Гибридный двигатель принцип работы

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.

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.

Ïðèíöèï ðàáîòû ãèáðèäíîãî äâèãàòåëÿ íà àâòîìîáèëå

Àâòîìîáèëüíàÿ æèçíü Ñìîëåíñêà

  • Ñìîëåíñê
    • Áðÿíñê

Àâòîìîáèëü ñ ãèáðèäíûì äâèãàòåëåì ýòî íå íîâîå èçîáðåòåíèå. Ïåðâûé øàã â íàïðàâëåíèè ñîçäàíèÿ ãèáðèäíûõ òðàíñïîðòíûõ ñðåäñòâ, áûë ñäåëàí â 1665, êîãäà Ôåðäèíàíä Verbiest, Èåçóèòñêèé ñâÿùåííèê, íà÷àë ðàáîòó íàä ïëàíàìè ïîñòðîéêè ïðîñòûõ ÷åòûðåõ êîëåñíûõ òðàíñïîðòíûõ ñðåäñòâ, êîòîðûå ìîãëè áû ðàáîòàòü íà ïàðó èëè êîííîé òÿãå. Ïåðâûå àâòîìîáèëè ñ ãèáðèäíûì äâèãàòåëåì ïîÿâèëèñü íà ðóáåæå XIX—XX-ãî âåêîâ. Áîëåå òîãî, íåêîòîðûì ðàçðàáîò÷èêàì óäàëîñü ïåðåéòè îò ïðîåêòîâ ê ìåëêîñåðèéíîìó ïðîèçâîäñòâó. Íà÷èíàÿ ñ 1897 ãîäà è íà ïðîòÿæåíèè 10 ïîñëåäóþùèõ ëåò, ôðàíöóçñêàÿ Compagnie Parisienne des Voitures Electriques âûïóñòèëà ïàðòèþ ýëåêòðîìîáèëåé è ìàøèí ñ ãèáðèäíûìè äâèãàòåëÿìè.  1900 ãîäó General Electric ñêîíñòðóèðîâàëà ãèáðèäíûé àâòîìîáèëü ñ 4-öèëèíäðîâûì áåíçèíîâûì ìîòîðîì. À ñ êîíâåéåðà Walker Vehicle Company of Chicago «ãèáðèäíûå» ãðóçîâèêè ñõîäèëè äî 1940 ãîäà.
Êîíå÷íî âñå ýòî áûëè òîëüêî ïðîòîòèïû è ìåëêîñåðèéíûå àâòîìîáèëè. Îäíàêî ñåé÷àñ îñòðûé íåäîñòàòîê íåôòè è ýêîíîìè÷åñêèé êðèçèñ ïîäõëåñòíóëè ðàçðàáîòêó ãèáðèäíûõ äâèãàòåëåé. À òåïåðü äàâàéòå ïîäðîáíî ðàçáåðåìñÿ ÷òî òàêîå ãèáðèäíûé äâèãàòåëü è êàêîé îò íåãî òîëê? Ãèáðèäíûé äâèãàòåëü — ýòî ñèñòåìà èç äâóõ äâèãàòåëåé -ýëåêòðè÷åñêîãî è áåíçèíîâîãî.  çàâèñèìîñòè îò ðåæèìîâ ðàáîòû ìîæåò âêëþ÷àòñÿ è áåíçèíîâûé è ýëåêòðè÷åñêèé îäíîâðåìåííî èëè ïî îòäåëüíîñòè. Ýòîò ïðîöåññ óïðàâëÿåòñÿ ìîùíûì êîìïüþòåðîì, êîòîðûé ïðèíèìàåò ðåøåíèå, ÷òî ùàñ äîëæíî ðàáîòàòü.Òàê ïðè ïåðåäâèæåíèè ïî òðàññàì âêëþ÷àåòñÿ áåíçèíîâûé äâèãàòåëü, òàê êàê àêêóìóëÿòîðà íà òðàññå íà äîëãî íå õâàòèò. Åñëè àâòîìîáèëü äâèãàåòñÿ â ãîðîäñêîì ðåæèìå, òî òóò óæå èñïîëüçóåòñÿ ýëåêòðîäâèãàòåëü, ïðè ðàçãîíå èëè áîëüøèõ íàãðóçêàõ ðàáîòàþò îáà. Ïîêà ðàáîòàåò áåíçèíîâûé äâèãàòåëü çàðÿæàåòñÿ àêêóìóëÿòîð. Òàêîé äâèãàòåëü äàæå ñ ó÷¸òîì òîãî, ÷òî â ñèñòåìå èñïîëüçóåòñÿ áåíçèíîâûé äâèãàòåëü, ïîçâîëÿåò ñîêðàòèòü âðåäíûå âûáðîñû â àòìîñôåðó íà 90% è ïðè ýòîì ñóùåñòâåííî ñíèæàåòñÿ ïîòðåáëåíèå áåíçèíà â ãîðîäå(íà òðàññå ðàáîòàåò òîëüêî áåíçèíîâûé äâèãàòåëü, ïîýòîìó òàì ýêîíîìèè íåòó).
Íà÷íåì ñ òîãî, êàê àâòîìîáèëü òðîãàåòñÿ ñ ìåñòà. Ïðè íà÷àëå äâèæåíèÿ è íà ìàëûõ ñêîðîñòÿõ çàäåéñòâîâàíû òîëüêî àêêóìóëÿòîðíàÿ áàòàðåÿ è ýëåêòðîäâèãàòåëè. Ýíåðãèÿ, çàïàñåííàÿ â áàòàðåå, ïîñòóïàåò â ýíåðãåòè÷åñêèé öåíòð, êîòîðûé, â ñâîþ î÷åðåäü, íàïðàâëÿåò åå ê ýëåêòðîìîòîðàì, çàñòàâëÿþùèì àâòîìîáèëü ïëàâíî è áåñøóìíî òðîíóòüñÿ ñ ìåñòà. Ïîñëå íàáîðà ñêîðîñòè ê ðàáîòå ïîäêëþ÷àåòñÿ äâèãàòåëü âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ, è ìîìåíò íà âåäóùèå êîëåñà ïîñòóïàåò îäíîâðåìåííî îò ýëåêòðîäâèãàòåëåé è ÄÂÑ. Ïðè ýòîì ÷àñòü ýíåðãèè ÄÂÑ ïîñòóïàåò ê ãåíåðàòîðó, è òåïåðü óæå îí ïèòàåò ýëåêòðîäâèãàòåëè, à èçëèøêè ñâîåé ýíåðãèè îòäàåò àêêóìóëÿòîðíîé áàòàðåå, óòðàòèâøåé ÷àñòü çàïàñà ýíåðãèè â íà÷àëå äâèæåíèÿ. Ïðè äâèæåíèè â íîðìàëüíîì ðåæèìå àâòîìàòè÷åñêè èñïîëüçóåòñÿ òîëüêî ïåðåäíèé ïðèâîä, âî âñåõ îñòàëüíûõ — ïîëíûé.  ðåæèìå ðàçãîíà ìîìåíò íà êîëåñà ïîñòóïàåò â îñíîâíîì îò áåíçèíîâîãî äâèãàòåëÿ, à ýëåêòðîìîòîðû ïðè íåîáõîäèìîñòè óâåëè÷åíèÿ äèíàìèêè äîïîëíÿþò ÄÂÑ. Îäèí èç ñàìûõ èíòåðåñíûõ ìîìåíòîâ — òîðìîæåíèå. Ýëåêòðîííûå “ìîçãè” àâòîìîáèëÿ ñàìè ðåøàþò, êîãäà íóæíî çàäåéñòâîâàòü ãèäðàâëè÷åñêóþ òîðìîçíóþ ñèñòåìó, à êîãäà ðåêóïåðàòèâíîå òîðìîæåíèå, îòäàâàÿ ïðåäïî÷òåíèå ïîñëåäíåìó. Òî åñòü â ìîìåíò íàæàòèÿ ïåäàëè òîðìîçà îíè ïåðåâîäÿò ýëåêòðîäâèãàòåëè â “ãåíåðàòîðíûé” ðåæèì ðàáîòû, è òå ñîçäàþò òîðìîçíîé ìîìåíò íà êîëåñàõ, âûðàáàòûâàÿ ýëåêòðîýíåðãèþ è ïîäïèòûâàÿ ÷åðåç ýíåðãåòè÷åñêèé öåíòð àêêóìóëÿòîðíóþ áàòàðåþ.  ýòîì è çàêëþ÷àåòñÿ èçþìèíêà “ãèáðèäà”.
 êëàññè÷åñêèõ àâòîìîáèëÿõ ýíåðãèÿ òîðìîæåíèÿ òåðÿåòñÿ ïîëíîñòüþ, óõîäÿ êàê òåïëî ÷åðåç òîðìîçíûå äèñêè è äðóãèå äåòàëè. Èñïîëüçîâàíèå ýíåðãèè òîðìîæåíèÿ îñîáåííî ýôôåêòèâíî â ãîðîäñêèõ óñëîâèÿõ, êîãäà ïðèõîäèòñÿ ÷àñòî òîðìîçèòü íà ñâåòîôîðàõ. Ñèñòåìà èíòåãðèðîâàííîãî óïðàâëåíèÿ äèíàìèêîé àâòîìîáèëÿ (VDIM) îáúåäèíÿåò è óïðàâëÿåò ðàáîòîé âñåõ ñèñòåì àêòèâíîé áåçîïàñíîñòè.
Îäíèì èç ïåðâûõ óäà÷íûõ àâòîìîáèëåé îñíàù¸ííûõ ãèáðèäíûì äâèãàòåëåì, êîòîðûé ïîø¸ë â ìàññû ñòàë ðàçðàáîòàííûé êîìïàíèåé Toyota «Toyota Prius», ðàñõîäóþùèé 3,2 ëèòðà áåíçèíà íà 100 êì (â ãîðîäå). Òàêæå êîìïàíèÿ Toyota âûïóñòèëà è âíåäîðîæíèê ñ ãèáðèäíûì äâèãàòåëåì Lexus RX400h.Ñòîèìîñòü òàêîãî àâòîìîáèëÿ â çàâèñèìîñòè îò êîìïëåêòàöèè êîëåáëåòñÿ îò 68 äî 77 òûñ. äîëëàðîâ. Ñëåäóåò çàìåòèòü òîò ôàêò, ÷òî ïåðâûå âåðñèè Toyota Prius óñòóïàëè àâòîìîáèëÿì òàêîãî æå êëàññà è â ñêîðîñòè è â ìîùíîñòè, à âîò Lexus RX400h óæå íå óñòóïàåò ñâîèì îäíîêëàññíèêàì íè â ñêîðîñòè íè â ìîùíîñòè.
Âåäóùèå àâòîìîáèëüíûå êîíöåðíû ìèðà, òàê æå îáðàòèëè ñâî¸ âíèìàíèå íà ãèáðèäíûå äâèãàòåëè, êàê íà ðåøåíèå ïðîáëåìû ýêîíîìèè òîïëèâà è çàãðÿçíåíèÿ îêðóæàþùåé ñðåäû. Òàê êîìïàíèÿ Volvo Group îáúÿâèëà î ñîçäàíèè ãèáðèäíîãî äâèãàòåëÿ äëÿ ãðóçîâèêîâ, òÿãà÷åé, ïîëóïðèöåïîâ è àâòîáóñîâ. Ðàçðàáîò÷èêè êîìïàíèè ðàññ÷èòûâàþò íà òî, ÷òî èõ äåòèùå ïîçâîëèò ïîëó÷èòü 35% ýêîíîìèþ òîïëèâà.
Ïðè âñ¸ì ïðè ýòîì íàäî ñêàçàòü, ÷òî ãèáðèäíûå àâòîìîáèëè «íà Óðà», ïîêà ÷òî, ïîøëè òîëüêî â Ñåâåðíîé Àìåðèêå(Êàíàäà è ÑØÀ). È â Àìåðèêå æå âñ¸ áîëüøå íà íèõ ðàñò¸ò ñïðîñ, òàê êàê òàì äî ïîñëåäíèõ ëåò áûëè ïîïóëÿðíû àâòîìîáèëè, êîòîðûå ïîòðåáëÿëè ìíîãî òîïëèâà, à òàê êàê òîïëèâî ðåçêî è êðóòî íà÷àëî äîðîæàòü àìåðèêàíöû ðåçêî çàäóìàëèñü îá åãî ýêîíîìèè è êàê ðåøåíèå ïðîáëåìû íà÷àëè èñïîëüçîâàòü èìåííî àâòîìîáèëè ñ ãèáðèäíûìè äâèãàòåëÿìè.  Åâðîïå ê ïîÿâëåíèþ ãèáðèäíûõ äâèãàòåëåé îòíåñëèñü ñïîêîéíî, òàê êàê òàì ó íèõ ðóëèò ýêîíîìíûé è áîëåå ýêîëîãè÷íûé, ÷åì áåíçèíîâûé äâèãàòåëü, ñòàðûé äîáðûé äèçåëü.  îòëè÷èè îò ÑØÀ áîëåå 50% ìàøèí â Åâðîïå îñíàùåíû äèçåëÿìè. Ê òîìó æå äèçåëüíûå àâòîìîáèëè äåøåâëå ãèáðèäíûõ, ïðîùå è íàä¸æíåå. Âåäü âñåì èçâåñòíî, ÷åì ñëîæíåå ñèñòåìà, òåì îíà ìåíåå íàä¸æíà! È âîò èìåííî èç-çà ñâîåé ñëîæíîñòè è êàïðèçíîñòè, ãèáðèäíûõ àâòîìîáèëåé ïðàêòè÷åñêè íåò íà ïîñòñîâåòñêîì ïðîñòðàíñòâå. Îôèöèàëüíûå äèëåðû èõ ñþäà íå çàâîçÿò. È ëþáîé âëàäåëåö òàêîãî àâòî ó íàñ íåìèíóåìî ñòîëêí¸òñÿ ñ ïðîáëåìîé ÑÒÎ. Íåò ó íàñ ÑÒÎ, êîòîðûå áû çàíèìàëèñü áû ãèáðèäíûìè àâòîìîáèëÿìè. À óæ ñàì òàêóþ ìàøèíêó íå ïî÷èíèøü!
Âåðíóòüñÿ ê ñïèñêó 22 Èþëÿ 2018 Êàæäûé ãîä ââîäÿò íîâûå ÏÄÄ, çà êîòîðûìè ñëîæíî óñïåòü óñëåäèòü àâòîìîáèëèñòàì. Ïîýòîìó ê ëåòó 2018 ìû ðåøèëè 10 Àïðåëÿ 2018 Êàòàëèçàòîðû óäàëÿþò òîëüêî â äâóõ ñëó÷àÿõ — êîãäà îí çàáèò è ìåøàåò ñâîáîäíîìó âûõîäó âûõëîïíûõ ãàçîâ, ëèáî êîãäà ìåíÿþò ñòàíäàðòíóþ âûõëîïíóþ ñèñòåìó íà äîðàáîòàííóþ ñ öåëüþ óâåëè÷åíèÿ ìîùíîñòè. 1 Ìàðòà 2018 Ñêîðåå âñåãî, ìíîãèå åùå íå ñëûøàëè î òàêîì ïîíÿòèè êàê äåòåéëèíã àâòîìîáèëÿ. Äàâàéòå æå ðàçáåðåìñÿ, ÷òî ïîíèìàåòñÿ ïîä òåðìèíîì äåòåéëèíã, êàêèå âèäû äåòåéëèíãà ñóùåñòâóþò, 2012 — 2019 © SmolMotor.RU Ïðè ïîëíîì èëè ÷àñòè÷íîì êîïèðîâàíèè ìàòåðèàëîâ ñàéòà, ïðÿìàÿ àêòèâíàÿ ãèïåðññûëêà íà SmolMotor.RU îáÿçàòåëüíà! Ðàçðàáîòêà è òåõíè÷åñêàÿ ïîääåðæêà

Гибридный двигатель — как он устроен?

5146 Гибридный двигатель — как он устроен?

  • Гибридный двигатель — как он устроен?
  • Немного истории
  • Как работает гибридный двигатель – простыми словами о новых технологиях
  • Устройство гибридного двигателя – описание схемы
  • Авто с гибридным двигателем – плюсы и минусы
  • О ценах на авто с гибридными двигателями

Почему мы коснулись этого вопроса на нашем портале? И почему мы хотим просветить Вас в вопросах работы гибридных двигателей? Всё предельно просто и понятно. Дело в том, что многие сферы нашей жизнедеятельности буквально пронизаны взаимодействием всевозможных технологий, которые в своём симбиозе порождают гораздо более эффективные методы, гаджеты и механизмы. И конечно же не посмели отставить в сторону и двигатели для наших четырёхколёсных любимцев. И вот именно о таких агрегатах, их положительных и отрицательных сторонах, о том как они работают мы и поговорим в данной теме. А пока совершим небольшой экскурс в историю. Поехали!

Немного истории

Автомобили с гибридными «сердцами» – изобретение далеко не новое, как может показаться на первый взгляд. Первооткрывателем и воплотителем идеи гибридного двигателя стал иезуитский священнослужитель по имени Фердинанд Вербист. В 1665 году он начал работать над планами создания простых четырёхколёсных повозок, работающих на паровой и конной тяге. Но а первые серийные модели с гибридными двигателями увидели свет уже на рубеже 19-го и 20-го веков. На протяжении десяти лет, начиная с 1887 года французская Compagnie Parisienne des Voitures Electriques выпустила серию электромобилей и автомобилей с гибридными моторами. А в 1900 году компания General Electric создала гибридное авто с четырёхцилиндровым бензиновым двигателем. Компания Walker Vehicle Company of Chicago до 1940 года выпускала гибридные грузовые автомобили.

Конечно, на то время производство подобных автомобилей ограничивалось небольшими партиями и созданием разного рода прототипов. Однако в наше время острая нехватка нефтяных ресурсов и постоянно прогрессирующий экономический кризис побудили автомобильных конструкторов и разработчиков вернуться к истокам и возобновить выпуск автомобилей с гибридными двигателями.

Как работает гибридный двигатель – простыми словами о новых технологиях

Ну а теперь самое время разобраться с тем, что за агрегат гибридный двигатель и почему так рьяно стали производит автомобили с такими сердцами? Гибридный двигатель представляет собой систему двух связанных между собой двигателей: бензинового и электрического. Два двигателя могут работать как в связке, так и по отдельности, всё зависит от того, какой режим работы использован в данный момент. Процессом перераспределения «полномочий» управляет мощный компьютер, который в тот или иной момент решает какой из двигателей должен сейчас работать. Для передвижения в загородном режиме всю работу берёт на себя топливный двигатель, ибо аккумулятора на трассе хватает ненадолго. Для передвижения по городу включается электродвигатель.

Если же автомобиль подвергается большим нагрузкам или ему приходится часто и довольно интенсивно разгоняться, то оба двигателя работают уже вместе. Интересен тот факт, что пока автомобиль движется на топливном моторе, электрический в это время заряжается. Автомобиль с гибридным двигателем выбрасывает в атмосферу на 90% меньше веществ, чем привычные нам топливные моторы, и это несмотря на то, что в его состав входит и бензиновый агрегат тоже. Так же потребление бензина в городе можно свести к нулю, что, конечно же, не сказать о загородных поездках.

Давайте рассмотрим как автомобиль с гибридным двигателем трогается с места. В самом начале движения и на малых скоростях работают лишь аккумулятор и электрический двигатель. Энергия, что запасена в батарее питает энергетический центр, который далее распределяет её по электромоторам, которые уже и стартуют автомобиль с места бесшумно и очень плавно. После того, как набрана максимальная для электродвигателя скорость, подключается и бензиновый агрегат. Крутящий момент на ведущие колёса уже поступает от двух двигателей в одночасье. В процессе такой работы двигатель внутреннего сгорания отдаёт часть выработанной энергии на генератор, который далее и питает электродвигатели, разгружая АКБ, излишки же энергии передаются на аккумулятор, восполняя его, утраченный на начало движения, запас.

Если автомобиль движется в нормальном режиме, то автоматом используется ведущим лишь передний привод, в остальных же случаях распределение крутящего момента подаётся уже на две оси. В режиме ускорения крутящий момент на колёса поступает в основном от двигателя внутреннего сгорания, а если необходимо нарастить динамику, то в ход идут уже и электромоторы, дополняющие ДВС. Но вот более интересным моментом всё же является торможение. Электронный «мозг» автомобиля держит под контролем включение и выключение тормозных систем. Когда стоит подключить гидравлику, а когда и рекуперативное торможение, но предпочтение всё же отдаётся второму. То есть, когда водитель гибридного автомобиля нажимает на педаль тормоза, электродвигатели переходят генераторный рабочий режим, создавая тем самым тормозной момент на колёсах, при котором также вырабатывается электроэнергия, которая и подпитывает аккумулятор через распределительный энергоцентр. В этом то и утаилась вся суть «изюминки» гибридного двигателя.

В привычной же нам классике энергия, выделяемая при торможении расходуется в пустую, просто теряясь в пространстве как тепло от тормозных дисков и других деталей. Использование тормозной энергии очень эффективно в условиях города, когда частое торможение на светофорах – обычное дело. Система VDIM, которая является управляющей автомобильной динамикой, управляет работой всех автомобильных систем активной безопасности, объединяя их в единый «организм».

Пожалуй, первым удачным экземпляром, оснащённым гибридным двигателем, выпущенным в массы стал известный уже ныне «Prius» от компании Toyota. Этот чудо автомобиль расходует всего чуть более трёх литров бензина на каждые сто километров в городском режиме. Также японская компания пошла далее, выпустив свой люксовый гибридный кроссовер Lexus RX400h. Но и стоимость данного авто в среднем в пределах 70 000 у.е. Заметим, что первое поколение Toyota Prius уступало автомобилям того же класса с двигателями внутреннего сгорания по скоростным и мощностным характеристикам, в отличие от Lexus RX400h, который изначально составлял хорошую конкуренцию в своём классе.

После Toyota лидирующие мировые автомобильные концерны тоже не оставили без внимания использование гибридных двигателей, так как в этом было увидено решение глобальной проблемы загрязнения природной среды и топливной экономии. И так последовало объявление о создании гибридной грузовой и транспортной техники от компании Volvo Group. По их расчётам выпуск данной продукции со временем сократит потребление топлива на целых 35%.

Но при всём величайшем желании и расчётах автомобильных концернов, автомобили с гибридными двигателями пока что не раскупают по всему миру как горячие пирожки. Популярность гибридных автомобилей набирает обороты лишь в Канаде и Штатах. Спрос на гибриды среди американского населения вырос из-за резкого подорожания топлива, которое нещадно палили раньше. Ведь американский автопром всегда славился своими «мускул-карами» с невероятно мощными моторами и огромным потреблением горючей жидкости. Европейские автолюбители к автомобилям с гибридными двигателями отнеслись в целом нейтрально. Там заправляет достаточно экологичный и более экономичный, заслуживший доверие ветеран, — дизель.

Большая часть автомобилей Европы заправляются дизелем, что нельзя сказать о США. Более того автомобили с дизельными двигателями гораздо дешевле гибридных, к тому же проще и надёжнее в своей конструкции. Ведь всем известен такой постулат: «чем сложнее сконструирована система, тем менее её надёжность». Именно этот фактор и определяет количество гибридных автомобилей на территории нашей страны. Официально такие автомобили к нам не поставляют, а проблема СТО просто неминуема в случае поломки. Профильных СТО по ремонту гибридных двигателей попросту нет в нашей стране. А самостоятельно такой аппарат, думаем, вряд ли кто-то возьмётся чинить.

Устройство гибридного двигателя – описание схемы

Итак, мы с Вами вкратце рассмотрели, что такое гибридный двигатель и почему его применение не настолько распространено в мире, как того бы хотелось. Теперь хотелось бы «копнуть» поглубже и рассмотреть схему его строения. А ведь их существует три. Предлагаем начать с простейшей схемы, которая вызывает у нас наименьший интерес – это последовательный гибридный двигатель.

Последовательная схема гибридного двигателя

В данной схеме запуск автомобиля происходит от электрического мотора. Двигатель внутреннего сгорания находится в связке с генератором, питающим батарею аккумулятора. Гибридные автомобили с последовательной схемой силового агрегата (Plug-inHybrid), зачастую, выпускаются с возможностью подключения к электрической сети по окончанию поездки. Наличие данной функции подразумевает использование аккумуляторных батарей с большой энергоёмкостью, что существенно сокращает затраты топлива на использование двигателя внутреннего сгорания, что в свою очередь сокращает количество вредных выбросов в атмосферу. К таким автомобилям можно отнести Chevrolet Volt и Opel Ampera. Их так же называют электромобили с широким радиусом действия. Эти автомобили могут ехать лишь питаясь от аккумуляторной батареи со скоростью 60 км/ч и используя энергию генератора, приводящего в действие бензиновый двигатель целых 500 километров.

Параллельная схема гибридного автомобиля

При данной схеме параллельно подключенные двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель устанавливаются таким образом, что могут работать как отдельно друг от друга, так и вместе. Такой эффект достигается благодаря конструкции агрегата, в которой бензиновый двигатель, электромотор и трансмиссия соединены автоматически управляемыми муфтами. Автомобиль с такой схемой гибридного двигателя использует электромотор небольшой мощности, примерно в 20 кВт. Его основной задачей является добавление мощности ДВС во время ускорения автомобиля.

В большей части подобных конструкций электромотор устанавливается между двигателем внутреннего сгорания и коробкой передач. Он так же выполняет функции генератора и стартера. Известнейшими представителями среди автомобилей с последовательной схемой гибридного двигателя являются BMW Active Hybrid 7, Honda Insight, Volkswagen Touareg Hybrid, Honda Civic Hybrid. Данная схема появилась благодаря проявлению инициативы компании Honda с её системой Integrated Motor Assist — IMA. Работу данной системы можно подразделить на несколько характерных режимов:

— работа от электродвигателя;

— совместная работа электромотора и ДВС;

— работа от ДВС с параллельной зарядкой аккумуляторной батареи при помощи электромотора, который выполняет функцию генератора;

— подпитка аккумулятора в период рекуперативного торможения.

Последовательно-параллельная схема гибрида

В данной схеме электродвигатель и двигатель внутреннего сгорания связываются при помощи планетарного редуктора. Это позволяет одновременно передавать мощность от каждого из моторов на ведущие колёса в соотношении от 0 до 100% от номинальной мощности. Последовательно-параллельная схема отличается от предыдущей тем, что на первой установлен генератор, который создаёт энергию для работы электромотора.

Известными представителями автомобилей с такой схемой гибридного двигателя являются Toyota Prius, Ford Escape Hybrid , Lexus RX 450h. В данном сегменте «гибридного» рынка лидирует компания Toyota со своей системой Hybrid Synergy Drive — HSD. Силовой агрегат системы Hybrid Synergy Drive представлен следующим образом:

— ДВС связывается с планетарным редуктором;

— электродвигатель, который присоединён к коронной шестерне планетарного редуктора;

— солнечная шестерня планетарного редуктора соединенная с генератором.

Двигатель внутреннего сгорания работает в цикле Аткинсона, а значит на низких оборотах он вырабатывает малую мощь, результатом чего является лучшая топливная экономичность и меньшее количество выхлопных газов.

Авто с гибридным двигателем – плюсы и минусы

Положительные стороны гибридных двигателей

1. Самым важным плюсом автомобилей с гибридными двигателями является их экономичность. Топливный расход у таких автомобилей на 25% меньше чем у классических машин с двигателем внутреннего сгорания. А в условиях нашей ситуации с постоянно повышающимися цена на бензин это очень важный фактор.

2. Следующий не менее важный пункт Следующий по важности пункт среди положительных сторон гибридных двигателей – это экологичность. Гибридные автомобили наносят гораздо меньше урона нашей экологии чем классические. Это достигается благодаря более рациональному топливному расходу. А при полной остановке автомобиля, ДВС прекращает работать, передавая бразды правления электрическому мотору. Следовательно во время остановок гибридного автомобиля атмосфера не загрязняется выбросами СО2.

3. Батареи гибридных двигателей подзаряжаются от бензинового двигателя, чего нельзя сказать об электромобилях, что делает запас хода топливного двигателя гораздо большим. И ещё он может дольше обходиться без дозаправки.

4. Современные гибридные автомобили ничуть не уступают аналогичному классу традиционных по всем основным характеристикам. Так что развеем этот миф, которому многие, скорее всего верят.

5. В городских условиях с частыми остановками гибридные автомобили работают как электромобили.

6. Стоя на месте автомобиль с гибридным двигателем полностью бесшумен, так как он работает только на электродвигателе.

7. Заправка гибрида осуществляется бензином и таким же образом, как и традиционного автомобиля.

Минусы гибридных автомобилей

В мире нет ничего идеального, а значит и гибридные двигатели тоже имеют свои минусы.

1. И основным минусом является дорогой ремонт. Так как конструкция таких двигателей очень сложна, то и найти специалиста, который займётся устранением проблем, очень сложно. Этим и объясняется большая стоимость обслуживания гибридов.

2. Аккумуляторы, установленные на гибриды подвержены саморазрядке. Также они не переносят резких перепадов температур. А срок службы их сильно ограничен. Но до сих пор пока не выяснили то, какое влияние на окружающую среду оказывают аккумуляторы из-за чего утилизировать их является проблемной задачей.

Очевидно, конечно, что гибридные двигатели имеют больше плюсов чем минусов, но в нашей стране они не прижились пока что. Первая причина для этого – цена. Стоимость в Украине популярной Toyota Prius составляет от 850 000 гривен. А ведь он не только самый-самый в своей популярности, но и самый дешёвый. Также в России планировалось наладить выпуск гибрида под названием «Ё-мобиль», но проект был свёрнут. На сегодня самым мощным автомобилем с гибридным двигателем является BMW ActiveHybrid X6.

Борьба за экологию в наше время идёт полным ходом и очень рьяно, в связи с чем автолюбителей стимулируют к приобретению автомобилей с гибридными двигателями. Так в Америке владельцам таких автомобилей предоставляются определённые льготы и бесплатные места на парковках. В нашей стране также планируются вводиться похожие законы, в частности будут уменьшены пошлины на импорт автомобилей с гибридными двигателями. Бензиновые двигатели уже понемногу отходят на задний план, утрачивая свои позиции. И гибридные двигатели – один из основных шагов, которые предпринимаются для этого. Но пока ценовая категория этих автомобилей остаётся на том же уровне, спрос на них будет малый.

О ценах на авто с гибридными двигателями

Как и всё новое, необычное и интересное, автомобили с гибридными двигателями отличаются от своих классических собратьев большей стоимостью. Сегодня гибридные автомобили гораздо превышают в стоимости автомобили с аналогичными характеристиками, но с бензиновыми двигателями. Например, гибридная Toyota Camry превосходит по стоимости своего бензинового собрата почти на 7 000 долларов. Стоимость гибридной Honda Civic возросла на 4 000 долларов по сравнению со своей традиционной моделью. Lexus GS 450h – это прекрасный динамичный (от 0 до 100 всего за 5,9 секунд) автомобиль, который ещё и гораздо экономичнее аналогичных по мощности седанов с восьмицилиндровыми двигателями. Топливный расход этого автомобиля приблизительно 8 литров на 100 километров в смешанном цикле. Средняя розничная цена на этот автомобиль в Украине в среднем будет составлять около 80 000 долларов.

На тему внедрения гибридных автомобилей, конечно, можно рассуждать долго и занимать определённые позиции и отстаивать свои точки зрения, но ясно одно – будущее не за горами и скоро этот скачок будет совершён. Перемены в автомобилестроении грядут грандиозные! И надеемся это будет то, что нужно всем нам.

Подписывайтесь на наши ленты в Facebook, Вконтакте и Instagram: все самые интересные автомобильные события в одном месте.

Техника ›
Как устроены гибридные автомобили

Евгений Багдасаров, 30 октября 2009. Фото из архива редакции и фирм-производителей

Первый в мире бензоэлектрический автомобиль Lohner Electric Chaise был создан Фердинандом Порше ещё в 1899 году. В 70-е годы XX века интерес к гибридам возобновился вследствие роста цен на топливо и ужесточения экологических норм.

Гибридная силовая установка сочетает двигатель внутреннего сгорания и электромотор, что обеспечивает меньший расход топлива и снижает токсичность выхлопных газов. Однако чем экономичнее гибридный автомобиль, тем более ёмкие аккумуляторы ему требуются и, следовательно, тем выше его цена.

В зависимости от того, какую роль в силовой установке играет электромотор, гибриды делятся на умеренные (mild hybrids) и полные (full hybrids). У первых электромотор служит помощником двигателю внутреннего сгорания, как, например, у хэтчбека Honda Insight. Вторые способны проехать некоторое расстояние на одной электротяге, как Lexus RX 400h. Есть ещё якобы микрогибриды — придуманный маркетологами термин для рекламы системы start/stop. Но последняя по сути — генератор с расширенными функциями. А мы говорим о схемах, где электродвигатели передают крутящий момент на колёса.

В 1997 году на японском рынке дебютировал первый гибрид — Toyota Prius (вверху). А в 1999-м фирма Honda представила американцам свой Insight.

Последовательная гибридная схема

Существует также три основные схемы устройства гибридных силовых установок: последовательная, параллельная и смешанная. Последовательная гибридная схема появилась первой (её придумал в 1899 году сам Фердинанд Порше), но в легковых автомобилях распространена меньше. По ней, например, построены силовые агрегаты карьерных самосвалов, некоторых автобусов и локомотивов. В последовательной схеме колёса приводит в движение электромотор, а малолитражный ДВС крутит генератор, вырабатывающий электроэнергию. Тут отсутствует необходимость в коробке передач и мощном двигателе внутреннего сгорания. Зато требуются аккумуляторы, как правило, никель-металлогидридные, большой ёмкости.

Chevrolet Volt построен по последовательной схеме. Его ещё называют электромобилем с увеличенным запасом хода. На электротяге автомобиль делает бросок длиной 64 км. А при использовании вспомогательного турбомотора, заряжающего батареи, пробег на одной заправке может превышать 1024 км.

Параллельная гибридная схема

Самая распространённая сейчас схема — параллельная. Она запатентована ещё в 1905 году немцем Генри Пипером. Ей отвечают почти все умеренные гибриды. Они оснащаются мощным электромотором (10–15 кВт), который помогает двигателю внутреннего сгорания при разгоне, а при торможении запасает рекуперативную энергию. В качестве трансмиссии, как правило, используются вариатор или планетарная передача.

Хондовская гибиридная силовая установка IMA (Integrated Motor Assist) — пример параллельной схемы: на коленчатом валу двигателя вместо маховика размещён компактный электромотор-генератор.

Один из последних образцов параллельной схемы — гибридная силовая установка седана BMW ActiveHybrid 7.

Параллельные гибриды могут быть не только умеренными, но и полными, как, например, Audi Duo (1998). Эта модель могла проехать 50 км только на электромоторе, приводящем в движение задние колёса.

Но компания Honda нашла возможным оснастить своё бензоэлектрическое купе CR-Z шестиступенчатой «механикой». В качестве источника питания используются литиево-ионные или литиево-полимерные аккумуляторы. Умеренные гибриды не требуют ёмких батарей на борту, благодаря чему доступны по цене. Однако некоторые автопроизводители присматриваются к дорогущим суперконденсаторам, которые способны кратковременно отдавать ток очень высокой мощности.

Последовательно-параллельная гибридная схема

Распространены также смешанные, или, как их ещё называют, последовательно-параллельные гибриды. Классические представители этого семейства — хэтчбек Toyota Prius и Лексусы с индексом h, оснащённые фирменным «синергитическим» приводом HSD (Hybrid Synergy Drive). Чтобы объяснить принцип его работы мы приводим ниже наглядную демонстрацию.

Благодаря планетарной передаче и возникает синергия — взаимодействие двигателя внутреннего сгорания и электромотора. Тут ДВС крутит колёса в паре с электромотором, одновременно вращая генератор. В традиционной коробке передач нет необходимости: электроника регулирует обороты моторов и генератора, превращая такую систему в бесступенчатую трансмиссию ECVT.

У BMW Active Hybrid X6 с бесступенчатой коробкой передач ECVT с несколькими планетарными рядами два электромотора. Один работает на малых скоростях. А другой запускает ДВС и затем служит генератором. Полноприводная трансмиссия xDrive сохранена.

А вот у гибридного кроссовера Lexus RX 450h за привод на задние колёса отвечает дополнительный электромотор.

Новое поколение Тойоты Prius научилось бегать на одной электротяге, правда, недалеко — всего два километра. Кроме того, в компании работают над подзаряжаемой plug in версией гибрида с литиево-ионными батареями вместо никель-металлогидридных и увеличенным до 20 км пробегом на батареях.

Большинство двигателей, установленных на гибридах, — бензиновые. Многие работают по циклу Аткинсона с более коротким тактом сжатия и более эффективным рабочим процессом. Это обеспечивает лучшие экологические и экономические показатели. Распространение, казалось бы, более экономичных дизельэлектрических силовых установок сдерживает прежде всего то, что большинство гибридов продаются в не знакомой с дизелем Америке. Кроме того, дизельный мотор дороже бензинового, а это лишь увеличивает немалую цену гибрида.

Поделиться Поделиться Лайкнуть Твитнуть Отправить Закрыть ВКонтакте Facebook Одноклассники Подпишитесь на новости Драйва, чтобы ничего не пропустить.

Добавить комментарий

Закрыть меню