, что при использовании электрического двигателя, значительно сокращается расход топлива, так как он работает от постоянно восполняемой энергии аккумулятора.

Возможность, хотя бы отчасти, снизить количество выбрасываемых вредных веществ в воздух – еще один плюс гибридной системы автомобиля.

Гибриды характеризуются малой мощностью, которую помогает компенсировать ДВС.

Двигатели в гибридах могут быть как бензиновые, так и дизельные. Более того, производители газобаллонного оборудования (ГБО) разработали системы способные работать на этих автомобилях.

Пример конструкции гибрида

Устройство гибрида включает в себя:

— Двигатель внутреннего сгорания. Его устройство и размеры сконструированы таким образом, что позволяет снизить вес, вредные выбросы и расход топлива.

— Электродвигатель разработан с учетом особенностей гибрида. Его сделали не только сгенерировано работающим с топливным блоком, но и уделили особое внимание показателям мощности. Параллельно он вырабатывает энергию для подзарядки АКБ автомобиля. Может быть выполнен встроенным в силовую установку или размещаться отдельно от неё, в некоторых моделях используются сразу оба варианта.

— Трансмиссия. Работа трансмиссии гибрида фактически совпадает с ее устройством на обычных автомобилях. Но, в зависимости от вида гибридного двигателя, они могут отличаться. Коробки передач в них бывают, как гибридные с интегрированным электродвигателем, так и обычные механического и автоматического исполнения. Например, трансмиссия автомобиля Toyota устроена с разветвлением потоков мощности. Двигатель такого типа работает в режиме плавных нагрузок, что помогает значительно экономить расход топлива.

— Топливный бак. Необходим для питания топливом ДВС. Для наглядности того, что топливная система имеет ряд преимуществ, хотелось бы привести один факт в пользу этого: энергия, получаемая при сгорании 1 литра бензина сопоставима с энергией, вырабатываемой аккумулятором весом около 450 кг.

— Аккумулятор. Его главная функция – выработка достаточного уровня энергии для работы электродвигателя. В авто используется две батареи, высоковольтная и обычная на 12 (В) для питания бортовой сети. Изначально до запуска всех систем питание идет только от стандартного аккумулятора, так как для работы высоковольтной батареи и инвертора необходимо постоянное охлаждение.

-Инвертер преобразует постоянный ток высоковольтной батареи в переменный трехфазный для электродвигателя и наоборот. Также регулирует распределение энергии и управляет электродвигателем.

— Генератор. Его принцип работы такой же как у электродвигателя, но направлен на вырабатывание электрической энергии.

3 типа гибридных агрегатов

Как было уже отмечено ранее, гибридная система автомобиля представляет собой комбинирование моторов, своего рода, две разных скрещенных технологии. Технику гибридного привода характеризуют в двух направлениях – это двухтопливный или бивалентный и гибридный силовой агрегат.

Данное разделение на две комбинации силовых агрегатов определено для их классификации по разному принципу работы.

Устройство гибридного силового агрегата включает в себя двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель-генератор. Таким образом, электродвигатель это и генератор энергии, и тяговый электродвигатель, и стартер для пуска ДВС.

Существует три типа гибридного силового агрегата. Главным критерием для классификации служит исполнение основной конструкции. Следовательно, выделяют: микрогибридный силовой агрегат, среднегибридный силовой агрегат и полногибридный силовой агрегат.

Микрогибридный силовой агрегат

Концептуальная особенность данного типа привода заключается в его электрической части, которая необходима только для выполнения функции «старт-стоп». При этом, часть выработанной кинетической энергии повторно используется как электроэнергия (процесс рекуперации).


Привод исключительно за счет работы электрической тяги не возможен. Рабочие характеристики 12-вольтного аккумулятора гибрида с наполнителем из стекловолокна приспособлены к частым пускам двигателя. Также для накопления энергии от рекуперации может использоваться накопитель в виде электрохимического конденсатора.

Микрогибрид от компании Mazda

Среднегибридный силовой агрегат

Электрический привод помогает работе двигателя внутреннего сгорания. При этом, движение гибрида лишь за счет электротяги не осуществляется. У данного типа гибридного мотора электрическая энергия регенерируется при торможении, а затем накапливается в высоковольтной аккумуляторной батарее.


Устройство высоковольтной АКБ гибрида и всех его электрических частей отвечает необходимому уровню напряжения, что позволяет вырабатывать достаточно высокую мощность. В итоге, благодаря поддержке ДВС электродвигателем, его работа характеризуется максимальной эффективностью.

Полногибридный силовой агрегат

Работа двух моторов: электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания, в данном типе комбинируется между собой. Полногибридный тип позволяет машине двигаться только за счет электрической тяги и достаточно большое расстояние. При определенных условиях силовой агрегат функционирует как среднегибридный.


В этих автомобилях устанавливаются достаточно мощный электродвигатель и высоковольтные АКБ большего объема, что и позволяет им выдавать такие характеристики. Основой подзарядки батареи выступает также процесс рекуперации энергии.

Функция «старт-стоп» реализована для двигателя внутреннего сгорания, который запускается только при необходимости. А разъединение ДВС с электродвигателем осуществляется за счет установленного сцепления между ними, поэтому они могут функционировать независимо друг от друга.

Схемы взаимодействия работы электродвигателя и ДВС

Автомобили-гибриды сконструированы по трем схемам взаимодействия двигателей. Рассмотрим каждую из них.

Последовательная схема взаимодействия

Данный принцип устройства представляет собой самый простой вариант автомобильного двигателя-гибрида. Его схема работы такая: крутящий момент от двигателя внутреннего сгорания идет к генератору. Затем генератор вырабатывает необходимое для работы электричество и передает его в аккумулятор. Дополнительно подзаряд аккумулятора осуществляется и путем процесса рекуперации кинетической энергии. В этой схеме движение автомобиля осуществляется лишь за счет электрической тяги.


Данная схема характеризуется последовательным преобразованием энергии, т.е. энергия, поступающая от сгораемого топлива в двигателе внутреннего сгорания, превращается в механическую, далее трансформируется в электрическую за счет генератора, и затем вновь преобразуется в механическую энергию.

Положительные стороны последовательной схемы:

  1. Работа двигателя внутреннего сгорания осуществляется на неизменных оборотах.
  2. Не возникает необходимости в двигателе с большой мощностью и потреблением топлива.
  3. Коробка передач, как и сцепление здесь не нужны.
  4. Электрическая энергия высоковольтной АКБ гибрида позволяет двигаться автомобилю с заглушенным ДВС.

Отрицательные стороны последовательной схемы:

  1. На этапах преобразования энергии происходит ее потеря.
  2. Габариты и стоимость АКБ достаточно высокие.

Самый яркий представитель гибридного автомобиля с последовательной схемой взаимодействия Chevrolet Volt

Если говорить о самом подходящем варианте движения автомобиля с последовательной схемой взаимодействия, то это городской трафик с частыми остановками, когда постоянно в работу включается система рекуперации энергии.

Параллельная схема взаимодействия

Такое название эта схема получила потому что, двигатели авто работают постоянно вместе. Принцип работы данного типа взаимодействия двух модулей происходит за счет электроники авто, электродвигателя и ДВС. Оба двигателя соединены с коробкой передач по средствам планетарной передачи.


Чисто на электрической энергии такие гибриды способны ехать не продолжительное время, при этом ДВС отключается от трансмиссии сцеплением.

Блок управления распределяет крутящий момент от обоих двигателей в зависимости от режима движения автомобиля. Двигателю внутреннего сгорания отведена более важная роль, а электродвигатель запускается при необходимости дополнительной тяги, например, когда авто резко ускоряется. При торможении или плавном движении электромотор работает как генератор электроэнергии.

Электромотор внедрен в коробку передач BMW 530E iPerformance

Существуют модификации с электродвигателем отдельно от ДВС, они представляют собой сложную систему, но в тоже время эффективную. Этот модуль состоит из двух электромоторов, тягового соединенного через планетарную передачу со вторым, который служит генератором и стартером.

В такой схеме ДВС не связан напрямую с колесами, что позволяет постоянно передавать часть момента генератору и подзаряжать батарею.

Силовая установка параллельного гибрида с независимыми электромоторами

Положительные стороны параллельной схемы:

Так как основная работа отведена ДВС, то не возникает необходимости в установке мощной высоковольтной батареи. Двигатель внутреннего сгорания напрямую связан с ведущими колесами, поэтому потери энергии значительно меньше.

Отрицательные стороны параллельной схемы:

Самый главный минус данной схемы – это больший расход топлива в сравнении с другими схемами взаимодействия двигателей. Получается, что сэкономить на городском трафике не получится, наиболее удачным вариантом будет движение по трассе.

Последовательно-параллельная схема взаимодействия

Уже само название этой схемы указывает на то, что данный тип – это вариант совмещения двух ранее рассмотренных схем: последовательной и параллельной. Движение автомобиля на низкой скорости и его старт с места осуществляется только за счет силы электрической части. ДВС поддерживает работу генератора авто, как при последовательной схеме взаимодействия. Передача крутящего момента от ДВС на колеса происходит при движении на большой скорости.

При высоких нагрузках, требующих повышенной мощности, генератор автомобиля может не выдать нужное количество энергии, и в таком случае электродвигатель питается дополнительно от аккумулятора, как при параллельной схеме взаимодействия.

В данной схеме предусмотрен дополнительный генератор, он подзаряжает АКБ. Электродвигатель необходим только для привода ведущих колес и для обеспечения рекуперативного торможения.

Часть крутящего момента, переходящая от двигателя внутреннего сгорания, уходит на ведущие колеса, а некоторая его часть – для работы генератора, который в свою очередь питает электродвигатель и заряжает АКБ.

За направление крутящего момента на колеса, генератор или электродвигатель и его соотношении отвечает планетарный механизм – распределитель мощности. Регулировкой подачи мощности из генератора и батареи занимается электронный блок управления автомобиля.

Также эта технология применяется и на гибридных полноприводных авто. На передней оси установлен ДВС с электродвигателем по параллельной схеме, а на задней только электродвигатель имеющий связь с ДВС по последовательной схеме.

Полноприводный гибрид от компании Mitsubishi

Положительные стороны последовательно-параллельной схемы:

Не сложно догадаться, что неоспоримым плюсом данной схемы гибрида является его большая экономичность топлива в сочетании с хорошими мощностными характеристиками. Ценители природы оценят ее экологичность.

Отрицательные стороны последовательно-параллельной схемы:

Среди отрицательного – это более сложная конструкция по сравнению с предыдущими схемами, и как следствие, большая цена. Поскольку необходим дополнительный генератор, емкая АКБ и сложная электронная схема управления.

Заключение

Мы рассмотрели все типы гибридов и схемы их взаимодействия, но в целом существует множество видов, которые сложно отнести к одной из них, поскольку с течением времени технологии все больше смешиваются и дорабатываются.

На одних используют гидромуфты с редуктором вместо планетарной передачи, на других экспериментируют с задним расположением ДВС или вообще разносят по двум осям ДВС и электродвигатель. Конструкторы не останавливаются на достигнутом и все больше развивают это направление.

Гибридный автомобиль: что это такое и как работает

В последние годы мир охвачен электромобильным ажиотажем, который вызван во многом небезызвестной компанией Tesla. Автомобили на электрической тяге это, конечно, прогрессивно, экологично, выгодно, только вот слишком радикально. Гибридные автомобили выглядят более взвешенным и оптимальным вариантом.

Что такое гибридный автомобиль

Нетрудно догадаться, что гибридный автомобиль это результат «скрещивания» двух видов авто — с двигателем внутреннего сгорания и с электромотором. Если продолжить аналогию с биологической эволюцией, то гибридный автомобиль это переходная форма от традиционных машин к машинам будущего. Компромиссное решение для тех людей, кого уже не устраивают двигатели, работающие по принципам позапрошлого века, но при этом ещё не готовы полностью перейти на электричество.

Автопроизводители пробуют различные комбинации двигателей внутреннего сгорания и электроприводов в поисках самого оптимального варианта гибридного автомобиля. В одних вариантах машина приводится в движение только электромотором, в других — только двигателем внутреннего сгорания. Есть и по-настоящему гибридные варианты, где ДВС и электромоторы могут трудиться попеременно или даже одновременно. Конечно, идеального решения на все случаи жизни не существует.

Принцип работы гибридного автомобиля

Все гибридные машины, которые выпускаются в настоящее время, можно условно разделить на 3 категории, в зависимости от того, как двигатели соединены с колёсами:

  1. Последовательная схема — мотор одного типа питает или запускает мотор другого типа, который и приводит автомобиль в движение.
  2. Параллельная схема — самый простой и дешёвый тип «гибридов», где электромотор и ДВС работают независимо друг от друга.
  3. Последовательно-параллельная схема — каждый тип двигателя может работать в одиночку или в паре с другим типом.

Последовательные «гибриды» часто считаются ненастоящими гибридными автомобилями, что обосновывается принципом их работы. Так, электромотор в них может всего лишь запускать обычный ДВС и поддерживать его, заменяя собой стартер и генератор. Или наоборот — традиционный бензиновый мотор запускает электродвигатель и питает его батарею, а машина движется исключительно на электрической тяге. Впрочем, даже такая схема имеет свои объективные достоинства.

Параллельные и последовательно-параллельные гибридные машины дают большую свободу выбора и больше преимуществ. Первые чаще всего они следуют такому сценарию: в городском режиме и до определённой скорости (например, 60 км/ч) работает исключительно электродвигатель, а ДВС подключается на более высоких скоростях. Вторые используют традиционные и электрические моторы одновременно, при этом динамически распределяют нагрузку на них, в зависимости от дорожной ситуации.

Нужно иметь в виду, что двигатели внутреннего сгорания, которые используются на «гибридах», значительно переработаны по сравнению с обычными автомобилями. Даже на последовательных схемах, где электромотор только запускает ДВС, производители ощутимо меняют настройки электронных блоков управления двигателем. Это делается в угоду основным преимуществам гибридных машин — экологичности и экономичности.

Читайте также: Что такое двигатель Ванкеля и как он работает.

Плюсы и минусы гибридного автомобиля

Сначала стоит обратить внимание на сильные стороны электропривода как такового:

  • очень высокий КПД, доходящий до 90%;
  • мгновенно запускается и останавливается;
  • не требует переключения передач;
  • одинаково работает в обоих направлениях;
  • очень динамичен — быстро разгоняет авто;
  • полное отсутствие шума и грязного выхлопа.

Конечно, в гибридных машинах эти достоинства раскрываются не полностью. Автомобили с последовательной схемой, где электромотор только запускает и поддерживает ДВС, почти полностью лишены всех этих плюсов. Такие «гибриды» могут похвастать лишь быстрым и лёгким запуском, небольшой экономией топлива и чуть улучшенной динамикой. Зато и специфических минусов нет — это, фактически, усовершенствованный вариант традиционного авто.

Намного экономичнее и динамичнее вариант, где ДВС только питает батарею электродвигателя. Для этого не нужна большая мощность, так что можно обойтись двумя или тремя цилиндрами очень небольшого объёма. Такая последовательная схема отлично раскрывает потенциал электропривода. Есть и минусы — такие машины не бесшумны и всё-таки загрязняют природу отработанными газами, хоть и в небольшой степени.

Параллельные и последовательно-параллельные типы «гибридов» очень разнообразно сочетают плюсы и минусы ДВС и электромоторов, в зависимости от конкретных моделей машин и используемых технологий. Например, некоторые автопроизводители делают упор на использование машины в городских условиях. Здесь преимущества езды на электроприводе очевидны:

  • нулевой расход бензина или дизельного топлива;
  • полное отсутствие загрязняющих выбросов;
  • двигатель не порождает шумы и вибрации;
  • не нужно часто переключать режимы КПП;
  • машина может очень быстро разогнаться.

Недостатки гибридных автомобилей почти идентичны таковым у традиционных машин и электромобилей, только выражены не так отчётливо. Прежде всего, это сложность и дороговизна «гибридов», причём они дороги не только в покупке, но и в обслуживании. Электробатареи очень чувствительны к ударам и высоким температурам, что может привести к взрыву и сильному пожару. Бесшумность хода на электротяге опасна для пешеходов, они просто не слышат приближающийся автомобиль.

До сих пор не решены трудности использования электродвигателей в холодном климате с морозными зимами и в условиях бездорожья. Здесь главные плюсы гибридных машин — высокая экономичность и экологичность — чаще всего полностью сходят на нет. Впрочем, даже в холодные зимы «гибриды» вполне неплохо чувствуют себя в городских условиях, которые можно назвать естественной средой их обитания.

Читайте также: Что такое оппозитный двигатель и как он работает.

Устройство, принцип работы и список гибридных автомобилей

Первый автомобиль вообще-то был электрическим, т.е. в качестве двигателя использовался электромотор, и только потом, из-за отсутствия хороших аккумуляторов или иных источников электроэнергии, основным источником энергии для движения стал ДВС.

Тем не менее, несмотря на его преимущества, разработчики авто давно уже начинают оценивать возможности электромобиля, и как компромиссный вариант в такой ситуации выступают гибридные автомобили.

Почему возникает идея гибрида

При всех своих достоинствах ДВС обладает массой недостатков. Он прожорлив и требует для движения достаточно большое количество топлива. Правда, в последнее время его аппетит стараются уменьшить, но для этого разработчикам приходится прилагать поистине титанические усилия.

ДВС экологически небезопасен, его выбросы отрицательно влияют на природу, хотя и в этой области выполненные ужесточение требований, предъявляемых к моторам авто, дает свои результаты.

Если к перечисленному добавить еще:

  • сложность изготовления, необходимость использования дорогостоящего и специализированного металлообрабатывающего оборудования;
  • высокие требования, предъявляемые к качеству топлива и ГСМ;
  • неравномерность величины выдаваемого крутящего момента.

то можно удивляться, почему его еще используют.

Одним из возможных вариантов смягчения перечисленных недостатков ДВС и являются гибридные автомобили.

А что собой вообще представляет гибрид

Словосочетание автомобили с гибридным двигателем подразумевает возможность использовать для движения несколько источников энергии. По этому признаку можно считать гибридным транспортным средством и первую повозку, способную двигаться при помощи пара и конной тяги. Однако если говорить серьезно, как правило, они представляют собой сочетание электрического мотора и ДВС.

Именно оно определяет принцип работы гибридного автомобиля, для которого характерно приведенное ниже взаимное использование двух моторов:

  1. параллельное;
  2. последовательное;
  3. последовательно-параллельное.

Устройство гибридного авто с параллельной работой моторов

Такое устройство подразумевает совместную работу электромотора и ДВС. Подобное транспортное средство (ТС) практически ничем не отличается от обычного автомобиля, основным источником энергии для движения является ДВС, и лишь в некоторых случаях дополнительно подключается электромотор. Для обеспечения их параллельной работы в составе гибридного автомобиля используются специальные муфты и коробки передач.

Как выглядит схема подобного совместного использования моторов показано на рисунке:

Мощность дополнительного электромотора, как правило, не слишком велика, он включается в работу только при необходимости, например, при разгоне или обгоне, облегчая работу ДВС. Не секрет, что мощность последнего зависит от оборотов коленвала, в момент начала движения, при обгоне или на плохой дороге у автомобиля приходится «раскручивать» движок, заставляя его работать на повышенных оборотах. Это приводит к возникновению дополнительной нагрузки и, как следствие, повышенному потреблению топлива и износу двигателя.

Кроме того, такой электродвигатель, входящий в устройство гибридного ТС, выполняет еще функции генератора и стартера автомобиля. Хонда, Тойота и иные марки гибридных автомобилей используют подобный принцип построения силовой установки. Марки названных гибридных автомобилей – это далеко не полный их список.

Гибридный с последовательной схемой работы моторов

Подобное устройство гибридного ТС подразумевает использование одного мотора в качестве основного, обычно этим двигателем является электромотор, а ДВС выполняет вспомогательную роль, раскручивая генератор.

Схема силовой установки такого гибридного автомобиля приведена на рисунке:

Такое построение силового агрегата, характерное для гибридного автомобиля такого типа, подразумевает использование аккумуляторов повышенной емкости, позволяет добиться определенных преимуществ:

  • ДВС работает в постоянном режиме, что снижает его износ, уменьшает количество вредных выбросов и потребление топлива, особенно в городских условиях.
  • Обеспечивает увеличенную дальность пробега за счет подзарядки аккумуляторов от генератора при работе ДВС.
  • Позволяет заряжать АКБ подобного типа в ночное время или во время стоянки от обычной электрической сети.

По сути дела, устройство таких гибридных автомобилей подразумевает использование в своем составе передвижной электростанции, работающей от ДВС и обеспечивающей энергией электромотор. Стоит отметить, что марки гибридных автомобилей подобного типа достаточно распространены, их список включает в себя:

Последовательно-параллельные гибридные ТС

Такие гибридные автомобили предусматривают одновременную совместную работу моторов – ДВС и электрического.

Устройство силового агрегата подобных гибридных автомобилей можно понять из рисунка ниже:

Автомобили этого типа называются полные гибридные (Full Hybrid), и они также достаточно популярны среди производителей. Лидером в данном классе считается Тойота. При таком подходе ДВС имеет возможность заряжать АКБ через генератор и передавать крутящий момент на колеса автомобиля.

Надо отметить, что подобное устройство силового агрегата гибридных автомобилей подразумевает широкие возможности по использованию каждого из входящих в его состав двигателей.

Могут быть реализованы такие режимы:

  1. Электромобиля, когда ДВС выключен и гибридный автомобиль перемещается при помощи электромотора.
  2. Движения с постоянной скоростью, в этом случае от ДВС крутящий момент передается на генератор и на колеса. Генератор запитывает электродвигатель, момент с выхода которого, суммируется с моментом ДВС, а также от генератора происходит при необходимости зарядка АКБ.
  3. Форсированный, когда электродвигатель, питаясь от АКБ, добавляет свою мощность к ДВС.
  4. Экономичный, когда генератор, питаясь от аккумулятора, снижает частоту вращения ДВС и тем самым обеспечивает топливную экономичность.
  5. Торможения, когда электродвигатель работает в качестве генератора.
  6. Зарядки АКБ, используемой при работе подобных гибридных автомобилей.

Достоинства и недостатки гибридов

Оценить перспективы развития данного вида ТС достаточно сложно. Понятно, что ДВС и автомашины на их основе будут и дальше совершенствоваться, как и чистые электромобили. Кстати, первый авто, как уже отмечалось, был именно электрический. А сейчас, с появлением новых источников энергии современные электромобили ни в чем не уступают обычным.

Возвращаясь к гибридам, стоит отметить, что для автомобилей такого типа присущи многие преимущества:

  • экономичность. Они обеспечивают снижение потребления горючего при работе, особенно в режиме старт-стоп;
  • динамика разгона гибридных автомобилей лучше, чем у обычных равного класса;
  • отсутствие КПП в составе подобных автомобилей;
  • сокращение количества вредных выбросов при работе ДВС;
  • возможность использовать подобные авто только в режиме электромобиля, избежав потребления топлива (при пробеге в городе до ста километров и ночной зарядке АКБ).

Однако несмотря на все свои достоинства, гибриды не получили в настоящее время такого же масштабного применения, как обычные авто с ДВС. Первый такой автомобиль, который выпустила компания Хонда, не принес особых лавров, а полученный опыт позволил выпустить модель второго поколения Хонда Insight, ставшей довольно популярной на рынках Европы и США.

Многие прекрасные качества гибридов перечеркиваются их недостатками, первый из которых – цена.

Гибриды значительно дороже, чем обычные авто. И тут уже не имеет значения, Хонда, Тойота или Форд производители такой автомашины, одним отмеченным недостатком они проигрывают авто с ДВС. Цену можно считать одним из самых главных ограничителей расширения продаж, например, на гибридные автомобили в России.

На сегодняшний день достаточно хорошо известны многие модели гибридных автомашин от самых разных производителей – Тойота, Форд, Хонда выпускают их достаточно широко. И хотя в их конструкции производители реализуют различные технические подходы и решения, подобные авто можно считать самостоятельным классом транспортных средств, достаточно широко распространившихся по всему миру.

Плюсы и минусы гибридных автомобилей

  • 1 Автомобили с ДВС и электромобили
  • 2 Гибридные автомобили
    • 2.1 Типы гибридных силовых агрегатов
    • 2.2 Принцип взаимодействия двигателей
  • 3 Основные преимущества
    • 3.1 Минусы гибридных автомобилей
  • 4 Что нам предлагает рейтинг

Сегодня автомобиль перестает быть предметом роскоши. Практически в каждой семье есть транспортное средство, а иногда и не одно. Основная масса машин на наших дорогах — это автомобили с двигателем внутреннего сгорания, работающие на бензине, но всё чаще можно встретить авто с электрическими двигателями. К сожалению, оба эти варианта совершенно не безупречны. Производители «автопрома» учли претензии к обоим видам двигателей и разработали гибридные автомобили, которые стали выпускаться серийно с 1997 года.

В чем особенность гибридных автомобилей.

Автомобили с ДВС и электромобили

Прежде чем приступить к анализу гибридных двигателей, давайте сравним двигатели внутреннего сгорания и электродвигатели. Обыкновенное авто на одной заправке может проехать четыреста–пятьсот километров. Заправка не вызовет никаких проблем – заправочных станций сегодня много и сам процесс заливки топлива потребует всего несколько минут. Мощность таких двигателей достаточно высокая, что очень нравится многим автолюбителям. Но здесь есть несколько довольно больших минусов – это стоимость бензина и загрязнение окружающей среды. К сожалению, на стоимость бензина владельцы данных транспортных средств и автопроизводители повлиять не в силах, и год от года она только растёт. А вот второй недостаток сегодня выходит на первое место. Многие страны вводят административное регулирование выхлопных газов, да и многие автомобилисты сами не хотят наносить окружающей среде чрезмерный ущерб.

Электромобили по многим параметрам превосходят авто с ДВС. Это полное отсутствие выхлопов, да и «заправка» будет обходиться гораздо дешевле. Но и недостатков здесь тоже достаточно. В первую очередь большинство автомобилистов не хотят переходить на электромобили потому, что они гораздо менее мощные и не могут развивать желаемую скорость. Этот факт в городских условиях не играет особой роли, но вот при передвижении по трассам за городом недостаток часто ощутим. Ещё одной немаловажной проблемой может стать тот факт, что в нашей стране практически отсутствует инфраструктура, направленная на обслуживание таких машин – нет ни мест подзарядки аккумуляторов, ни хороших автосервисов. Такие автомобили на одной зарядке могут пройти до 160 км., но вот сама подзарядка аккумулятора потребует не менее двух часов, что не всегда удобно.

Гибридные автомобили

Учтя все имеющиеся недостатки двигателей внутреннего сгорания и электродвигателей, автопроизводители сконструировали и поставили на поток производство «гибридных» авто. Они сумели объединить экологичность и экономность электрического двигателя, и мощность обычного. Такое объединение позволило значительно понизить расходы на эксплуатацию. Всё это было достигнуто за счёт того, что «гибрид» получил 2 источника питания и 2 силовых агрегата. Практически все гибридные авто устроены следующим образом:

  • Двигатель внутреннего сгорания. Он имеет несколько уменьшенные по сравнению с обычным авто габариты. Это позволяет понизить массу машины и повысить мощность.
  • Топливный бак. Он предназначен для обеспечения топливом ДВС.
  • Электродвигатель. Он спроектирован для совместной работы с ДВС. Этот тип мотора производит подзарядку аккумулятора и может быть отдельно стоящим или встроенным.
  • Аккумулятор. Он полностью обеспечивает энергией электродвигатель и подает питание в бортовую систему.
  • Коробка передач. Её функции остаются прежними, но в зависимости от типа «гибрида» могут несколько отличаться.
  • Инвертер. Он позволяет преобразовывать ток из постоянного в переменный, и обратно. Кроме того происходит распределение поступающей энергии и управление электродвигателем.
  • Генератор. Он предназначен для выработки энергии по принципу работы электродвигателя.

Типы гибридных силовых агрегатов

Устройство гибридного автомобиля будет в обязательном порядке включать в себя ДВС и электродвигатель – генератор. В результате этого электродвигатель будет включать в себя функции тягового электродвигателя, генератора энергии и стартера ДВС. На сегодняшний день существуют 3 типа гибридного силового агрегата:

  1. Микрогибридный СА. Этот тип привода предназначен только для выполнения функции старт – стоп, которая осуществляется только с использованием электродвигателя. ДВС подключается уже после. Оставшаяся энергия подвергается процессу рекуперации, преобразуется и отправляется назад на 12-вольтный аккумулятор. Эта энергия может использоваться автомобилем самостоятельно во время трудностей на дороге – спуск, подъем, грязь и т. д. Эта система оптимально подходит для передвижения по городским пробкам.
  2. Среднегибридный СА. На электродвигателе и в этом варианте ездить нельзя, но мощность вырабатываемой энергии довольно большая и сохраняется в высоковольтном аккумуляторе. Это позволяет при необходимости значительно повысить мощность на основном двигателе.
  3. Полногибридный СА. В этом случае мы имеем возможность передвижения с применением обоих типов двигателя, которые оптимально скоординированы между собой. На электродвигателе автомобиль может проходить довольно большие расстояния. Эту возможность дает довольно мощный аккумулятор. Процесс подзарядки тоже осуществляется по схеме рекуперации. Обычный двигатель подключается только в случае необходимости.

Принцип взаимодействия двигателей

Автопроизводители используют несколько разные схемы, по которым взаимодействуют двигатели:

  • Последовательная. Это самый простой принцип работы гибридного двигателя машины. От ДВС работает только генератор, который отправляет вырабатываемую энергию на зарядку аккумулятора и питает электродвигатель. В таких моделях именно от электродвигателя получается вращение ведущих колес. В результате этого полностью отпадает потребность в сцеплении и коробке передач. Аккумулятор так же получает подзарядку от процесса торможения. К сожалению, при преобразовании энергии происходит её частичная потеря. Двигатель внутреннего сгорания в этом случае используется максимально малой мощности с возможностью работы с максимальным КПД. Данная схема дает возможность полного отключения ДВС. Электродвигатель и батареи в этом случае применяются, наоборот, более мощные. Такие модели автомобилей предпочтительно использовать в городских условиях и в некоторой спец. технике.
  • Параллельная. Эта схема подразумевает параллельное использование обоих видов двигателей. Ведущую роль в таких моделях играет обычный двигатель, а электрический просто оказывает ему необходимую помощь. Энергия в таких случаях теряется гораздо меньше. Так как производитель может использовать батареи более низкой мощности, то и стоимость таких «гибридов» гораздо ниже. Использование такой схемы не смогло обеспечить значительных улучшений и по количеству вредных выбросов, и по ряду технических показателей. Такие авто наиболее актуально использовать на трассах, но в городе они малоэффективны.
  • Последовательно- параллельная. Данную схему разработала японская «Тойота». Из самого названия становится понятно, что в таких моделях объединены оба предыдущих типа. Эта модель позволяет производить старт или движение на очень маленькой скорости при помощи электродвигателя, а ДВС осуществляет поддержку генератора. Этот вариант гибрида позволяет довольно существенно экономить топливо и сохранить максимально высокие технические показатели. Здесь требуется дополнительный генератор, АКБ высокой емкости и очень сложная электроника. Особенно высокую оценку этому варианту дадут любители природы за экологичность. К явным минусам данных автомобилей относится только высокая стоимость.

Основные преимущества

Несмотря на довольно высокую стоимость автомобилей с гибридными двигателями, всё больше людей склоняются к их покупке. Как основные полюсы они отмечают:

  • Охрана окружающей среды. Снижение количества выхлопных газов позволяет сделать воздух в городе и на всей планете несколько чище, а это уже польза для всех.
  • Автомобиль не требует внешней электрической зарядки, что немаловажно. Расход топлива тоже значительно снижается и владелец авто получает довольно большую экономию денег.
  • Все модели такого типа имеют хорошие технические характеристики, часто превосходящие характеристики обычных автомобилей.

Минусы гибридных автомобилей

Наряду с перечисленными плюсами «гибриды» имеют и ряд негативных сторон, к которым можно отнести:

  • Очень высокая стоимость самого автомобиля.
  • Высокая сложность в конструкции влечет за собой высокую стоимость обслуживания.
  • Недостаточно развитая система автосервисов. Сложность гибридной конструкции требует хороших знаний и высококлассных специалистов в автомастерских, что не всегда возможно, особенно в удаленных населённых пунктах.
  • При выходе из строя батарей хозяину авто придётся довольно долго искать место доступной утилизации.

Что нам предлагает рейтинг

Исходя из вышеописанных характеристик, «гибридные» модели имеют очень неплохие перспективы на автомобильном рынке. Уже сегодня автосалоны предлагают более полутора десятков различных автомобилей с гибридным двигателем. Практически все ведущие автопроизводители имеют в своих линейках «гибридные» машины. Цена на такие авто довольно высокая, но это во многом обосновано. В 2018 году на рынке отмечается большое разнообразие «гибридов». Они стали еще более экономичными и могут удовлетворить автомобилистов с совершенно разными потребностями. Топ лучших гибридных автомобилей, пожалуй, может возглавить внедорожник – Lexus RX 450h.

Самым экономичным «гибридом» по расходу топлива считается Hyundai Ioniq Hybrid, основой которого является новая платформа. Те, кто предпочитает «хетчбеки», могут обратить своё внимание на Chevrolet Volt Hybrid. Toyota предлагает очень качественный седан Toyota Camry Hybrid. Рейтинг гибридных автомобилей — универсалов по праву возглавляет Volvo V60 Plug-in Hybrid. Учитывая высокую стартовую стоимость всех гибридных автомобилей, самым недорогим вариантом является легендарная Toyota Prius.

Гибридный двигатель – совершенство или головная боль?

Почему мы хотим разобрать вместе с вами вопрос, как работает гибридный двигатель? Все дело в том, что в большинстве сфер нашей жизни сегодня наблюдается взаимодействие различных технологий, которые в результате дают более эффективные методы, приборы и механизмы. Не остались в стороне и моторы для нашего любимого транспортного средства. О принципах работы, плюсах и минусах таких агрегатов мы и поговорим на этой странице.

Как работает гибридный двигатель – простыми словами о новых технологиях

Если уж мы начали о смешении технологий, то следует пояснить, как это касается и затронутой нами темы. Гибридный мотор также сочетает в себе два вида: топливный (бензин/дизель) и электрический. Этот коктейль, конечно, несовершенен, но привнес в жизнь автомобилистов много положительного. Но об этом чуть ниже, а для начала следует разобрать принцип работы гибридного двигателя.

Топливная часть такого мотора может работать совместно с электрической, но возможно и осуществление совершенно независимых циклов. Конечно, машины с гибридным двигателем снабжаются компьютерами, которые и распределяют правильно нагрузку на обе части. Так, за городом, где важна мощность силового агрегата, в дело вступает бензиновая или дизельная технология, к тому же, на трассе не так губительны для человека выхлопные газы.

А вот в городе преимущественно работает электрическая составляющая, потому что такой вариант чище и экономичнее. Автомобили с гибридным двигателем умеют сами себя обслуживать, касается это электрической части мотора. Электрический компонент не бездельничает, пока работает топливный, он аккумулирует вырабатываемую энергию, чтобы потом снова пустить ее в дело.

Не исключены ситуации, когда оба элемента двигателя работают одновременно, например, при разгоне, когда от автомобиля требуются большие силовые затраты.

Устройство гибридного двигателя – описание схемы

Что значит гибридный двигатель, мы вкратце разобрали. Теперь хотелось бы углубиться немного и рассмотреть его схему. Следует учесть, что их существует целых три. Поэтому начнем с самой простой, которая для нас представляет наименьший интерес – это последовательный гибрид. Электромотор является главным участником в запуске и движении колес транспорта, а вот двигатель внутреннего сгорания (ДВС) всего лишь находится у него на поддержке, раскручивает генератор.

Для сегодняшнего авто такое устройство гибридного двигателя не будет лучшим вариантом, ведь требуются емкие аккумуляторы, малолитражные ДВС, а сама машина будет медленная и неповоротливая. Хотя все же есть некоторые представители среди легкового автопарка, например, Chevrolet Volt. Но из-за главенствующего электро-компонента ему присущи все минусы электромобилей, взять хотя бы зависимость километража на одном заряде батареи, но это постепенно решают применением турбо-ДВС.

Следующие схемы называют параллельной и смешанной. Смешанная схема чаще всего встречается в Lexus и представляет собой плотное взаимодействие электромотора и ДВС. Они работают вместе, приводя авто в движение, принцип работы построен так, что даже трансмиссия является бесступенчатой, далекой от привычной нам. Такие варианты очень современные, но и очень дорогие.

А вот привычная нам схема называется параллельной и встречается довольно часто. Электромотор тут является хоть и не ведущим, но незаменимым помощником, страхуя ДВС в случаях потребности в дополнительной мощности. Батареи не являются большими и емкими, отчего их легко зарядить прямо во время движения, и они всегда готовы отозваться по первому требованию.

Авто с гибридным двигателем – плюсы и минусы

Информация была бы неполной без указания положительных и отрицательных сторон гибридных моторов. Конечно, плюсов будет больше, но и минусы имеются, как во всем новом и малоизученном со стороны потребителя. Например, почему-то чаще всего встречается гибридный бензиновый двигатель, хотя давно всем известна экономичность и большая мощность «дизелей». Но никакого секрета тут нет, потому что, во-первых, технологию разрабатывали за океаном, т.е. в Америке, а там с соляркой пока что знакомы слабо. Во-вторых, гибридный дизельный двигатель стоил бы еще дороже, хотя цена на такие технологии уже далеко выше средней.

Небольшой скепсис вызывают гибриды из-за электромотора, т.е. его батареи. Это достаточно капризный элемент, требующий постоянной эксплуатации, иначе срок службы гибридного двигателя значительно снизится именно из-за нее. Она плохо переносит перепады температур, может саморазряжаться, в дальнейшем возникают неясности с ее утилизацией. Так же тень на репутацию смешанных моторов накладывает не только их дороговизна, но и большая стоимость комплектующих и ремонта, если он понадобится. Причем самостоятельно его провести невозможно.

Ну, а теперь можно рассказать и о приятном. Про экологичность и экономичность можно говорить смело, это действительно так, хотя бы исходя из двойственной природы агрегата. Наличие батареи позволяет дольше ездить без заправки, сохраняя все технические показатели в актуальном состоянии. Эту батарею не нужно заряжать, заправка авто осуществляется только топливом. Двигатель, благодаря компьютеру, работает всегда в оптимальном режиме, как бы вы ни пытались его «насиловать». Иногда такие машины могут двигаться вовсе без топлива, причем отличаются они еще и тихоходностью, мотор работает чуть слышно.

Принцип работы гибридного двигателя: плюсы и минусы, обслуживание

  1. Схемы работы гибридов
  2. Последовательная схема
  3. Параллельная схема
  4. Смешанная схема
  5. Преимущества и недостатки

Всем привет! Решил обсудить с вами принцип работы гибридного двигателя, его особенности, сильные и слабые стороны.

Все чаще среди объявлений о продаже новых и подержанных авто можно увидеть предложения с машинами, которые предполагают использование гибридного силового агрегата.

Как вы наверняка знаете, гибридами называют машины, в которых используется одновременно два типа двигателей. У классических авто доступен только двигатель внутреннего сгорания. У электрокаров всю работу выполняет электромотор. Здесь же соединены две технологии.

Но не думайте, что все гибриды одинаковые. Давайте поговорим о том, какими они бывают, как работают, в чем их плюсы и минусы, и стоит ли покупать подобные авто.

Схемы работы гибридов

Гибридными называются машины, которые приводятся в движение по автодорогам с помощью современных гибридных силовых установок.

Особенностью гибрида является применение от двух и более различных источников энергии и двигателей, которые преобразуют при функционировании энергию непосредственно в работу. То есть обеспечивают вращение колес.

Очень часто встречается понятие гибридный двигатель. Если смотреть на вопрос с технической точки зрения, то он неверный.

Хотя источников для создания и генерации энергии много, по факту при производстве авто используется только два.

Это классический ДВС, то есть двигатель внутреннего сгорания, и электромотор. Основным достоинством такого сочетания справедливо считать улучшенные показатели экономии топлива. Параллельно гибриды существенно снижают показатели вредных выбросов. С электрокарами они сравниться никак не могут. А вот обычные машины с классическими ДВС опережают значительно. Экономия обусловлена совместной работой двух моторов, использованием специальных аккумуляторов и иных технологий.

В современных гибридах реализовано множество систем и устройств, работа которых направлена на экономию топлива, повышение технических характеристик, улучшение работы системы управления, торможения и пр.

Если изучить каталоги современных автопроизводителей, практически у каждого из них найдется минимум один гибридный автомобиль.

Пока далеко не все автокомпании заинтересованы во ввозе гибридов в Россию, что обусловлено низким спросом.

Среди популярных авто, имеющих гибрид под капотом, можно выделить такие:

  • Тойота Приус;
  • Порше Панамера;
  • Хонда Фит;
  • Хонда Цивик;
  • Ниссан Х-Трейл;
  • Лексус RX450h;
  • Ford Escape;
  • Тойота Камри;
  • Фольксваген Туарег;
  • Хендай Элантра и пр.

Причем разные авто используют в своей основе различные технологии.

Все применяемые сейчас гибридные схемы можно разделить на 3 категории:

  • последовательно-параллельные или смешанные;
  • параллельные;
  • последовательные.

А теперь предлагаю рассказать о том, что каждая из них означает.

Последовательная схема

Покупая гибрид, важно понимать, что в авто сохраняется обычный мотор, и к нему добавляется электроустановка. Но технологии бывают разными.

Обычно такие проблемы как перегрев двигателя , либо необходимость замены цепи ГРМ , как и детонация двигателя , в меньшей степени, но продолжают проявляться на авто.

От замены масла также отказаться не получится. Это вам не электрокар, где рабочие жидкости фактически и не требуются.

Последовательная схема заметно отличается от конкурентов. При ее реализации машина движется именно за счет электромотора. Здесь ДВС соединяется исключительно с генератором. Последний, за счет ДВС, обеспечивает питание электромотора, своевременно заряжает батареи. При такой схеме по завершению поездки можно подключиться к электросети, то есть воспользоваться бытовой розеткой для зарядки, либо посетить станцию для электрокаров, чтобы восполнить запас батареи. Авто с такой технологией обычно называют Plug In, то есть подключаемый гибрид.

При использовании такой схемы требуется задействовать АКБ с повышенной емкостью. Это позволяет снизить интенсивность использования ДВС и положительно повлиять на экологию.

К числу популярных авто с такой системой относят Шевроле Вольт и Опель Ампера. Они на скорости до 60 км могут ехать только на электротяге от АКБ, и до 500 км проезжать на одном заряде от генератора.

Параллельная схема

Здесь принцип действия несколько иной.

Главной особенностью параллельной схемы является возможность ДВС и электромотора работать отдельно или вместе.

Чтобы это реализовать, используются автоматически управляемые муфты. С их помощью в единую систему объединяют двигатель, электромотор и коробку передач.

Параллельные гибриды называют обычно Mild Hybrid. Здесь применяются электромоторы небольшой мощности. Речь идет примерно о 20 кВт. Электродвигатель зачастую обеспечивает дополнительную мощность, когда автомобиль идет на разгон. Чаще всего электроузел располагается в промежутке между обычным двигателем и коробкой передач. Дополнительно выступает как стартер и генератор на машине. К числу популярных авто с такой схемой можно отнести БМВ 7 модели, Фольксваген Туарег, Хонду Инсайд, Хонду Сивик и Хендай Элантру. Соответственно в комплектациях с гибридным мотором.

Основателем этой схемы считается японская компания Хонда.

Их технология IMA обеспечивает несколько режимов работы:

  • работа от электромотора;
  • совместная работа мотора и электродвигателя;
  • работа от ДВС с параллельной зарядкой АКБ от электродвигателя (режим генератора);
  • зарядка АКБ при активации режима рекуперативного торможения.

Довольно интересная и распространенная схема, реализованная на большом количестве современных гибридов.

Смешанная схема

В завершении у нас на рассмотрении смешанная или последовательно-параллельная гибридная схема.

В этом случае соединение электромотора и ДВС происходит с помощью специального планетарного редуктора.

Мощность от каждой установки может подаваться к ведущим колесам в различном соотношении, от 0 до 100% от имеющейся номинальной мощности. Здесь, если сравнивать с параллельной альтернативной схемой, добавляется еще и генератор авто, который питает энергией и позволяет работать электродвигателю.

Такие авто носят название Full Hybrid. К числу наиболее популярных машин можно отнести Тойоту Приус, Форд Эскейп и Лексус RX450h. Господствующая технология в этом сегменте принадлежит компании Тойота.

Возможно несколько режимов работы:

  • ДВС отключается, АКБ питает электромотор, только электротяга;
  • совместная работа ДВС и электромотора, мощность суммируется, реализуется на постоянной высокой скорости;
  • режим форсирования, необходимый для быстрого и резкого ускорения (к ДВС подключается электротяга);
  • режим экономии, когда АКБ питает генератор, последний преобразует электроэнергию в механическую, замедляет соответственно вращение ДВС, падает расход топлива;
  • торможение (электромотор работает в специальном режиме генератора);
  • режим подзарядки АКБ, когда заряд восполняется генератором и ДВС.

Да, все далеко не так просто. Но если вникнуть, все станет более понятно. Дополнительно советую посмотреть видео на эту тему.

Преимущества и недостатки

Опираясь на имеющийся опыт, а также изучив информацию с различных источников, можно назвать несколько сильных и слабых сторон. Вы также обязательно оставляйте свои отзывы.

Начнем с преимуществ. К ним можно отнести:

  • экономия топлива;
  • экологичность;
  • наличие возможности перехода на работу с разными моторами;
  • дополнительная защита при поломке одного из двигателей;
  • дольше времени можно ездить без заправки;
  • обычно батареи заряжать не нужно;
  • грамотные программы для автоматической работы гибрида;
  • возможность ездить вовсе без топлива, только на электротяге.

Но есть здесь и свои минусы.

К недостаткам относят такие пункты:

  • дорогое обслуживание;
  • одновременные возможные проблемы с ДВС и электромоторов;
  • старые гибриды имеют много недоработок;
  • замена батарей редкое явление, но очень дорогое;
  • батареи требуют специальной утилизации;
  • не так много специалистов в стране, кто хорошо разбирается в гибридах;
  • самостоятельное обслуживание возможно далеко не всегда.

А что вы можете сказать насчет гибридных машин и про принцип работы гибридного двигателя? Как к ним относитесь, считаете ли вы их лучше, чем электрокары или обычные авто с ДВС?

Подписывайтесь, оставляйте комментарии, задавайте актуальные вопросы по теме!

Как устроен и работает гибридный двигатель автомобиля

Главный силовой агрегат современных машин – двигатель внутреннего сгорания. Но в условиях истощения залежей нефти, роста требований к экологической чистоте топлива инженеры прибегают к новым технологиям. Полный отказ от углеводородного топлива или снижение его расхода обеспечивают электрический мотор или гибридный машинный двигатель. Последнюю деталь устанавливают на современных авто.

История гибридных двигателей

Гибридный автомобильный двигатель – это система из бензинового мотора внутреннего сгорания и электродвигателя. Впервые выпуском подобного транспорта занялся бренд Parisienne des Voitures Electriques в 1897 году. Американская компания General Electric приступила к производству гибридов с 1900 году. Инженеры корпорации создали машину с четырехцилиндровым двигателем на бензине. Абсолютно новый вид транспорта был экономически нецелесообразным по причинам низкой мощности и дешевизны топлива.

Интересно знать! Грузовики-гибриды несерийно выпускались в Чикаго до 1940-х годов.

Ввиду ухудшения экологической обстановки, подорожания топлива для ДВС идея создания смешанных силовых агрегатов стала актуальной в наше время. Серийное производство гибридов практически первыми наладил бренд Тойота. Авто Toyota Prius liftback были выпущены в 1997 году. В 1999 Хонда презентовала модель Insight. На 2014 год количество гибридов составило более 7 млн.

Принцип работы и устройство гибридных двигателей

Современные инженеры подробно объясняют, что же такое мотор-гибрид в машине. Двигатель представляет собой систему из бензиновой (дизельной) и электрической силовых установок. Для полноценной работы цепи задействуются другие узлы с компьютерным управлением.

Полная конструкция гибрида

Понять, как же работает современный гибридный автомобильный двигатель, поможет описание его устройства. Мотор состоит из:

  • двигателя внутреннего сгорания. Конструкция детали разрабатывалась так, чтобы облегчить вес, минимизировать затраты топлива и количество вредных выбросов;
  • электрического двигателя. Он сгенерирован с топливным баком и может вырабатывать энергию для заряда АКБ. Деталь встраивается в силовую систему или располагается отдельно. Есть модели с двумя вариантами размещения;
  • трансмиссии. В зависимости от типа гибрида существуют интегрированные коробки передач, КПП с механикой или автоматическим управлением. Некоторые детали работают по принципу плавной нагрузки;
  • топливного бака. Обеспечивает подачу топлива в ДВС;
  • аккумуляторы. В гибридных машинах устанавливаются две батареи – высоковольтная для работы мотора и на 12 В для запитки бортовой системы. Системы запускаются от аккумулятора стандартного типа – высоковольтный и инвертор функционируют только при постоянном охлаждении;
  • инвертор. Нужен для преобразования тока, идущего от высоковольтного аккумулятора в переменный трехфазный для электромотора, регулировки распределения энергии;
  • генератор. Работает по принципу электрического агрегата, производит электроэнергию.

Функционирование двигателя-гибрида

Принцип бесперебойной работы современного гибридного двигателя основывается на отдельном или одновременном функционировании ДВС и электромотора. Для управления системой применяется бортовой компьютер. Прибор по режиму движения определяет вид активного силового агрегата:

  • на городских дорогах требуется электродвигатель с небольшой мощностью;
  • при езде на загородном шоссе задействуется топливный мотор;
  • в смешанном режиме (периодические остановки и ускорения) агрегаты работают вместе.

Важно! В процессе работы ДВС происходит зарядка электрического мотора.

Схемы взаимодействия мотора и ДВС

Развитие технологии гибридных двигателей привело к реализации нескольких вариантов взаимодействия электроагрегата и стандартного мотора.

Последовательная схема

В схеме series hybrid ДВС активирует генератор, вырабатывающий энергию для запитки электрического двигателя, вращающего колеса. Последовательный автомобиль-гибрид задействует маломощный ДВС, но только в условиях максимального КПД. Модели-малолитражки выпускаются с большой АКБ.

Параллельная схема

Оснащение машины системой parallel hybrid обеспечивает вращение колес от бензинового и электрического мотора. Электрическая установка также выполняет функции стартера и генератора, располагается между коробкой передач и ДВС. Дополнительная мощность создается электродвигателем в зависимости от режима езды. Аккумуляторные батареи отличаются компактностью, заряжаются при движении машины.

Подробное описание параллельной схемы для гибридной силовой моторной установки современного автомобиля отмечает ее недостаток. Электрический двигатель не выполняет одновременное вращение колеса и зарядку батареи.

Последовательно-параллельная схема

Смешанный гибрид совмещает последовательную и параллельную схему работы. Электрические агрегаты работают как генератор, создавая электроэнергию и как мотор, создавая тягу. Для объединения двигателей используется планетарный редуктор. ДВС вырабатывает минимум мощности при цикле Аткинсона, что обеспечивает экономию топлива. Устройство параллельно-последовательной схемы и принцип для работы смешанного гибридного двигателя предполагают:

  • работу в эконом-режиме. На электрической тяге ДВС выключен, запитка электромотора происходит от аккумулятора;
  • поддержку скорости движения. Мощность ДВС распределяется по колесной системе и генератору. В это время выполняется одновременная запитка параллельного электроагрегата и дозарядка АКБ;
  • интенсивное ускорение. При высоких нагрузках ДВС и электрическая часть функционируют параллельно. Электромотор подпитывается от батареи без утраты мощности генератором.

Важно! Наиболее эффективно принцип комбинированной тяги реализован у бренда Тойота и называется Hybrid Synergy Drive.

Преимущества и недостатки гибридных авто

Транспорт с гибридной силовой установкой расходует на 30 % меньше топлива по сравнению со стандартными моделями. На этом преимущества использования гибридного автомобильного двигателя не заканчиваются:

  • минимальное количество вредных выбросов за счет технологий рекуперативного торможения, наличия емкой АКБ;
  • согласованность функций ДВС и электромотора;
  • полезные инновации – опции стоп-старта, рециркуляции отработанных газовых смесей (подогревают тосол), изменение фазы распределения газов;
  • наличие водяного насоса с электроприводом, системы климат-контроля и усиления руля, улучшенного качения покрышек;
  • эффективность при работе на холостом ходу в городских условиях;
  • возможность продолжительной поездки без дозарядки аккумулятора – заправляется бак;
  • поддержка выбранного режима за счет компьютерного управления;
  • низкий уровень шума работающего мотора.

К недостаткам моделей с гибридными установками относятся:

  • необходимость регулярной нагрузки на АКБ;
  • батарея может разряжаться до критического состояния при низкой температуре;
  • проблемы с самостоятельным ремонтом машины;
  • дорогая цена запчастей, которые не всегда есть в наличии в сервисных центрах.

Минусом для некоторых пользователей является высокая цена транспорта – даже недорогие японские гибридные автомобили Toyota Yaris стоят около 18 тыс. евро.

Типы гибридных агрегатов

Гибридный современный двигатель – экономичный и экологичный агрегат, но полностью разобраться, что же это такое, поможет обзор вариантов исполнения основной конструкции:

  • микрогибридный силовой агрегат. Электрическим компонентом привода является стартер или генератор, отвечающий за функции старта и стопа. Кинетическая энергия используется по принципу рекуперации, то есть переходит в электрическую. Привода исключительно для электротяги нет. АКБ с наполнителем из стекловолокна – на 12 Вольт, адаптирована к частым стартам;
  • среднегибридный силовой агрегат. Что значит в этом случае гибридный машинный двигатель? Деталь поддерживает функции ДВС, но транспорт не ездит на электротяге. Средние гибриды могут регенерировать часть кинетической энергии при торможении. Она переходит в электрическую и накапливается в АКБ. Батарея и электроузлы работают на высокой мощности. В режиме смещения точки нагрузки при помощи электрического генератора у теплового мотора повышается эффективность;
  • полногибридный силовой агрегат. Высокомощный генератор интегрируется с ДВС. Есть функция движения при электрической тяге при маленькой скорости авто. Электрогенератор запитывает двигатель внутреннего сгорания с функцией старт-стоп в рабочем режиме. Высоковольтный аккумулятор заряжается в процессе рекуперации. Разделительное сцепление ДВС и электромотора обеспечивает быстрое отсоединение одной системы от другой.

Классификация по степени электрификации

В зависимости от электрификации существует несколько видов гибридных машин.

Микрогибрид

У моделей есть функции рекуперации энергии во время торможения, автоматика типа стоп-старт. Микрогибриды подразделяются на три типа:

  • машины с системой старт-стоп;
  • транспорт со старт-стопом и рекуперативным торможением;
  • модели, объединяющие две технологии, со свинцово-кислотным AGMаккумулятором и объединенным блоком стартера/генератора.

При экономичности топлива и экологичности, электрического воздействия на привод не происходит.

Важно! Данный транспорт нельзя назвать гибридными машинами на 100 %.

Мягкий гибрид

Что же такое мягкий двигатель типа гибрид? Электрическая силовая установка обеспечивает поддержку ДВС, работа в режиме чистого электричества не осуществляется. Рекуперация происходит только при торможении. Конструкция моделей не предусматривает маховика, на его месте находится стартер-генератор. Мягкие гибриды отличаются небольшой мощностью, которая компенсируется электрической частью только при ускорении или разгоне.

Интересно знать! Система Kinetic Energy Recovery мягкогибридных машин также используется в Формуле-1.

Полный гибрид

Электрическая часть задействуется в режиме поездок по городу, на высоких скоростях работает стандартный ДВС. Схема соединения электромотора с двигателем внутреннего сгорания реализуется последовательным, комбинированным или разветвленным способом.

Транспортное средство не заряжается от сети, а только в процессе рекуперации. При разрядке литий-ионного аккумулятора можно переключиться на ДВС.

Гибриды-плагины

Что такое plug-in и надежный ли это гибридный автомобильный двигатель? Электрическая часть осуществляет сбор энергии для заряда батареи, совместно с двигателем внутреннего сгорания обеспечивает вращение колес.

Инновационные модели двигаются при задействовании усилий двух моторов, отличаются объемной мощной батарей (от 70 до 100 лошадей). Рядом с люком бензобака расположен порт для зарядки от розетки. Особенность плагинов – преодоление расстояния до 50 км только на электрической тяге.

Привод дополнительных аксессуаров в автомобилях с полным гибридным приводом

Конструкционные доработки привода дополнительных агрегатов заключались в том, чтобы компоненты работали не от ДВС, а от электричества. Приводная часть полногибридных моделей включает следующие элементы:

  • вакуумный насос электрического типа. Деталь служит для понижения давления усилителя тормоза и поддерживает подачу низкого давления при старте и остановке;
  • электрогидравлический усилитель управления рулем. Используется, чтобы во время автоматической остановки двигателя рассоединить ДВС и усилитель. Технология позволяет оптимизировать топливные затраты;
  • компрессорный кондиционер с электрическим приводом. Отвечает за охлаждение салона при автоостановке. Деталь обеспечивает отсоединение компрессорного привода кондиционера и ДВС. Электрокомпрессор всасывает, сжимает фреоновый газ и направляет его в систему для прокачки;
  • электроблок управления кондиционером. Регулирует температуру испарения от 800 до 9000 мин.

Перспективы автомобилей-гибридов

Новизна технологии совмещенного мотора приводит к неполному пониманию автолюбителями, что же такое и как работает гибридный двигатель на подобном автомобиле. С учетом 20-летних разработок бренда Тойота у гибридов есть множество перспектив развития. Машины с облегченным кузовом, емкими и компактными аккумуляторами, простой и быстрой зарядкой, усовершенствованным режимом рекуперации в ближайшем будущем завоюют рынок.

У гибридных авто ДВС не подвергается критическим нагрузкам, а с учетом цикла Аткинсона его моторесурс выше, чем у стандартного двигателя. Для сокращения расходов на топливо машины оснащаются ГБО, совместимыми с электронными блоками управления. При внешней схожести с бензиновой техникой автовладельцы сталкиваются со сложностью обслуживания и огромным разбегом стоимости. Даже при отсутствии поломок и значительном пробеге цена машины окупиться через 5 лет. Но минимальные затраты на горючее стоят таких вложений.

Однако, будущее гибридного транспорта – только за моделями plug-in, которые реально экономят топливо. Плагины привлекательны бесшумным плавным электродвигателем, динамикой бензинового мотора, обеспеченной массивным электрическим бустом. Чтобы использовать машину полноценно, необходимо развитие зарядной инфраструктуры – установка специальных розеток на АЗС.

Гибридные автомобили — что это и как работает

Гибридные автомобили

Автомобиль гибрид – это транспортное средство будущего времени. Использование двух двигателей позволяет значительно сократить расход топлива (при движениях в условиях города), а также достичь минимального периода разгона с места старта до 100 км/ч. Кроме того, машина гибрид не наносит вреда окружающей среде. Это важно, если учесть, что проблемы экологии в развитых странах волнуют не только автолюбителей, но и всю прогрессивную общественность.

Устройство гибридных автомобилей

У каждой такой машины установлено два мотора: ДВС (двигатель внутреннего сгорания) и электрический аккумулятор. Последний тип двигателя «подзаряжается» путем преобразования кинетической энергии. Таким образом, электротяга начинает работать при заряженном моторе и при низком скоростном режиме от 20 до 40 км/ч.

Принцип работы гибридных автомобилей

Устройство автомобилей «нового поколения» безупречно и просто. Заправка осуществляется бензином. Когда загорается знак нулевого уровня топлива, то к работе подключается электродвигатель. При этом два мотора объединены конструкторами в единую систему, чтобы полноценно использовать два вида энергии – тепловую и электрическую.

Виды взаимодействий внутри отсека двигателя:

  • Последовательный вид. (По этому принципу работают электромобили).

Последовательный вид работы гибридной установки применяется на набирающем популярность гибриде от компании Nissan — это Nissan Note.

  • Параллельное взаимодействие. (В данном случае электромотор одновременно является стартером.)
  • Последовательно-параллельное совмещение. (При этом варианте функционируют обе схемы).

Последовательно-параллельная вид работы гибридной установки применяется на самом популярном гибриде от компании Тойота — это Тойота Приус.

Плюсы и минусы автомобиля гибрида

Гибрид авто имеет массу достоинств. Среди них:

  • Расход бензина в пробках сокращается на 20-25 процентов.
  • АКБ подзаряжается во время движения.
  • Возможность зарядки от сети мощностью 220 в.
  • Мгновенный разгон (за 7 секунд машина ускоряется до 100 км/ч).
  • Мало выбросов углекислого газа в окружающую среду.
  • Отличная работа (КПД) в городской среде.
  • Уменьшение износа деталей тормозной системы.
  • Режим электродвигателя отличается бесшумностью.

При покупке гибрида обнаруживаются и недостатки. На трассах выгоды гибридных машин не так очевидны. Аккумуляторы нового типа не характеризуются большим сроком службы. Напротив, любой резкий скачок температурных режимов может стать причиной преждевременной поломки. А утилизация отработанного мотора – целая проблема для автолюбителя.

Тем не менее, достоинства автомобиля оцениваются по высшему разряду. При покупке электромобиля потребителя сдерживают только цены. Впрочем, и ремонт, и стоимость запасных частей обойдутся дороже. Не каждый профессионал возьмется за восстановление сложной конструкции движка.

Обслуживание и эксплуатация гибрида в зимний период

Бытует мнение, что, когда наступают холода, электромобиль гибрид не используется: аккумулятор категорически не переносит критических температур и выходит из строя. На практике собственники машин активно эксплуатируют свое движимое имущество даже при – 26 градусов при соблюдении некоторых условий эксплуатации транспортного средства:

  • Перед началом сезона проводится диагностика батареи.
  • При наступлении зимнего периода собственник поддерживает зарядку АКБ до 70 процентов.
  • Если владелец не планирует пользоваться автомобилем зимой, то не нужно забывать заводить машину не менее чем три раза в неделю.
  • При разрядке батареи возможно «прикурить» средство передвижения. Для этого не рекомендуется нажимать на педаль газа. Для восстановления работоспособности автомобиля достаточно положить провода на батарею, подождать некоторое время и начинать заводить стартер.

В гараже гибридный автомобиль не хранится. Он просто готовится к зимнему сезону. На станции технического контроля проверяются следующие компоненты и агрегаты: дроссельную заслонку, свечи, катушку зажигания. Обязательная диагностика проводится раз в год.

Марки гибридных автомобилей

Первый электромобиль был изобретен еще в 1899 году Фердинандом Порше и с тех пор началась «гибридизация», но серийно машины будущего стали выпускаться только ровно через век. Первопроходцем считается Toyota Pirus, вышедшая с конвейера в Японии в 1997 году.

В России на сегодняшний момент предлагаются следующие виды гибридных машин:

  • Audi Q Данное транспортное средство имеет мощность 245 лошадиных сил и разгоняется до максимальной скорости в 222 км/ч. Благодаря электромотору к базовой стоимости автомобиля прибавляется 1 миллион рублей. Таким образом, цена поднимается до 2 миллионов 500 рублей. Audi Q Автомобиль разгоняется до 100 км ровно за 7.3 секунд. Расход топлива равняется 6.2 л на 100 км.
  • BMW ActiveHybrid Стоимость данной модели составляет 5 миллионов рублей.
  • Cadillac Escalade. Американец по праву признан городским хэтчбеком. Его характеристики: полный привод, мотор 337 лошадиных сил, скорость до 180 км/ч.
  • Lexus RX400h — это доступная марка для среднего класса. За 1 миллион 200 тысяч будущий владелец получает минимальный расход бензина в городских условиях – до 3,9 литров.

Honda Civic Hybrid — Очень надежный и экономичный автомобиль.

  • Mercedes-Benz S Гибрид-седан считается самой дешевой моделью. Мотор и электродвигатель имеют суммарную мощность 299 лошадиных сил.
  • Toyota Prius. Эта марка – самая дешевая в России (1 миллион 200 тысяч рублей). Он ускоряется за 10,4 секунд и экономит топливо из расчета 3,7 на трассе и 3,9 – в пробках.
  • Электродвигатель рассматривается автолюбителями как альтернативный источник энергии. Его заводская установка позволяет придать автомобилю небывалую динамичность, мощность. Кроме того, у автолюбителя не возникает проблем с «зелеными» правозащитниками. Также учтите, при осуществлении выгодной покупки собственники могут заезжать на заправочную станцию не чаще, чем 2 раза в неделю. Шагайте в ногу со временем и приобретайте автомобиль будущего!

    Что такое гибридный двигатель на автомобиле? Виды и принцип работы

    Гибридный двигатель современного авто

    Подавляющее большинство современных автомобилей работают от двигателей внутреннего сгорания. Но, учитывая мировые тенденции на снижение нефтяных запасов, а также необходимости бережного отношения к окружающей среде, подымается вопрос замены ДВС на что-то более экономичное, мощное. Это позволит полностью удовлетворить потребности человека комфортном и безопасном передвижении.

    Хорошей альтернативой автомобилям, работающим на энергии сгорания топлива, могут стать электромобили, питающиеся электричеством — это не гибридный вариант авто.

    Правда, сегодня они еще имеют определенные конструктивные недостатки. В частности это малый запас хода (не превышает 150 – 180 км), большой срок подзарядки (занимает несколько часов). Кроме прочего такие машины дорого стоят, поэтому рассчитывать, что они полностью придут на замену топливным машинам не стоит.

    Поэтому хорошей альтернативой, совмещающей достоинства обеих конструкций — это автомобиль с гибридным двигателем. Принцип работы заключается в использовании энергии сгорания топлива для подзарядки специальных аккумуляторов, которые питают тягу авто.

    Таким образом достигается минимизация использования топлива, снижение стоимости машины, повышение уровня мощности и экологической чистоты. При этом отсутствует потребность тратить время на длительную подзарядку батарей. Одной заправки бака топливом хватает на большее расстояние, даже при повышенной мощности или расходе горючего в городских условиях, чем в обычном автомобиле.

    Принцип работы гибридного мотора

    Чтобы понять, что представляют собой и как работают автомобили с гибридным двигателем, следует рассмотреть принцип их действия. Сегодня, учитывая степень гибридизации, выделяют три типа двигателей:

    • умеренные;
    • полные;
    • plug-in.

    Для первой категории гибридного автомобиля характерна постоянная работа ДВС. А установленный электродвигатель включается и работает в экстремальных условиях, когда автомобилю нужна мощность. Такой подход экономит топливо (ведь его расход при увеличении мощности возрастает), равномерно использовать ДВС и не допускать чрезмерных перегрузок.

    Для второго типа гибридного авто характерна работа в качестве тягового агрегата только электродвигателя. ДВС используется как источник постоянной подзарядки. Это дает выработать постоянный режим работы ДВС, что дает достигнуть максимального показателя КПД. При этом, учитывая, что не требуется снижение или увеличение тяговой нагрузки, расход топлива снижается.

    В третьем случае в автомобиле добавляется возможность прямой подзарядки от источника электрического питания. Такой тип машины полностью избавляется от главного недостатка электромобилей, а именно он может работать после окончания заряда батареи (в этом случае включается ДВС и машина начинает работать по принципу гибрида).

    Ко всему прочему современные гибридные автомобили еще и оснащаются системами KERS (осуществляют переработку кинетической энергии вращения). Суть системы сводится к дополнительной подзарядке аккумуляторных батарей за счет вращательной энергии колес. Это когда машина двигается накатом (свободным ходом), либо во время торможения. Такой подход позволяет еще больше снизить уровень потребления топлива.

    Немного о схемах взаимодействия и видах гибридных автомобилей

    Сегодня выделяют три схемы взаимодействия ДВС и электромоторов, устанавливаемых на гибридных двигателях:

    • последовательную;
    • параллельную;
    • последовательно-параллельную.

    В первом случае принцип взаимодействия прост. ДВС работает исключительно в качестве источника подзарядки аккумуляторной батареи и не привлекается как тяговая сила.

    Из положительных характеристик такой гибридной схемы следует выделить:

    • равномерность работы ДВС;
    • достижение максимального КПД;
    • снижение уровня потребления топлива;
    • отсутствие системы переключения передач;
    • передвижения даже при выключенном ДВС, за счет накопленной аккумуляторами энергии.

    Но есть и недостатки в гибридных машинах. В частности необходимость использования внушительных размеров аккумуляторов, а также потеря энергии в процессе преобразования.

    В следующей, параллельной схеме используются два двигателя одновременно. При этом основным тяговым агрегатом остается ДВС, а электромотор выступает как вспомогательный. Его сила используется, когда начинает требоваться дополнительная мощность. Это позволяет экономить расход горючего, при этом не требуется устанавливать громадных аккумуляторов.

    Гибридный автомобиль с такой схемой работы двигателя оптимален по стоимости и получения конечного результата. Отлично подходят для условий скоростной езды по трассам. А вот из минусов – в условиях городской езды, когда авто постоянно «дергается», они малоэффективны. Тут же стоит отметить незначительную, по сравнению с другими гибридными вариантами, экономию топлива. Большую продолжительность времени гибридная машина работает от двигателя внутреннего сгорания.

    Третий тип схемы предусматривает совмещение принципа работы двух предыдущих. Здесь, энергия тягового ДВС частично перенаправляется на генератор, заряжающий электродвигатель. В дальнейшем путем компьютерного регулирования оптимально синхронизируется работа двух двигателей. Это позволяет максимально использовать полезные моменты каждого из них.

    По сути на выходе получается универсальное транспортное средство, способное одинаково комфортно чувствовать себя как в городских условиях, так и на скоростных трассах. Но есть здесь и некоторые недостатки. В частности очень сложная конструктивная система, аккумулятор весьма внушительной мощности, компьютерное управление, необходимость установки дополнительного генератора.

    На сегодня это все, что мы хотели рассказать про гибридный двигатель.

    Читать еще:  Аэрография на автомобилях как бизнес
    Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector