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 гибридных двигателей
Гибридный двигатель устроен таким образом, что оба мотора работают, условно говоря, друг на друга. Двигатель внутреннего сгорания крутит генератор и снабжает энергией электромотор, а тот позволяет «напарнику» работать в оптимальном режиме без резких колебаний и нагрузок. К тому же, гибриды обычно оснащаются системой рекуперации кинетической энергии KERS (аналогичную той, что применяется на болидах Формулы-1).
Эта система позволяет заряжать аккумуляторные батареи во время торможения и при движении машины накатом. Принцип ее работы в том, что при торможении колеса приводят в действие электромотор, который в этом случае сам играет роль генератора и заряжает аккумуляторы. Особенно полезна KERS при езде по городу в режиме «тронулся-остановился».
По степени гибридизации силовые агрегаты разделились три типа: «умеренные», «полные» и plug-in. В «умеренных» постоянно работает двигатель внутреннего сгорания, а электромотор включается только тогда, когда необходима дополнительная мощность.
Автомобиль с «полным» гибридом способен двигаться на одной электротяге, не расходуя горючего.
Plug-in, как и полный гибрид, может передвигаться только на электричестве, но имеет возможность заряжаться от розетки, совмещая таким образом все преимущества электромобиля, и избавляясь от его главного недостатка — ограниченного пробега без подзарядки. Когда заряд батарей кончается, plug-in работает как обычный гибрид.
Схемы взаимодействия электромотора и ДВС
Инженеры разных компаний по-разному подходят к вопросу гибридного двигателестроения. Современные машины оснащаются гибридными двигателями, построенными по одной из трех схем взаимодействия топливной и электрической составляющей, которые будут рассмотрены ниже.
Последовательная схема
Это наиболее простой вариант. Принцип его работы заключается в следующем: крутящий момент от ДВС в данном случае передается исключительно генератору, который вырабатывает электричество и заряжает аккумуляторы. Автомобиль при этом движется только на электротяге.
Также для зарядки аккумуляторной батареи применяется система рекуперации кинетической энергии. Своим названием данная схема обязана последовательным преобразованиям энергии: энергия сгорания топлива двигателем внутреннего сгорания превращается в механическую, затем в электрическую при помощи генератора и снова в механическую.
Плюсы такой конструкции заключаются в следующем:
- ДВС всегда работает на неизменных оборотах, с максимальным КПД;
- нет необходимости оснащать автомобиль мощным и прожорливым двигателем;
- не нужно сцепление и коробка передач;
- автомобиль способен передвигаться и с выключенным двигателем внутреннего сгорания за счет энергии, запасенной аккумуляторной батареей.
Однако есть у последовательной схемы и свои минусы:
- потери энергии в процессе преобразований;
- большой размер, вес и высокая стоимость аккумуляторных батарей.
Наибольшая эффективность такой схемы достигается при движении с частыми остановками, когда активно работает KERS. Поэтому она нашла применение в городском транспорте. Также гибридные двигатели с последовательной схемой применяются в карьерных самосвалах, которым для работы важен большой крутящий момент и не требуется высокая скорость.
Параллельная схема
Принцип работы «параллельного» гибридного двигателя полностью отличается от вышеописанного. Автомобили с гибридным двигателем, построенным по параллельной схеме, ездят с использованием и ДВС, и электромотора. Электродвигатель в таком случае должен быть обратимым, т.е. способным работать в качестве генератора. Согласованная работа обоих моторов достигается посредством компьютерного управления.
В зависимости от режима езды блок управления распределяет крутящий момент, поступающий от обоих элементов гибрида. Основную работу выполняет двигатель внутреннего сгорания, электромотор же подключается когда нужна дополнительная мощность (при трогании, ускорении), при торможении и замедлении он работает как генератор.
Плюсы подобной компоновки в том, что нет необходимости устанавливать аккумуляторную батарею большой емкости, потери энергии намного меньше, чем при последовательной схеме, поскольку ДВС напрямую связан с ведущими колесами, а кроме того, сама по себе конструкция довольно проста, а значит, дешева.
Основные минусы схемы – меньшая топливная экономичность по сравнению с другими вариантами и низкая эффективность в городских условиях. Машины с гибридным двигателем, построенным по параллельной схеме, наиболее эффективны при движении по трассе.
По данной схеме построены гибридные автомобили марки Хонда. Главный принцип руководства компании: схема гибридного двигателя должна быть как можно более простой и дешевой, а функция электромотора заключается лишь в помощи ДВС сэкономить максимально возможное количество топлива. У этой марки существует две гибридных модели – Civic (снят с производства в 2010 году) и Insight.
Последовательно-параллельная схема
Последовательно-параллельная схема представляет собой совмещение первых двух. В параллельную схему добавлен дополнительный генератор и делитель мощности. Благодаря этому автомобиль при трогании и на малых скоростях движется только на электрической тяге, ДВС только обеспечивает работу генератора (как при последовательной схеме).
На высоких скоростях крутящий момент на ведущие колеса передается и от двигателя внутреннего сгорания. При повышенных нагрузках (например, при подъеме в гору), когда генератор не в силах обеспечить требуемый ток, электромотор получает дополнительное питание от аккумулятора (параллельная схема).
Поскольку в системе имеется отдельный генератор, заряжающий аккумуляторную батарею, электромотор используется только для привода ведущих колес и во время рекуперативного торможения . Через планетарный механизм (он же делитель мощности), часть крутящего момента от ДВС частично передается на колеса и частично отбирается для работы генератора, который питает либо электромотор, либо аккумуляторную батарею. Электронный блок управления все время регулирует подачу мощности из обоих источников.
Плюсы последовательно-параллельного гибридного двигателя данной схемы, в максимальной топливной экономичности и высокой экологичности. Минусы системы – сложность конструкции и высокая стоимость, поскольку требуется дополнительный генератор, достаточно емкая аккумуляторная батарея и сложный электронный блок управления.
Применяется последовательно-параллельная схема на автомобилях марки Тойота (Prius, Camry, Highlander Hybrid, Harrier Hybrid), а также на некоторых моделях Лексус. Подобными гибридными двигателями оснащаются машины Ford Escape Hybrid и Nissan Altima Hybrid.
Автомобили с гибридным двигателем медленно, но уверенно продолжают отвоевывать позиции на мировом рынке автопрома. Росту популярности и объемов производства таких моделей способствуют вполне объективные факторы - стабильно повышающиеся цены на дизельное топливо и бензин, введение все более жестких требований к показателям экономичности и новых экологических стандартов двигателей.
Гибридный автомобиль: что это?
«Гибрид» в переводе с латыни - объект, полученный в результате соединения элементов разнородного происхождения. В мире автомобильных технологий в это понятие входит сочетание двух типов силовых агрегатов. Речь идет о двигателе внутреннего сгорания (ДВС) и электродвигателе (альтернативный вариант - мотор, работающий на сжатом воздухе). При этом современные автопроизводители уделяют первоочередное внимание интеллектуальной системе управления энергией.
Различают два вида силовых установок автомобильных гибридов - полноценную (full hybrids) и облегченную (mild hybrids). Первый вариант подразумевает оснащение автомобиля мощным электродвигателем, эффективно спаренным с ДВС и способным самостоятельно обеспечивать движение машины на небольшой скорости. В облегченной версии электродвигателю отводится только вспомогательная роль.
Короткий экскурс в историю
Первые серийные гибридные Prius liftback) сошли с конвейера почти два десятилетия назад, в 1997 году. Спустя два года "Хонда" вывела на рынок модель Insight, а через некоторое время к японским производителям присоединились европейские и американские автогиганты - "Форд", "Ауди", "Вольво", "БМВ". К 2014 году общая численность автопарка проданных гибридов перешагнула 7-миллионный рубеж.
Однако не стоит думать, что ДВС и электродвигатель заработали в паре только в конце XX века. Первенцем среди автогибридов в нашем нынешнем понимании стал Lohner-Porshe Semper Vivus - автомобиль, созданный легендарным австрийским конструктором Фердинандом Порше в далеком 1900 году.
Схемы гибридных силовых установок
Параллельная
Для автомобилей, в которых реализована параллельная схема, ведущим является двигатель внутреннего загорания. Мощный электромотор играет вспомогательную роль, включаясь при разгоне либо торможении и запасая рекуперативную энергию. Согласованность работы ДВС и электродвигателя обеспечивается системой компьютерного управления.
Последовательная
Самая простая схема гибридного автомобиля. Её принцип действия основан на передаче крутящего момента от ДВС генератору, вырабатывающему электроэнергию и заряжающему аккумулятор. Движение машины происходит за счет электротяги.
Смешанная
Вариант одновременной реализации последовательной и параллельной схемы. Трогаясь с места и двигаясь на малых скоростях, автомобиль использует электрическую тягу, а ДВС обеспечивает работу генератора. Движение на большой скорости происходит благодаря передаче крутящего момента от двигателя внутреннего сгорания на ведущие колеса. При наличии повышенных нагрузок снабжение электромотора дополнительным питанием берет на себя аккумулятор. Взаимодействие электродвигателя и ДВС достигается за счет планетарной передачи.
Преимущества
Гибридный автомобиль объединил в себе достоинства двигателей электромобиля и машины с ДВС. Преимущества электромотора - выдающиеся моментные характеристики, а двигателя внутреннего сгорания - жидкое топливо и удобный энергоноситель. Первый эффективен в режиме частых остановок и стартов, характерном для езды по городу, второй - на постоянных оборотах. Бесспорные плюсы такого тандема:
- экономичность (при равном пробеге расход топлива гибрида на 20-25% меньше, чем у классической модели);
- большой запас хода;
- экологичность (сниженный объем вредных выбросов в атмосферу за счет рационального расхода топлива);
- минимальный износ тормозных колодок (обеспечивается благодаря рекуперативному торможению);
- улучшенные показатели ходовых характеристик;
- возможность сохранять и повторно использовать служат аккумуляторы и специальные конденсаторы).
Недостатки
- Высокая стоимость, обусловленная сложностью конструкции силовой установки.
- Дорогостоящий ремонт гибридных автомобилей и проблемы с утилизацией аккумуляторов.
- Относительно большой вес.
- Подверженность к саморазрядке.
Что говорят автовладельцы?
Автолюбители всего мира активно обмениваются опытом покорения дорог и впечатлениями о машинах, анализируя плюсы и минусы хорошо знакомых им моделей. Не остались без внимания и гибридные автомобили. Отзывы их владельцев красноречиво свидетельствуют о надежности таких машин и возможности существенно сэкономить часть семейного бюджета, идущую на приобретение топлива. Последнее достоинство очень важно для любителей дальних поездок. В числе минусов отмечается высокая стоимость технического обслуживания гибридов и худшая, в сравнении с классическими автомобилями, устойчивость на поворотах.
Топ лучших моделей
Toyota Prius ("Тойота Приус")
Первопроходец семейства гибридов, оснащенный двумя электродвигателями (мощность 42 кВт и 60 кВт) в сочетании с ДВС объемом 1,8 литра (мощность 98 л. с.). Максимальная скорость - 180 км/ч. Благодаря доступной цене и исключительным показателям экономии топлива, Toyota Prius на протяжении многих лет занимает лидирующие позиции по объемам продаж среди конкурентов в своем сегменте.
Toyota Camry Hybrid ("Тойота Камри")
Гибридный автомобиль, отличающийся значительной экономичностью, привлекательным дизайном, комфортностью и высокой технологичностью. Еще одно достоинство, выделяющее Toyota Camry среди собратьев-гибридов, - быстрое ускорение (за 7,4 секунды данная модель может разогнаться до 100 км/ч).
Chevrolet Volt ("Шевроле Вольт")
Практичный четырехместный хэтчбек с отличными ходовыми характеристиками. Подзаряжаемый гибрид (plug-in hybrid vehicle). Оснащен бензиновым двигателем (объем 1,4 литра, мощность 84 л. с.), блоком литий-ионных аккумуляторных батарей, имеющих значительный срок службы, и электродвигателем, приводящим в движение автомобиль. Пробег на электротяге в городском цикле - порядка 54-60 км.
Volvo V60 Plug-in ("Вольво V60 Plug-in")
Первая среди автогибридов модель с турбодизельным двигателем (объем 2,4 литра, мощность 215 л. с., средний расход дизельного топлива на 100 км составляет 1,9 литра). Возможности электродвигателя этого дизель-универсала позволяют пройти на электротяге 50 км пути.
Honda Civic Hybrid ("Хонда-Цивик")
Разработчики автомобиля сделали ставку на такие важные для потребителя характеристики, как комфорт, экономия топлива и практичность. Главные составляющие популярности Honda Civic Hybrid - компактность, поразительно сочетающаяся с вместимостью гибрида благодаря особым конструктивным решениям, экономичность и привлекательный дизайн.
Перспективы, или Короткое обращение к скептику
Гибридные технологии имеют своих сторонников и противников. Одни убеждены в их актуальности и эффективности, другие не устают указывать на недостатки. Если вы уже являетесь владельцем классического авто с дизельным или бензиновым двигателем, вас устраивает его дизайн, низкий расход топлива, технические и ходовые характеристики, то, возможно, не стоит торопиться с приобретением гибрида. Подождите, пока производители выведут на рынок более совершенные версии.
Только не стоит слишком растягивать процесс ожидания, чтобы не пришлось сожалеть об упущенном времени и удивляться, почему вы так долго откладывали покупку. По мнению экспертов, гибридный автомобиль уже в ближайшие годы станет вполне обычным явлением на улицах мегаполисов и маленьких городков. При этом прогнозируется значительное расширение существующей линейки моделей. Гибриды займут достойное место в каждом сегменте автомобильного ряда - от кроссоверов и суперкаров до тружеников-минивэнов.
Гибридные автомобили в последнее время стали особо популярными, они распространяются на все классы авто, многие производители выводят данные машины на массовый уровень. В настоящее время гибриды демонстрируют впечатляющие рабочие характеристики. Мы составили рейтинг гибридных автомобилей, что позволит выбрать транспортное средство любителям универсальных машин, которые подходят как для города, так и для езды в условиях бездорожья.
Гибридный автомобиль – это машина, которая использует не только обычный двигатель внутреннего сгорания, функционирующий на бензине либо дизеле, но и альтернативный источник в виде электродвигателя.
Второй мотор начинает работать при небольших оборотах, что позволяет значительно сэкономить топливо, к примеру, при загруженном трафике на дороге. Также гибридные авто более экологически чистые, что делает их более популярными.
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.
Рейтинг гибридных автомобилей 2018-2019 годов
Современный рынок автомобилей предлагает большой выбор гибридных представителей. Выбрать подходящее транспортное средство среди всего разнообразия непросто. Представляем вашему вниманию топ гибридных автомобилей, среди которых вы найдете представителей большинства мировых брендов.
Лучшая гибридная машина с кузовом хэтчбек – 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 .
Одна из лучших машин гибридов – Ford Fusion Hybrid
Ford Fusion Hybrid. У данного автомобиля хорошо продуманная спортивная форма и просторный салон. Гибридный Форд Фьюжн имеет четырехцилиндровый с 2.5 литрами гибридный мотор. Это хороший вариант электрокара с гибридным двигателем, если хочется купить доступный автомобиль, и в будущем сэкономить топливо. Его можно назвать среднеразмерным седаном для всей семьи.
Ford Fusion Hybrid дополнен электрическим усилителем руля, многорычажными подвесками со стабилизатором поперечной устойчивости – авто хорошо проходит заносы. Управление гибридом стабильное. Благодаря подвеске приглушаются удары, и движение авто контролируется водителем.
Один из лучших гибридных седанов – Toyota Camry Hybrid
Toyota Camry Hybrid. Данная модель дает не только хорошую экономию топлива, но и имеет высокий уровень безопасности. Авто имеет привлекательный дизайн, объем двигателя 2.5 литров и высокие технологии. В салоне используются качественные материалы, которые придают интерьеру комфорта. Toyota Camry разгоняется с места до ста километров за 7.4 секунды, что для гибридного авто является отличным результатом. Официальный расход топлива автомобиля 4.4 л на 100 км по трассе и 4.6 л в смешанном цикле.
Лучший гибридный универсал – Volvo V60 Plug-in Hybrid
Volvo V60 Plug-in Hybrid. Гибридная установка включает 2.4-литровый дизельный двигатель мощностью 215 л.с. и сильный электромотор, которого хватит примерно на 50 км движения. Важно, что автомобиль имеет функцию полного привода: при нажатии клавиши на панели управления в салоне электроника синхронизирует действие двигателя и электромотора для одновременного вращения колес.
Легендарный японский гибрид – Toyota Prius
Toyota Prius. Данная модель известна, как экономичный гибридный автомобиль по доступной стоимости, поэтому пользуется повышенным спросом. Гибрид оснащен бензиновым мотором объемом 1.8 литра с мощностью 98 л.с. Вместе с парой электромоторов мощность достигает 134 л.с. В городе авто потребляет приблизительно 8 л топлива, а за городом – 5.5 л.
Принцип работы автомобиля обуславливает высокий уровень автоматизации управления. Бортовой компьютер самостоятельно регулирует параметры работы двигателя, обеспечивая оптимальный заряд батареи.
Один из лучших гибридных автомобилей 2018-2019 – Honda Insight III
Honda Insight III. Это переднеприводный гибридный седан, который сочетает в себе солидный дизайн, современные технические решения и богатое оснащение. В движение, этот автомобиль приводится при помоши бензинового двигателя объемом 1.5 литра, а также двух электромоторов. Общая мощность составляет 153 л.с. При этом следует отметить, что один мотор тесно взаимодействует с ДВС и играет роль генератора, а второй крутит колеса оси при небольших скоростях. На высоких скоростях подключается бензиновый двигатель. Таким образом, значительную часть времени авто ездит именно на электромоторе.
Для того чтобы иметь в своем распоряжении последнюю информацию о этом и других автомобилей данной марки, советуем ознакомиться с автомобильными новостями от Honda .
Самый экономичный гибридный автомобиль по расходу топлива – Hyundai Ionid Hybrid
Hyundai Ioniq Hybrid. Основу автомобиля составляет новая платформа. На ее базе в будущем планируется выпускать много гибридных авто и электрокаров. Новый Хендай имеет объем двигателя 1.6 л, и суммарную мощность 141 л.с. В помощь водителю предусмотрены два режима работы – Спорт и ЭКО. До 100 км авто разгоняется за 10.8 секунд. Это самый экономичный гибридный автомобиль. Максимальная скорость модели составляет 185 км в час, а расход – приблизительно 3.4 л. Машина имеет максимально сбалансированную подвеску, настроенное рулевое управление и практически бесшумный салон.
Комфортный американский гибрид – 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.
ТОП гибридных автомобилей внедорожников
Лучшая гибридная машина внедорожник – Lexus RX 450h
Lexus RX 450h. Это надежный кроссовер, который имеет качественную и прочную сборку. Внешне данная модель мало чем отличается от своих предшественников. Но элементы индивидуальности у него есть. Кроссовер оснащен головной оптикой со светодиодной начинкой. Кроме того, для данного авто доступен спортивный обвес. Благодаря нему внешность гибрида становится более агрессивной. Салон авто сделан из натуральной кожи в светлых и темных тонах. Данная модель имеет 4-цилиндровый двигатель объемом 2.5 л. Суммарная отдача гибридной силовой установки составляет 299 л.с. Лексус может разогнаться за 6-7 секунд до 100 км в час. Расход топлива составляет 9-10 л на 100 км. Это автомобиль по праву претендует на место в .
Корейский гибридный кроссовер – KIA Niro
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:
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 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 , 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:
- Работа двигателя внутреннего сгорания осуществляется на неизменных оборотах.
- Не возникает необходимости в двигателе с большой мощностью и потреблением топлива.
- Коробка передач, как и сцепление здесь не нужны.
- Электрическая энергия высоковольтной АКБ гибрида позволяет двигаться автомобилю с заглушенным ДВС.
Отрицательные стороны последовательной схемы:
- На этапах преобразования энергии происходит ее потеря.
- 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.
AutoleekУвеличение числа автотранспорта в мире и ряд экологических проблем, с которыми столкнулось человечество последние пару десятилетий, привело к серьезным изменениям в сфере автомобильной промышленности.
Продиктованы они, в первую очередь, существенно ужесточившимися экологическими нормами и возросшей ценой топлива, в связи с чем автопроизводители вынуждены искать способы снизить количество токсических выбросов и общий расход топлива в автомобилях.
При этом, несмотря на появление электромобилей, разработок транспортных средств с топливными элементами, единственным действенным способом на сегодня оказалось создание машин с гибридными двигателями – наиболее простой путь «вписаться» в эконормы и предложить потребителю удобный в использовании продукт.
О том, что представляет собой рынок машин «гибридов» сегодня, мы и постараемся рассказать в данном материале, ведь сегодня многие потенциальные покупатели не представляют, что значит гибридный автомобиль и какие преимущества предлагает.
Гибридные автомобили – что это такое?
Принцип транспортного средства, построенного на гибридной схеме, весьма прост. В его основу положен принцип обычного бензогенератора, когда силовой агрегат транспортного средства вращает генератор и осуществляет зарядку тяговой батареи.
Видео — как устроен гибридный автомобиль:
В свою очередь, энергия батареи позволяет автомобилю какое-то время двигаться исключительно на электрической тяге с «нулевым» количеством токсичных выбросов. После того, как энергия в батареях иссякнет, в работу снова включается бензиновый мотор, который позволяет продолжать движение и при этом восполняет заряд в аккумуляторных батареях.
Надо сказать, что наряду с этой схемой существует и другая, носящая название plug-in hybrid. В ней аккумулятор заряжается не только от мотора, но и от обычной бытовой электросети, а его емкости достаточно для поездок на небольшие расстояния (как правило, около 30-40 километров). По факту это значит, что доехать до работы и обратно вы можете, совершенно не используя бензиновый двигатель (и, соответственно, не тратя топлива).
Преимущества машин с гибридным двигателем
Наверняка многие зададутся вопросом, а для чего вообще «городить огород» с аккумуляторами, электромоторами, батареями и двигателем внутреннего сгорания? Что дает гибридная схема силовой установки?
Перед тем, как ответить на этот вопрос, стоит вспомнить, когда «традиционный» автомобиль расходует наибольшее количество топлива. Известно, что максимальный расход (и, соответственно, токсичность выбросов) приходится на этап разгона до крейсерской скорости, а также в городском режиме движения при частых разгонах-торможениях.
Видео — как можно улучшить гибридный автомобиль:
Таким образом, электропривод в машинах с гибридной силовой установкой вступает в действие именно в этих режимах. При полностью заряженной батарее «гибрид» начинает движение на электротяге, а при достижении определенного скоростного порога (в зависимости от модели он составляет от 20 до 40 километров в час) в действие вступает двигатель внутреннего сгорания.
При этом наиболее широкий ряд «гибридов» от Тойота представлен непосредственно в Японии и США. На внутрияпонском рынке машины продаются под маркой Тойота, а в Америке по традиции наиболее популярен Лексус (в России, надо сказать, наибольшая часть гибридных авто также продается под этой торговой маркой).
Наиболее насыщенным с точки зрения количества гибридных авто от Тойота по праву стоит считать рынок Японии. На него компания выводит все новейшие модели, на которых «обкатывает» технологии, которые должны пойти в серию на «глобальных» моделях.
