Устройство гибридного двигателя: Как работает гибридный автомобиль: принцип, особенности, расход топлива

Принцип работы гибридных автомобилей

Несмотря на то, что гибридный транспорт или HEV (гибридное электрическое транспортное средство) сейчас – объект пристального внимания, а количество таких транспортных средств стремительно растет, не все понимают что значит гибридный автомобиль. Гибридный автомобиль – это транспортное средство, которое оснащено гибридным двигателем. Он представляет собой комбинацию двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и электромотора. Работать ДВС и электромотор могут вместе и автономного (по отдельности в независимых циклах).
Многие считают, что появление гибрида произошло в 21-м веке, но на самом деле гибриды существуют с самого начала машиностроения. Ещё в начале 20-го века гибридные авто сконструировали инженеры Генри Пайперу, Фердинанд Порше. Конструкция была очень перспективная, но дорогостоящая. В силу того, что в это же время Генри Форд поставил на конвейерный поток выпуск машин с топливным баком, интерес на рынке к машинам с гибридным мотором было сложно поддержать.
На некоторое время интерес к конструкции был утерян, но в начале 70-х годов интерес к гибридам снова возвратился. Стимулом стало повышение требований к экологическим характеристикам транспорта. Особенно активно над конструированием, выпуском автомобилей с гибридной установкой стали думать в Германии, Японии. 
И первый массовый выпуск автомобилей c агрегатом, который сейчас и принято называть устройством гибрида, был сделан в Японии. Но произошло это не в семидесятых, а уже в девяностых годах прошлого века. Первым транспортным средством, представляющим автомобили с гибридным двигателем, стала легковая машина Toyota Prius.  Определённая аудитория с настороженностью отнеслась к тому, что бензиновый двигатель транспортного средства имел ограниченный диапазон оборотов. Однако по факту проблемой это не стало. Ведь при необходимости автомобилист получил возможность подключать электродвигатель для тяги. А вот батареи с низкой ёмкостью оказались проблемой, впрочем, как  и стимулом для дальнейшего развития. Теперь, когда на рынке авто присутствует уже 4 поколения гибридных авто, те же Toyota Prius с гибридной установкой оснащаются емкими эффективными никель-металлогидридными батареями.

Устройство и принцип работы

Стандартный гибрид составляют:

ДВС. Его вес и объём традиционно меньше, чем у классических авто с топливной системой. Дефорсирована (уменьшена) и мощность. Большинство моделей работает не по традиционному циклу Отто, а по мягкому циклу Аткинсона или Миллера. У ДВС с мягким циклом эффективно сжигается топливо, улучшен газообмен в цилиндрах, уменьшено детонационное сгорание в режиме полной нагрузки, уменьшено разрежение (соответственно, меньше насосные потери). Цикл Миллера популярен у двигателей Volkswagen.  Цикл Аткинсона активно используют концерн Toyota, Mazda, Lexus. Если  в цикле Отто впускной клапан закрывается почти сразу, то в мягких циклах Аткинсона и Миллера клапан закрывается на половине пути при направлении к верхней мертвой точке. Сжатие происходит значительно позже нежели чем при цикле Отто у традиционных ДВС. Это благоприятно сказывается на экологических нормах.  Казалось бы, почему тогда мягкий цикл не хотят использовать не на гибридах. Дело в том, что  этот цикл плохо подходит при работе двигателя на малых оборотах. ДВС может элементарно заглохнуть. Для обычного – не гибридного транспортного средства это недопустимо. Но у гибридов два мотора. И легко подстраховаться.

Электромотор. Не просто способен запустить машину, а открывает возможности для того, чтобы получить электроэнергию, которая будет использоваться для подзарядки АКБ. Может быть выполнен встроенным в силовую установку или размещаться автономно.

Трансмиссия. Передает крутящий момент от двигателя к ведущим колесам.  Компоненты такие же,  как у иного автомобиля: главная и карданная передачи, полуоси, дифференциал для распределения крутящего момента, сцепление, коробка передач. Конкретное количество элементов трансмиссии зависит от схемы гибридной установки. Например, у решения с последовательной схемой не полностью отсутствует сцепление и коробка передач. Если же  коробка передач – в наличии, то в  трансмиссии  гибрида может быть механического, автоматического, гибридного исполнения. Последний вариант распространен, например, у машин Toyota. В этом случае есть полное разветвление потоков мощности. Благодаря трансмиссии с такой коробкой нагрузки на двигатель снижаются, расход топлива ДВС – меньше. Если вам нужен практический опыт по работе с трансмиссией, то на базе LCMS есть специальный полезный модуль “Анализ ситуации: гибридная и электрическая трансмиссия”.

Топливный бак . На небольших легковых гибридах стоят баки с объёмом до 50 л, на кроссоверах и бизнес-седанах – 60- 70 мл.

Аккумулятор. На транспортное средство монтируется высоковольтная и обычная батарея на 12 (В) для питания бортовой сети. До запуска всех систем транспортного средства питание идет от 12-Вой батареи, и только потом в работу включается высоковольтная батарея (она может функционировать только при создании условий полного охлаждения).

Генератор. Вырабатывает электроэнергию. Минимизируя нагрузку на ДВС.

Инвертор. Плавно изменяет величину напряжения.  Используется для распределения энергии, для выработки высоковольтной батареей трехфазного тока.

Принцип работы гибридного автомобиля

При отсутствии бензина машина способна работать только от электромотора, при разрядке – от ДВС, но в обычном режиме задействованы оба двигателя. Работа осуществляется за счет синхронной работы бензинового и электрического двигателей. При совместной работе топливный двигатель выполняет основную работу по созданию вращательного момента, выработке энергии для аккумуляторной батареи, а электромотор снимает с ДВС нагрузки, минимизирует резкие колебания, снижает количество вредных выхлопов, увеличивают запас хода. При одновременной работе ДВС и электромотор помогают работать друг другу.  ДВС заставляет двигаться генератор, за счёт этого электромотор получает дополнительную энергию. Электромотор, в свою очередь, снижает разгонные нагрузки ДВС, позволяя работать без резких разгонных нагрузок.

Особенности гибридных автомобилей

Одна из главных особенностей гибридов – компромиссность. Автомобилисты отмечают эффективное объединение преимуществ автомобилей с ДВС и транспортных средств с мотором. Транспортные средства помогают сэкономить на топливе. Сильно экономия ощутима при езде в условиях интенсивного городского трафика, наличия пробок. Особенно это заметно у транспортных средств с системой рекуперации.  А она есть у большинства современных гибридов. С помощью системы рекуперации можно возвращать энергию. Например, когда авто постоянно тормозит, мотор выполняет функцию генератора, осуществляет зарядку батареи. Пользователи, испытывающие опасение из-за оснащённости транспортного средства высоковольтными батареями, приобретая современные гибридные автомобили могут быть уверены в безопасности: производители оснащают машины многоуровневыми автоматическими системами защиты (от поражения электротоком). Силовые конструкции, крепления транспортных средств делают из композитных материалов (углеродное волокно, карбон), лёгких металлов (магний, алюминий). Снижение общего веса машины благоприятно сказывается на его технических характеристиках, создаются лучшие условия для движения. При ускорении на подъемах затрачивается меньше энергии. Максимальная длина пробега достигается при езде на небольших и постоянных скоростях. В этом случае – наименьшее аэродинамическое сопротивление и наибольшая эффективность расхода топлива.

Типы гибридных агрегатов

• «Умеренные» или мягкие. Постоянно работает ДВС. Электромотор дополняет, поддерживает его. Главная цель – усилить мощность и эффективность двигателя. Примеры – Mercedes S 400 HYBRID, Honda-IMA.
• «Полные». Приводятся в движение электромотором на любом этапе движения: при поддержании стабильной скорости, при ускорении. На электрической тяге транспортное средство способно двигаться на достаточно большое расстояние. Аккумуляторную батарею от сети подзарядить нельзя. Пример – BMW X6 ActiveHybrid.
• Plug-in, передвигается как комбинированно: от ДВС + электротяги, так и только электричества. Только на батареях могут ездить, преимущественно, на средние расстояния. Как заряжать гибридный автомобиль такого типа, вопросов не возникает: авто легко подзарядить от розетки, как электрокар, а бензин из топливного бака у Plug-in  активно преобразуется в электричество и сохраняется в батареях. Примеры — Toyota Prius PHV, Mitsubishi Outlander PHEV, Chevrolet Volt, Opel Ampera.

Отдельный тип составляют E-REVS (Extended-Range Electric Vehicles). Это промежуточный вариант между сугубо гибридом и электрокаром. У них есть ДВС и электромотор. Но ДВС используется не для движения, а именно для зарядки. Расход гибридного автомобиля E-REVS наиболее минимальный. Иногда гибриды делят просто на HEV (гибридное электрическое транспортное средство) и PHEV (подключаемое гибридное транспортное средство). Второй вариант от первого отличается наличием дополнительной батареи в первоначальном варианте такого автомобиля. То есть за PHEV стоят гибриды, которые в первой типологии называются  Plug-in, а за термином HEV стоят «умеренные» и «полные» гибриды.

Схемы взаимодействия работы электродвигателя и ДВС

Взаимодействие электромотора и двигателя внутреннего сгорания может быть налажено по последовательной, параллельной и последовательно-параллельной схемам.

Последовательная схема

• Крутящий момент от ДВС передается генератору.
• Генератор вырабатывает электричество и заряжает аккумуляторы.
• Транспортное средство движется на электротяге.

ДВС работает только на генератор, электрический мотор установлен таким способом, что он является главной силой, которая приводит в движение ведущую колёсную пару. Авто с последовательной схемой – это, главным образом, транспортные средства с портом подключения к электросетям.

Коробка передач у транспортных средств с последовательной схемой отсутствует. Батареи ставятся чаще всего никель-металлогидридные. При отключении ДВС авто хватает мощности и заряда для движения самостоятельно.

Схема хорошо подходит для техники, которая требует небольшой скорости передвижения, частого торможения. Это, например, городской транспорт, спецтехника в логистических комплексах. Схема хорошо совместима с  технологией Kinetic energy recovery system (KERS) — системой восстановления кинетической энергии. Во время торможения транспортного средства она накапливается, при необходимости ускорения объекта — расходуется на эту цель. Последовательная схема популярна и у производителей карьерных самосвалов. Для них не принципиальна высокая скорость, но крайне важный большой крутящий момент.
Последовательная схема обеспечивает возможность ДВС стабильно работать на неизменяемых оборотах, не требует от автопроизводителя установки коробки передач и сцепления. Ограничение использования последовательных схем на практике обусловлено тем, что в процессе преобразования – достаточно большие потери энергии. Компоновка создаёт необходимость устанавливать аккумуляторную батарею большой емкости, а аккумуляторные батареи достаточно крупногабаритные и высокие по стоимости. Для легковых автомобилей – это не самое удачное решение. Поэтому в данный момент последовательная схема наиболее интересна производителям большегрузного коммерческого транспорта. Впрочем, у некоторых легковых компактных авто такую схему также можно встретить. Характерный пример — Chevrolet Volt.

Параллельная схема

Эта схема характерна для гибридов, которые ездят с использованием и ДВС, и электромотора (то есть используется на «умеренных» или мягких гибридах). Основную работу выполняет двигатель внутреннего сгорания, электромотор же подключается, когда нужна дополнительная мощность (то есть когда ДВС трудно справляться с нагрузкой). Электромотор способен работать в качестве генератора. Блок управления распределяет крутящий момент, поступающий от ДВС и мотора гибрида.

Компоновка исключает необходимость устанавливать аккумуляторную батарею большой емкости. ДВС напрямую связан с ведущими колесами, и потери энергии небольшие. Топливная экономичность решения незначительная (в сравнении с транспортными средствами с последовательной и параллельно-последовательной схемой). Когда транспортное средство начинает тормозить, сохраненная энергия торможения запасается в аккумуляторной  батарее. При ускорении энергия аккумулятора уходит на раскрутку электромотора,  при этом расход топлива уменьшается на столько, сколько энергии удаётся аккумулировать  при предыдущих торможениях. Недостаток схемы – отсутствие возможности одновременно осуществлять подзарядку АКБ и приводить в движение колёса посредством мотора с электроприводом. Параллельная схема удачна для транспортных средств, активно движущихся по трассе с малым количеством остановок.
Параллельная схема любима такими производителями как Honda, Hyundai, BMW, Volkswagen.
Взаимодействие электромотора и двигателя внутреннего сгорания может быть налажено по последовательной, параллельной и последовательно-параллельной схемам.

Последовательно-параллельная схема

Если использована последовательно-параллельная (комбинированная) схема, автомобиль при старте и на малых скоростях движется только на электрической тяге. Как и при последовательной схеме ДВС в этом случае работает на генератор. При сильных разгонах, большой скорости крутящий момент на ведущие колеса передается одновременно от электромотора и ДВС. При подъеме транспортного средства электромотор получает от АКБ дополнительное питание и минимизирует генератор от сверхнагрузок.

Часть крутящего момента от ДВС благодаря планетарному механизму передается на колёса. Подачу мощности от ДВС и электромотора регулирует ЭБУ.
Последовательно-параллельная схема обеспечивает отличную топливную экономичность.
Функционально последовательно-параллельная схема одна из наиболее практичных. Но её берут в помощь далеко не все производители (хотя Ford, Nissan, Toyota Prius, Lexus прибегают к этой схеме весьма активно).
Не самая большая популярность к схеме при её отличных достоинствах связана с тем, что при выпуске транспортных средств требуется устанавливать дополнительный генератор. Требуется ёмкая аккумуляторная АКБ. Сложности есть и в электронике (особенно сложен электронный блок управления).

Преимущества использования гибридных автомобилей

Плюсы гибридных автомобилей:

• Независимость. Есть возможность ездить от топлива или электротяги.
• Существенное снижение расхода топлива даже в комбинированном режиме работы мотора.
• Существенно меньше вpeдныx выбpocoв в атмосферу по сравнению с машинами, оснащенными только ДВС.
• Возможность подстраховаться, если электромотор невозможно подзарядить от сети. Машина начинает ездить как обычное транспортное средство, заправленное топливом.
• Высокая эффективность при paбoтe нa xoлocтoм xoду и экономичность. Особенно это ощутимо при передвижении в условиях плотного трафика по городу (при правильном выборе гибрида под эти условия).
• Малошумность. Наиболее низкий уровень шума достигается во время движения на электрической тяге при езде на средней скорости.
• В холодное время года гибридный автомобиль (в отличие от  транспортных средств, которые работают на дизтопливе) при корректном режиме эксплуатации (подробнее о нём — чуть ниже) нечувствительны к температуре окружающей среды.

Недостатки владения гибридными авто

Одна из ключевых проблем – зависимость от АКБ и регулярные нагрузки на неё. Необходимо постоянно помнить о том, что батарея может paзpяжaтьcя дo кpитичecкoгo cocтoяния. Рынок АКБ развивается, но большинство батарей располагает небольшим диапазоном рабочих температур. 
Часто можно услышать, что гибридный автомобиль сложнее в сервисе и ремонте по сравнению с традиционным в обслуживании. Ведь, чтобы  его обслужить нужны знания и автомеханики, и автоэлектрики. С кадрами по обслуживанию гибридов, увы, пока часто возникают проблемы. Впрочем, на практике ряд гибридов благодаря их конструктивным особенностям (например, многокомпонентной  трансмиссии)  сервис может оказаться даже дешевле нежели сервис авто с ДВC

Обслуживание и эксплуатация гибрида

Неприятных сюрпризов для автовладельца не будет, если они обратятся на сервис, который специализируется именно на СТО, где гибриды – не случайные, а постоянные объекты обслуживания. Такие станции техобслуживания целенаправленно оснащаются их сканерами, тестерами, газоанализаторами, максимально подходящими для гибридов, проводят обучение персонала, в том числе посредством симуляторов типичных неисправностей.
Распространенные проблемы, с которыми на СТО обращаются владельцы гибрида:
• Автомобиль плохо или вообще не заводится.
• Есть проблемы с разгоном.
• Ощутимы плавающие обороты, «троение» двигателя.
• Растёт расход топлива.
• Замечено превышение уровня СО.
• Сломаны рулевые рейки.
• Вышли из строя турбины.
Для поддержания гибридного авто в полном порядке рекомендуется выполнять техническое обслуживание. Экспресс-диагностика гибрида включает:
• Проверку состояния высоковольтной батареи.
• Проверку параметров ДВС.
• Выявление ошибок посредством компьютерной диагностики.
При этом даже если неисправностей нет через определённый промежуток эксплуатации рекомендованы следующие замены:
• циркуляционный насос системы охлаждения инвертора (помпы) — каждые 120 тыс. км пробега;
• антифриз — каждые 2 года.
Регулярно требуется визуальный осмотр радиатора охлаждения инвертора. В случае его засорения требуется немедленная чистка, так как это достаточно уязвимая деталь. Если авто долго простаивает, периодически необходимо производить запуск мотора. Хотя бы на 15 минут 1 раз в месяц.
Стоимость ремонта зависит от объёма работ. Наиболее дорогостоящий ремонт получается, если из строя выходит электроника. Наиболее дорогостоящая запасная часть — аккумуляторная батарея. Отдельного внимания заслуживает эксплуатация гибрида автовладельцами в зимний период. Использование авто в холода не запрещено, но нужна подготовка: перед зимним сезоном обязательно продиагностируйте батарею. Во время эксплуатации поддерживайте зарядку АКБ на уровне не менее 70 процентов.

Каковы перспективы HEV и PHEV?

Развитие гибридных электромобилей – как HEV и PHEV  в настоящий момент нацелено на:
• Снижения веса батареи и автомобиля. Решение вопроса с батареей некоторые производители видят в переходе от  никель-металл-гидридных и биполярных никель-водородных аккумуляторов.
• Увеличение  пробега при работе на электротяге.
• Улучшение уровня поглощения ударных нагрузок.
При этом для автопрома наиболее дешёвый вариант – классический HEV, PHEV  более сложен в производстве. Классический HEV – это гораздо более дешевое решение для производства, чем гибридный автомобиль со штепсельным соединением. Он позволяет очень эффективно снизить расход топлива во время ежедневного вождения, особенно в городских условиях. Эффективность HEV зависит от условий, в которых водитель едет. При обсуждении различий между этими типами автомобилей также важно, как они функционируют в сознании потребителя и как различия в дизайне выражаются в отношении потребителей к этим решениям. Среди производителей, которые активно сосредоточили свои силы на HEV и PHEV  —  Toyota Hyundai, Ford, Subaru, Lexus, Ford, Volvo.
Развитие гибридов, а особенно PHEV, как и электрокаров связано с развитием инфраструктуры. Особенно развитие гибридов и электрокаров актуально для мегаполисов, и курортных районов, где наиболее остра проблема городского шума и требованиям к уровню загазованности.

Гибридный автомобиль.История, принцип работы, лучшие авто

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.

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.

Классификация гибридных силовых установок

Как отмечалось выше, гибридные силовые агрегаты могут быть разных типов. Они отличаются не только по принципу действия, но и по схеме взаимодействия, уровню электрификации, виду и иным параметрам. Ниже рассмотрим главные разновидности и особенности таких систем.

Мягкий гибрид

В таких автомобилях электромотор предназначен для поддержки основного двигателя. Он не используется для обеспечения движения машины. Процесс возвращения энергии происходит при нажатии на тормоз. Конструктивно в таких системах функцию маховика берет на себя стартер-генератор. К особенностям таких гибридов относится малая мощность, компенсируемая только электрической частью и лишь при наборе скорости.

Полный гибрид

В таких машинах электромотор используется только в городском режиме, а при выезде на трассу, где необходима более высокая скорость, применяется обычный двигатель на бензине. При этом схема соединения ДВС с электрической частью может быть различной: разветвленной, смешанной или последовательной. Автомобиль не берет заряд от сети, а сам процесс происходит только при рекуперации. В случае разряда Li-Ion источника питания необходимо перейти на стандартный мотор.

Гибриды-плагины

В таких машинах электрический узел получает энергию для заряда и вместе с ДВС обеспечивает движение колес. В новых гибридах при использовании двух видов двигателей доступна мощность батарей в 70-100 «лошадей». Возле бака для топлива предусмотрен разъем для зарядки от розетки. Гибриды-плагины способны преодолевать до 50 километров исключительно на электричестве.

Преимущества и недостатки гибридов

Преимущества гибридных машин:

• Заметное уменьшение расхода горючего. Показатель затрат топлива у гибридных представителей до 30 % ниже по сравнению с обычными автомобилями. Сжигание меньшего количества горючего одновременно позволило снизить уровень токсичности гибридов. Получается, гибридные автомобили являются более экономными и экологически чистыми по сравнению с аналогами, которые оборудуются только ДВС;
• Снижение шума в процессе работы;
• Долгая служба деталей тормозной системы;
• Гибридные авто по сравнению с электромобилями имеют большой запас хода и являются универсальными при ежедневной эксплуатации. Гибрид не нужно обязательно заряжать от электросети, его можно заправлять бензином. После сгорания топлива часть энергии собирается в аккумуляторе, благодаря которому начинает работать электродвигатель. Дополнительным источником питания для заряда аккумулятора есть преобразование кинетической энергии движущейся машины в электричество;
• Также гибриды имеют ряд конструктивных решений и вспомогательных систем для большой экономии и уменьшения уровня вредных выбросов: система старт-стоп и т.д.

К недостаткам гибридных автомобилей можно отнести большую начальную стоимость, а также некоторые сложности при ремонте и обслуживании данных моделей. Еще одним недостатком можно назвать возможный критический разряд аккумулятора и его быстрый вывод из строя при больших перепадах температуры.

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.

Важно!

Полный гибридный привод – единственный вариант гибридов, объединяющий функции старт-стопа, рекуперации, режим электротяги и систему E-Boost.

Типовые схемы гибридных автомобилей

Гибрид гибриду рознь. На данный момент существует три основные типовые схемы гибридных автомобилей, каждая из которых характеризует определенный принцип совместной работы ДВС и электромотора:

• Параллельная работа моторов
  . Судя по названию, несложно догадаться что это схема подразумевает совместную работу двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя. В таких автомобилях основную энергию для движения авто обеспечивает ДВС. И ДВС, и электродвигатель соединены с колесами. Электромотор включается лишь в определенных ситуациях – например, когда ДВС нужно и поддержка во время обгона, при разгоне. Это позволяет не только увеличить ресурс двигателя внутреннего сгорания, но и обеспечивает максимальную экономию топлива. Кроме того, авто такого типа характеризуются невысокой стоимостью.
• Последовательная работа моторов
  . В автомобилях, поддерживающих данную схему, один из моторов выполняет роль основного. В подавляющем большинстве случаев это электромотор. Двигатель внутреннего сгорания, в свою очередь, принимает на себя второстепенную функцию – отвечает за работу генератора, обеспечивающего электромотор энергией. Электродвигатель соединен с колесами, а двигатель внутреннего сгорания – с генератором. В этом случае ДВС работает в регулярном режиме – без больших перепадов оборотов.

При последовательной работе моторов, в гибриде используются аккумуляторы большой емкости, которой хватает на преодоление значительных расстояний без подзарядки.

Говоря более простым и понятным языком, схема последовательной работы моторов напоминают принцип работы небольшой электростанции, которая работает от двигателя внутреннего сгорания и обеспечивает электроэнергией электрический мотор.

• Последовательно-параллельная схема работы моторов
  . При таком размещении двигатель внутреннего сгорания и электродвигателя работают совместно. ДВС, электромотор и электрогенератор связаны друг с другом и с колесами. В гибридах этого типа ДВС не только запускает работу генератора, но и передаёт крутящий момент на колёса. Полные гибриды (а именно так называют автомобили с последовательным и параллельным подключением моторов) обеспечивает значительную экономию топлива, благодаря включению электромотора в нужных ситуациях. Электродвигатель и ДВС могут работать вместе, тем самым обеспечивая форсированный режим работы авто. Ну и, конечно же, ДВС запускает генератор для подзарядки аккумуляторов.

На сегодняшний день самая распространенная схема гибридных авто – параллельная. Вторая по популярности – параллельно-последовательная схема. Последовательная схема применяется в спецтехнике (самосвалы, тяжеловесные грузовики).

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.

Интересно знать!

Микрогибридные силовые агрегаты впервые сконструировал и выпустил бренд Тойота.

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.

Классификация по степени электрификации

Разбираясь в особенностях гибридных двигателей, поговорим и о различном применении электромоторов. Степень электрификации машины указывает на возможности электрической установки. В одном случае, она идёт как приложение, в другом — позволяет полноценно передвигаться на электротяге. Чтобы понять насколько прогресс ушёл вперёд, рассмотрим этапы электрификации последовательно.

Микрогибрид

Двигатель-микрогибрид представляет собой простейшую форму гибридизации. Автомобиль оснащается системой «Старт-Стоп», в которой электрическая установка используется, как стартер и генератор, но не передаёт энергию колёсам. Во время работы машины на холостом ходу блок управления глушит бензиновый двигатель, позволяя сэкономить топливо. В среднем расход в городе снижается на 10%.

Энергия, сохранённая от рекуперативного торможения, питает систему «Старт-Стоп» и бортовые устройства.

В силовую установку микрогибрида устанавливают штатную коробку передач с импульсным масляным насосом. В режиме «Старт-Стоп», пока двигатель не работает, необходимо сохранить элементы переключения включенными. Насос поддерживает давление масла в каналах КПП, чтобы после запуска двигателя, автомобиль был готов ехать спустя 0,3 с.

Мягкий гибрид

Термин «мягкий» или «умеренный» гибрид означает, что электромотор используется в автомобилях как лёгкая «поддержка» ДВС. Основную работу в режиме ускорения и штатного движения выполняет бензиновый двигатель. Суть использования электрической установки — помощь при трогании и ускорении автомобиля, а также для подзарядки батареи во время торможения. Мощность электродвигателя не превышает 50 кВт.

К гибридам подобного действия относятся: BMW 7 ActiveHybrid, Honda Civic Hybrid, Suzuki Smart Hybrid, Mercedes S 400 Hybrid.

Обычные гибриды, они же «полные» или Full Hybrid Electric Vehicle

Этот тип автомобилей способен ездить при полном отсутствии помощи ДВС, при этом удается вписаться в ограничение «95 г СО2 на километр» с запасом. Пополняется заряд как за счет рекуперации энергии торможения, так и непосредственно от ДВС. Конструкция — гораздо более сложная, дорогая и к тому же высоковольтная, что влечет за собой определенные сложности при ремонте (связанные с необходимой квалификацией работников). И на этапе разработки тут приходится учитывать особые требования к компоновке. «Полные» гибриды используют в своей конструкции интегрированный в коробку передач мотор-генератор, преобразователь постоянного тока, специальный инвертор EPIC, управляющий охлаждением высоковольтных компонентов при помощи отдельного электронасоса (батарея имеет напряжение около 260 В и водяное охлаждение), блок управления зарядным устройством батареи BECM, а также электрический компрессор кондиционера и высоковольтные провода в оранжевой обмотке (международное требование безопасности).

Такой гибрид способен обеспечить бóльшую экономию топлива (до 20%) и дополнительную мощность и момент. Первым массовым гибридом стала Toyota Prius, увидевшая свет в 1997 году. Впоследствии эту конструкцию взяли на вооружение многие марки, хотя сейчас большинство отдает предпочтение подключаемым гибридам (о них ниже).

Toyota Prius (слева) продолжает удерживать титул самого массового гибрида в мире. В России Prius плоховато продается через дилеров (всего 59 штук за прошлый год), но подержанные экземпляры из-за рубежа востребованы. Относительно большое распространение получили у нас различные гибридные модели Lexus — LS, RX, CT… Компания JLR использовала технологию HEV в 2013-2016 годах на своих моделях Range Rover и Range Rover Sport

Подключаемые гибриды, или PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle)

Это еще более сложная и тяжелая схема: в среднем плюс 300 кг к массе автомобиля. Она позволяет совершать короткие поездки (до нескольких десятков километров) без участия ДВС. А главное отличие от обычных гибридов — наличие разъема для зарядки от сети. Тут аккумулятор уже не зарядишь за счет одной лишь рекуперации или от ДВС (точнее, зарядишь, но это невыгодно и долго). В конструкции присутствуют дополнительные компоненты (нагреватель охлаждающей жидкости, зарядный блок BCCM, отдельный стартер без генератора, электрический усилитель тормозов), а также более мощная и высоковольтная батарея. Также автомобиль получает дополнительный 12-вольтовый аккумулятор (или даже два) для электроусилителя тормозов и для стартера.

Вся высоковольтная проводка в любой точке автомобиля выделяется оранжевым цветом. Прикасаться к таким проводам ни в коем случае нельзя даже на автомобиле с неработающим двигателем. Доступ к электрическим компонентам возможен только после полного обесточивания и размыкания контакторов высоковольтной аккумуляторной батареи, которая имеет отдельный контур водяного охлаждения (рабочая температура всегда должна поддерживаться на уровне 22-25°С), изображенный на рисунке справа. Внутрь высоковольтных компонентов не допускаются даже механики JLR, все они меняются только в сборе

К примеру: мотор-генератор, установленный в корпусе коробки передач Range Rover PHEV, способен дополнительно выдать 116 л.с. и целых 275 Нм крутящего момента, что, несомненно, является очень солидной прибавкой для установленной под капотом 2,0-литровой «турбочетверки» (300 л.с.). При этом суммарная отдача составляет 404 л.с. и 640 Нм, он разгоняется до «сотни» за 6,8 секунды, расход топлива составляет ничтожные 2,8 л в смешанном цикле «по паспорту», а количество выбросов СО2 — всего 64 г/км. Но в то же время на одной только электротяге такой Range Rover способен проехать всего 51 км, а на полную зарядку от домашней сети уходит около семи часов (2 часа 45 мин — от суперчарджера).

Подзаряжаемые гибриды — редкость в России. В прежние годы у нас продавался Mitsubishi Outlander PHEV. Также одно время к нам поставляли аналогичные BMW X5 и 7-серии. А вот подзаряжаемая модификация Toyota Prius в России не продается. В JLR технологию PHEV применяют на внедорожниках Range Rover P400e и Range Rover Sport P400e. На фото справа видно, как плотно упакован багажник версии P400е: основной аккумулятор, два 12-вольтовых, блоки предохранителей, куча проводки и трубки охлаждения. Под днищем компоновка еще более «хитрая»

Преимущества гибридов

Экономная эксплуатация
Экономная эксплуатация — главное преимущество гибридов. Чтобы достичь ее, необходимо было искать баланс, т. е. уравновесить все технические показатели машины, но при этом сохранить все полезные параметры обычного автомобиля: его мощность, скорость, способность к быстрому разгону и множество других весьма важных характеристик, заложенных в современных автомобилях. Мало того, способность накапливать энергию, в том числе и не терять понапрасну кинетическую энергию движения во время торможения, но заряжать аккумуляторные батареи, помимо основных явных преимуществ, принесло автолюбителям некоторые побочные «мелкие радости» — например, меньший износ тормозных колодок.

Переключатели Hybrid Synergy Drive

Как была достигнута экономия:

• снижение объема и мощности двигателя;

• работа двигателя в оптимальном и равномерном режиме, в гораздо меньшей зависимости от условий езды;

• полная остановка работы двигателя, когда это необходимо;

• возможность движения только на электродвигателях;

• рекуперативное торможение с зарядкой аккумулятора.

Вся эта система до такой степени сложна, что стала возможна в полной мере только в современных условиях, с применением достаточно непростых алгоритмов работы бортового компьютера. Даже правильное и эффективное (с точки зрения безопасности) торможение управляется бортовым компьютером.

Высоковольтная батарея

Что касается снижения объема двигателя, то хорошо все показывает простой и наглядный пример. Возьмем два одинаковых автомобиля с разными двигателями: один 3-литровый, другой — 4-литровый, и поедем, например, со скоростью 100 км/ч. Расход топлива у двигателя с большим объемом будет больше. А дополнительный объем нам понадобится только при интенсивном ускорении. Собственно, на этом эффекте работает система экономии с отключаемыми цилиндрами — при неторопливой езде половина двигателя просто не работает. Гибридный же автомобиль эту вторую половину с собой вовсе и не возит — он возит электрическую составляющую двигателя, более эффективную в рассматриваемых условиях.

Toyota energy monitor

Сравнительно небольшой износ авто при чисто городской эксплуатации

Благодаря тому, что ДВС гибридных автомобилей куда чаще эксплуатируется в эффективном диапазоне оборотов, его износ при эксплуатации в постоянных пробках будет относительно малым. Износ же силовой установки автомобиля с традиционным ДВС, который постоянно эксплуатируется в рваном режиме пробок, как правило, заметно больше. Суммарный коэффициент полезного действия автомобилей с электродвигателями, передвигающихся на короткие расстояния, куда выше, чем у машин, передвигающихся в пробках на ископаемом топливе. Режимы низких оборотов и частичных нагрузок с частыми торможениями плохи для двигателей внутреннего сгорания, но хороши для тяговых электрических моторов с их мощной троллейбусной тягой на низах и рекуперативным торможением.

Панель приборов Toyota RAV4 Hybrid

Здесь следует сделать небольшое отступление в теорию двигателей внутреннего сгорания. Эксплуатация на пониженных оборотах, т. е. оборотах, далеких от режима максимального крутящего момента, не только снижает суммарный КПД за все время использования — она приводит к массе вредных особенностей в работе силовой установки. Так, при низкой скорости вращения коленчатого вала (а в современной пробке он будет вращаться едва ли в 40 % от оптимальной скорости) нагрузки на поршневую группу будут весьма высоки. ДВС не любит слишком низких и слишком высоких оборотов. При таких режимах он плохо смазывается, плохо охлаждается, легко перегревается, несет огромные насосные потери. Бензиновый ДВС по циклу Отто проектируется из расчета его эксплуатации в оптимальных условиях.

Передняя панель Toyota RAV4

Цикл Дизеля, с учетом применения современных систем непосредственного впрыска, имеет некоторый выигрыш, но все равно может быть изношен частичными нагрузками куда больше, чем ДВС с циклом Аткинсона в составе гибридной силовой установки.

Экологическая чистота

Снижение расхода углеродного топлива гибридной силовой установкой немедленно сказалось на экологической чистоте. Полная остановка работы двигателей в местах скопления автомобилей на дорогах городов, прежде всего в пробках, играет самую первостепенную роль. Применение же аккумуляторных батарей гораздо меньшей емкости, чем в электромобилях, снизило остроту проблемы производства и утилизации использованных аккумуляторов. Развитие гибридной технологии в общественном транспорте и для грузовых автомобилей, еще больше улучшит экологическую обстановку городов.

Lexus RX 400h

Так, Lexus RX 400h имеет удивительно низкий уровень токсичности — выбросы CO2 находятся на уровне малолитражек, а содержание окислов азота NOx удалось довести почти до нуля, что значительно ниже норм Euro-4. Это достигается, во-первых, тем, что бензиновый двигатель почти не работает в предельных, самых «грязных» режимах. Во-вторых, в пробках и при остановке двигатель автомобиля глушится, и Lexus, подобно подводной лодке, начинает передвигаться на аккумуляторах. В-третьих, как уже было сказано выше, ДВС, работающий по циклу Аткинсона, теряет в мощности, но выигрывает в экологичности.

Хорошие ходовые характеристики

В случае применения гибридной силовой установки нет необходимости устанавливать двигатель из расчета пиковых нагрузок эксплуатации. В момент, когда необходимо резкое усиление тяговой нагрузки, при котором у обычного ДВС потребление топлива возрастает раза в полтора, в работу включаются одновременно как электрический, так и обычный двигатели (а в некоторых моделях и дополнительный электродвигатель). Это позволяет сэкономить путем установки менее мощного двигателя внутреннего сгорания, работающего основное время в наиболее благоприятном для себя режиме. Такое равномерное перераспределение и накопление мощности, с последующим быстрым использованием, позволяет использовать гибридные установки в автомобилях спортивного класса и внедорожниках. Таким образом, гибридный автомобиль при ускорении, перед тем как начинать глотками поглощать бензин, сначала пытается «выпить» батареи, чего, как правило, оказывается достаточно.

Lexus RX 330

Увеличение дальности пробега

Время — это самый ценный ресурс для человека. Исключение благодаря уменьшенному расходу топлива половины заездов на заправочные станции, и даже большего количества таких заездов при езде по городу, высвобождает у автовладельца некоторое количество времени для других больших и важных дел.

Сохранение и повторное использование энергии

Устранен главный недостаток двигателя на углеродном топливе — невозможность возврата энергии обратно в углеродное топливо. Обычный автомобиль при торможении переводит избыточную энергию в тепло. Если очень интенсивно тормозить на мощной машине, то это можно увидеть даже невооруженным взглядом — тормозные диски раскалятся докрасна. Инженеры по транспорту давно пытались сохранить энергию движения при торможении, чтобы ее повторно использовать.

Например, применялись специальные конструкции с большим маховиком. Но только электрическую энергию удаётся сохранить с самыми минимальными потерями и максимально дешево. Гибридные автомобили поступают более гуманно: при торможении их электромоторы начинают работать как генераторы, преобразуя кинетическую энергию в электрическую и заряжая аккумуляторы. Хотя и нормальные дисковые тормоза не простаивают, дополняя и подстраховывая электрические. В качестве накопителя применяются как аккумуляторы, так и специальные конденсаторы.

Обычная заправка топливом

У электромобилей пока есть один большой недостаток — необходимость зарядки аккумулятора. Процесс долгий, и требует некоторого специально оборудованного пункта зарядки. Таким образом, он становится непригодным для длительных и дальних поездок. Уже разработаны технологии, позволяющие заряжать аккумуляторы до 80 % емкости за 15 … 20 минут — однако такая зарядка требует мощного зарядного устройства и отрицательно сказывается на ресурсе аккумулятора.

Кроме того, для получения электричества сейчас в основном используются невозобновляемые источники энергии. Таким образом, экологический вред просто-напросто смещается в район электростанции. Нельзя также забывать и потери при передаче электроэнергии от электростанции к пункту зарядки, а также не стопроцентный КПД самого зарядного устройства. Если учесть все вышеперечисленные факторы, полностью электрические автомобили становятся уже не настолько экономичными и экологичными, насколько кажется на первый взгляд.

У гибридного автомобиля этот недостаток устранен. Заправка осуществляется по привычной схеме, обычным углеродным топливом, тогда, когда это необходимо, и дальнейшее движение можно немедленно продолжить. Но при этом в городском цикле эксплуатации гибридный автомобиль около 80 % времени работает в режиме электромобиля. А так как электричество вырабатывается прямо на месте, потери при преобразовании химической энергии топлива в электрическую можно признать весьма небольшими.

Старые аккумуляторы

Цена вопроса

Во что же обходится превращение обыкновенного автомобиля в гибрид? Сравним автомобили Lexus RX 400h и Lexus RX 330. С одной стороны, из автомобиля исчезают карданный вал, традиционная трансмиссия и различные навесные агрегаты двигателя, например стартер и генератор. С другой — прибавляются блок управления и преобразования напряжения (32 кг), высоковольтные (288 вольт) батареи Panasonic (70 кг), задний электромотор (40 кг) и электромеханическая трансмиссия со встроенным электромотором и генератором (118 кг).

В итоге вес гибридного Lexus RX 400h на 200 кг превышает массу «донорского» Lexus RX 330. По утверждению уже упомянутого выше Масаки Санаяма, такая переделка увеличивает себестоимость автомобиля на $3 000. Хотя на российском рынке Lexus RX 400h продавался за $77 300 по сравнению с $66 100 за бензиновый Lexus RX 300 в аналогичной комплектации. Вот такая японская математика.

Утилизация аккумуляторов

Не секрет, что в бытовой электронике аккумуляторы приходится периодически менять — они постепенно теряют часть своей емкости. Каков же ресурс ресурс установленных в Lexus RX 400h аккумуляторов? Масаки Санаяма рассказал, что на аккумуляторы в первых Toyota Prius давалась отдельная гарантия — восемь лет. Но время доказало, что высоковольтная батарея не нуждается в замене в течение всего срока службы автомобиля, поэтому сейчас никаких отдельных оговорок уже не делается.

Как работает гибридный мотор на примере Тойота Приус

Этот автомобиль выпускается уже в третьем поколении и достиг определённой степени совершенства, хотя конкурирующие гибриды продолжают наращивать сложность и эффективность конструкций.

Основой привода здесь является принцип синергии, по которому в создании крутящего момента на колёсах могут в любом сочетании участвовать ДВС и электромотор. Параллельность их работы обеспечивает сложный механизм планетарного типа, где потоки мощности смешиваются и через дифференциал передаются на ведущие колёса.

Трогание с места и стартовое ускорение выполняет электромотор. Если электроника определяет, что его возможностей недостаточно, подключается экономичный бензиновый двигатель, работающий по циклу Аткинсона.

В обычных автомобилях с моторами Отто такой термический цикл применять нельзя из-за переходных режимов. Но тут их обеспечивает электродвигатель.

Исключён режим холостого хода, если у Toyota Prius автоматически запускается ДВС, то для него сразу же находится работа, помогать в разгоне, заряжать батарею или обеспечивать климатическую установку.

Постоянно имея нагрузку и работая на оптимальных оборотах он минимизирует расход бензина, находясь в самой выгодной точке своей внешней скоростной характеристики.

Традиционный стартер отсутствует, поскольку такой мотор можно запустить только раскрутив его до значительных оборотов, что и делает реверсируемый генератор.

Аккумуляторы имеют разную ёмкость и напряжение, в наиболее сложной подзаряжаемой версии PHV это уже вполне обычные для электромобилей 350 вольт при 25 А*ч.

Перспективы авто с гибридными моторами

Многие автолюбители не представляют себе принцип работы и особенности гибридных авто, что создает препятствия на пути к росту их продаж. На практике имеющиеся разработки показывают перспективы такой техники, что лишний раз подтверждает компания Тойота. Если при использовании электромобилей человек полностью зависим от электрической части, в случае с гибридами открывается больше возможностей. Такие авто быстро заряжаются, универсальны, имеют более высокий запас хода и ряд других преимуществ.

Благодаря применению электрической части двигатели внутреннего сгорания испытывают меньшую нагрузку. Это, в свою очередь, положительно сказывается на ресурсе силового агрегата. Гибриды во многом выигрывают даже у авто с установленным ГБО. Это связано с более простым обслуживанием и безопасностью.

Но реальные перспективы только за версией plu-in. Такой транспорт выделяется реальной экономией, отличается бесшумностью работы и сохраняет хорошую динамику. Но на перспективы гибридов также влияет развитие заправочной инфраструктуры. Это связано с тем, что батареи гибридных автомобилей необходимо заряжать.

Проверка и обслуживание гибридных автомобилей

Батареи, как правило, требуют замены через 15-20 лет

, для электродвигателя не исключено наличие пожизненной гарантии. Обслуживание гибридных автомобилей рекомендуется проводить только в официальных сервисных центрах, которые оснащены специальным оборудованием и где работают специалисты, обученные принципам сервиса автомобилей этого вида. Проверка гибридного авто включает в себя:

• диагностические коды ошибок;
• гибридная батарея;
• изоляция батареи;
• работоспособность системы;
• система охлаждения.

Какой автомобиль называют «гибридом»

Силовой агрегат промежуточного этапа стал представлять собой комбинацию из уже отработанной конструкции ДВС и одного или нескольких электромоторов.

Электрическая часть тяговой установки получает питание от генераторов, связанных механически с бензомотором или дизелем, аккумуляторных батарей и системы рекуперации, возвращающих в накопитель энергию, выделяющуюся при торможении автомобиля.

Все многочисленные схемы практической реализации идеи получили название гибридов.

Эксплуатация гибридов: разрушаем мифы

• Гибридные авто являются новинкой, которая до конца не усовершенствована и имеет множество недоработок. Это миф, так как бренд Тойота занимается полномасштабным серийным производством гибридных моделей почти 20 лет.
• В гибридах разряжаются аккумуляторы, что приводит к проблемам. Это правда, но только частично. На начальных этапах развития технологии подобные случаи встречались, но сегодня высокоточная электроника не допускает глубокого разряда батареи.
• Гибридные авто чаще ломаются, их дорого и сложно ремонтировать. Это миф, так как гибридные автомобили не менее надежны в эксплуатации по сравнению с обычными дизельными и бензиновыми ДВС. Большинство СТО комплексно обслуживают гибриды наравне с обычными авто. Более того, КПП в гибридах исключает наличие фрикционов, что делает такую трансмиссию простой и надежной, чего не скажешь о различных типах АКПП. Что касается ДВС, мотор на гибридах чаще работает на низких оборотах, не выходит на пиковые нагрузки. Если также учесть цикл Аткинсона, тогда моторесурс двигателя на гибриде намного больше обычного мотора.
• ДВС гибрида имеет меньшую мощность, такие авто теряют в динамике сравнительно с аналогами. Да, мощность ДВС на гибридах меньше, но за счет добавления электромотора суммарная мощность установок значительно превосходит мощность обычных аналогов с одним бензиновым мотором.
• Расход гибридной машины на практике не сильно отличается от обычного авто. Частично это правда, так как показатель расхода гибридных автомобилей напрямую зависит от режимов езды. Для достижения максимальной экономичности необходимо изменить стиль вождения на медленный, спокойный и плавный, избегая разгонов, активного дросселирования и т.д. Другими словами, сильные нажатия на педаль газа будут давать команду системе управления к тому, что необходимо завести ДВС.

Идея экономии горючего в гибридных авто состоит в том, чтобы при заряженном аккумуляторе как можно дольше двигаться только на электротяге на скоростях до 60 км/ч. , чего зачастую хватает в плотном городском потоке. Также необходимо добавить, что система учитывает большое количество факторов: наружную температуру, степень прогрева ДВС и ОЖ, заряд батареи, движение под уклон или на горку и т.д. В разных условиях гибрид может задействовать ДВС, а может передвигаться только на электрической энергии.

• Аккумулятор для гибрида трудно найти в свободной продаже, а также батарея занимает много места в багажнике автомобиля. Это миф, так как аккумуляторы для гибридов всегда доступны к заказу в авто магазинах, а также представлен широкий выбор на различных Интернет-ресурсах. Что касается свободного места, батарея практически не занимает полезное пространство в багажном отсеке.
• На гибридную машину нельзя поставить газ. Это миф, так как мировые производители ГБО производят оборудование, совместимое с электронным блоком управления гибридным авто.

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.

Лучшие гибридные автомобили

А теперь перейдем к описанию самых востребованных и популярных моделей гибридных авто.

Toyota Prius

Самый первый серийный гибрид. Кроме того, именно этот автомобиль считается самым «эффективным» – он оснащен двигателем, КПД которого достигает 40% (цифра, пока недостижимая для других производителей). Плавный ход, достигаемый благодаря независимой подвеске, не оставит равнодушным даже самых искушенных автолюбителей.

Тойота Приус – крайне экономичный гибрид (расход топлива – от 2,45 л на 100 км). При этом автомобиль может развивать скорость на трассе до 180 км/ч.

Конструкция авто четко продумана – батареи перенесены из багажного отсека под пассажирские задние сиденья для максимального расширения полезного пространства багажника.

Как вы могли заметить, преимуществ у этой машины масса: от привлекательного внешнего вида до высокого уровня безопасности. Минус только один – высокая стоимость авто в базовой комплектации (ну а если рассматривать варианты более расширенной оснастки, то цена даже на вторичном стартует от 15000 долларов и выше).

Chevrolet Volt Hybrid

Chevrolet Volt Hybrid. Данный автомобиль представляет собой переднеприводный четырехместный хэтчбек. Главным достоинством этой модели является то, что электромоторов, мощностью 149 л.с. хватает на 60 км при езде по городу, без расхода топлива и с сохранением характеристик. Однако большим недостатком Chevrolet Volt является большая стоимость.
Если вы интересуетесь будущим этого и других автомобилей этой марки, рекомендуем ознакомиться с последними новостями Chevrolet.

Chevrolet Malibu Hybrid

Chevrolet Malibu Hybrid. Это большой комфортный и вместительный седан, который имеет выразительный дизайн и качественно проработанный салон с современной техникой и богатым оснащением. По мнению экспертов, авто хорошо подойдет тем клиентам, которым нравится свободное пространство. В состав гибридной установки входит двигатель объемом 1.8 л и пара электромоторов. Средний расход топлива данной модели составляет 5.2 л на 100 км. Для авто предусмотрены десять подушек безопасности и камера заднего вида, что делает его более безопасным.

Lexus RX 450h

Смелый дизайн, современное оснащение, самые передовые технологии – все это соединяет в себе ультрасовременный автомобиль-гибрид от компании Lexus. Это машина класса «Люкс». Разработчики позаботились не только о стильном дизайне – авто полностью укомплектовано элементами обеспечения безопасности пассажиров и водителя. Кроме того, не забыли конструкторы и о весьма приятных «мелочах», которые никак не влияют на ходовую часть, зато делают путешествия более приятными и комфортными – акустическая система, шумоизоляция, бортовой компьютер с дисплеем на панели.

Конечно, такой автомобиль по карману далеко не всем – цены стартуют от 70000 долларов. При этом заправлять этот агрегат можно только 95 бензином. Естественно, запчасти и ремонт Лексуса также обойдется владельцу в весьма круглую сумму.

Общее описание

Совершенствование двигателей внутреннего сгорания (ДВС) едва-едва поспевает за предъявляемыми к ним требованиями. С одной стороны, потребители с мечтами об одновременно мощном и экономичном моторе, с другой — экологи, ужесточающие нормы токсичности. А в завершение — геологи, все настойчивее напоминающие об истощении запасов «черного золота». Одним из вариантов решения этой проблемы являются гибридные силовые установки, состоящие из обычного ДВС и электродвигателя. В отличие от электромобилей и автомобилей на топливных элементах, которые все еще остаются «автомобилями будущего», гибриды уже с 1997 года выпускаются серийно.

Давайте сравним автомобиль с обычным ДВС и электромобиль. Обыкновенный автомобиль способен проехать без дозаправки четыре-пять сотен километров и при этом отравить атмосферу некоторым объёмом вредных веществ. Заправочных станций предостаточно в любом регионе, и пополнить запасы топлива можно за считанные минуты. Электромобиль может проехать на одном заряде батарей порядка 80-160 км. Он экологически чист, бесшумен и практически безупречен до того момента, пока не наступает очередь подзарядки аккумуляторов. У существующих в наше время «электрических» машин этот процесс длится несколько часов.

Гибридные автомобили берут все лучшее от обоих моторов: ДВС и электрического. Достоинство первого – в удобном энергоносителе, жидком топливе, а второго – в выдающихся моментных характеристиках. В отличие от ДВС, электромотор не нужно . Он может «стоять и ждать» не потребляя энергии. Но как только дали ток, сразу получили максимальную тягу на колесах. Электродвигатель эффективнее двигателя внутреннего сгорания в режиме частых стартов и стопов (т.е., при езде в городском цикле). Двигатель внутреннего сгорания, наоборот, более эффективен на постоянных, оптимальных для данного двигателя оборотах.

В гибриде оба двигателя работают друг на друга. ДВС крутит генератор и питает энергией электромотор. Тот, в свою очередь, позволяет ДВС работать без резких разгонных нагрузок, в наиболее благоприятных режимах. Практически все современные гибриды имеют систему рекуперации или, по-русски, «возврата энергии». Суть ее в том, что при торможении или при движении машины накатом, электродвигатели начинают крутиться от колес и работать как генераторы, заряжая батарею. Отсюда – меньший износ, экологичность и экономичность (особенно в городском цикле.)

Итак, перед нами технологичный прогрессивный автомобиль, в котором нивелируются недостатки и объединяются достоинства двух моторов. Но.., рано хлопать в ладоши, и послушаем, что говорят скептики.

Гибридные автомобили сложнее и дороже традиционных автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Аккумуляторные батареи имеют небольшой диапазон рабочих температур, не любят морозов, подвержены саморазряду, срок службы их ограничен несколькими годами. А «экономность» гибрида прямо связана с состоянием АКБ. Кроме того, существует проблема утилизации отработанных батарей. Гибриды дороже в ремонте, да и за сам ремонт возьмется далеко не каждый. Кроме того, высокую экологичность и экономичность гибридов многие тоже ставят под сомнение. Так, ряд тестов, проведенных авторитетными автомобильными изданиями, показал, что гибриды дают заметную экономию топлива только в городе, при движении же в смешанном цикле незначительно, а за городом существенно проигрывают современным дизелям. Почетное звание «Самый экологичный автомобиль года» в 2007 и 2008 годах присуждалась также автомобилям с дизельными моторами.

Рассмотрим подробнее, какими бывают и как устроены гибриды.

По степени гибридизации их делят на «умеренные»,«полные» и plug-in. «Полный» в состоянии двигаться лишь на электричестве, не потребляя топлива. «Умеренный» всегда задействует ДВС, а электромотор подключается, если требуется дополнительная мощность. Гибрид с подзарядкой (plug-in hybrid) — такой гибрид можно включать в розетку для подзарядки. В результате обладатель подобного гибрида получает все преимущества электрического автомобиля, без самого большого недостатка: ограниченного пробега на одном заряде. Когда электрический заряд заканчивается, подключается ДВС и автомобиль превращается в обычный гибрид.

По принципу взаимодействия электрической и топливной составляющих авто, гибридные приводы принято разделять на три вида: последовательный, параллельный и последовательно-параллельный.

Вывод

Приобретая автомобиль-гибрид, многие автолюбители сомневаются – стоит ли переплачивать 30% стоимость просто за наличие еще одного двигателя (электрического). Наш ответ однозначен – конечно же, стоит! Деньги, потраченные на покупку, вернутся вам уже через 2-3 года – вы будете заметно экономить на заправке, что, несомненно, положительно скажется на вашем бюджете. Кроме того, все гибриды – современные машины, оснащенные самими новыми разработками лучших конструкторов. Соответственно, вместе с автомобилем вы покупаете ежедневный комфорт и безопасность для вас и вашей семьи!

Источники

• https://automonth.ru/rejting-gibridnyh-avtomobilej/
• https://nahybride. ru/baza-znanij/kak-rabotaet-gibridnyj-dvigatel-avtomobilya
• https://jplife.ru/stati/luchshie-gibridnye-avtomobili/
• https://dvsoff.ru/tip/gibridnyj-dvigatel
• https://www.drom.ru/info/misc/67656.html
• https://AutoVogdenie.ru/kak-rabotaet-gibridnyj-dvigatel.html
• https://zen.yandex.com/media/avtotachki/gibridnyi-avtomobil-chto-nujno-znat-5ec2990dd5408876452306cb
• https://KrutiMotor.ru/avto-s-gibridnym-dvigatelem/

Гибридная силовая установка — принцип работы

В поисках современных решений существующих проблем производители создают новые виды двигателей, совершенствуют конструкции автомобилей и внедряют улучшенные технологии. Результатом подобной работы стало появление гибридного автомобиля. Сейчас многие с большой уверенностью говорят, что именно так будут выглядеть машины на дорогах в ближайшем будущем.

Термин «гибридный» обозначает автомобиль, который имеет больше одного источника энергии. Мы привыкли к тому, что все автомобили используют двигатель внутреннего сгорания на бензиновом или дизельном топливе. Также раньше были известны так называемые электромобили. Сейчас же производители стараются привлечь покупателей, повышая экономию топлива, поэтому они объединяют двигатель внутреннего сгорания и электромотор в одном автомобиле.

Особенности конструкции

Гибридная силовая установка действительно обладает рядом преимуществ перед традиционными автомобилями.

Главная особенность гибридного двигателя заключается в том, что благодаря ему удается избежать работы двигателя при малых нагрузках, что в сочетании с рекуперацией кинетической энергии заметно повышает эффективность расхода топлива.

Если рассмотреть такой автомобиль более детально, то удастся выделить несколько основных элементов:

• бензиновый мотор;
• электрогенератор;
• гибридная трансмиссия;
• электродвигатель задних и передних колес;
• батарея высокой емкости;
• блок управления силовой системой.

Подобные идеи уже появлялись раньше в том числе в СССР в 70-х годах, часть из них даже находила свое воплощение в различных видах железнодорожного транспорта, карьерной техники и прототипах городских автомобилей. В частности это касается генератора и других. Используя преимущества электромоторов и ДВС гибридный автомобиль способен показать более высокий коэффициент полезного действия, что собственно и является главной целью создания подобных машин. Данные идеи стали особенно актуальны в наше время в условиях повышения цен на топливо.

Подробнее о новинке Российского рынка — автомобиле с гибридной силовой установкой «Ё-мобиль»:

Преимущества и недостатки

Среди основных преимуществ отмечают следующие черты:

• экономичность;
• экологическая чистота;
• улучшенные ходовые характеристики;
• увеличенная дальность пробега;
• возможность повторного использования энергии движения.

В то же время на данный момент имеются свои недостатки. В частности это высокая сложность конструкции, вследствие чего увеличивается себестоимость. Из-за этого многие мировые автомобильные компании отказываются или откладывают на неопределенный срок создание подобных образцов. Также усложняется техническое обслуживание, возникают трудности с утилизацией аккумуляторных батарей и т.д.

Принцип работы

Электромотор используется для того, чтобы тронуться с места и дальнейшей езды на малых скоростях. При первичном разгоне батарея начинает отдавать свою энергию, направляя ее на блок управления электропитанием и затем непосредственно на электрические двигатели.

Во время движения в обычном режиме используется одновременно бензиновый двигатель и электромотор. Нагрузка распределяется между ними равномерно. Генератор производит зарядку батареи во время движения, когда в работу вступает ДВС.

Во время разгона основная нагрузка ложится на бензиновый двигатель. Если требуется улучшить динамику, то в дело вступает электромотор. В этом режиме вновь происходит зарядка батареи за счет энергии движения.

Во время торможения гибридная силовая установка использует кинетическую энергию и преобразует ее в электрическую, которая в свою очередь направляется на блок управления электропитанием. Бензиновый двигатель функционирует в нормальном режиме. За счет преобразования кинетической энергии торможения происходит зарядка высоковольтной батареи.

Отсюда можно понять, что гибридные автомобили гораздо более эффективны в работе, хотя бы за счет того, что используется кинетическая энергия, которая до этого просто расходовалась впустую. Кроме того производители устанавливают на свои машины самые современные двигатели внутреннего сгорания и сложные компьютерные системы.

Используя только электрические моторы, можно проехать порядка 100 километров, что также является одним из преимуществ.

Многие специалисты сейчас достаточно уверенно говорят, что это современная система расходования топлива и энергии, в которой так нуждались автомобили. В ближайшее время гибридные установки будут продолжать развиваться и совершенствоваться. Если удастся устранить существующие недостатки — сложность конструкции и более высокую стоимость — то подобные машины завоюют лидерство буквально за несколько лет. Остается только подождать новых шагов от мировых автомобильных компаний и посмотреть своими глазами, что же у них получится.

Фото

Toyota Yaris Hybrid

Toyota FT-Bh концепт гибрид

Toyota FT-Bh концепт гибрид 2

Салон Toyota FT-Bh на гибридной силовой установке

Концепт автомобиля будущего

Видео

Также вам будет интересно посмотреть следующее видео о гибридной силовой установке:

Гибридные двигатели на катерах и яхтах

Электрические моторы устанавливают на лодках с 1838 года. Принцип их работы прост. Электродвигатель подключают к аккумуляторной батарее, а контроллер регулирует количество оборотов винта и скорость движения судна. Но даже с аккумуляторами большой емкости запас хода у лодки с электромотором ограничен. После того как тяговые аккумуляторы разрядятся для их зарядки приходится запускать двигатель внутреннего сгорания или возвращаться на базу и подключать зарядное устройство к береговой электросети. В результате электроустановка работает менее эффективно, чем дизельный двигатель с правильно подобранным дополнительным оборудованием.  При этом она оказывается тяжелее, стоит дороже и занимает больше места.

Чтобы затраты на электромотор оказались оправданными, аккумуляторная батарея большой емкости и мощное зарядное устройство должны работать эффективнее традиционного двигателя

Транспортное средство с гибридной силовой установкой использует для движения две независимые системы привода. Чаще всего это двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель. В настоящее время гибридные двигатели – это основная технология в автомобильной промышленности, которая постепенно получает распространение и в судостроении.

Отличительная особенность гибридных энергосистем — накопитель энергии, благодаря которому бортовое оборудование может использовать несколько источников мощности. На катерах и яхтах это дизельный двигатель, береговая электрическая сеть, ветрогенератор, солнечные панели или гидрогенератор. Полученная из разных мест электрическая энергия сохраняется в аккумуляторах, позволяя гибридной установке длительное время работать на созданном запасе или сразу направляется потребителям.

Последовательная гибридная установка

Гибридную установку, состоящую из дизельного генератора переменного или постоянного тока и электродвигателя называют последовательной. Генератор увеличивает запас хода и питает электромотор, после того как разрядятся аккумуляторы. Чаще всего используют DC генератор на постоянных магнитах, для которого электромотор это единственная и самая большая нагрузка. Электромотор в последовательной установке должен быть достаточно мощным, чтобы противостоять неблагоприятным условиям, в которых может оказаться судно.

Режим работы при котором электродвигатель, вращающий гребной винт, напрямую работает от генератора называется дизель-электрическим

Эффективность использования последовательной гибридной установки зависит от скорости движения. Испытания, проведенные на яхте длиной 14,5 метров с дизельным двигателем мощностью 75 л.с показали, что на скорости 4 узла гибрид сохраняет 50% топлива. Но поскольку в этом режиме потребление топлива у традиционной системы также не высокое, экономия в литрах оказывается не значительной.

Удельное потребление топлива вдоль рабочей кривой винта в зависимости от скорости яхты. Данные испытаний в реальных условиях дизельного двигателя мощностью 75 л.с на яхте длиной 48 футов (14,5 м) и весом 16 тонн. На графике видна неэффективность обычной силовой установки при небольших нагрузках и медленной скорости судна. Точки пересечения горизонтальных линий с рабочей кривой отображают оптимальную скорость для различных режимов работы двигателя — дизель-электрического или от аккумуляторов. Выше этих скоростей эффективнее двигатель внутреннего сгорания

С ростом скорости экономия топлива снижается, и при 6,8 узлах двигатель внутреннего сгорания становится эффективнее (пороговая скорость). Если электродвигатель работает от аккумуляторных батарей, а не напрямую от генератора, то из-за того, что КПД аккумуляторов составляет 80-90%, удельный расход топлива на валу возрастает, и пороговая скорость снижается до 5,4 узлов.

 Так же, как и в двигателях внутреннего сгорания эффективность электродвигателей падает при небольших оборотах и низких нагрузках. Чем мощнее двигатель, тем выше скорость, при которой возрастают потери. Последовательный гибрид станет экономически оправданным, если большую часть времени судно будет двигаться со скоростью ниже пороговой, лишь иногда превышая ее.

 Альтернативные источники энергии

В основе гибридной установки лежит шина, с помощью которой электродвигатель и бортовое оборудование подключают к источникам электрической энергии. Для катеров и яхт такие источники — это береговая сеть, солнечные панели, ветро или гидрогенератор. Каждый кВтч выработанный без помощи двигателя внутреннего сгорания снижает удельный расход топлива, а в некоторых случаях не моторные источники энергии компенсируют всю потребляемую мощность.  Например:

1. Небольшой паром, работающий на коротком маршруте,заряжает аккумуляторные батареи во время высадки и посадки пассажиров от береговой электрической сети. 20-30 минут работы мощного зарядного устройства достаточно, чтобы подготовить судно к новой поездке.
2. На скоростных парусных катамаранах за счет регенерации судно создает большой запас энергии, который сохраняется в аккумуляторах и используется для питания электродвигателя. Свободная площадь на катамаране позволяет дополнительно устанавливать солнечные панели большой мощности.
3. Электрический двигатель на яхте, часто используется только чтобы войти и выйти из гавани, а в остальное время яхта двигается под парусом.

Во всех трех примерах судно работает на электрической тяге, а генератор находится в резерве для аварийных ситуаций и длительных поездок.  Чем меньше работает генератор во время движения судна, тем экономичнее гибридная установка. Суммарное удельное потребление топлива у нее будет ниже, чем у традиционной системы, несмотря на то, что во время работы генератора расход топлива может быть больше.

В настоящее время, кроме регенерации, которая используется только на парусных яхтах, основных источников альтернативной энергии два – солнце и ветер. Их полноценному использованию мешают два обстоятельства – низкая удельная мощность устройств, вырабатывающих электричество и невысокая плотность хранимой в аккумуляторах энергии.

Каждый раз, когда в водоизмещающем режиме судно разгоняется выше предельной скорости, его сопротивление резко возрастает, мощности, генерируемой не связанными с двигателем источниками энергии становится недостаточно и аккумуляторные батареи быстро разряжаются. Последовательная гибридная установка не может поддерживать длительное время скорость движения выше пороговой без использования генератора и в этом режиме проигрывает двигателю внутреннего сгорания.

Напряжение системы

Самое большое сечение кабеля которое без затруднений можно использовать на судне – 2/0 AWG (70 мм2). Такой кабель рассчитан на ток 300 А, что при напряжении 12 вольт эквивалентно потребляемой мощности 12 х 300 = 3600 Вт. Чтобы не превышать уровень 300 А и использовать более мощные устройства увеличивают напряжение в системе.

Последовательные гибридные системы на судах длиной более 25 футов (7,5метров) используют напряжения от 70 до 700 вольт. При токе 300 ампер это дает мощность до 200 кВт. Высокое напряжении заставляет тщательно учитывать вопросы безопасности и устанавливать большое количество последовательно соединенных аккумуляторов. Чем больше аккумуляторов, тем больше проблем с их балансировкой и контролем и тем больше число потенциальных точек отказа.

Параллельные гибридные установки

В параллельной гибридной установке внешний электродвигатель дополняет уже установленный двигатель внутреннего сгорания. Электромотор подключают к валу, вращающему винт, с помощью муфты, благодаря чему он может работать как одновременно, так и независимо от основного двигателя.

Параллельная гибридная установка Fischer Panda. Цифрами на схеме обозначены: 1. Электрический двигатель 2. Контроллер EasyBox 3. Панель управления GD2 4. Рычаг управления 5. Электромагнитная муфта 6. Зарядное устройство 7. Береговое подключение 8. Инвертoр для оборудования 220 Вольт EasyBox – это сердце силовой установки. В нем находится блок управления электромотором, блок предохранителей, зарядное устройство и разъемы для подключения рычага управления, контрольной панели и аккумуляторной батареи.

При параллельной компоновке электродвигатель не обязательно должен быть очень мощным, его должно хватать для движения со скоростью ниже пороговой или выполнения маневров, а на высокой скорости винт вращает двигатель внутреннего сгорания.   Менее мощный электродвигатель эффективнее на небольших скоростях, однако в параллельной установке он может работать только от аккумуляторов, которые являются источником дополнительных потерь энергии. Однако несмотря на потери в аккумуляторной батарее общая эффективность параллельной установки выше, чем последовательной.

Емкость аккумуляторов при параллельной установке меньше, чем при последовательной, а значит меньше их объем, вес и стоимость. Если придерживаться ограничения тока в 300 ампер, то максимальная мощность двигателя составит 300 ампер × 48 вольт = 14,4 кВт. Этого достаточно для маневрирования в гавани на яхте длиной 18-20 м.

В параллельном гибриде во время работы двигателя внутреннего сгорания электромотор может работать как генератор. При этом винт может вращаться или быть отключен. На парусных яхтах электромотор подключают к выходному валу таким образом, что во время движения под парусом винт вращает ротор электромотора и двигатель работает как гидрогенератор, заряжая аккумуляторные батареи

Работа электродвигателя в режиме генератора позволяет питать бортовую электрическую систему постоянного тока, и силовая установка оказывается более компактной, чем автономный генератор

Преимущества гибридного двигателя

Оба типа установок позволяют использовать электродвигатель для маневрирования в гавани и передвижения в водоемах, где запрещено использовать двигатели внутреннего сгорания. Принять решение о установке гибридного двигателя можно после сравнения крейсерской и пороговой скорости судна. Если пороговая скорость в дизель электрическом режиме выше крейсерской, то последовательная гибридная установка большую часть времени будет работать эффективнее дизельного двигателя. Если регулярная скорость больше пороговой, но используются дополнительные источники энергии, то расход топлива будет меньше, чем при работе двигателя внутреннего сгорания.

Если на судне планируется устанавливать вспомогательный генератор, то параллельная гибридная установка может заменить его. Как правило она работает эффективнее, чем генератор переменного тока, стоит не дороже его, занимает меньше места и не требует монтажа выхлопной, охлаждающей и топливной системы. Электродвигатель в этом случае оказывается дополнительным бонусом.

Что значит гибридный двигатель на автомобилях

Дорогие соотечественники, сегодня поговорим, что такое гибридный двигатель на автомобиле, как он работает, из чего состоит, о плюсах и минусах новых разработок.

В большинстве современных автомобилей в качестве силовой установки используется двигатель внутреннего сгорания, но учитывая истощение запасов нефти, и возрастающие требования к экологичности двигателей, автокорпорации занялись разработкой новых технологий, которые позволили бы отказаться от углеводородов как от основного топлива или хотя бы снизить их потребление.

Вместо двигателя внутреннего сгорания устанавливать электромоторы пока не эффективно, потому как энергоемкость аккумуляторов связана с большим весом и соответственно их высокой стоимостью.

Однако уже почти все крупнейшие мировые авто производители начали выпускать свои модели гибридных автомобилей. Они сочетают двигатель внутреннего сгорания и электрическую энергоустановку.

Признанный лидер в разработке и выпуске гибридных автомобилей остается Toyota. Этот концерн выпустил в серию первый гибрид еще в 1997 году и продолжает выпускать еще несколько моделей надежных автомобилей.

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:
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.

Классификация по степени электрификации

Разбираясь в особенностях гибридных двигателей, поговорим и о различном применении электромоторов. Степень электрификации машины указывает на возможности электрической установки. В одном случае, она идёт как приложение, в другом — позволяет полноценно передвигаться на электротяге. Чтобы понять насколько прогресс ушёл вперёд, рассмотрим этапы электрификации последовательно.

Микрогибрид

Двигатель-микрогибрид представляет собой простейшую форму гибридизации. Автомобиль оснащается системой «Старт-Стоп», в которой электрическая установка используется, как стартер и генератор, но не передаёт энергию колёсам. Во время работы машины на холостом ходу блок управления глушит бензиновый двигатель, позволяя сэкономить топливо. В среднем расход в городе снижается на 10%.

Энергия, сохранённая от рекуперативного торможения, питает систему «Старт-Стоп» и бортовые устройства.

В силовую установку микрогибрида устанавливают штатную коробку передач с импульсным масляным насосом. В режиме «Старт-Стоп», пока двигатель не работает, необходимо сохранить элементы переключения включенными. Насос поддерживает давление масла в каналах КПП, чтобы после запуска двигателя, автомобиль был готов ехать спустя 0,3 с.

Мягкий гибрид

Термин «мягкий» или «умеренный» гибрид означает, что электромотор используется в автомобилях как лёгкая «поддержка» ДВС. Основную работу в режиме ускорения и штатного движения выполняет бензиновый двигатель. Суть использования электрической установки — помощь при трогании и ускорении автомобиля, а также для подзарядки батареи во время торможения. Мощность электродвигателя не превышает 50 кВт.

Похожая статья Технические характеристики 4216 двигателя УМЗ

К гибридам подобного действия относятся: BMW 7 ActiveHybrid, Honda Civic Hybrid, Suzuki Smart Hybrid, Mercedes S 400 Hybrid.

Полный гибрид

Полноценный гибридный автомобиль способен работать на одном тяговом электромоторе при выключенном ДВС. Электрический двигатель заменяет сцепление, работает как генератор для заряда аккумуляторных батарей, в том числе в режиме рекуперативного торможения. В отличие от умеренного гибрида, здесь применяется электромотор мощностью 60 — 250 кВт.

Принцип полного гибрида реализован в Audi A1 и BMW X6 ActiveHybrid. В такие гибриды устанавливают мощные литий-ионные аккумуляторные батареи. Однако, при ёмкости в 12кВт/ч, накопитель электроэнергии сможет обеспечить пробег автомобиля не более 60 км. При низком уровне заряда ДВС подключается автоматически, но чтобы снизить потребление топлива и увеличить пробег электрического мотора, инженеры разработали Plung-In.

Гибриды плагины

Plung-In или гибрид-плагин по принципу работы схож с полным гибридом. Разница заключается в возможности подзарядки аккумулятора от внешней сети. Расстояние, которое может проехать машина на одной электрической тяге, характеризуется показателем PHEV.

Чтобы превратить гибридный двигатель в Plung-In, необходимо поставить дополнительное оборудование: зарядное устройство, дополнительный блок управления и блок батарей. Розетка для заряда располагается возле лючка для заправки топливного бака. Для подпитки батареи можно использовать домашнюю электросеть, учитывая рекомендации производителя.

Немного о схемах взаимодействия и видах гибридных автомобилей

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

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.

Преимущества и недостатки гибридных авто

Разобравшись, как работает гибридный автомобиль, подведём итог в виде объективной оценки. Сведём плюсы и минусы гибридного двигателя в таблицу.

Преимущества	Недостатки
1. Высокий КПД за счёт использования крутящего момента от ДВС при любых нагрузках	1. Мало специалистов по ремонту и обслуживанию гибридов
2. Экономия бензина в городе 10 — 30%	2. Высокая стоимость аккумуляторных батарей. При выходе из строя одного элемента приходится менять весь блок в сборе. Проблема с утилизацией
3. Энергия торможения рекупируется в электрическую энергию	3. Наличие большого количества электроники. Сложность с запчастями. Дорогой ремонт.
4. Использование ДВС меньшей мощности и габаритов. Возможность отказаться от сцепления и КПП	4. Недостаточное количество станций для подзарядки аккумуляторов. Малый пробег на одной электротяге
5. Надёжный запуск зимой	5. Плохая маневренность
6. Снижение токсичных выхлопов	6. Из-за холодов батареи быстрее выходят из строя
7. Тихая работа	7. Бесшумная работа приводит к авариям

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

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:

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:

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:

Honda Civic Hybrid — Очень надежный и экономичный автомобиль.

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!

Источник

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.

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.

Интересно знать!

При сгорании 1 л бензина и от работы аккумулятора массой 4,5 ц получается одинаковое количество энергии.

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 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:

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.

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.

Какой автомобиль называют «гибридом»

Силовой агрегат промежуточного этапа стал представлять собой комбинацию из уже отработанной конструкции ДВС и одного или нескольких электромоторов.

Электрическая часть тяговой установки получает питание от генераторов, связанных механически с бензомотором или дизелем, аккумуляторных батарей и системы рекуперации, возвращающих в накопитель энергию, выделяющуюся при торможении автомобиля.

Все многочисленные схемы практической реализации идеи получили название гибридов.

Что нужно знать о гибридной машине и как она работает

Достоинство кроется в наличии электродвигателя, работа которого поддерживается двигателем внутреннего сгорания. Последний, по существу, выполняет две функции: преобразование химической энергии топлива в кинетическую энергию и зарядку аккумулятора электродвигателя. Преимущества гибридной технологии не ограничиваются только экологическим аспектом, но также обеспечивают экономию топлива. Это наблюдается, прежде всего в определенных ситуациях, например, во время фаз максимальной нагрузки, во время которых тяга, создаваемая электродвигателем, позволяет получить более высокую производительность при сохранении низкого потребления топлива.

Более того, при запуске из состояния покоя, как в случае светофора, движение транспортного средства индуцируется исключительно электродвигателем, без необходимости работы двигателя внутреннего сгорания. Это означает, что автомобиль способен покрывать некоторые участки аккумулятора, гарантируя нулевые выбросы и экономию топлива. Функция замедления транспортного средства также назначается электродвигателю. В этот момент электродвигатель противодействует вращению колес, превращая кинетическую энергию в электрическую.

Сколько существует типов гибридных автомобилей?

Начнем с того, что слово «гибрид» происходит из латинского языка и означает нечто, имеющее смешанное происхождение или сочетающее разнородные элементы. Говоря об автомобилях то здесь это означает автомобиль с двумя типами силового агрегата (двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель).

Виды гибридных авто:

• мягкий;
• последовательный;
• параллельный;
• полный;
• аккумуляторный.

Что такое гибридный двигатель и как он работает

Подводя итог: все различные типы гибридных двигателей имеют тепловой двигатель, электродвигатель и аккумулятор. Гибридные автомобили существуют в трех вариантах:

В случае полностью гибридного двигателя транспортное средство может использовать только тягу электродвигателя. Автономность и производительность в этом случае ограничены мощностью батареи, которая заряжается исключительно вместе с рекуперацией энергии при выпуске.

Гибридные автомобили с подключаемым модулем имеют схему, идентичную модели гибридного автомобиля с более мощным аккумулятором (от 1 до 8 кВт / ч), который позволяет ему проехать до 50/60 км. Подключаемые модули заряжаются с помощью обычной электрической розетки или общедоступной колонки. Для полного пополнения нужно подождать в среднем 3/4 часа, но наиболее интересным аспектом является то, что, когда батарея разряжена, они обычно работают с тепловым двигателем.

Третий и последний тип гибридного двигателя, доступного на рынке, представляет собой мягкий или минимальный гибрид, основной особенностью которого является использование электродвигателя только на некоторых этапах работы. Этот тип гибридного автомобиля не позволяет маршировать с нулевым уровнем выбросов, но этого достаточно, чтобы сократить расход топлива.

Принцип работы гибридного автомобиля

Как устроены гибридные автомобили — ДРАЙВ

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.

Как работает гибридный двигатель, автомобиль гибрид

Критическая ситуация с экологией и постоянный рост цен на топливо заставляют искать производителей транспорта новые решения. Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) усовершенствуются, модифицируются и «смешиваются» с электродвигателями. Для чего это делается, как работает гибридный двигатель, рассмотрим в сегодняшней публикации.

Идею соединить два агрегата (двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель) новой не назовешь. В 1897 году французская компания Parisienne des Voitures Electriques начала производство авто с гибридными двигателями, а немногим позднее американская General Electric выпустила первый гибрид с бензиновым четырехцилиндровым двигателем. Но тогда такое новшество оказалась экономически нецелесообразным. Топливо было дешевым, а мощность автомобиля-гибрида уступала мощности традиционных моделей. Но времена изменились. Топливо дорожает, экологическая обстановка ухудшается. Автомобили со смешанными силовыми агрегатами стали актуальными и начали набирать популярность.

Простыми словами о сложном

Что же представляет собой гибридный двигатель? Гибридный двигатель – это система, состоящая из двух связанных между собой агрегатов: электрического и бензинового. Они могут работать как по отдельности, так и одновременно. Управляет этой системой бортовой компьютер автомобиля. Он решает, в зависимости от режима движения, какой тип силового агрегата нужно задействовать в конкретный момент времени.

Для движения по городу, когда от двигателя не требуется выработки большой мощности, используется электродвигатель. Во время движения по загородным трассам компьютер отключает электродвигатель и задействует топливный агрегат.

При смешанном режиме езды, когда двигатель автомобиля работает под нагрузкой с периодическими ускорениями и остановками – два агрегата работают в тандеме. Причем во время работы топливного двигателя, идет зарядка электрического. Отдельного внимания заслуживают двигатели, работающие на водороде.

Экономия электроэнергии в гибридных двигателях

Известно, что на движение автомобиля затрачивается огромное количество энергии. В связи с этим возникает закономерный вопрос: как электромотор даже в условиях малых нагрузок может долго работать без дополнительного прицепа с аккумуляторами. Чтобы понять принцип работы электродвигателя автомобиля, нужно проследить весь процесс от начала движения до остановки.

Когда автомобиль трогается либо движется на малых скоростях, всю работу осуществляет электродвигатель, который питается от аккумулятора. Далее в его задачу входит разогнать автомобиль до предельно возможной для электродвигателя скорости. После этого компьютер дает команду на включение топливного двигателя. При этом ДВС часть энергии отдает на генератор, который подменяет АКБ и продолжает вместо нее питать электромотор, параллельно заряжая аккумулятор. Автомобиль при этом работает на двух силовых агрегатах одновременно.

При движении со средней скоростью электродвигатель отключается, работает только ДВС, пополняя запас энергии аккумулятора. При повышении нагрузки на ДВС ему на помощь снова приходит электромотор. Но электроэнергия пополняется не только за счет работы ДВС. Тормозной механизм автомобиля с гибридным двигателем устроен таким образом, что образовавшаяся во время торможения энергия, преобразовывается в электрическую и тоже идет на питание электромотора. Такое торможение получило название «рекуперативное».

Рассмотренный выше алгоритм работы описывает общую картину работы гибридного силового агрегата автомобиля. На сегодняшний день существует три типа таких двигателей: последовательный, параллельный и смешанный.

Последовательная схема гибрида

Принцип работы такой схемы можно считать самой простой из гибридов. Двигатель внутреннего сгорания в данном типе является вспомогательным элементом и предназначен для работы генератора. Генератор, получая энергию от ДВС, преобразует ее в электрическую и запитывает электромотор, который приводит автомобиль в движение.

Такая схема, как правило, применяется в маломощных автомобилях (малолитражках). Но используемый аккумулятор имеет большую емкость, с возможностью зарядки от обычной электросети. Большая емкость АКБ позволяет минимизировать использование ДВС, то есть автомобиль может двигаться на электродвигателе, который питается только от аккумулятора. Chevrolet Volt – это одна из моделей автомобилей, в которой использована последовательная схема гибрида.

Простыми словами о сложном

Что же представляет собой гибридный двигатель? Гибридный двигатель – это система, состоящая из двух связанных между собой агрегатов: электрического и бензинового. Они могут работать как по отдельности, так и одновременно. Управляет этой системой бортовой компьютер автомобиля. Он решает, в зависимости от режима движения, какой тип силового агрегата нужно задействовать в конкретный момент времени.

Для движения по городу, когда от двигателя не требуется выработки большой мощности, используется электродвигатель. Во время движения по загородным трассам компьютер отключает электродвигатель и задействует топливный агрегат.

При смешанном режиме езды, когда двигатель автомобиля работает под нагрузкой с периодическими ускорениями и остановками – два агрегата работают в тандеме. Причем во время работы топливного двигателя, идет зарядка электрического. Отдельного внимания заслуживают двигатели, работающие на водороде.

Экономия электроэнергии в гибридных двигателях

Известно, что на движение автомобиля затрачивается огромное количество энергии. В связи с этим возникает закономерный вопрос: как электромотор даже в условиях малых нагрузок может долго работать без дополнительного прицепа с аккумуляторами. Чтобы понять принцип работы электродвигателя автомобиля, нужно проследить весь процесс от начала движения до остановки.

Когда автомобиль трогается либо движется на малых скоростях, всю работу осуществляет электродвигатель, который питается от аккумулятора. Далее в его задачу входит разогнать автомобиль до предельно возможной для электродвигателя скорости. После этого компьютер дает команду на включение топливного двигателя. При этом ДВС часть энергии отдает на генератор, который подменяет АКБ и продолжает вместо нее питать электромотор, параллельно заряжая аккумулятор. Автомобиль при этом работает на двух силовых агрегатах одновременно.

При движении со средней скоростью электродвигатель отключается, работает только ДВС, пополняя запас энергии аккумулятора. При повышении нагрузки на ДВС ему на помощь снова приходит электромотор. Но электроэнергия пополняется не только за счет работы ДВС. Тормозной механизм автомобиля с гибридным двигателем устроен таким образом, что образовавшаяся во время торможения энергия, преобразовывается в электрическую и тоже идет на питание электромотора. Такое торможение получило название «рекуперативное».

Рассмотренный выше алгоритм работы описывает общую картину работы гибридного силового агрегата автомобиля. На сегодняшний день существует три типа таких двигателей: последовательный, параллельный и смешанный.

Последовательная схема гибрида

Принцип работы такой схемы можно считать самой простой из гибридов. Двигатель внутреннего сгорания в данном типе является вспомогательным элементом и предназначен для работы генератора. Генератор, получая энергию от ДВС, преобразует ее в электрическую и запитывает электромотор, который приводит автомобиль в движение.

Такая схема, как правило, применяется в маломощных автомобилях (малолитражках). Но используемый аккумулятор имеет большую емкость, с возможностью зарядки от обычной электросети. Большая емкость АКБ позволяет минимизировать использование ДВС, то есть автомобиль может двигаться на электродвигателе, который питается только от аккумулятора. Chevrolet Volt – это одна из моделей автомобилей, в которой использована последовательная схема гибрида.

Параллельная схема гибридного автомобиля

Принцип работы параллельной схемы заключается в том, что ДВС и электромотор установлены таким образом, что появляется возможность их использовать как вместе, так и по отдельности. Но все же основная функция электромотора в такой схеме – это создание дополнительной мощности ДВС при ускорении. Кроме того электродвигатель выполняет функции стартера и генератора. Аккумуляторы при такой схеме не требуют дополнительной подзарядки, им хватает энергии, вырабатываемой при движении.

Honda Insight, Honda Civic Hybrid, BMW Active Hybrid 7, Volkswagen Touareg Hybrid – модели с параллельной схемой гибридного двигателя.

Последовательно – параллельная схема гибрида

В этой схеме ДВС и электромотор связывает между собой планетарный редуктор, при помощи которого мощность от обоих двигателей передается на ведущие колеса.

Смешанная схема отличается от параллельной наличием генератора, создающего энергию для электродвигателя.

Toyota Prius, Lexus RX 450h, Ford Escape Hybrid – это представители полного гибрида.

Положительные стороны гибридных двигателей

1. Основное достоинство гибридов заключается в его экономичности. Минимальная экономия топлива составляет 20%, что в условиях роста цен довольно ощутимое преимущество.
2. Совместное использование двух двигателей снижает количество выбросов СО2.
3. Отличные ходовые характеристики, которые достигнуты благодаря рациональному накоплению и последующему перераспределению мощностей, выработанных совместно двумя двигателями.
4. В сравнении с традиционным автомобилем гибрид обладает ощутимым запасом хода, то есть он может продолжать движение даже с пустым баком.
5. Характеристики гибридных двигателей полностью идентичны традиционным моделям с ДВС, вопреки сложившимся стереотипам, а с учетом других преимуществ порой даже превосходит их.
6. Электродвигатели практически бесшумны, что добавляет комфорта при эксплуатации автомобиля.
7. В сравнении с электромобилем, АКБ гибрида заряжается от топливного двигателя, что увеличивает запас его хода.
8. Заправка автомобиля осуществляется тем же бензином, что и традиционные авто.

Недостатки гибридов

1. Высокая стоимость автомобиля.
2. Обслуживание автомобиля требует больших затрат. Ремонтировать такую машину самостоятельно вряд ли удастся, а квалифицированных мастеров найти большая сложность. С комплектующими также гарантированно будут проблемы.
3. Перепады климатических температур плохо влияют на АКБ и приводят к их саморазряду.

Внешне автомобили с гибридными силовыми агрегатами не отличаются от классических бензиновых собратьев. Конечно, если бы модели автомобилей с гибридными двигателями имели такую же стоимость, как аналоги с ДВС, а обслуживание не вызывало сложностей, вряд ли кто отказался бы от такой машины. Но на данный момент реалии таковы, что разница в цене гибрида и аналога составляет в среднем 4000 долларов. Даже если взять в расчет все плюсы таких машин, включая экономию топлива, то разница все равно будет несоразмерная. Если не будет поломок, а пробег будет значительным, машина окупится в лучшем случае лет через пять. Такое положение вещей не вселяет оптимизма. Но как говорится: «Сколько людей – столько и мнений», поэтому выбор всегда остается за конкретным человеком.

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.

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.

При сгорании 1 л бензина и от работы аккумулятора массой 4,5 ц получается одинаковое количество энергии.

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.

Читайте также:  Выбор гибридного аккумулятора для авто

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.

Микрогибридные силовые агрегаты впервые сконструировал и выпустил бренд Тойота.

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 AGM—аккумулятором 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.

Полный гибридный привод – единственный вариант гибридов, объединяющий функции старт-стопа, рекуперации, режим электротяги и систему E-Boost.

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.



Принцип работы гибридного двигателя 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.

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.

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.

Интересно знать!
При сгорании 1 л бензина и от работы аккумулятора массой 4,5 ц получается одинаковое количество энергии.

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.

Экономия электроэнергии в гибридных двигателях

Известно, что на движение автомобиля затрачивается огромное количество энергии. В связи с этим возникает закономерный вопрос: как электромотор даже в условиях малых нагрузок может долго работать без дополнительного прицепа с аккумуляторами. Чтобы понять принцип работы электродвигателя автомобиля, нужно проследить весь процесс от начала движения до остановки.

Когда автомобиль трогается либо движется на малых скоростях, всю работу осуществляет электродвигатель, который питается от аккумулятора. Далее в его задачу входит разогнать автомобиль до предельно возможной для электродвигателя скорости. После этого компьютер дает команду на включение топливного двигателя. При этом ДВС часть энергии отдает на генератор, который подменяет АКБ и продолжает вместо нее питать электромотор, параллельно заряжая аккумулятор. Автомобиль при этом работает на двух силовых агрегатах одновременно.

При движении со средней скоростью электродвигатель отключается, работает только ДВС, пополняя запас энергии аккумулятора. При повышении нагрузки на ДВС ему на помощь снова приходит электромотор. Но электроэнергия пополняется не только за счет работы ДВС. Тормозной механизм автомобиля с гибридным двигателем устроен таким образом, что образовавшаяся во время торможения энергия, преобразовывается в электрическую и тоже идет на питание электромотора. Такое торможение получило название «рекуперативное».

Рассмотренный выше алгоритм работы описывает общую картину работы гибридного силового агрегата автомобиля. На сегодняшний день существует три типа таких двигателей: последовательный, параллельный и смешанный.

Последовательная схема гибрида

Принцип работы такой схемы можно считать самой простой из гибридов. Двигатель внутреннего сгорания в данном типе является вспомогательным элементом и предназначен для работы генератора. Генератор, получая энергию от ДВС, преобразует ее в электрическую и запитывает электромотор, который приводит автомобиль в движение.

Такая схема, как правило, применяется в маломощных автомобилях (малолитражках). Но используемый аккумулятор имеет большую емкость, с возможностью зарядки от обычной электросети. Большая емкость АКБ позволяет минимизировать использование ДВС, то есть автомобиль может двигаться на электродвигателе, который питается только от аккумулятора. Chevrolet Volt – это одна из моделей автомобилей, в которой использована последовательная схема гибрида.

Параллельная схема гибридного автомобиля

Принцип работы параллельной схемы заключается в том, что ДВС и электромотор установлены таким образом, что появляется возможность их использовать как вместе, так и по отдельности. Но все же основная функция электромотора в такой схеме – это создание дополнительной мощности ДВС при ускорении. Кроме того электродвигатель выполняет функции стартера и генератора. Аккумуляторы при такой схеме не требуют дополнительной подзарядки, им хватает энергии, вырабатываемой при движении.

Honda Insight, Honda Civic Hybrid, BMW Active Hybrid 7, Volkswagen Touareg Hybrid – модели с параллельной схемой гибридного двигателя.

Последовательно – параллельная схема гибрида

В этой схеме ДВС и электромотор связывает между собой планетарный редуктор, при помощи которого мощность от обоих двигателей передается на ведущие колеса.

Смешанная схема отличается от параллельной наличием генератора, создающего энергию для электродвигателя.

Toyota Prius, Lexus RX 450h, Ford Escape Hybrid – это представители полного гибрида.

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.

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.

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.

Что собой представляет гибридный автомобиль, его плюсы и минусы

Автомобили с гибридными силовыми установками появились на рынке относительно недавно, но даже за это время они успели выбиться в полноценный отдельный сегмент. По имеющимся прогнозам, именно они в ближайшее время должны вытеснить с рынка автомобили с ДВС, но в дальнейшем будут заменены полноценными электрокарами.

Toyota Prius

Перед тем, как говорить о такой технике, как гибридный автомобиль, следует разобраться в самом понятии слова «гибрид». С греческого языка это переводится как помесь, а именно — объект, сочетающий в себе признаки двух и более предметов. Если же рассматривать гибридных представителей автомобилестроения, то это машины, которые сочетают в себе 2 силовые установки — двигатель внутреннего сгорания и электромотор.

Главное достоинство таких автомобилей — они могут работать как на электричестве, так и на топливе. К примеру, для передвижения по городу, когда проезд затруднен заторами, более разумно использоваться электроэнергию. Если автомобилю нужно набрать полный ход, то лучше всего подойдет стандартное горючее.

Сегодня разработаны и распространены на рынке различные виды гибридных установок. В некоторых версиях электромотору отводится только вспомогательная функция, а за основную работу отвечает ДВС. Это облегченные установки. Но в более современных гибридных автомобилях применяются мощные электромоторы, которые совмещены с ДВС. И в таком виде они могут самостоятельно приводить транспортное средство в движение. Заметим, что в гибридах водитель не может самостоятельно выбирать режим движения — за это отвечает электроника.

Применение одновременно электромотора и ДВС дает несколько преимуществ. Самое главное — экономия топлива

Схема запуска гибридного автомобиля выглядит так: к работе приступает электромотор и аккумуляторы, они подпитывают энергетический центр, который направляет энергию на двигатель. При таком процессе автомобиль стартует с места без шума и рывков. Когда электромотор доходит до максимальной скорости, в работу включается топливный двигатель. Когда функционирует ДВС, часть энергии от него идет на подзарядку аккумулятора.

Преимущества. Применение одновременно электромотора и ДВС дает несколько преимуществ. Самое главное — экономия топлива. Гибридные автомобили потребляют на 25% меньше бензина. А если учитывать, что стоимость горючего растет чуть ли не каждый день, это весомо. Еще один плюс — меньший объем токсичности. Когда бензиновый мотор прекращает работу, выбросов не происходит совсем. Когда транспортное средство стоит на месте, внутри отсутствует какой-либо шум, так как электромотор абсолютно тихий в работе.

Еще один минус — замена аккумулятора каждые 8 лет при идеальных условиях эксплуатации

Недостатки. Когда автовладельцы сталкиваются с первыми поломками гибридных автомобилей, они выделяют основные недостатки. Главный из них — дорогое обслуживание и ремонт. Такая конструкция намного сложнее, а значит требует особого подхода. В России пока что не такое большое количество специалистов, поэтому в любом сервисе нет никакой гарантии, что процедура будет выполнена качественно. Еще один минус — замена аккумулятора каждые 8 лет при идеальных условиях эксплуатации. Еще один важный пункт, который препятствует приобретению гибридов, — высокая стоимость.

Итог. Гибридные автомобили имеют в оснащении электромотор и ДВС. У таких автомобилей есть преимущество в виде экономии топлива, но и без недостатков не обходится.

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.

Интересно знать!

Микрогибридные силовые агрегаты впервые сконструировал и выпустил бренд Тойота.

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 AGM—аккумулятором 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.

Важно!

Полный гибридный привод – единственный вариант гибридов, объединяющий функции старт-стопа, рекуперации, режим электротяги и систему E-Boost.

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.

Гибридная технология

: как работает Prius?

Ваша Toyota Prius проложила путь к процветанию индустрии гибридных автомобилей. Toyota Prius Prime 2020 года имеет комбинированный расход топлива EPA по городу и шоссе 54 мили на галлон, который увеличивается до 133 миль на галлон в сочетании с электроэнергией.

Они производят всего 1,3 тонны выхлопных газов CO2 в год (обычный автомобиль выбрасывает 4,3 тонны), экономят вам 5 250 долларов за пять лет на топливе и имеют резкий рост популярности, продавая более чем в 42 раза больше автомобилей через 12 лет после первой выпуск модели.Все это невероятные достижения, но как работает Prius?

В этой статье мы проанализируем Toyota Prius, чтобы определить, как гибридный двигатель делает ваш автомобиль экономичным.

Дизайн Prius

Дизайн Prius влияет на его скорость за счет уменьшения лобового сопротивления. Форма вашего автомобиля определяет, как воздух обтекает тело. Более изящные аэродинамические модели рассекают воздух, чтобы свести к минимуму потребность в топливе для достижения высоких скоростей, поскольку они уменьшают испытываемое сопротивление.

Prius Gen 3 имеет незначительные отличия от Prius Gen 2. Этот выпуск имеет более длинный и широкий корпус с более острыми углами, которые улучшают его сопротивление ветру и уменьшают лобовое сопротивление с 0,26 до 0,25. Даже незначительное снижение коэффициента аэродинамического сопротивления увеличивает пробег автомобиля в милях на галлон.

Gen 3 также изменил трансмиссию и двигатель. Трансмиссия на 20% меньше и легче, что увеличивает экономию топлива с 48 до 51 миль на галлон. Мощность и запас топлива в двигателе увеличились с 76 л.с. до 1.от 5 л до 98 л.с. и 1,8 л.

Еще одной привлекательной чертой Prius является его энергоемкий двигатель. Автомобиль оснащен многофункциональным дисплеем, который отслеживает, сколько энергии проходит между аккумулятором и двигателем, уровень заряда аккумулятора и тормозные системы.

Гибридный двигатель: как работает Prius?

Возможно, вы купили Toyota Prius, чтобы сэкономить на бензине. Средний легковой пассажирский автомобиль 2017 года имеет топливную экономичность 39,4 миль на галлон, в то время как Toyota Prius 2017 года колеблется от 52 до 56 миль на галлон.

Если предположить, что бензин стоит 3 доллара, а вы проезжаете 12 000 миль в год, вы можете потратить 642,86 доллара по сравнению с 913,71 доллара за стандартный автомобиль.

Гибридные двигатели обычно включаются последовательно или параллельно. В серийном гибриде бензиновый двигатель заряжает автомобильный аккумулятор, который питает электродвигатель. Газ не приводит в действие колеса напрямую. В параллельных гибридных двигателях автомобиль может получать мощность от электродвигателя, бензинового двигателя или от обоих. Гибридные двигатели серии

имеют более крупные батареи, двигатели и генераторы, что увеличивает стоимость транспортных средств.Тем не менее, они лучше работают в условиях непрерывного движения по сравнению с параллельными. Параллельные гибриды имеют лучшую эффективность на шоссе.

В Toyota Prius используются лучшие компоненты серийных и параллельных двигателей, что делает его последовательно-параллельным гибридом.

Prius имеет устройство разделения мощности, которое включает в себя редуктор, соединяющий генератор, газовый двигатель и электродвигатель. Prius Gen 2 был первым, кто имел это устройство.

Зубчатый венец крепится к электродвигателю и передает мощность двигателя на редуктор главной передачи.Устройство разделения мощности имеет планетарную передачу с солнечной и планетарной шестернями.

Шестеренки приводят в движение автомобиль и генератор. Солнечная шестерня крутится быстро, а ее максимальная скорость ограничивает электрические возможности автомобиля. Если транспортному средству требуется больше мощности, чем может обеспечить планетарная передача, он включает двигатель внутреннего сгорания для использования бензина.

Большой объем двигателя повышает мощность, что позволяет машине двигаться быстрее. Prius не нуждается в подзарядке, потому что генератор действует как постоянный источник питания для аккумулятора.

Пуск из положения остановки

Когда вы тянете с места, электродвигатель обеспечивает питание от аккумулятора. Солнечная шестерня будет поддерживать движение до тех пор, пока скорость не превысит 15 миль в час, после чего включится бензиновый двигатель.

Во время движения по городу или в пробках вы будете полагаться на электричество для движения вашего автомобиля. Поскольку ваш бензиновый двигатель не загорится, вы можете сэкономить на расходах на топливо.

Торможение и остановка

Toyota Prius имеет систему рекуперативного торможения, которая включается, когда вы отпускаете педаль газа или нажимаете на тормоз.

Когда автомобиль замедляется, он отключает питание от газового двигателя и электродвигателя. Вместо того, чтобы вращать колеса, он использует кинетическую энергию колес для зарядки генератора. Генератор превращает эту энергию в электричество, которое накапливается в аккумуляторе.

Около 70% потерянной энергии можно регенерировать в полезную энергию для ускорения.

Двигатель и мотор выключаются при полной остановке. Автомобиль использует энергию аккумулятора для поддержания радио, освещения, кондиционирования воздуха и экранов дисплея, пока вы снова не заведете автомобиль.

Круиз и ускорение

При постоянной скорости более 15 миль в час часть бензина приводит в действие генератор для производства электроэнергии для аккумуляторов.

Если вам нужно быстро разогнаться, бензиновый двигатель и электродвигатель снабжают колеса дополнительной мощностью. Устройство разделения мощности позволяет им комбинировать свои крутящие моменты для увеличения скорости. Газовый двигатель выделяет некоторую мощность генератору для использования электродвигателем по мере необходимости.

Устройства разделения мощности могут снизить расход топлива в зависимости от конфигурации планетарной передачи.

Проблемы с гибридными автомобилями

Гибридные автомобили могут столкнуться с некоторыми проблемами, когда речь идет об их аккумуляторах.

Со временем батареи перестают держать заряд и требуют ремонта или замены. Ошибки в определенных ячейках также могут привести к тому, что ваш автомобиль будет работать исключительно на газе, что снизит эффективность использования топлива и увеличит расходы на бензин.

Гарантийный срок на батарею составляет восемь лет или 100 000 миль пробега в большинстве штатов, в зависимости от того, что наступит раньше. Из-за долговечности Toyota многие люди держат свои Prius гораздо дольше.

Тем не менее, ваша батарея со временем потеряет способность накапливать энергию и потребует замены.

Подробнее: Как долго служат гибридные аккумуляторы [и как узнать, нуждаются ли они в замене]

Гибридные автомобили имеют уникальную конструкцию, которую сложно исправить. Аккумуляторы тесно переплетаются с бензиновым двигателем и электродвигателями, что усложняет ремонт.

Иногда один или несколько модулей в батарее имеют неисправные элементы. Хотя замена поврежденных модулей кажется достаточным ремонтом, это может привести к проблемам в будущем, поскольку батарея не сбалансирована должным образом.

В результате вам придется заменить гибридную батарею, как только она начнет работать со сбоями.

Покупка аккумулятора у дилера Toyota может обойтись дорого, поэтому вы можете приобрести аккумулятор в другом месте. Некоторые люди выбирают восстановленные батареи, но вы можете купить новые дешевле из авторитетных источников, таких как Exclusively Hybrid.

Наслаждайтесь гибридной технологией

Теперь, когда вы знаете, как работает ваша Toyota Prius, вы можете оценить инновационный гибридный двигатель каждый раз, когда находитесь в пути.Если вы следите за исправностью аккумулятора и своевременно заменяете его, ваш Prius будет долгие годы работать с низким энергопотреблением.

№ 2520: Технология гибридных электромобилей

Сегодня мы нажимаем на тормоза. Инженерный колледж Университета Хьюстона представляет серию статей о машинах , на которых работает наша цивилизация, и о человеке , чья изобретательность их создала.

Никто не любит горящий газ.Это плохо для окружающей среды и плохо для кошелька. Но что бы мы были без автомобилей?

Одной из самых больших проблем при вождении является остановка и запуск двигателя. Когда мы нажимаем на педаль газа, мы превращаем газ в тепло — тепло, которое приводит в движение трансмиссию и заставляет нашу машину двигаться. Нет проблем. Для движения автомобиля требуется некоторое количество энергии. Но когда мы нажимаем на педаль тормоза, мы движемся вперед — накопленную нами кинетическую энергию — и преобразуем ее за счет трения обратно в тепло. Много всего.Это ужасная трата энергии. И прекрасный вызов для инженеров.

Одно гениальное решение найдено в гибридных электромобилях. Когда тормоза нажаты, часть кинетической энергии автомобиля преобразуется в электрическую энергию и сохраняется в аккумуляторе. При следующем нажатии педали акселератора энергия, хранящаяся в аккумуляторе, используется для движения автомобиля вперед. Мы получаем возможность повторно использовать энергию, которая в противном случае была бы потеряна при торможении.

Аккумуляторы также используются для питания радио или кондиционера при выключенном бензиновом двигателе — гибридные автомобили делают это на знаках остановки и светофорах.Водителей в первый раз это немного смущает — стоять в пробке, ничего не слыша и не чувствуя от газового двигателя автомобиля. Кроме того, гибрид очень похож на любой другой автомобиль. Если, конечно, на нем не установлена ​​бесступенчатая коробка передач — в этом случае пассажиры не выдержат периодического рывка автомобиля от переключения передач.

Но то, что может быть самым большим устройством для экономии газа, расположено на приборной панели — датчики, сообщающие водителю, как его вождение влияет на расход газа.При скорости 65 миль в час средний автомобиль потребляет на 12 процентов меньше бензина, чем при скорости 75. Использование круиз-контроля может сэкономить еще 7 процентов, поскольку оно подает топливо в двигатель более стабильно.

Но лучший способ улучшить расход топлива? Избегайте стартов и остановок зайца. Резкое ускорение снижает расход топлива практически до нуля, а резкое торможение означает, что на тормоза передается много кинетической энергии. Расход бензина может быть снижен на 30 процентов благодаря более спокойному вождению.И лучшая часть? Нет необходимости ездить на гибриде, чтобы реализовать экономию. Гибридные информационные панели просто лучше напоминают нам.

Автомобили претерпели невероятные изменения с тех пор, как первая модель T сошла с конвейера. Гибридные технологии — это всего лишь один шаг в длинной череде улучшений. Но это особый шаг — шаг в сторону от сжигания ископаемого топлива. И с этим шагом приходят новые инженерные задачи. Кто точно знает, что ждет в будущем. Но дорога, по которой мы идем, обещает быть наполненной замечательными остановками по пути.

Я Энди Бойд из Университета Хьюстона, где интересовался тем, как работают изобретательные умы.

(Музыкальная тема)

---

Связанные с этим эпизоды см. среди многих других: ЭКОНОМИЯ ГАЗА, КОНСТРУКЦИЯ АВТОМОБИЛЯ, КОЭФФИЦИЕНТЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ и АВТОМОБИЛЬ В 1915 году.

П. Рид и М. Хадсон. Мы тестируем советы. Взято с сайта Edmunds.com: http://www.edmunds.com/advice/fueleconomy/articles/106842/article.html. По состоянию на 27 июля 2009 г.

Изображение синего Ford Fusion взято с веб-сайта Ford: http://www.fordvehicles.com/assets/images/vehicle/gallery/page/fsn10_pg_011_ext_lg.jpg.

Изображение бежевой Toyota Prius взято с веб-сайта Toyota: http://www.toyota.com/prius-hybrid/photo-gallery.html.

Изображение приборной панели Ford Fusion взято с веб-сайта Jalopnik: http://jalopnik.com/photogallery/FordSmartGauge/1004253712.

Изображение серебристого Honda Insight взято с веб-сайта Honda: http://automobiles.honda.com/insight-hybrid/exterior-photos.aspx.

Все изображения были просмотрены 27 июля 2009 г.

 

Двигатели нашей изобретательности Copyright © 1988-2009 Джон Х. Линхард.

---

типов мягких гибридных электромобилей (MHEV) – x-engineer.org

В этой статье мы рассмотрим различные системные архитектуры для мягких гибридных электромобилей (MHEV), изучив расположение компонентов на транспортное средство, возможные функции управления и преимущества и недостатки с точки зрения эффективности использования топлива и управляемости.

Чтобы вспомнить различные типы гибридных электромобилей и что делает мягкий гибридный электромобиль, прочитайте следующие статьи:

Под архитектурой , топологией или конфигурацией мы понимаем позиционирование основных компонентов гибрида электрическая система автомобиля. Поскольку единственная механическая связь между электрической системой и остальной частью транспортного средства осуществляется через электрическую машину, архитектура MHEV в основном определяется положением электрической машины и типом соединения с трансмиссией/трансмиссией (ременной, интегрированная или зубчатая сетка).

Электрическая система 48 В стала отраслевым стандартом для мягких гибридных MHEV-приложений по нескольким причинам:

• ее относительно просто интегрировать в транспортное средство
• она модульная, безопасная и компактная
• масса компонентов относительно небольшой, поэтому влияние на общий вес автомобиля ограничено
• соотношение стоимости и производительности системы (топливная эффективность, увеличение крутящего момента) очень конкурентоспособно

За исключением встроенного стартер-генератора, установленного на коленчатом валу (Honda IMA и Mercedes Benz BlueHybrid), все архитектуры автомобилей с мягким гибридом, представленные в этой статье, основаны на 48-вольтовых системах.

Конфигурация силового агрегата системы MHEV оказывает значительное влияние на производительность и характеристики автомобиля с точки зрения:

• стоимость интеграции
• топливная экономичность
• динамические характеристики (повышение крутящего момента силового агрегата)

9000 и поставщики автомобильных систем уровня 1 в настоящее время анализируют и оценивают несколько основных архитектур силовых агрегатов для MHEV. Электрическую машину можно расположить по отношению к другим компонентам трансмиссии в пяти основных точках:

Изображение: Архитектуры трансмиссии MHEV

Краткое описание точек подключения электрической машины приведено в таблице ниже.

P0	Электромашина соединяется с двигателем внутреннего сгорания через ремень , на переднем приводе вспомогательных агрегатов (FEAD)
P1	90 коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания
Р2	Электромашина устанавливается сбоку (через ремень ) или интегрирована между двигателем внутреннего сгорания и трансмиссией; электромашина отсоединена от ДВС и имеет одинаковую скорость ДВС (или кратную ей)
Р3	Электромашина связана через зубчатое зацепление с трансмиссией; электромашина отсоединена от ДВС и имеет скорость, кратную скорости вращения колеса
P4	Электромашина подключена через зубчатое зацепление на заднюю ось автомобиля; электрическая машина отделена от ДВС и расположена в приводе заднего моста или в ступице колеса

Обратите внимание, что архитектуры P0 и P1 не допускают механического отключения электрической машины от двигателя.С другой стороны в конфигурациях P2, P3 или P4 электрическая машина отсоединяется от двигателя через муфту .

Архитектура стартер-генератора с ременным приводом (P0)

Также известная как BiSG от Стартер-генератор с интегрированным ремнем , эта мягкая гибридная топология является наиболее рентабельной из-за ограниченного влияния системы 48 В на существующую архитектуру автомобиля.

При применении гибридного электромобиля есть два основных фактора затрат: воздействие на существующие компоненты трансмиссии и высоковольтная батарея.Чтобы свести к минимуму затраты на интеграцию, архитектура транспортного средства и трансмиссии должна оставаться такой же, как и у обычного транспортного средства. Таким образом, самый простой способ добиться минимальных затрат — интегрировать электрическую машину 48 В в уже существующий ременный привод агрегатов двигателя, заменив генератор переменного тока 12 В.

Изображение: Архитектура MHEV P0 – Стартер-генератор с ременным приводом (BSG)

В архитектуре BiSG двигатель внутреннего сгорания (ДВС) и электрическая машина не могут быть разделены, они механически связаны через вспомогательный ремень.Следовательно, одним из недостатков этой конфигурации является то, что момент трения двигателя будет паразитной потерей для электрической машины, когда она создает форсированный крутящий момент и когда она рекуперирует электрическую энергию.

Основные характеристики архитектуры BiSG MHEV приведены в таблице ниже.

95% 90 198

Мощность электромашины	Максимальный крутящий момент (на коленчатом валу): до 50 Нм (с умножением передаточного числа шкива, напр.г. 2.8) Максимальная мощность: 12 … 14 кВт Непрерывная сила: 2,5 … 3,5 кВт Эффективность: до 85%
Эффективность топлива	Новый европейский цикл вождения (NEDC): 10 … 12 % Согласованная во всем мире процедура испытаний легковых автомобилей (WLTP): 7 … 9 %
Гибридные режимы (функции)	Холостой ход, остановка и запуск помощь (заполнение) Повышение крутящего момента Плавание под парусом / накатом Рекуперация энергии Регенерация тормозов
Преимущества	Низкая стоимость интеграции Электрическая машина с воздушным или жидкостным охлаждением Размер встроенного инвертора (с 1 электрической машиной) 901 электрическая машина Возможное соотношение скорости/крутящего момента между электрической машиной и ДВС приводит к снижению потребляемой мощности электрической машины
Недостатки	Ограниченный крутящий момент благодаря ременному приводу Рекуперация энергии, подверженные воздействию трения двигателя
Общая характеристика	Возможность усиления крутящего момента: Средний (Limited by Slip, долговечность) Рекуперация энергии: Средняя (из-за потерь в двигателе) Улучшение ходовых качеств: Средняя (из-за ограниченного повышения крутящего момента) Электрический ход/привод: Невозможно (из-за ограниченного крутящего момента и ременного привода) Упаковка: Easy интеграция компонентов с ограниченным влиянием на другие компоненты Эффективность системы: Средняя (в основном благодаря интеграции ременного привода в FEAD)

Привод (FEAD) .Срок службы ремня необходимо увеличить, чтобы выдерживать более высокий крутящий момент и большее количество циклов включения/выключения двигателя. Регулируемые натяжители ремней должны обеспечивать:

• увеличение натяжения при запуске и ускорении (крутящий момент от электродвигателя к двигателю)
• увеличение натяжения при рекуперации (крутящий момент от двигателя к электродвигателю)
• снижение натяжения при обычном вождении (для уменьшить потери на трение)

Также оказывает значительное влияние на шум, вибрацию и жесткость (NVH) двигателя и на долговечность коренного подшипника коленчатого вала двигателя.

В настоящее время все приложения BiSG MHEV на 48 В по-прежнему используют стартер на 12 В. Причина в том, что запуск холодного двигателя , особенно после длительного простоя, требует высокого крутящего момента электрической машины (из-за высокого трения двигателя). Это ограничение для BiSG, поскольку количество передаваемого крутящего момента ограничено проскальзыванием ремня. Благодаря улучшенной конструкции ремня FEAD и повышенной прочности стартер на 12 В можно снять, и все его функции выполняет электрическая машина на 48 В.

Примером MHEV является новый Audi A8 с электрической системой 48 В.

Изображение: Audi A8 48V MHEV
Предоставлено: Audi

1. Преобразователь DC/DC
2. Аккумулятор низкого напряжения (12 В)
3. Аккумулятор высокого напряжения (48 В)
4. Стартер-генератор 48 В с ременным приводом
5. 1 9.0TFSI03 9.0TFSI03 9.0TFSI03 9.0TFSI03 9.0TFSI03 двигатель внутреннего сгорания

Существует также значительное количество поставщиков уровня 1, которые могут предоставить мягкие гибридные системы 48 В P0, готовые для интеграции в автомобильные приложения.

Система MHEV 48 В Valeo

Изображение: Valeo Hybrid4Все компоненты системы MHEV 48 В
Кредит: Valeo

1. Блок управления силовым агрегатом (PCU)
2. Датчик аккумуляторной батареи 14 В
, со встроенным инвертором
3. DC/DC преобразователь, 60 В / 12 В, 2 кВт
4. Аккумулятор 48 В, 200 – 600 кДж

Система Bosch 48 В MHEV

Изображение: Bosch 48 В MHEV – компоненты системы рекуперации
Кредит: Bosch

1. Низковольтная батарея (12 В)
2. DC/DC преобразователь
3. Электрическая машина (двигатель и генератор)
4. Высоковольтная батарея (48 В)

Система Continental 48 В MHEV

4: 8 Continental ImageVental: 90 Компоненты системы MHEV
Кредит: Continental

1. Электрическая машина со встроенным инвертором
2. Преобразователь постоянного тока в постоянный (48 В / 12 В)
3. Литий-ионный аккумулятор

48-вольтовая система Delphi MHEV

Электродвигатель/генератор : запускает двигатель в режиме «стоп-старт» и передает мощность на колеса; позже заряжает аккумулятор при торможении
B. Электрозарядное устройство (электрический воздушный компрессор): обеспечивает наддув при трогании с места и дополняет турбонагнетатель ОГ, устраняя турбозадержку

48-ВОЛЬТНАЯ СИСТЕМА
1. 48 -вольтовый инвертор : преобразует постоянный ток батареи в переменный ток для питания электродвигателя
2. 48-вольтовая литий-ионная батарея : сохраняет энергию, регенерируемую во время торможения, для последующего использования для питания автомобиля
3. Контроллер батареи : регулирует степень заряда батареи
4. Распределительная коробка : содержит встроенные предохранители

12-ВОЛЬТНАЯ СИСТЕМА
5. DC/DC преобразователь : изменяет 48 вольт на 12 вольт
6. 12-вольтовая батарея — ваш старый друг, но меньше
7. 12-вольтовый распределительный центр : питает центральную консоль, сиденья и окна, а также другие 12-вольтовые устройства

48 В P0 мягкий гибрид Архитектура — это основная технология , принятая производителями автомобилей для MHEV, поскольку она сочетает в себе относительно низкую стоимость интеграции и значительные преимущества с точки зрения сокращения выбросов CO ₂ и повышения динамических характеристик.

Электрическая машина, установленная на коленчатом валу (P1)

Архитектура P1, в которой электрическая машина подключена непосредственно к коленчатому валу, — это решение, принятое Honda в своем первом поколении технологии Integrated Motor Assist (IMA) . Электродвигатель работает как генератор во время торможения автомобиля, как стартер двигателя и как двигатель (для помощи двигателю) во время ускорения автомобиля.

Изображение: Архитектура MHEV P1 – Встроенный стартер-генератор (ISG)

Одним из самых больших преимуществ этого решения является то, что электродвигатель может обеспечить более высокий крутящий момент, чем BiSG, поскольку отсутствует ограничение ремня (из-за проскальзывания).Однако, поскольку между электрической машиной и коленчатым валом нет отношения скорости к крутящему моменту, требования к крутящему моменту электродвигателя могут быть весьма высокими.

Два примера архитектур P1 MHEV:

• Honda Insight Hybrid 2009 (с технологией Integrated Motor Assist)
• Mercedes Benz S400 Bluehybrid 2010

Изображение: Integrated Motor Assist (IMA) для мягкого гибрида Honda Кредит: 30

Например, основные характеристики коленчатого электродвигателя для мягкого гибрида Honda Insight 2009 приведены в таблице ниже.

9 0192 Общие характеристики

Электрические машины производительность	Максимальный крутящий момент (на коленчатом валу): до 34 нм Максимальная мощность: 10 кВт Эффективность: до 94%
Гибридные режимы ( Функции)	Stop STOP & START Moving STOP & START Двигатель Shift Shift Момент Assist (Fill) Улучшение крутящего момента Парусный спорт / побережье Энергетика Рекуперация Регенерация тормоза
Преимущества	Более высокая эффективность Стартер 12 В можно снять
Недостатки	Выходной крутящий момент ограничен размером электрической машины Рекуперация энергии, зависящая от потерь на трение двигателя Сильное влияние на существующую архитектуру автомобиля Более высокая общая стоимость электрических компонентов Воздушное охлаждение невозможно для электрической машины
Способность повышения крутящего момента: Высокая (при наличии электрической машины) Рекуперация электроэнергии: Средняя (из-за потерь в двигателе) Улучшение управляемости: Средняя (в зависимости от крутящего момента электрическая машина) Электрическая ползучесть / привод: Возможный (в зависимости от крутящего момента электронной машины) Упаковка: Интеграция сложных компонентов (трансмиссия специально разработана для этой архитектуры) Эффективность системы: Высокая (без редуктора потери сетки или ремня)

Изображение: Mercedes Benz S400 BlueHybrid (MHEV)
Предоставлено: Daimler

Основным преимуществом мягкой гибридной архитектуры P1 по сравнению с P0 является удаление ременного привода .Это означает, что эффективность немного увеличивает эффективность (больше нет потерь ремня), а крутящий момент электромашины может быть выше с точки зрения амплитуды и отклика (больше нет проскальзывания ремня).

Функции (режимы), выполняемые этой топологией мягкого гибрида, аналогичны функциям BiSG (P0), но в целом конфигурации P1 имеют два больших недостатка: более высокая стоимость и более высокое влияние на существующую архитектуру автомобиля. . Поэтому производители транспортных средств и поставщики систем не инвестируют в дальнейшую разработку интегрированного стартер-генератора с коленчатым валом для приложений MHEV.

Электрическая машина со стороны трансмиссии Архитектуры MHEV

В конфигурациях мягкого гибрида P0 и P1 электрические машины расположены со стороны двигателя без возможности механического отключения. Это делает повышение крутящего момента и рекуперацию энергии не очень эффективными из-за потерь крутящего момента. Более того, рекуперация электроэнергии при выключенном двигателе во время движения накатом невозможна.

Мягкие гибридные архитектуры P2, P3 и P4 лучше с точки зрения эффективности потока энергии, в основном из-за расположения электрической машины.В этих типах конфигураций электрическая машина располагается после соединительного устройства карданной передачи (сцепление), на входном валу коробки передач (P2), на вторичном валу коробки передач (P3) или на заднем дифференциале (P4).

Изображение: Архитектура MHEV P2 – боковой EM

Изображение: Архитектура MHEV P2 – интегрированный EM

В конфигурации P2, ременной, либо встроенный в трансмиссию, связанный через зубчатую зацепление.

Основным преимуществом архитектуры P2 является повышенный потенциал рекуперации энергии и наличие дополнительных функций гибридного управления ( электрический ход/ход или рекуперация энергии при движении накатом).

Основным недостатком является более высокая стоимость интеграции такой системы.

Изображение: архитектура MHEV P3 или P4

В архитектуре мягкого гибрида P3 электродвигатель крепится к трансмиссии на выходном валу.В архитектуре P4 электродвигатель установлен на приводе заднего моста или ступицах колес.

Основным преимуществом топологии P3 или P4 является наивысший потенциал рекуперации энергии . По сравнению с конфигурациями P0, P1 и P2 потери в двигателе и трансмиссии при отключении трансмиссии при регенерации энергии не учитываются.

Архитектуры P3 и P4 также имеют потенциал для режима движения с электроприводом (медленный ход) , если они оснащены электрической машиной с высоким крутящим моментом.Архитектура P4 дает автомобилю возможности полного привода , при этом передняя ось приводится в движение двигателем внутреннего сгорания, а задняя — электродвигателем.

В связи с тем, что электрическая машина находится со стороны трансмиссии, для любой архитектуры P2, P3 или P4 для выполнения функции остановки и запуска двигателя необходимо установить другую электрическую машину со стороны двигателя. Эту функцию можно выполнить с помощью стандартного усиленного стартера (12 В) или стартер-генератора со встроенным ремнем (12 В или 48 В).

Основные характеристики мягких гибридных архитектур P2, P3 и P4 приведены в таблице ниже.

Электрические машины производительность	Максимальный крутящий момент (на коленчате): до 50 нм Максимальная мощность: 21 кВт Эффективность: до 95%
Эффективность топлива	Новый европейский ездовой цикл (NEDC): 19 … 22 % Согласованная во всем мире процедура испытаний легковых автомобилей (WLTP): 14 … 16 % (если дополнительная электрическая машина со стороны двигателя) Движение Stop & Start (если дополнительная электрическая машина со стороны двигателя) Переключение нагрузки двигателя (через дорогу) Усиление крутящего момента (заполнение) Повышение крутящего момента Плавание под парусом / Движение накатом Рекуперация энергии Тормоз регенерация Электрический привод (ползучий)
Преимущества	Самый высокий КПД Электрический привод (ползучий) Четырех/ Режим полного привода (архитектура P4)
Недостатки	Требуется дополнительная электрическая машина для двигателя с системой «стоп-старт» Сильно влияет на существующую архитектуру автомобиля Более высокая общая стоимость электрических компонентов машина
Общие характеристики	Увеличение крутящего момента: Высокий (если электрическая машина способна) Рекуперация электроэнергии: Высокий (не зависит от потерь в двигателе, частично от потерь в трансмиссии) 901 Улучшения ходовых качеств0: Средний (в зависимости от крутящего момента электрической машины) Электрическая ползучесть / привод: Возможный (в зависимости от крутящего момента электронной машины) Упаковка: Интеграция сложных компонентов (трансмиссия, специально разработанная для этой архитектуры) Эффективность системы: Высокая (только потери в зубчатом зацеплении)

Getrag разрабатывает коробку передач с двойным сцеплением и встроенным электродвигателем для высокомоментной мягко-гибридной трансмиссии.

Например, гибридный вариант 6HDT451 основан на Getrag Powershift 6DCT451 и использует встроенный электродвигатель, что позволяет дополнительно сократить выбросы CO ₂ более чем на 10 % в новом европейском ездовом цикле (NEDC).

Мягкий гибрид 6HDT451 был разработан для передней поперечной установки в сегментах среднего и выше среднего класса, а также в внедорожниках (SUV). Суммарный крутящий момент до 450 Нм может передаваться при одновременной работе двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя.

Коробка передач Getrag Powershift 6HDT451 легко комбинируется с полным приводом и гарантирует функцию запуска/остановки без дополнительных компонентов для трансмиссии.

Изображение: гибридная коробка передач с двойным сцеплением Getrag

В трансмиссию интегрирована высокоскоростная электрическая машина со следующими характеристиками:

• масштабируемая производительность за счет использования электрических машин различной длины, от мягкой до подключаемой гибридной архитектуры
• электрическая машина мощность от 26 до 65 кВт (от «мягкой» до подключаемой гибридной архитектуры)
• электрическая машина напряжением от 48 до 400 В (от «мягкой» до подключаемой гибридной архитектуры)

Valeo также работает над укреплением своего мирового лидерства положение в электрических системах и дальнейшее ускорение своего расширения в этой области.

Электрические силовые агрегаты Valeo на 48 В могут применяться во всех сегментах транспортных средств, как с бензиновыми, так и с дизельными двигателями. Они особенно хорошо подходят для городских автомобилей и компактных седанов, которые являются самыми продаваемыми автомобилями на европейском рынке.

Изображение: Valeo 48V Electric Rear Axle Drive (ERAD)

На Парижском автосалоне 2016 года Valeo представила 48V e4Sport  мягкую гибридную систему, новое решение, предназначенное для повышения динамических характеристик автомобиля при одновременном снижении расхода топлива. и CO ₂ выбросы двигателя внутреннего сгорания.Система 48 В состоит из нескольких основных компонентов:

• встроенный ременный стартер-генератор (BiSG)
• электрический нагнетатель
• электрический привод заднего моста (ERAD)
• высоковольтная батарея (48 В)
• постоянный ток /DC (48–12 В)

48-вольтовый e4Sport восстанавливает максимальное количество энергии торможения и сохраняет ее в аккумуляторе 48 В для различных целей
, таких как:

• увеличение крутящего момента двигателя , через стартер генератор
• максимизация мощности двигателя во время фаз разгона и наддува , использование электрического нагнетателя
• вождение в полностью электрическом режиме  и на поверхностях с низким сцеплением повышение производительности за счет подключения задней оси  к eRAD 48 В , эффективно превращая автомобиль в полноприводный

Системы MHEV постоянно развиваются, переходя на 48-вольтовую архитектуру P4 со встроенным электродвигателем. кальный наддув.

Изображение: дорожная карта Valeo для мягких гибридных систем на 48 В
Авторы и права: Valeo

Некоторые ключевые аспекты архитектуры MHEV, которые необходимо сохранить:

• Первыми мягкими гибридными системами, представленными производителями транспортных средств, были P1, но в настоящее время их заменяют P0, P3 и P4
• промышленный стандарт для MHEV основан на электрической сети 48 В
• архитектура P0 является наиболее используемым в настоящее время мягким гибридным решением
• рынок развивается в сторону архитектуры P4 из-за более высоких преимуществ с точки зрения CO ₂ сокращение и эффективность
• электрический наддув будет интегрирован в большинство 48-вольтовых MHEV

По любым вопросам, наблюдениям и запросам относительно этой статьи используйте форму комментариев ниже.

Не забудьте поставить лайк, поделиться и подписаться!

Электрические и гибридные двигатели в строительной технике

У более экологически чистых дизельных двигателей, таких как Cummins Performance Series, есть будущее в строительстве.

Развитие гибридных технологий

Гибридизация остается реальным способом преодоления разрыва между полностью электрическими и дизельными двигателями на более крупных и энергоемких машинах. Он предлагает плотность мощности дизельного топлива с возможностью работы от аккумуляторов в определенных местах, где запрещены выбросы.Точно так же он предлагает конечным пользователям гибкость, когда на рабочем месте нет инфраструктуры зарядки.

Основным преимуществом этой технологии является возможность сочетать меньший дизельный двигатель с гибридной трансмиссией для экономии затрат на топливо, затрат на техническое обслуживание и снижения общих выбросов (NOx, PM и CO2).

Гибрид, использующий двигатель Cummins Performance Series в сочетании с аккумулятором и электродвигателем, может работать на сверхчистом дизельном топливе для выполнения задач с более тяжелым рабочим циклом или в районах с ограниченной возможностью зарядки, а также переключаться на электроэнергию для работы. в зонах со сверхнизким уровнем выбросов или там, где требуется более низкий уровень шума.

Использование электродвигателей также устраняет необходимость в традиционном переключении передач, что может упростить эксплуатацию и маневрирование оборудованием.

Кроме того, несмотря на то, что гибридные системы зарекомендовали себя в дорожных условиях; автомобилей, автобусов и грузовиков, они пока оказали лишь незначительное влияние на строительную отрасль. Проблема в строительстве заключается в более длительном периоде окупаемости дополнительных затрат на технологию.

Создание будущего для дизельного топлива

Строительная техника по-прежнему работает на дизельном топливе.В настоящее время только дизельная энергия может соответствовать интенсивным рабочим циклам большинства строительного оборудования, а также сочетать требуемую плотность мощности, работоспособность и гибкость.

Вопреки распространенному мнению, технология, используемая в дизельных двигателях, на самом деле никогда не была чище. Cummins продвигает дизельный двигатель на следующую ступеньку своей революционной лестницы благодаря своей сверхчистой серии Performance.

Соответствуя нормам выбросов EPA Tier 4 Final и Stage V ЕС, они обеспечивают в среднем на 10 процентов больше мощности и на 20 процентов больше крутящего момента в диапазоне 100–430 л.с. по сравнению со своими предшественниками.

Двигатели меньше, легче и проще, чем когда-либо прежде, со сверхнизким уровнем выбросов NOx и твердых частиц благодаря инновационной технологии доочистки. Это означает более высокую производительность при более низких затратах на установку для OEM-производителей и более низких эксплуатационных расходах для операторов.

Четырехцилиндровые двигатели серий F3.8 и B4.5 Performance отличаются повышенной мощностью и крутящим моментом, что дает производителям возможность повысить производительность машины и предложить больше ценности своим клиентам. В качестве альтернативы существует возможность уменьшить размер двигателя до двигателя меньшего рабочего объема, сократив затраты при сохранении производительности существующих машин.

Изменения, замеченные в двигателях Cummins Performance Series, указывают путь к будущему дизельного топлива; меньше, легче, чище и эффективнее с большими возможностями.

Поиск лучших решений

Cummins стремится разрабатывать решения для всех внедорожных требований и продолжает добиваться повышения энергоэффективности, сокращения выбросов и даже снижения эксплуатационных расходов для клиентов.

Это достигается благодаря ряду технологий, не только электрическому и возобновляемому топливу, но и демонстрации расширяющихся возможностей дизельного топлива в устойчивом будущем.

Реальностью энергетических решений ближайшего будущего, вероятно, станет сочетание электрификации, гибридизации и передовых дизельных технологий. Значительные инвестиции в исследования и разработки гарантируют, что Cummins сможет эффективно реализовать это: почти 1 миллиард долларов ежегодно инвестируется в разработку разнообразного портфолио силовых агрегатов.

По мере развития электрификации его пригодность для промышленных машин будет увеличиваться.

Тем не менее, до сих пор не появилось жизнеспособной альтернативы, которая могла бы сравниться с мощностью дизельного двигателя.Для глобального строительного сектора различия в масштабе, рабочем цикле оборудования и местоположении означают, что не существует действительно универсального решения по энергетике.

Стив Нендик — директор по маркетинговым коммуникациям компании Cummins.

Первоначально эта статья была опубликована в выпуске  Heavy Equipment Guide за май 2020 года.

Гибридная технология и моторное масло

В наши дни средний потребитель немного знаком с гибридным автомобилем.С появлением первого серийного гибрида в США в 1999 году у широкой публики сложилось понимание того, что гибриды — это «зеленая» технология. Но общественность меньше осведомлена о том, как работают эти современные двигатели, о типах доступных альтернативных силовых агрегатов и о центральной роли моторного масла.

Усовершенствованная технология смазки для всех гибридов

Инженеры ExxonMobil регулярно проводят обширные испытания в поддержку гибридов. Изнурительные гибридные испытания без остановок на 50 000 миль, имитирующие движение по городу и шоссе, показали, что Mobil 1™ 0W-20 и Mobil 1™ 5W-30 продемонстрировали отличные характеристики независимо от типа гибрида, а осмотр гибридных двигателей показал, что двигатель Mobil 1 масло обеспечивает превосходную защиту от отложений, шлама и износа.

Каждая конфигурация гибридной трансмиссии, которую тестируют инженеры ExxonMobil, — последовательная, параллельная и последовательно-параллельная — может выиграть от общей смазки и защиты от износа смазочной технологии Mobil 1. Передовое полностью синтетическое моторное масло Mobil 1™ обеспечивает исключительную производительность и защиту для всех гибридов.

Эффективная функциональность и дизайн: как работают гибриды

Гибридные транспортные средства определяются их способностью использовать более одного источника энергии для движения; электричество чаще всего является дополнительным источником энергии в гибридах.Используя электричество, гибридная конструкция меньше полагается на традиционное ископаемое топливо, увеличивает количество миль на галлон и снижает выбросы. В современных гибридных автомобилях используются три основных элемента: двигатель внутреннего сгорания, электродвигатель и аккумуляторная батарея.

Пять эффективных гибридных технологий

Гибридная технология

использует преимущества повседневных дорожных ситуаций для повышения эффективности. При более низких скоростях движения гибриды могут работать исключительно от аккумуляторной батареи и электродвигателя.Функция рекуперативного торможения заключается в перезарядке аккумуляторной батареи гибридного транспортного средства за счет захвата энергии импульса, возникающей при остановке накатом. Кроме того, системы «старт-стоп» выключают двигатель при полной остановке, что помогает сократить потребление энергии на холостом ходу.

Не то же самое: три гибридных силовых агрегата

Силовые агрегаты служат для распределения мощности на колеса автомобиля. Обычные силовые агрегаты включают двигатель, трансмиссию, приводной вал, подвеску и колеса. Гибридные автомобили не только имеют дополнительные компоненты трансмиссии, но инженеры также максимизировали преимущества гибридной конструкции, используя различные конфигурации трансмиссии — последовательную, параллельную и последовательно-параллельную.

Серия – Электродвигатель передает мощность на колеса, получая электроэнергию от аккумуляторной батареи или генератора, работающего от двигателя внутреннего сгорания.

Параллельный – Электродвигатель и двигатель внутреннего сгорания работают вместе для передачи мощности на колеса.

Последовательно-параллельный – Электродвигатель или двигатель внутреннего сгорания могут независимо генерировать мощность на колеса.

Работа только на электричестве и только на газе позволяет последовательно-параллельной конструкции обеспечивать наиболее экономичную работу этих трех конфигураций трансмиссии.Последовательно-параллельный двигатель может работать как последовательная трансмиссия на более низких скоростях, но затем на более высоких скоростях он может работать только на газе. Универсальная конструкция последовательно-параллельного двигателя потребляет меньше топлива и обеспечивает оптимальную эффективность.

Caterpillar представляет концепцию гибридного двигателя

На выставке CONEXPO-CON/AGG 2020 компания Caterpillar Inc. дает посетителям возможность заглянуть в будущее двигателей Cat в дополнение к уникальным услугам и решениям, доступным сегодня, чтобы помочь нашим клиентам добиться успеха.

Краткий обзор Engine Insights

Прошли те времена, когда приходилось просматривать несколько приложений для получения ценной информации на телефоне или планшете.Инновационные решения, предлагаемые цифровыми службами Cat, предоставляют полные телематические данные — независимо от марки — на одной простой для понимания приборной панели. Это дает пользователям быстрый доступ к важной диагностике двигателя, а также к местоположению двигателя, что позволяет владельцам двигателей быть более активными, когда речь идет о техническом обслуживании и техническом обслуживании двигателя.

«Цифровые услуги Cat позволяют клиентам узнать местонахождение своих активов, связывая их с помощью наших решений для подключения», — говорит Джамаал Крейтон, старший специалист по цифровым стратегиям.«Это также обеспечивает компонент безопасности. У нас были клиенты, которые находили оборудование, которое было украдено, потому что датчики в оборудовании отправляли отчеты о местоположении».

Абоненты цифровых услуг Cat также могут использовать эту услугу, чтобы избежать простоев. Это связано с тем, что включенная технология позволит обслуживающему персоналу вносить исправления в устройство двигателя, делать соответствующие обновления и запускать его в течение нескольких часов, а не недель. А когда время – деньги, минуты могут складываться.

Инновационные гибридные технологии

Компания Caterpillar продемонстрирует одну из концепций гибридного двигателя, которую она исследует, чтобы расширить текущий портфель решений, доступных производителям оригинального оборудования (OEM).Гибридная концепция Cat C18 помогает оптимизировать производительность машины, используя передовую технологию для улавливания избыточной энергии с помощью параллельной гибридной системы, которая при необходимости возвращает энергию обратно в машину. Это дает возможность решать традиционные проблемы расхода топлива, уровня выбросов и требований к обработке выхлопных газов новыми способами, которые приносят больше пользы OEM-производителю и конечному пользователю.

«Гибридная концепция C18, которую мы представили на CONEXPO, является одним из примеров того, как мы оцениваем различные технологии и услуги с целью предложить нашим клиентам больше преимуществ», — говорит Джеймс Гардинер, менеджер по разработке гибридных продуктов. концепция.«Гибридные системы предлагают много преимуществ OEM-производителям и конечным пользователям: уменьшение размера двигателя, снижение уровня шума и выбросов, повышение производительности машины и многие другие преимущества эффективности за счет надлежащей интеграции всей системы машины, включая двигатель, гибридную систему, трансмиссию и другие компоненты. с машиной».  

Двигатели на дисплее

Участники могут поближе познакомиться с Cat C9.3B и C3.6. Прохожие в северном зале также могут заметить Cat C4.4 промышленных силовых агрегата на дисплее.

Другие двигатели на дисплее у кота промышленного стенда двигателя (S84331) будут включать в себя:

• C1.1
• C2.8
• C7.1
• C13B
• C32

без проблем Техническое обслуживание с соглашениями о ценности для клиентов ​

Мы не называем это контрактом на техническое обслуживание, потому что это гораздо больше. Соглашение о потребительских ценностях (CVA) — это душевное спокойствие, безопасность от квалифицированной поддержки дилеров, простота владения и обслуживания.

«Эти соглашения действительно направлены на обеспечение ценности для клиента. Хотя нет никаких сомнений в том, что профилактическое обслуживание является основой каждого CVA, время безотказной работы двигателя, передовая поддержка и долгосрочные отношения лежат в основе того, что мы делаем», — говорит Роб Крузики, менеджер по соглашению о ценности для клиентов.

Независимо от того, есть ли у вас одна единица оборудования или большой парк, услуги, содержащиеся в CVA, могут быть адаптированы в соответствии с потребностями бизнеса клиента.

Устройство Toyota Power Split — гибридный автомобиль

При обсуждении трансмиссии Prius мы упоминали устройство Toyota Power Split, но никогда не объясняли его подробно.Поэтому я провел дополнительные исследования и вот что я узнал о Toyota Power Split Device.

Что такое устройство Power Split?

Toyota Prius — это модель гибридного электромобиля, разработанная Toyota в 1997 году. Это одна из первых моделей гибридных технологий, разработанная с учетом потребностей современных потребителей. Гибридные автомобили стали потребностью часа, поскольку обычные бензиновые и дизельные автомобили вызывают проблемы с загрязнением окружающей среды.Гибридные автомобили будут сочетать в себе мощность двигателей внутреннего сгорания и электродвигателей, а также могут работать от обоих источников по отдельности. Toyota Prius — одна из лучших гибридных моделей, которая привлекла внимание людей и, как ожидается, станет крупным игроком на рынке гибридных автомобилей.

Toyota Prius оценивается Агентством по охране окружающей среды США (EPA) как один из самых чистых автомобилей из-за меньшего количества выбросов смога. В этой статье мы подробно узнаем о том, как происходит передача мощности в гибридных автомобилях и как эффективно управляется мощность от различных источников и передается на колеса.

Устройство разделения мощности является одной из неотъемлемых частей гибридных автомобилей и фактически считается сердцем гибридных моделей автомобилей. Устройство разделения мощности представляет собой специально разработанный редуктор, который объединяет мощность двигателей внутреннего сгорания (двигателей внутреннего сгорания) и привода электродвигателя.

Устройство разделения мощности может управлять транспортным средством с питанием от электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания по отдельности или также может объединять мощность от обоих источников. Он также действует как бесступенчатая трансмиссия (CVT) и устраняет необходимость в какой-либо механической или автоматической трансмиссии.Устройство разделения мощности также называется PSD или делителем мощности. Он обеспечивает чрезвычайно плавную работу и быстрый отклик.

Устройство разделения мощности Toyota Prius

Вот видео-объяснение устройства разделения мощности Toyota

Устройство Power Split – конструкция

Устройство разделения мощности представляет собой планетарную передачу.

Планетарный редуктор состоит из трех разных наборов зубчатых колес: солнечных, планетарных и зубчатого венца.

Давайте посмотрим на различные зубчатые соединения в системе трансмиссии гибридных автомобилей.

Зубчатый венец – соединяет главный электродвигатель к ведущим колесам через выходную ось.

Планетарные передачи – Водило шестерни состоит из четырех планетарные шестерни, и эти шестерни соединены с двигателем внутреннего сгорания и кольцом шестерни.

Солнечная шестерня – Солнечная шестерня соединяет генератор с планетарными шестернями.Он используется для запуска автомобиля без использования стартера.

В конструкции планетарной передачи входной и выходной валы выровнены по прямой линии.

Устройство разделения мощности имеет двигатель внутреннего сгорания и два электродвигателя в сборе. Первичный электродвигатель (MG2), который является источником питания, подключен через зубчатый венец. Другой электродвигатель (MG1) подключен через двигатель внутреннего сгорания и водило планетарной передачи. Этот электродвигатель действует как генератор и помогает запустить автомобиль без стартера.

Планетарная передача

Устройство Power Split – Функции

Теперь давайте посмотрим на различные функции устройства разделения мощности в наших автомобилях и на то, как они полезны для эксплуатации наших автомобилей.

Устройства разделения мощности помогают управлять нашим автомобилем как с параллельной гибридной, так и с последовательной гибридной трансмиссией.

Параллельный гибрид – мощность передается на колеса либо от электродвигателя, либо от двигателя внутреннего сгорания, либо от комбинации электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания.

Гибридная серия — В этом случае колеса питается от электродвигателя через устройство разделения мощности и двигатель внутреннего сгорания работает отдельно и заряжает аккумулятор.

• Во время фаз высокого ускорения Устройство разделения мощности заставляет двигатель внутреннего сгорания взять на себя управление передачей мощности на колеса из-за потребности в дополнительной мощности. Это может произойти, пока мы обгонять другие транспортные средства во время движения по шоссе.
• Нам не нужен отдельный автоматический или механическая коробка передач в наших автомобилях.Устройство разделения мощности берет на себя управление и действует как система бесступенчатой ​​трансмиссии (CVT), но с фиксированным передаточное число.
• Также устраняет необходимость в стартер для питания запускает автомобили. Устройство разделения мощности позволяет генератор для запуска транспортного средства, подключенный через планетарную передачу система.

Устройство Power Split – Эксплуатация

Теперь мы рассмотрели конструкцию, различные механизмы, установленные в устройстве разделения мощности, и их функции, помогающие в работе нашего автомобиля.Давайте посмотрим, как работает PSD на разных этапах движения автомобиля и как происходит передача мощности.

Запуск автомобиля — Во-первых, давайте рассмотрим запуск автомобиля из стационарного состояния, когда наш двигатель находится в состоянии холостого хода. Электродвигатель соединен с солнечной шестерней и сначала питает генератор. Затем генератор запускает двигатель и позволяет заряжать аккумуляторы, когда автомобиль стоит. Зубчатый венец не двигается, и именно он передает мощность на автомобиль.Теперь наша машина завелась, но еще не двигалась и находится в неподвижном состоянии.

Перемещение автомобиля — Теперь при движении автомобиля мощность электродвигателя используется для движения автомобиля на более низких скоростях в диапазоне 40-60 км/ч. Солнечная шестерня соединена с планетарными шестернями, которые, в свою очередь, вращают зубчатый венец. Зубчатый венец соединен с осью колеса, и движение зубчатого венца перемещает наш автомобиль вперед. Водило планетарной передачи не будет вращаться, так как двигатель внутреннего сгорания отсоединен от передачи мощности на колеса.

Разгон автомобиля — Предположим, мы разгоняем автомобиль до скорости выше 60 км/ч, и нашей трансмиссии требуется больше мощности для выработки. Генератор начинает работать с более высокой скоростью и, в свою очередь, включает двигатель внутреннего сгорания. Теперь питание электродвигателя будет отключено, и наш автомобиль будет питаться двигателем внутреннего сгорания. Водило планетарной передачи вращает зубчатый венец, и планетарные передачи перестают вращаться. Когда автомобиль работает от двигателя внутреннего сгорания, вся мощность поступает от генератора.Генератор изменяет скорость шестерен в соответствии с выходной скоростью электродвигателя.

Устройство Power Split – преимущества

Преимущества использования устройства разделения мощности в наших автомобилях:

1. Низкий уровень выбросов
2. Топливная экономичность
3. Комфорт вождения

Низкий уровень выбросов

Гибридные автомобили стремятся быть экологически безопасными с более низким уровнем выбросов загрязняющих веществ и смога от транспортных средств.Фактически, они производят на 70% меньше выбросов, чем обычные автомобили, и делают наши автомобили экологически чистыми автомобилями.

Топливная эффективность

Гибридные автомобили органично сочетают в себе мощность двигателя внутреннего сгорания и аккумуляторов и в большей степени способствуют топливной экономичности. Они сохраняют мощность двигателя при торможении, остановке на сигнальных огнях и остановке транспортных средств в аккумуляторных батареях.

Комфорт вождения

Эти автомобили обеспечивают хорошие впечатления от вождения за счет изменения отношения мощности к крутящему моменту в зависимости от требований.Гибридные автомобили энергичны и доставляют удовольствие от езды без ущерба для топливной экономичности. Эти автомобили работают с тихим двигателем внутреннего сгорания и очень плавны в управлении. Они автоматически распределяют мощность наиболее эффективным образом и обеспечивают максимально возможный комфорт в поездке.

Устройство Power Split — гибридные автомобили

Ниже перечислены различные гибридные автомобили, в которых используется система трансмиссии с разделением мощности:

1. Toyota Prius
2. Toyota Previa
3. Toyota Previa Elda
4. Lexus rx 400H / Toyota Harrier Hybrid
5. Lexus GS 450H
6. Toyota Camry Hybrid
7. Lexus LS 600H / LS 600HL
8. Toyota Crown Majesta
9. Toyota Crown
10. Toyota A-Bat (концепция грузовика)
11. Nissan Altima Hybrid
12. Lexus RX 450H
13. Lexus HS 250H
14. Lexus CT 200H
15. Toyota Auris
16. Toyota Prius C
17. Toyota Yaris Hybrid
18. Toyota Prius V
19. Lexus ES 300H
20. Toyota Avalon Hybrid
21. Toyota Corolla Axio
23. Toyota Verolla Fielder
25. Lexus GS 300H
26. Lexus GS 300H
27. Toyota RAV4 Hybrid
28. Lexus NX 300H
29. Lexus RC 300H
30. Toyota C-HR
31. Lexus LC 500h
32. Subaru Crosstrek Hybrid

Часто задаваемые вопросы Вопросы и ответы

1. Нужно ли заряжать аккумуляторы снаружи? Нет, аккумуляторы будут заряжаться от устройства разделения питания.

   No related posts.