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.
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.
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.
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
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.
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.
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.
Автомобили-гибриды сконструированы по трем схемам взаимодействия двигателей. Рассмотрим каждую из них.
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:
Отрицательные стороны последовательной схемы:
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.
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.
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.
autoleek.ru
Гибридные автомобили бывают разных форм и размеров. Гибрид может принципиально отличаться от другого гибрида, хотя логотип сзади выглядит точно так же.
Цель данной статьи проста. Она поможет разобраться, какой именно гибрид вы водите и чем он отличается от непритязательного Chevrolet Volt и впечатляющего Ferrari LaFerrari.
Но сначала давайте кратко взглянем на историю гибридного автомобиля. Первым засвидетельствованным гибридным автомобилем был Lohner-Porsche Mixte Hybrid. Детище фабрики Lohner-Werke и Фердинанда Порше впервые было показано на Парижской всемирной ярмарке в 1900 году. Это значит, что гибридам больше ста лет.
Lohner-Porsche Mixte HybridБензин-электрический автомобиль Lohner-Porsche использовал ДВС в качестве генератора и гигантскую свинцово-кислотную батарею, вращающую колеса посредством электромоторов с ступицах. Позже, в 1960-х годах AMC Amitron стал первым американским автомобилем, применившим рекуперативное торможение – жизненно-важную технологию в гибридном транспортном мире.
AMC AmitronКак бы то ни было, современная история гибридных автомобилей начинается в 90-х годах – эпохе, которая дала нам овечку Долли, Spice Girls, войну в Персидском заливе и пирамиду МММ.
Теперь, когда мы рассмотрели основы, давайте выясним, сколько же существует типов гибридных автомобилей. К сожалению, человечество до сих пор не может договориться о точной цифре, потому что все теории непоследовательны. Мы будем отталкиваться от шести категорий.
Параллельные гибриды. Система параллельного гибрида была выведена на свет божий благодаря первому поколению Honda Insight. Это была машинка с дизайном летающей тарелки, двумя сиденьями и расходом 3,9 л/100 км.
В чем была ее особенность? В параллельной гибридной системе Honda Integrated Motor Assist. В первом поколении Insight эта система не может перемещать автомобиль одним лишь электричеством. Тем не менее, она может использовать электромотор, чтобы помочь основному двигателю добиться максимума.
Проще говоря, электромотор соединен с трансмиссией и обеспечивает дополнительную мощность при ускорении, а также подзаряжает аккумулятор при торможении.
Резюмируем: первая Honda Insight как и Honda CR-Z не может работать на электричестве. Таким образом это не полноценный гибрид. К этой группе также относятся, например, Volvo XC90 T8 Twin Engine. Шведский кроссовер использует электромотор, чтобы вращать задние колеса, обеспечивая тем самым полный привод.
Последовательно-параллельные гибриды. Если вам нужна экономия топлива, то последовательно-параллельные гибриды – это ваш выбор. Их часто называют гибридами с распределяемой мощностью, так как в силовом агрегате используются два источника энергии: электромотор и ДВС.
Разница между ним и параллельным гибридом заключается в наличии планетарной передачи, которая разделяет «питание» от ДВС и от электродвигателя. В зависимости от автомобиля разделение мощности может составлять 100% для ДВС, 100% для электромотора или любое другое мыслимое соотношение между ними. Наиболее известным примером считается Toyota Hybrid Synergy Drive или Toyota Prius.
Как следует из названия, последовательно-параллельные гибриды объединяют плюсы и минусы последовательных и параллельных гибридов. Тем не менее, они существенно эффективнее и тех, и других. К этой группе также относятся все гибриды от Lexus.
Последовательные гибриды. Помните Lohner-Porsche Mixte Hybrid из первых абзацев? Это классический последовательный гибрид. Сюда же можно отнести BMW i3 REx и усопший Fisker Karma. Если прибегнуть к более простой формулировке, то последовательный гибрид – это электрокар с расширенным запасом хода.
В англоязычных источниках названий этой группе великое множество: EREV, REEV, BEVx… Независимо от названия, главным преимуществом последовательного гибрида является простота, потому что машину мотивирует не ДВС, а электромотор.
А двигатель внутреннего сгорания выполняет совсем другую функцию – функцию бортового генератора. Верьте или нет, но большинство дизельных локомотивов (при наличии электрической передачи) являются последовательными гибридами, потому что огромный пыхтящий двигатель вращает тяговый генератор, питающий тяговые электродвигатели.
При всем при этом такие гибриды, как правило, стоят дороже, чем параллельные гибриды и даже электрокары. Например, ценовая разница между электрическим BMW i3 и BMW i3 с дополнительным 2-цилиндровым ДВС составляет 3 850 долларов.
Подключаемые (розеточные) гибриды. Имя говорит само за себя. Это тот гибрид, который вы можете подключить к розетке и «накормить» электричеством. Сюда входят, например, Mitsubishi Outlander PHEV или Chrysler Pacifica Plug-In Hybrid.
Эта степень гибридизации отличается более крупными батареями, чем у обычных гибридов. Разница налицо: типичный гибрид Hyundai Ioniq полагается на литий-ионную батарею емкостью 1,56 кВтч, в то время как подзаряжаемая версия Ioniq оснащается уже батареей емкостью 8,9 кВтч.
Излишне говорить, что основным недостатком такого гибрида является дополнительный вес батареи. Тем не менее, самый простой способ его оправдать – это ездить в чисто электрическом режиме на короткие расстояния. Однажды один владелец Chevrolet Volt умудрился проехать 1600 км на 19 л топлива, потому что в основном ездил по 16 км из дома на работу и обратно. Очень круто!
Мягкие гибриды. Это очередной тип гибридизации, и к нему относится Ferrari LaFerrari. Мягкий гибрид похож на параллельный гибрид, но предлагает ограниченные гибридные функции.
Другими словами, мягкий гибрид использует электродвигатель, обеспечивающий очень сомнительную помощь основному, то есть такая гибридная система не может обеспечить чистое электрическое движение.
Поэтому такой гибрид и называется мягким. Основной его признак состоит в наличии системы рекуперации кинетической энергии торможения (KERS), присутствующей на болидах Ф-1.
В гиперкаре LaFerrari героем можно назвать атмосферный V12, а вот электромотор – скорее второстепенный персонаж. Как мы уже сказали выше, LaFerrari не может ехать на одном лишь электричестве в отличие от гиперкаров-конкурентов Porsche 918 Spyder и McLaren P1.
Микро-гибриды. Микро-гибрид – это вещь, придуманная отделами маркетинга некоторых автопроизводителей. Поэтому мы имеем полное право не признавать его как настоящий гибрид. При этом микро-гибриды становятся лучше из года в год.
Микро-гибриды – это по сути любые автомобили, имеющие технологию старт-стоп. В отличие от настоящих гибридов эти машины при движении полагаются только на ископаемое топливо.
Даже в рамках этого типа существуют три подтипа: 1) машины, оборудованные системой старт-стоп; 2) машины, оборудованные системой старт-стоп и рекуперативным торможением; 3) машины, оборудованные системой старт-стоп, рекуперативным торможением, продвинутым аккумулятором и стартер-генератором.
autoutro.ru
Появление гибридных автомобилей продиктовано временем. Растущие цены на топливо, забота об экологии и желание людей ездить на современном и удобном автомобиле стимулирует производителей искать пути для полного или частичного отказа от неэкономичного и неэкологичного бензинового двигателя.
Крупнейшие мировые автопроизводители ведут разработки электромобилей, в которых источником энергии служат топливные элементы или обычные батареи, заряжаемые от сети.
Гибридный автомобиль — это компромисс, это объединение бензинового и электрического привода в одной машине. Для использования гибрида не нужно развивать инфраструктуру: он заправляется на обычной АЗС.
Бензиновый двигатель — источник энергии. Он приводит в движение автомобиль и одновременно позволяет вырабатывать электрическую энергию.
Электрический мотор добавляет усилие для обеспечения динамики – у него максимальный крутящий момент на низких оборотах.
«Лишняя» энергия накапливается в батарее, когда в ней нет нужды или при торможении и может быть использована тогда, когда это нужно.
Гибридный привод управляется специальным контроллером, так что водителю не надо думать о том, как заряжена батарея и когда можно использовать электромотор для движения. Все режимы включаются автоматически.
Гибриды бывают последовательные — когда двигатель крутит генератор, а электроэнергия с генератора используется для движения. По такому принципу работают большие карьерные самосвалы, морские суда – дизельэлектроходы, некоторые бульдозеры и подъемные краны. Накопительные батареи на таких машинах отсутствуют.
Параллельные гибриды имеют электромотор-генератор на первичном валу коробки передач — там, где у обычных автомобилей расположен маховик. При замедлении автомобиля энергия рекуперируется (запасается в батарее), а за счет энергии, запасенной в батарее, электромотор помогает бензиновому двигателю разгонять машину. КПП в таких автомобилях может быть и ручная.
Гибридный привод компании Toyota не относится ни к параллельному, ни к последовательному типу. Такая конструкция на основе планетарной передачи открыла широкие возможности для построения экономичного, экологичного и динамичного автомобиля- вот три кита, на которых основан успех автомобиля Prius и его «младших братьев».
Гибридные автомобили серийно выпускаются с 1997 года.
Первенец- это автомобиль Toyota Prius в кузове NHW-10 (седан), сначала был выпущен для внутреннего рынка Японии.
В 2000 году эта модель была серьезно переработанаувеличена мощность двигателя, применена новая батарея (кузов NHW-11, внешне они очень похожи на NHW-10). Этот автомобиль имел большой успех в США. В сентябре 2003 года Тойота выпустила Prius-II (кузов NHW-20), с тех пор он постоянно модернизируется.
Кроме модели Prius Toyota производит гибридные минивэны Alphard и Estima, джипы Highlander и Lexus RX400h, седаны Camry и Lexus LS450h. В прессе было сообщение о появлении модели Lexus GC600h. Если видите букву h в модели автомобиля Lexus — перед вами гибрид.
Компания Toyota объявила о намерении к 2010 году иметь для каждой выпускаемой модели автомобилей гибридный вариант. Весной 2007 года на Женевском автосалоне был показан концепт нового автомобиля Prius Hybrid-X.
Параллельные гибриды серийно выпускает Honda (модели Insight и Civic), а также американская компания GM.
Большинство гибридных автомобилей на российском рынке — это японские праворульные машины. Но в последнее время появились автомобили Prius из Америки и Европы с левым расположением руля. До последнего времени все они выпускались на заводах в Японии.
Рис. Экран монитора Prius II в режиме контроля за потоками энергии. Показан режим рекуперации — сохранения энергии при торможении автомобиля. (За бортом -13F =-25 C)
Количество гибридных автомобилей на улицах Москвы постоянно увеличивается. Сибирь, Дальний Восток, Урал также стремительно гибридизируются. И причина не только в том, что хочется ездить на современном и «умном» автомобиле. Реальная «стоимость владения» гибридом значительно ниже, чем обычным автомобилем такого же класса. Меньше расходов на бензин, меньше транспортный налог и ОСАГО, меньше проблем с ремонтом (поскольку автомобиль устроен проще, чем обычный, электроника надёжнее, чем механика, да и компьютерная диагностика позволяет точно определить неисправность, если уж она возникла). Но при этом ездит он как двухлитровый!
ustroistvo-avtomobilya.ru
