Гибридный автомобиль принцип работы: Как работает гибридный автомобиль: принцип, особенности, расход топлива

Содержание

Особенности гибридного автомобиля — как работает в теории

Гибридный автомобиль — транспортное средство, которое может передвигаться на низких скоростях, не потребляя бензин. Расскажем про особенности гибридного автомобиля и как работает.

Начало движения

Для начала движения и при движении на малых скоростях используется только электромотор.
  • При наборе скорости батарея направляет энергию на блок управления электропитанием.
  • Блок управления направляет энергию на электромоторы, расположенные в передней и задней частях автомобиля.
  • Передний и задний электромоторы позволяют автомобилю плавно трогаться с места.

Движение

При движении автомобиля в нормальном режиме привод колес осуществляется за счет бензинового двигателя и электромоторов; энергия двигателя распределяется между колесами и электрическим генератором, который в свою очередь приводит в движение электромоторы. Генератор также осуществляет зарядку батареи, отдавая ему излишки энергии.

Разгон

  • Бензиновый двигатель разгоняет машину, работая в нормальном режиме.
  • Для улучшения динамики дополнительная энергия поступает от электромотора.
  • При работе в нормальном режиме бензиновый двигатель снабжает энергией генератор.
  • Генератор направляет излишки энергии на блок управления электропитанием.

Торможение

  • При торможении кинетическая энергия преобразуется в электричество.
  • Электромоторы направляют его на блок управления электропитанием.
  • Блок управления электропитанием возвращает энергию на высоковольтную батарею. Бензиновый двигатель работает в обычном режиме.

Особенности работы

Гибридный авто подразумевает сочетание бензинового и электрического двигателей. Они прекрасно дополняют друг друга. Электродвигатели моментально обеспечивают дополнительную мощность, не расходуя топливо и не загрязняя окружающую среду. Бензиновый двигатель позволяет развить высокую скорость. Работа в системе позволяет каждому источнику энергии работать в оптимальном режиме, обеспечивая автомобилю прекрасные ходовые качества и топливную экономичность.
Один из источников экономии – снижение потребляемой энергии. Гибридные технологии позволяют возвращать энергию, которая в обычных условиях теряется безвозвратно. В частности, при торможении электродвигатели действуют как генераторы, и с подачи блока управления силовой установкой энергия движения «перекачивается» обратно в батарею высокого напряжения.

В качестве основного источника энергии используется двигатель внутреннего сгорания. Сложная компьютерная система осуществляет непрерывное изменение забора воздуха в целях обеспечения оптимальных условий работы двигателя. Это не только обеспечивает мотору дополнительную мощность, но и способствует значительной экономии топлива и уменьшению выбросов выхлопных газов. При этом не увеличивается уровень шума и не возникает вибраций.

Усовершенствованный электромотор-генератор, соединенный с бензиновым двигателем, обеспечивает плавный разгон, когда вы нажимаете на педаль газа до упора. Высоковольтный электромотор гибридной силовой установки представляет сложную и одновременно компактную комбинацию электромотора и электрогенератора.


Для обеспечения энергией электромоторов гибридная силовая установка использует в своей работе высокопроизводительную никель-металл-гидридную батарею. В то время как генератор и электромотор являются устройствами переменного тока, батарея представляет устройство постоянного тока. Кроме того, выходное напряжение батареи не соответствует выходному напряжению генератора и величине входного напряжения электромотора. Поэтому эти устройства осуществляют преобразование электроэнергии согласно потребностям системы.

При торможении генератор используется для замедления движения авто. При этом он вырабатывает электроэнергию, которая хранится в батареях. В традиционных системах энергия, которая используется для торможения, теряется полностью. В отличие от них, данная система эффективна при езде в городе, где часто чередуются разгон и торможение.

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.

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.



Тип двигателя гибрид что. История создания и принцип работы. Гибридный двигатель. Устройство

Всё больше, в последнее время, человек задумывается об экологии. Не исключением становится и автоиндустрия. С каждым годом повышаются экологические стандарты, а с этим модернизируются и усовершенствуются двигатели транспортных средств. Гибридный двигатель – одно из решений улучшения экологичности использования автомобиля.

Что такое гибридный двигатель

Что же такое гибридный двигатель и его устройство? Само слово «гибрид» переводится с латыни, как «помесь». По факту – это помесь классического варианта силового агрегата и электромотора. Так, привод ведущих колёс ведётся путём вращения при помощи обычного двигателя внутреннего сгорания или электромотором.

Каждый из силовых агрегатов выполняет в движение определённую функцию. Так, когда транспортное средство стоит в городских пробках, то движение осуществляется при помощи электромотора, а вот на трассе в работу вступает бензиновая силовая установка.

Плюсы «гибрида»

Пожалуй, самым большим плюсом в использовании гибридного силового агрегата является его экономичность. Как правило, такой мотор потребляет на 25-30% меньше горючего, от стандартных бензиновых двигателей.

Вторым позитивным моментом является – высокая экологическая норма. Поскольку уменьшается расход топлива, то в экосистему идёт меньше выбросов отработанных выхлопных газов.

Третьим плюсом становится то, что батареи для электромотора заряжаются от бензинового двигателя и если они сядут, то всегда можно переключиться на бензин. Сюда же можно отнести одинаковые технические характеристики. По мощностным характеристикам «гибрид» ничем не уступает обычному мотору.

Лучше всего «гибридный» двигатель чувствует себя в городском цикле использования, где есть частые остановки. В таком случае, в основном, работает сам электромотор. Во многих странах на «гибридных» автомобилях ездит городская полиция.

Минусы использования «гибрида»

Первым минусом, который стоит отметить, является дорогой ремонт гибридных моторов. Производители «гибрида» объясняют это тем, что силовой агрегат является конструктивно сложным, что в обслуживании, так и в восстановлении.

Аккумуляторные батареи гибридного движка, достаточно чувствительные к перепадам и снижению температуры, из-за чего при падении ниже -15 градусов Цельсия, они быстро разряжаются, и эксплуатация проводится в основном на бензине.

Высокая стоимость самого транспортного средства с гибридным мотором. Не каждый автолюбитель способен позволить себе машину, которая стоит 20 000 $. Несмотря на это, ряд стран ввели льготные налоги на растаможивание, регистрацию и использование гибридных движков, чтобы стимулировать покупателей к покупке данных автомобилей. На территории стран СНГ это пока не сделалось.

Современные показатели

Toyota лидирует по количеству гибридов и активно выпускает эти автомобили с 1997 года, причём в модификациях как обычных автомобилей серии Prius, кроссоверов серии Lexus RX400h, так и автомобилей люкс-класса — Lexus LS 600h.

По итогам 2006 года во всём мире было продано более полумиллиона только модели Prius. Технологию гибридного привода Toyota HSD лицензировали Ford(Escape Hybrid), Nissan (Altima Hybrid).

Массовое производство гибридных автомобилей сдерживается дефицитом никель-металлогидридных аккумуляторов.

В 2006 году в Японии было продано 90410 гибридных автомобилей, что на 47,6 % больше, чем в 2005 году.

В 2007 году продажи гибридных автомобилей в США выросли на 38 % в сравнении с 2006 годом. Гибридные автомобили в США занимают 2,15 % рынка новых легковых автомобилей. Всего за 2007 год в США было продано около 350000 гибридных автомобилей (без учёта продаж корпорации GM).

Всего с 1999 года до конца 2007 года в США было продано 1 002 000 гибридных автомобилей.

Вывод

Как показывает современная тенденция, всё больше автомобилистов начинает предпочитать гибридные силовые агрегаты. Они более экономичные, бесшумные и экологичные. Недостатком использования является дорогой ремонт, и чувствительность батарей к перепаду температуры.

Увеличение 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.

В частности, флагманские модели типа Toyota Avalon и другие уже сегодня предлагают ряд технических новаций, связанных с увеличением надежности «гибридов», а также большим запасом хода от одного заряда батареи.

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

Немного истории

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

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

Как работает гибридный двигатель – простыми словами о новых технологиях

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Устройство гибридного двигателя – описание схемы

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

Последовательная схема гибридного двигателя

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

Параллельная схема гибридного автомобиля

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

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

— работа от электродвигателя;

Совместная работа электромотора и ДВС;

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

Подпитка аккумулятора в период рекуперативного торможения.

Последовательно-параллельная схема гибрида

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

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

— ДВС связывается с планетарным редуктором;

Электродвигатель, который присоединён к коронной шестерне планетарного редуктора;

Солнечная шестерня планетарного редуктора соединенная с генератором.

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

Авто с гибридным двигателем – плюсы и минусы

Положительные стороны гибридных двигателей

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

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

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

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

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

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

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

Минусы гибридных автомобилей

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

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

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

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

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

О ценах на авто с гибридными двигателями

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

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

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 .

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.

Идея создания гибридного автомобиля с использованием электрического мотора появилась больше 100 лет назад. Гибридные автомобили выполняют несколько основных функций:

  • Экономия дорогостоящего бензина за счет его замены использованием электродвигателя.
  • Гибридные автомобили являются более экологическими по сравнению с классическими бензиновыми.
  • Увеличение расстояния, преодолеваемого на гибридном двигателе за счет использования двух источников энергии.

Гибридные автомобили и их устройство

Существуют умеренные и полные гибридные автомобили. Конструкция умеренных гибридов использует бензиновый двигатель как основной, а электрический источник питания подключает как подстраховку в редких случаях. Полные же гибриды подразумевают возможность использования альтернативного источника питания в качестве основного двигателя.

Конструкции автомобилей с гибридным двигателем

Существует несколько видов конструкций гибридов, отличаемых по способу подключения двигателя:

  • Автомобили с последовательной схемой подключения. В рамках схемы использован двигатель внутреннего сгорания малой мощности, подключенный к электрогенератору. Электромотор приводит машину в движение и является основным двигательным механизмом. Модели гибридных автомобилей с такой схемой — Chevrolet Volt, а также Opel Ampera. В таких автомобилях используют электрические батареи увеличенной емкости.

Последовательная схема подключения узлов

  • Параллельная схема подключения. В рамках данной схемы могут работать вместе и по отдельности как бензиновый, так и электрический двигатели. В основном используется электромотор мощностью 20 Вт, которая возрастает при увеличении скорости автомобиля.

Параллельная схема подключения узлов

  • Смешанная, последовательно-параллельная схема. Принцип построения такого двигателя схож с двигателем с параллельной схемой, но в смешанную схему добавлен генератор, от которого питается электромотор.

Последовательно-параллельная схема подключения узлов

Как работает гибридный двигатель?

Когда машина начинает движение, расходуется запас электромотора и аккумулятора. На высокой скорости к работе электрических источников энергии подключается бензиновый двигатель. В результате работы бензинового двигателя образуется некий излишек энергии, который подзаряжает генератор. От генератора питается электромотор, а он, в свою очередь, подзаряжает аккумулятор .

При торможении используется принцип рекуперативного торможения – электромотор в этом случае выполняет функцию генератора, подпитывая аккумулятор. Таким образом, энергия, полученная в результате торможения, используется на благо автомобиля.

Устройство гибридного автомобиля

Гибридный авто состоит из следующих основных узлов:

  1. Бензиновый двигатель (двигатель внутреннего сгорания). Но в гибридных автомобилях, в отличие от классических, ДВС маломощный, так как используется в тандеме с электромотором.
  2. Электрический двигатель. Альтернативный источник энергии для автомобиля. Часто в таких двигателях используется технология рекуперации – электромотор работает не только в качестве силовой установки, приводящей машину в движение. Он также выполняет функции генератора, накапливая энергию во время торможения и спуска с возвышенностей.
  3. Генератор предназначен для производства электроэнергии.
  4. Аккумуляторные батареи хранят запас электроэнергии для электродвигателя.
  5. Топливный бак используется для хранения бензина для ДВС.
  6. Коробка передач позволяет управлять как ДВС, так и электродвигателем.

Устройство гибридного авто на примере Toyota Prius

Автомобиль гибрид предназначен, в первую очередь, для эффективного использования энергоресурса. Для достижения этого эффекта используется несколько приемов:

  1. Используется энергия торможения за счет технологии рекуперации.
  2. Бензин экономится за счет переключения механизма на работу электромотора.
  3. При производстве машины гибрида используют легкие материалы, которые облегчают конструкцию, тем самым уменьшая потребление ресурсов.
  4. Эффективно используются аэродинамические свойства материалов и конструкций.

Индустрия гибридных авто активно развивается, ведь пока мы не можем говорить о совершенстве данных конструкций и их доступности. Рассмотрим более подробно некоторые преимущества и недостатки конструкций гибридных автомобилей:

  • Экономия при расходе топлива и энергоресурсов. Несомненный плюс гибридов – сокращение расходов, к тому же электромотор может самостоятельно производить энергию.
  • Экология. Гибриды существенно меньше вредят окружающей среде, чем классические автомобили.
  • Дальность пробега. Гибридные автомобили заправляют гораздо реже, чем обычные бензиновые.
  • Аккумуляторные батареи гибридов гораздо легче и удобнее в использовании, чем батареи электрических автомобилей.
  • Электродвигатель работает практически бесшумно.
  • Гибридный автомобиль может обходиться без ДВС на городских улицах.

Но существуют и некоторые недостатки, связанные с гибридными машинами:

  • Аккумуляторы электродвигателей должны постоянно эксплуатироваться, в противном случае срок из действия сокращается. Кроме того, они способны самостоятельно разряжаться, не переносят резких перепадов температур. Еще не развита инфраструктура предприятий, способных правильно утилизировать эти элементы.
  • Сложная конструкция двигателя делает его ремонт сложным и дорогостоящим. Часто детали невозможно отремонтировать и приходится заказывать новые у производителей, что затягивает процесс ремонта.
  • Гибридные двигатели работают в основном с бензиновыми автомобилями, хотя использование дизельного топлива экономически более выгодно.
  • Стоимость автомобилей с гибридными двигателями гораздо выше средней на рынке. Такое дорогое приобретение не всем по карману.

Не смотря на некоторые недостатки, отрасль производства гибридных автомобилей динамично развивается и совершенствуется. С каждым новым сезоном производители представляют лучшие гибридные автомобили , обладающие более широким набором функций и более доступными для автолюбителей.

Принцип работы гибридного автомобиля реферат по транспорту

Принцип работы Первоначально идея организации принципа «электрической коробки передач», то есть замены механической коробки передач на электрические провода, была воплощена в железнодорожном транспорте и большегрузных карьерных самосвалах. Причина применения такой схемы обусловлена огромными сложностями механической передачи управляемого крутящего момента на колеса мощного транспортного средства. Суть принципа заключается в том, что двигатель, работающий на обычном топливе, приводит в движение электрогенератор, и через систему управления нужное количество электроэнергии передаётся на электродвигатели, приводя в движение транспортное средство. Это похоже на электростанцию на электромобиле, вырабатывающую энергию для собственного движения. Суть схемы работы гибридного автомобиля аналогична, но значительно модифицирована, в первую очередь добавлением аккумуляторной батареи, только в отличие от электромобиля менее ёмкой, а следовательно, более лёгкой. Основные причины, стоящие за разработкой гибридной силовой установки — уменьшение количества вредных выбросов в атмосферу, что очень актуально именно для городского транспорта. Эта система позволяет снизить выброс сажи и углеводородов на 90%, оксидов азота — на 50%. При этом экономия топлива достигает 60% по сравнению с обычными автобусами с дизельными двигателями, а ускорение во время начала движения увеличилось на 50%. Такая силовая установка может устанавливаться на различные автомобили, которые выполняю самые разные задачи. Принцип работы гибридной силовой установки заключается в следующем: колеса приводятся в движение электродвигателем, который питается от АКБ, а дизельный двигатель приводит в действие генератор, питающий аккумулятор. К тому же дизель соединен с трансмиссией и часть своей мощности передает на колеса. Благодаря этому во время начала движения достигается максимальное ускорение без лишнего шума, затрат топлива и клубов дыма из выхлопной трубы. Что такое гибридный автомобиль Гибридный автомобиль — высокоэкономичный автомобиль, движимый системой «электродвигатель — двигатель внутреннего сгорания» (далее двигатель), питаемой как горючим, так и зарядом электрического аккумулятора. Главное преимущество гибридного автомобиля — снижение расхода топлива и вредных выхлопов. Это достигается полным автоматическим управлением режима работы системы двигателей с помощью бортового компьютера, начиная от своевременного отключения двигателя во время остановки в транспортном потоке, с возможностью продолжения движения без его запуска, исключительно на энергии аккумуляторной батареи, и заканчивая более сложным механизмом рекуперации — использования электродвигателя как генератора электрического тока для пополнения заряда аккумуляторов. Вообще, гибрид – это организм, полученный в результате скрещивания генетически различающихся родительских форм (видов, пород, линий и др.) (от лат. hibrida – помесь). Генетически различающиеся формы в нашем случае – это двигатель внутреннего сгорания (ДВС) и электромотор. Причем в современной автоселекции гибридизация – это, похоже, единственно возможный вариант их выживания. С одной стороны, цена на нефть берет все новые высоты, что неизбежно приближает закат славной истории ДВС (в том же направлении работают экологические нормативы). С другой – отсутствие способов компактно и долго хранить электрическую энергию ставит под большое сомнение будущее электромобилей в их генетически чистом виде… 3.При работе в нормальном режиме бензиновый двигатель также снабжает энергией генератор. 4.Генератор может направлять излишки энергии на блок управления электропитанием. Торможение: 1.При торможении кинетическая энергия преобразуется в электричество. 2.Электромоторы направляют его на блок управления электропитанием. 3.Блок управления электропитанием возвращает энергию на высоковольтную батарею. Бензиновый двигатель автомобиля работает в обычном режиме. Задачи гибридной силовой установки: 1.Обеспечение высоких эксплуатационных характеристик и набора скорости за счет мгновенной подачи энергии. 2.Сохранение энергии при торможении: часть энергии преобразуется в электричество, остальное – в тепловую энергию (в сравнении с обычным автомобилем, у которого на «тепло» уходят все 100%). 3.Обеспечение автомобиля самой современной системой управления расходом энергии. 4.Снижение массы и размеров компонентов. «В своем желании создать привод, какого никогда не было раньше, мы отразили ключевые элементы защиты окружающей среды, безопасности и удовольствия от вождения автомобиля. Мы также поняли, что наша новая гибридная система хорошо подходит к автомобилям среднего и большого размера. В итоге получился блестящий пример настоящего прорыва в эволюции автомобильного транспорта». 0. Садаката (0. Sadakata), главный инженер Lexus RХ400h Гибридная трансмиссия. Делитель мощности в гибридной трансмиссии направляет поток мощности туда, где она больше всего нужна. Обеспечивая максимально экономное расходование энергии, он не только направляет всю необходимую мощность, но и управляет совместной работой бензинового и электрического двигателей. Бесступенчатая трансмиссия мгновенно откликается, когда водителю нужна большая мощность. Электрический и бензиновый источники энергии Термин «гибридный» подразумевает сочетание бензинового и электрического двигателей, которые приводят в движение RX400h. Эти два источника энергии прекрасно дополняют друг друга. Электродвигатели моментально обеспечивают дополнительную мощность, не расходуя топливо и не загрязняя окружающую среду. Бензиновый двигатель позволяет развить высокую скорость на уровне современных автомобилей. Работа в системе позволяет каждому источнику энергии работать в оптимальном режиме, обеспечивая автомобилю прекрасные ходовые качества и топливную экономичность. Восстановление энергии Один из источников экономии – снижение потребляемой энергии. Однако гибридные технологии Lexus позволяют возвращать энергию, которая в обычных условиях теряется безвозвратно. В частности, при торможении электродвигатели действуют как генераторы, и с подачи блока управления силовой установкой энергия движения «перекачивается» обратно в батарею высокого напряжения. Большая производительность благодаря двум источникам энергии Гибридная силовая установка использует в своей работе два источника энергии: 6-цилиндровый бензиновый двигатель, соединенный с генератором, и электромотор, обладающий большим крутящим моментом. Высокопроизводительный двигатель В качестве основного источника энергии в гибридной силовой установке используется самый современный двигатель внутреннего сгорания. Сложная компьютерная система осуществляет непрерывное изменение забора воздуха в целях обеспечения оптимальных условий работы двигателя. Это не только обеспечивает двигателю дополнительную мощность, но и способствует значительной экономии топлива и уменьшению выбросов выхлопных газов. При этом не увеличивается уровень шума и не возникает никаких вибраций. Все, что чувствует водитель, – это чутко реагирующий на команды двигатель. Высоковольтный мотор Усовершенствованный электромотор-генератор, соединенный с бензиновым двигателем V6, обеспечивает исключительно плавный разгон, когда вы нажимаете на педаль газа до упора. Высоковольтный электромотор гибридной силовой установки представляет собой сложную и одновременно компактную комбинацию электромотора и электрогенератора. Гибридная технология Немного подробнее о принципах работы гибридной силовой установки. 1. Начало движения При трогании с места и движении на малых скоростях используются лишь электромоторы. 2. Нормальный режим движения На трассе двигатель и электромотор работают вместе; мощность двигателя делится между колесами и электрогенератором, который приводит в движение электромотор. Распределение мощности корректируется для обеспечения максимальной эффективности. При необходимости генератор подзаряжает батарею за счет избыточной мощности двигателя. 3. Разгон Батарея дает энергию, дополняющую мощность двигателя; двигатель и электромоторы обеспечивают плавный разгон. 4. Торможение При торможении электромоторы работают как генераторы. Они преобразуют кинетическую энергию в электрическую, накапливающуюся в батарее. 5. Остановка При остановке двигатель автоматически выключается для экономии топлива и обеспечения максимальной эффективности. модифицированной подвески, специальной электронной системы управления и самой современной системы контроля устойчивости автомобиля и системы интегрированного управления динамикой автомобиля (VDIM). До сегодняшнего дня такие системы активной безопасности, как антиблокировочная система тормозов (АВS), антипробуксовочная система (TRC), система курсовой устойчивости (VCS) и электроусилитель руля (ЕРS), имели тенденцию развиваться отдельно друг от друга, даже если они были установлены в одном и том же автомобиле. По существу их успешная совместная деятельность была ограничена, а оптимальная работоспособность не реализована. Система интегрированного управления динамикой автомобиля (VDIM), установленная в RХ400h, была разработана с целью объединения этих различных систем, что существенно улучшило безопасность и характеристики автомобиля. Более того, поскольку обычные системы безопасности активируются сразу после того, как был достигнут предел технических возможностей автомобиля, VDIM активизируется еще задолго до наступления этого момента. В результате расширяются рамки работы систем активной безопасности, и за счет этого обеспечивается более мягкое и предсказуемое поведение автомобиля, так как эти системы действуют точнее, более мягко и гибко. Располагая полной информацией о текущем состоянии, получаемой с датчиков, расположенных по всему автомобилю, VDIM не только объединяет функции систем АВS, ТRC, VSC и ЕВD с электроусилителем рулевого управления, но и управляет гибридной силовой установкой и системой полного привода. Используя объединенный контроль над всеми элементами, отвечающими за движение автомобиля, включая крутящий момент, тормозное усилие и рулевое управление, VDIM не только оптимизирует работу тормозной системы, системы курсовой устойчивости и антипробуксовочной системы, но и улучшает основные динамические характеристики автомобиля. Новая система управления динамикой не столь «навязчива», как обычные системы контроля устойчивости, но при этом намного более эффективна. С помощью высокоскоростной технологии управления двигателем, тормозами и трансмиссией система управления динамикой контролирует гибридную силовую установку, полный привод на все колеса и систему торможения, одновременно управляя моментом переднего и заднего электромоторов в соответствии с условиями движения, а также стабилизирует поведение автомобиля на дорожном покрытии с низким коэффициентом сцепления. За счет всего этого достигается безопасное и комфортное управление автомобилем. Запуск системы: Система подачи энергии включается, когда электронный ключ дает подтверждение, что водитель находится в салоне. При включении зажигания система осуществляет проверку нормальной работы всех датчиков, двигателя, электромотора, генератора и батареи. После этого переключатели на различных компонентах высоковольтной системы, таких как электромотор, генератор и батарея, включаются – машина готова к поездке. Отключение системы: После отключения зажигания и до того, как водитель покинет салон автомобиля, компоненты высоковольтной системы отключаются, и после подтверждения отключения этих систем компьютер управления гибридной системой также отключается. Управление мощностью двигателя: Система осуществляет контроль за потреблением энергии по всему автомобилю. Она определяет, нужно ли остановить бензиновый двигатель и задействовать вместо него электромотор или продолжать движение автомобиля за счет работы бензинового двигателя. Система принимает эти решения, основываясь на текущем состоянии автомобиля, то есть исходя из потребности в ускорении, а также на сигналах состояния, подаваемых компьютером аккумулятора. При первом запуске автомобиль начинает работать от своего электромотора, но при условии, что температура окружающего воздуха не слишком низкая и заряд аккумулятора достаточен. Для того чтобы привести в движение автомобиль с использованием электроэнергии, двигатель сначала запускается от генератора и одновременно система производит расчет энергии, необходимой для всего автомобиля. Далее система рассчитывает условия движения, при которых будет обеспечена максимальная эффективность, необходимая для выработки этого количества энергии, и направляет двигателю сигнал на установление определенного количества оборотов. В дальнейшем контроль за количеством оборотов двигателя осуществляет генератор. Мощность двигателя контролируется за счет учета мощности, расходуемой непосредственно на движение автомобиля, мощности, производимой электрическими устройствами, и мощности, необходимой для вспомогательного оборудования и подзарядки батареи. За счет оптимизации контроля мощности двигателя обеспечивается повышенная экономичность расхода топлива. Контроль движения: Общая мощность гибридной силовой установки складывается из сочетания мощностей бензинового двигателя и электромоторов. На малых скоростях большее количество энергии поступает от электромоторов. Такая комбинация создает ощущение плавного контроля над мощностью. Даже если бензиновый двигатель используется не постоянно, особенно в условиях частых остановок при движении, никогда не ощущается недостатка мощности. Контроль регенеративного торможения: Для оптимизации количества сохраняемой энергии система торможения, управляемая электроникой, принимает решение о том, когда следует использовать гидравлические тормоза, а когда – регенеративное торможение. Система старается применять регенеративное торможение как можно чаще с целью оптимизации процесса сохранения энергии. Достоинства автомобилей с гибридной установкой 1. Экономная эксплуатация энергию удаётся сохранить с самыми минимальными потерями и максимально дёшево. В качестве накопителя применяются как аккумуляторы, так и специальные конденсаторы. 6. 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. Но уже разработаны технологии, позволяющие заряжать литий-ионные аккумуляторы с электродами из наноматериалов до 80% ёмкости за 5-15 минут. У гибридного автомобиля этот недостаток устранён. Заправка осуществляется по привычной схеме, обычным углеродным топливом, тогда, когда это необходимо, и дальнейшее движение можно немедленно продолжить. В городском цикле эксплуатации гибридный автомобиль 80% времени работает в режиме электромобиля. В феврале 2006 года автолюбители из США смогли взломать электронную систему управления Toyota Prius, и научились принудительно переключать автомобиль в режим электромобиля. Французская компания PSA Peugeot Citroen к 2010 году начнет серийное производство гибридных версий Peugeot 307 и Citroen C4. В автомобилях предусмотрен режим электромобиля на скоростях менее 50 км/ч. Водитель может по желанию включать режим электромобиля. Недостатки автомобилей с гибридной установкой 1. Высокая сложность Гибридные автомобили сложнее и дороже традиционных автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Аккумуляторные батареи имеют небольшой диапазон рабочих температур, подвержены саморазряду. Кроме того, они дороже в ремонте. Опыт автоиндустрии США говорит о том, что автомеханики берутся за ремонт гибридных автомобилей с большой неохотой. США пытаются решить проблему дороговизны налоговыми льготами. Далеко не все крупные автопроизводители смогли создать собственную гибридную систему. Компания Porsche отказалась от попыток самостоятельного производства гибридного автомобиля. Компания Mitsubishi изначально не пыталась создать гибридный автомобиль, а сконцентрировала все свои усилия на разработке электромобилей. Наиболее удачная на сегодня серийная разработка — Hybrid Synergy Drive 0 30 1 (произносится [хайбрид 0 3 0 1синеджи драйв]) компанией Toyota. 2. Утилизация аккумуляторов Гибридные автомобили, как и электромобили, хоть и в меньшей степени, подвержены проблеме утилизации аккумуляторов. Влияние выбрасываемых аккумуляторов на окружающую среду, по-видимому, никто не исследовал. А ведь оно может быть опасным. 3. Высокая стоимость некоторых моделей. Естественно сложность и «нетрадиционность» создания некоторых моделей влечет за собой увеличение цены на автомобили. Экология и нефтяная действительность — чего можно ждать? Экология и нефтяная действительность Недавно опубликованный доклад Межправительственной группы экспертов ООН дает возможность понять, что около 90 % от всех изменений климата (отнюдь не в нашу пользу) – это итог действия человечества на окружающую среду. Каждый слышал ужасающие истории о том, что однажды арктические льды растают, уровень воды в океане поднимется, и целые регионы окажутся затопленными. Последнее время пугающие слова «парниковый эффект» у всех на слуху. Действовать нужно решительно и уже сейчас. Браться за решение этой проблемы могут многие, но просто не хотят и тем самым ставят под угрозу будущие поколения. По словам Ганса Верольма (Hans Verolme), директора исследовательских программ по климатическим изменениям Всемирного Фонда дикой природы (WWF), ухудшение условий жизни миллиардов людей и понижение благосостояния экономик многих стран напрямую зависят от глобальных изменений климата. Ученые утверждают, что если не сократить выбросы двуокиси углерода в ближайшее врем, человечеству придется столкнуться с неожиданными и непредсказуемыми последствиями своих же ошибок, и то, что казалось невозможным, в конце концов произойдёт К счастью, некоторые успешные компании уже сейчас готовы понести убытки, пойти навстречу экологам и всячески противостоять надвигающейся беде. Совсем недавно, к примеру, 150 компаний из Европы, Соединенных Штатов, Китая и Австралии на конференции в Буэнос-Айресе. подписали документ-прошение о принятии правительствами государств мер по борьбе с негативными факторами, вызывающими глобальное потепление. Среди организаций, участвующих в проекте, можно отметить разработчика мобильных телефонов Nokia, известную всем спортсменам компанию Nike, а также Britsh Airways, eBay, L`Oreal. Как видим, бизнесмены заинтересованы в поддержке частными и государственными структурами программ по ужесточению контроля за экологией производства товаров и предоставления услуг, поощрению «зеленых» инициатив. Конец осени 2007 года для рынка нефти ознаменовался непредсказуемыми ценовыми рекордами, десятками миллионов долларов доходов для одних участников и убытков для других. В этот период цена нефти успела преодолеть несколько рубежей и вплотную приблизилась к отметке в $100, хотя в начале этого года на рынке за баррель ископаемого топлива платили всего $50. Среди факторов, влияющих на рост цен на черное золото, многие эксперты отмечают нестабильность доллара, ситуацию в Ираке, Турции, природные катаклизмы, неопределенность в отношениях с Ираном. Помимо роста цен, сталкиваемся еще с одной проблемой уже недалекого будущего – нефть скоро закончится, так как является одним из работает проверенная схема окупаемости затрат и разрекламированной экономии. Другая причина – банальное незнание большинством наших соотечественников простых вещей — «что это такое» и «как это работает». (Информацию о гибридах смотрите по ссылке — http://www.biauto.ru/ info.shtml) Несомненно, в ближайшем будущем гибриды на отечественных дорогах будут оставаться достоянием состоятельных людей – либо в качестве игрушки на пару месяцев, либо в качестве полюбившегося средства передвижения на каждый день. Перспективы гибридных автомобилей — гибриды сегодня и завтра Многие потребители утверждают, что ездить на гибриде сегодня модно. Спасибо компаниям, занимающимся рекламой гибридных автомобилей. Свою задачу — внедрить в сознание человека, что это езда на экологически более чистом автомобиле приветствуется общественностью, — они небезрезультатно выполняют. Об этом нам говорит статистика и последние новости: -Toyota объявила о намерении к 2007 году увеличить объём выпуска гибридных автомобилей (автомобилей, оснащённых одновременно двигателем внутреннего сгорания и электромотором) до 300 тысяч в год, а к 2012 году вообще перейти исключительно на выпуск гибридов; -First Automotive Works планирует произвести 1000 гибридных автобусов к 2010 году для Олимпиады 2008 в Пекине и World Expo 2010 в Шанхае; -Лондон после 2012 года будет закупать только гибридные автобусы. Будет вводиться в эксплуатацию по 500 гибридных автобусов ежегодно. Подобные факты заставляют подумать о том, что вот уже в ближайшем будущем гибридные автомобили будут весьма популярны. Что же нас ждёт? Какие существуют прогнозы? В моде на гибриды даже есть своя доля патриотизма, скрытая под капотом универсальной покупки, позволяющей экономить. Однако в каждой стране к машинам с электротопливными тяговыми установками относятся по-разному. Возьмем, к примеру, американцев. У них имеется своя точка зрения на экологию их государства и мира в целом. Сейчас в стране действуют серьезные экологические нормы, которые стимулируют разработчиков авто делать безопасные машины и распространять их не только в масштабах государства, но и мира в целом. Еще не так давно новое, неизведанное пугало американцев. Несколько лет назад, когда на рынке страны появились первые Toyota Prius, большинство жителей США относились к таким авто с опаской. Кто-то остерегался непредвиденных поломок и затрат, кого-то смущала еще ничем не оправданная дороговизна. Тем не менее, сегодня в Соединенных Штатах продается больше гибридных авто, чем где-либо в мире, по улицам колесят гибридные купе, внедорожники и даже автобусы не только от японских разработчиков, но и родных General Motors, Ford. Популярностью пользуются мощные и большие машины, такие как, к примеру, Mercury Mariner. Интересно отметить, что в рамках проходившего в этом месяце в Лос- Анджелесе традиционного ежегодного автосалона 2007 Los Angeles Auto Show — сто первого по счёту, более половины компаний могли похвастаться гибридными приводами – еще один пример всё возрастающего распространения этих «эко-машин». Наибольший интерес аудитории вызвали дорогие и массивные внедорожники Porsche Cayenne, Dodge Durango, Cadillac Escalade Hybrid. Ценителей дорогого и раритетного эксклюзива сотрудники Porsche решили порадовать показом легенды истории гибридных автомобилей — Lohner Electric Chaise, о котором мы говорили ранее. Автомобиль впервые был вывезен из Европы и предстал во всей красе перед десятками тысяч посетителей выставки. Представители компании также раскрыли несколько секретов долгожданного гибрида Cayenne. Оснащенный параллельным электротопливным приводом, Cayenne способен с помощью одного лишь электромотора разгоняться до 120 км/ч. Блок аккумуляторов расположился под багажником, на месте запаски. Зарядка батарей может производиться посредством как рекуперативной тормозной системы, так и самого бензинового двигателя объемом 3,6 литров. Системой управляет бортовой компьютер. Инженеры обещают, что этот гибридный, довольно дорогой внедорожник сможет порадовать владельца неплохими показателями экономии — «всего» 8,9 литров топлива на 100 километров. Суммарная эффективная мощность гибридной установки – 155 л.с. (расход – 6,2 л на 100 км). Фордовская схема подозрительно похожа на тойотовскую «синергетическую» систему, разве что у RX 400h задний привод – электрический. Audi во Франкфурте представила гибридный концепт Q7. Большой внедорожник оснащен 4,2-литровым V8 (350 л.с.). А между ним и АКПП расположился 43-сильный электромотор. В багажнике находится батарея аккумуляторов. Автомобиль может двигаться как на комбинированной тяге, так и силами каждого из моторов в отдельности. Расход по сравнению с чисто бензиновой версией снизился на 13% и составляет около 12 л. Кстати сказать, Audi, как и многие европейские производители, в свое время экспериментировала с гибридными формами автожизни, но сочла их неперспективными. И вот теперь пришлось вспомнить опыт постройки и A4 Avant (1997 год, турбодизель 1,9 л, 90 л.с., электромотор 29 л.с.), и даже Audi 100 Avant (1989 год, 2,3 л, 134 л.с. плюс 12,6 «электрической» силы). После заявлений, что гибридный Q7 появится в продаже уже в 2007 году, разумно ожидать аналогичных версий VW Touareg и Porsche Cayenne. Корни у них те же. А DaimlerChrysler привез на IAA сразу три гибрида, все, правда, лишь в ранге перспективных разработок. Два из них – на базе новейшего S-класса. Бензино-электрический Direc Hybrid (3,5 л, 272 л.с., электромотор – 14 л.с.) расходует 8,3 л на 100 км. Это на 25% меньше обычного S350. А дизель- электрический Blueteс Hybrid (3,2 л, 243 л.с. в сумме) кроме упавшего на 20% (до 7,7 л) расхода еще и выбрасывает вредных веществ на 80% меньше. Правда, это уже из другой сказки – благодаря применению искусственной мочевины. A еще DaimlerChrysler показал экспериментальный smart crosstown. Неизвестно, чем он может помочь кризисной марке микроавтомобилей, но общую моду отражает: его силовая установка – бензиновый двигатель (60 л.с.) и электромотор вдвое меньшей мощности. В последний момент на подножку трамвая вскочила BMW. Компания присоединилась к стратегическому альянсу GM и DC, желая также получить нужные разработки. Хотя до недавнего времени баварцы нужными разработками считали автомобили на водородном топливе. Но, видимо, передумали и представили Conсept X3 Efficient Dynamics – самый обыкновенный гибрид. С самым обыкновенным электромотором между двигателем и КПП. Зато электрический заряд у X3 хранится не в громоздких аккумуляторах, а в компактных конденсаторах. Их емкость гораздо выше, но есть существенный недостаток – всю свою энергию конденсаторы отдают разом, за 10-15 секунд. Это ограничивает применение электротяги фазой интенсивного разгона. Но так как именно в этом режиме расход топлива у традиционных моторов зашкаливает за облака, гибридный X3 на 20% экономичнее негибридного. Вместе с корпоративными объединениями в гибридной сфере наблюдается активность небольших производителей вроде Daihatsu (за ней, правда, маячит Toyota) и Subaru. Первая во Франкфурте показала концептуальное полноприводное купе HVS (Hybrid Vehicle Sports) – техническая калька полноприводной системы RX 400h, но с 1,5-литровым двигателем (4,1 л на 100 км). Вторая уже на Токийский автосалон привезла концепт B5-TPH (Turbo Parallel Hybrid), оснащенный 260-сильным оппозитным турбомотором и фирменным «симметричным» полным приводом. Но главное – собственная продвинутая параллельная гибридная схема (похожая на используемую Toyota) с 14-сильным электродвигателем. АВТОМОБИЛИ: Ford: -Ford Escape Hybrid -Mercury Mariner Hybrid Honda: -Honda Insight (International Engine of the Year 2000) -Honda Civic Hybrid -Honda Accord Hybrid General Motors: -Chevrolet Silverado/GMC Sierra Hybrid (debatable, see Mild hybrid) -New Flyer hybrid buses using Allisons electric drive system Opel Astra Diesel Hybrid. Mazda: -Mazda Demio (Japan-only, debatable, see Assist hybrid) Renault: -Renault Kangoo (France) Toyota and Lexus: -Prius (Motor Trend Car of the Year 2004, International Engine of the -Year 2004, European Car of the Year 2005) -Lexus RX 400h -Toyota Highlander -Lexus GS 450h -Toyota Camry Hybrid -Toyota Estima (Japan-only) Nissan: -Altima Hybrid — гибридная схема Toyota ГРУЗОВЫЕ АВТОМОБИЛИ: Hino Motors: -Dutro Hybrid (продаётся в Японии и Австралии) ВЕЛОСИПЕДЫ С МОТОРОМ: -Moped -Power-assisted bicycle -Electric bicycle Гибридные автобусы и грузовики Автобусы: Автобусы с гибридными (дизель/электричество) силовыми установками разрабатывают и производят: -New Flyer — Канада. Выпускает гибридные автобусы с 1997 г.

Гибридный автомобиль своими руками


Идея о создании и серийном выпуске автомобилей с гибридной силовой установкой все-таки удалась, и несмотря на скептические отзывы, гибридные автомобили работают и экономят топливо, сохраняют окружающую среду, и зарабатывают деньги для производителей дорогих аккумуляторов. То, что гибридные двигатели пошли в крупную серию уже само по себе говорит о том, что проект не безнадежен и имеет более-менее светлое будущее. Что представляют собой гибридные автомобили, разберемся вместе.

Содержание:

  1. Состав гибридного силового агрегата
  2. Принцип работы гибридного автомобиля
  3. Работа гибридного силового агрегата в разных режимах движения
  4.  Своими руками

Состав гибридного силового агрегата

Гибридный двигатель представляет собой целый комплекс механизмов и узлов, и разработан для того, чтобы экономить топливо для двигателя внутреннего сгорания и существенно сократить вредные выбросы в атмосферу. Схематически, гибридная силовая установка состоит из:

  1.  Качественного двигателя внутреннего сгорания.
  2. Электромотора.
  3. Блока аккумуляторов.
  4. Энергоэффективного генератора.
  5.  Управляющей системы.
  6. Адаптированной трансмиссии.

Разработчики и производители гибридных силовых установок очень педалируют именно на качественных элементах конструкции. Это не зря, и мы позже поймем, почему. Весь комплекс устройств и механизмов контролируется и управляется электронной управляющей системой, которая следит за условиями движения автомобиля и адаптирует к ним работу всех элементов.

Принцип работы гибридного автомобиля

Принцип работы гибридного силового агрегата лучше всего рассматривать на уже реализованном, серийном проекте, а не на прототипах, потому что этот автомобиль уже прошел испытания и признан пригодным к использованию на дорогах общественного пользования. Речь идет об автомобиле Lexus RX400h. Вот, как он выглядит.


А вот схема его работы — при трогании с места и на малых оборотах автомобиль приводится в движение только электрическим двигателем. Как только скорость доходит до определенного значения, блок управления фиксирует повышение напряжения, исходящего из генератора, и перераспределяет крутящий момент между бензиновым двигателем и электрическим. Как только скорость падает ниже установленной нормы, бензиновый двигатель выключается, и опять всю работу проделывает электродвигатель. Вкратце, это выглядит именно так.

Работа гибридного силового агрегата в разных режимах движения

Во время движения работают оба двигателя, а мозги автомобиля перераспределяют энергию между ними, в зависимости от нагрузки, при этом, если напряжение на аккумуляторах падает, часть электричества от генератора поступает для их зарядки. При резком разгоне электромотор еще активнее включается в работу, обеспечивая дополнительный прирост мощности.

Самое интересное происходит при торможении. Кинетическая энергия торможения используется для зарядки аккумуляторов. Откуда она берется? Очень просто — ее вырабатывают электродвигатели, которые при торможении работают, как генераторы. Такая система накопления энергии очень эффективна в городских условиях, когда приходится часто разгоняться и часто тормозить. В этом Лексусе нет традиционной коробки передач только по одной причине — экономия кинетической энергии. КПП расходует довольно большое ее количество на преодоление силы трения. Вот именно поэтому в процессе разработки особое внимание уделялось качеству каждого элемента конструкции.

 Своими руками

Создать гибридный автомобиль своими руками — идея очень заманчивая, но практически неосуществимая даже при наличии очень хорошей ремонтной базы. Приварить и отрезать можно что угодно и откуда угодно, но гибридный силовой агрегат подразумевает огромное количество электроники, которую разрабатывал не один человек, и не один день. Только поэтому гибридные двигатели и получили распространение — из-за высокого уровня технологической оснащенности.

Тем не менее, предлагаются своего рода альтернативные варианты гибридной силовой установки, которые по большому счету таковой не являются. Не так давно в Штатах был налажен мелкосерийный выпуск специальных китов, которые без внесения кардинальных изменений в конструкцию автомобиля могли предложить что-то, подобное гибридному двигателю. Набор состоит из:

  • комплекта дополнительных электрических двигателей, которые интегрируются в задние колеса
  • переднеприводного автомобиля;
  • дополнительные аккумуляторы, обеспечивающие питанием электромоторы;
  • дополнительный генератор повышенной эффективности;
  • система управления, способная интегрироваться в базовую систему управления автомобиля.

Вся система работает по принципу, похожему на фирменные гибридные установки. Автомобиль трогается с места при помощи электрической тяги, и движется на аккумуляторах вплоть до скорости 70 км/ч, и только после этого подается команда на автоматический запуск ДВС. Конструкция гораздо примитивнее, чем полноценный гибридный мотор, но тоже помогает экономить топливо и тоже создает прирост мощности при наборе скорости. Эффективность ее работы на порядок ниже, но возможность такая есть.

Это уже приятно, и вполне возможно, что и наши девятки и Волги тоже впишутся в ряды зеленого транспорта. Пока этого не случилось, нам придется экономить топливо доступными нам методами, а разгоняться доступными лошадиными силами. Берегите бензин, и удачи на дорогах!

Читайте также:


Принцип работы гибридных автомобилей | Автомобильные дороги

  • Как работает гибридный автомобиль?
  • Каковы плюсы и минусы гибридных автомобилей?

Сегодня пришло время взглянуть на мир гибридных автомобилей!

Вы, наверное, слышали о гибридных автомобилях. Они с нами в течение нескольких последних лет и их популярность продолжает расти. Вы даже можете иметь один такой в своей семье или кто-то из знакомых ездит на гибриде.

Схематически, принцип работы гибридных авто
Но что же такое гибрид? Традиционные авто имеют только двигатели на бензине, а с другой стороны гибридный автомобиль может быть приведен в действие как бензиновым двигателем так и электрическим аккумулятором.

С чего бы автопроизводителям создавать автомобили, которые ещё работают и от электрических батарей? Электрические аккумуляторы в гибридных автомобилях стали использовать бензин более эффективно. На низких оборотах, автомобили с гибридным двигателем могут работать только на электрических батареях. Это уменьшает количество используемого бензина машиной.

На более высоких скоростях бензиновый двигатель запускается, чтобы обеспечить большую мощность. Когда Бензиновый двигатель работает, электрический аккумулятор подзаряжается. Таким образом он будет иметь достаточную ёмкость и мощность, тогда, когда это будет нужно.

С развитием цивилизации технологии совершенствуются и производители автомобилей постоянно улучшают системы своих гибридных автомобилей. Сегодня существует несколько различных типов гибридных автомобилей. Есть небольшие различия в том, как они работают, но основная идея остается неизменной: использование электрического аккумулятора, чтобы улучшить эффективность, которую вы получаете от бензиновых двигателей.

Следующая волна гибридных автомобилей, как ожидается, будет представлять собой гибридные автомобили, которые могут работать исключительно на электрической или переработанной энергии. Для зарядки таких машин, владельцам нужно будет подключить их к источнику питания для зарядки электрических аккумуляторов, когда они не имеют достаточно энергии.

В дополнение к большому пробегу, гибридные автомобили также дружественны к окружающей среде. Так как некоторая часть их энергии вырабатывается электрическими батареями, гибридные автомобили выбрасывают меньше испарений (загрязнения), чем обычные бензиновые автомобили.

Однако, прежде чем задуматься о покупке гибридного автомобиля, вам также нужно учесть их стоимость. Большинство гибридных автомобилей на несколько тысяч долларов дороже, чем их “привычные” аналоги. Это означает, что значительная часть денег, которую Вы экономите на бензине будет потрачена авансом, который Вы заплатите за машину при покупке.

Несмотря на их более высокую стоимость, гибриды привлекательны для многих людей из-за своего минимального воздействия на окружающую среду. Просто не забудьте про это исследование, когда обратите свои взоры на гибридный автомобиль. Всегда полезно рассмотреть плюсы и минусы при принятии любого важного решения!

Wolflubes — The Vital Lubricant — Блог

Специальные смазочные материалы обеспечивают максимальную энергоэффективность гибридных автомобилей

В связи с экологическими проблемами и повышением цен на топливо ожидается, что в ближайшие годы будет успешно развиваться рынок гибридных автомобилей. Чтобы обеспечить надлежащую смазку и максимальную энергоэффективность гибридных автомобилей, требуются специальные смазочные материалы.

По оценкам компании Frost & Sullivan, к 2025 году будет продано около 15 миллионов гибридных электромобилей, а это 16,4% от общей доли легковых автомобилей. Таким образом, прирост составит 500% по сравнению с 2019 годом. Этот впечатляющий показатель можно объяснить непрерывным увеличением цен на нефть и ростом информированности о том, что необходимо сокращать выбросы углекислого газа. 

Вследствие ухудшения экологической ситуации государства разрабатывают программы поощрения для производителей гибридных и полностью электрических автомобилей. В ближайшие годы все крупные производители будут расширять ассортимент гибридных автомобилей.

Как устроен гибридный автомобиль?

Гибридный автомобиль обеспечивает оптимальную эффективность с точки зрения расхода топлива и производительности двигателя. В таких автомобилях используются двигатели двух типов (или более): обычно это двигатель внутреннего сгорания, который приводит в действие электрический генератор, подающий питание на электродвигатель.

Основной принцип работы гибридного автомобиля заключается в том, что разные двигатели работают лучше при разных скоростях, идеально дополняя друг друга:

  • Электродвигатель более эффективен для развития крутящего момента или силы вращения.
  • Двигатель внутреннего сгорания лучше подходит для поддержания высоких скоростей.

Электродвигатель в гибридном автомобиле выполняет резервную функцию. Главным образом он помогает двигателю внутреннего сгорания при очень высокой рабочей нагрузке (например, при запуске автомобиля или ускорении). В определенный момент при разгоне гибридный автомобиль переключается с одного двигателя на другой, что обеспечивает бескомпромиссную энергоэффективность, сокращение расхода топлива и выбросов CO2.

Для новых двигателей гибридных автомобилей требуются специальные смазочные материалы

Гибридные автомобили оснащаются новыми архитектурами питания и двигателями, для которых характерно следующее:

  • Увеличение напряжения в системах
  • Высокое содержание меди
  • Более высокие температуры
  • Новые полимерные материалы
  • Высокие скорости
  • Иные требования к трению или к отсутствию такового

Для надлежащей смазки, повышения энергоэффективности и улучшения характеристик двигателей для гибридных автомобилей требуются специальные смазочные материалы, которые предлагают следующее:

  • Соответствующие электрические свойства
  • Гарантированная защита от коррозии
  • Необходимые характеристики теплопередачи
  • Совместимость с полимерными материалами
  • Защита от окисления и образования осадков
  • Защита высокоскоростных подшипников
Инновационные смазочные материалы Wolf для гибридных автомобилей

Wolf разработал специальную серию продукции для смазки механизмов гибридных автомобилей. В то время как большинство масел SAE 0W-16 и 0W-20 от конкурирующих компаний относятся к категории API SN, наши новые масла SAE 0W-16 и 0W-20 для гибридных автомобилей отвечают требованиям категорий API SN Plus и SN/RC.

Наши смазочные материалы, разработанные специально для гибридных автомобилей, отличаются стабильностью смазывающих свойств и превосходной устойчивостью к окислению при высоких температурах, а также обеспечивают защиту от раннего зажигания на низких оборотах (LSPI) и поломок автомобиля. Кроме того, эти материалы позволяют достичь исключительной топливной экономичности (FE) для автомобилей азиатских производителей (Honda, Lexus, Mitsubishi, Nissan, Toyota и др.).

Смазочные материалы Wolf для гибридных автомобилей обеспечивают немедленную смазку при запуске в условиях низких температур, благодаря чему снижается трение и износ при запуске. Эти материалы также сокращают расход топлива и выбросы CO2, что способствует защите окружающей среды.

Каков принцип создания гибридного автомобиля?

Гибридные автомобили — это первый шаг к переходу на электромобили, когда дело касается транспорта. Чтобы снизить уровень загрязняющих выбросов, производимых двигателями внутреннего сгорания, у них есть электродвигатель, который заменяет бензиновый или дизельный двигатель или поддерживает его в зависимости от того, как он используется. Существует несколько различных типов гибридных автомобилей со своими преимуществами и методами работы.

Различные типы гибридных автомобилей

Легкие гибридные автомобили

Легкие гибридные автомобили являются лишь частично гибридными и могут снимать некоторую нагрузку со стороны двигателя внутреннего сгорания для снижения его расхода топлива.В этих автомобилях есть небольшая батарея, которая может обеспечивать резервное копирование двигателя внутреннего сгорания, но эта технология не поддерживает вождение на электричестве.

Поскольку при движении автомобиля расходуется больше всего энергии, такая гибридизация на низком уровне может снизить расход топлива при движении по городу (на 5–10%). Он заряжается кинетической энергией, возникающей при торможении и замедлении, что делает его автономной системой, которую не нужно заряжать от розетки.

Однако до сих пор он показал ограниченную производительность, а экономия на выбросах CO2 невысока.

Гибридные автомобили

Гибридный автомобиль (или HEV, сокращенно от Hybrid Electric Vehicle), имеет аккумулятор с достаточной емкостью, чтобы проехать несколько километров в полностью электрическом режиме. Как и у мягкого гибрида, аккумулятор этого автомобиля заряжается за счет преобразования кинетической энергии, выделяющейся при торможении и замедлении. При езде по городу это позволяет электродвигателю регулярно заменять двигатель внутреннего сгорания. Таким образом, водитель экономит топливо, наслаждаясь поездкой без шума и вибрации двигателя — качества, уникальные для электромобиля.

Модели последнего поколения предлагают более динамичные и гибкие характеристики, как новая линейка гибридных автомобилей Renault E-TECH с интеллектуальной многорежимной коробкой передач для легкого переключения между режимами.

Например, новые гибриды Renault E-TECH могут ездить в полностью электрическом режиме до 80% их пробега в городе. А их расход топлива при езде по городу примерно на 40% ниже, чем у аналогичного автомобиля с бензиновым двигателем.

Перезаряжаемые гибридные автомобили

Перезаряжаемый гибридный автомобиль (или PHEV, сокращенно от Plug-in Hybrid Electric Vehicle), немного ближе к полностью электрическому транспортному средству с аккумулятором большей емкости (9.8 кВтч для линейки Renault PHEV). Перезаряжаемый гибридный автомобиль подключается к подходящей домашней розетке или общественной точке зарядки, чтобы «зарядиться» электричеством. Эта способность заряжаться от сети дает ему полный запас хода в несколько десятков километров.

Перезаряжаемые гибридные автомобили идеально подходят, например, для всех поездок по городу в течение недели в полностью электрическом режиме, без использования ископаемого топлива и, следовательно, без выбросов *. Преимущества очевидны как для окружающей среды, так и для вашего кошелька! В длительных поездках перезаряжаемый гибридный двигатель ведет себя как обычный гибридный двигатель, поскольку автомобиль запускается от электричества и частично работает в электрическом режиме.

Благодаря моделям PHEV и их способности заряжаться от сети, водители делают большой шаг к переходу на полностью электрические.

Итак, как это работает в общих чертах? В отличие от мягкого гибрида, электродвигатель гибридного автомобиля или перезаряжаемого гибридного автомобиля фактически используется для поворота колес, чтобы обеспечить даже полностью электрическое вождение. Автомобили HEV и PHEV имеют тяговую батарею (в дополнение к обычной батарее автомобиля с двигателем внутреннего сгорания), которая используется только для питания электродвигателя.
Во время пуска и разгона электродвигатель гибрида и перезаряжаемого гибрида с его мгновенным крутящим моментом заменяет двигатель внутреннего сгорания и делает автомобиль более отзывчивым.

Какой бы ни была степень гибридизации, электродвигатель действует как генератор, который заряжает аккумулятор, в то время как автомобиль замедляется во время замедления и торможения . Благодаря этой бесплатной энергии снижается расход топлива, что соответственно снижает эксплуатационные расходы.
Перезаряжаемые гибридные модели также имеют тяговую батарею большей емкости. Автомобиль можно подключить к электросети для зарядки аккумулятора и, таким образом, увеличить запас хода в полностью электрическом режиме.

Преимущества гибридного автомобиля

Комбинируя электродвигатель с двигателем внутреннего сгорания, гибридные автомобили могут снизить выбросы при эксплуатации * и потребление ископаемого топлива на 5–40% в зависимости от уровня гибридизации. Гибридные и перезаряжаемые гибридные автомобили также имеют то преимущество, что они не имеют шума двигателя, а также обладают динамичным, но расслабляющим ощущением от вождения в электрическом режиме.
Помимо этих основных качеств, мы можем добавить интеллектуальное управление энергопотреблением с помощью различных калькуляторов, которые оптимизируют урожайность автомобиля в реальном времени и обеспечивают наилучшую производительность в любых условиях.
Кроме того, в гибридных автомобилях Renault используются все знания и ноу-хау номер 1 в Европе на рынке электромобилей.

Сравнение гибридных автомобилей с электромобилями

Помимо того, что гибриды в меньшей степени зависят от зарядных устройств для преодоления больших расстояний, они также оснащены высокопроизводительным газовым двигателем, отвечающим последним экологическим стандартам.
Что касается полностью электрического автомобиля, в любой поездке на него можно положиться, поскольку он обладает полной мощностью при запуске, мощным устойчивым ускорением и динамичным плавным управлением, при этом без шума двигателя.

* Ни выбросы CO2 в атмосферу, ни загрязняющие вещества во время вождения (за исключением изнашиваемых деталей).

Авторские права: He & Me, Jean-Brice LEMAL, Olivier MARTIN-GAMBIER.

Читайте также

Электромобиль

Различные способы хранения энергии

10 июня 2021 г.

Посмотреть больше

Электромобиль

Все, что нужно знать о подключаемом к сети гибридном автомобиле

10 июня 2021 г.

Посмотреть больше

Электромобиль

Все, что нужно знать о зарядке гибридного автомобиля

09 июня 2021

Посмотреть больше

Что такое гибридный автомобиль и как он работает?

Гибридные электромобили входят в число всемирно известных автомобилей.Комбинация любых двух элементов называется гибридом. Двигатель очень важен для каждой машины. Потому что двигатель преобразует мощность топлива в движение автомобиля. Гибридный электромобиль зависит от двух источников энергии, и наиболее распространенным методом является использование двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и электродвигателя.

В отличие от автомобилей с двигателем внутреннего сгорания, гибридный электромобиль имеет аккумуляторы, обеспечивающие и приводящие в действие электродвигатели, в дополнение к топливному баку, который обеспечивает питание двигателя внутреннего сгорания.Есть несколько способов упаковать и зарядить аккумуляторную батарею двигателя. Еще один интересный аспект гибридного автомобиля — максимальная эффективность. Один из способов достижения этой цели — замедление, торможение, восстановление питания и сохранение заряда в аккумуляторе.

Два двигателя гибридного электромобиля вращают колеса согласованно друг с другом. Это улучшает топливную экономичность и снижает сжигание бензина. Гибридные автомобили обладают преимуществами более низких выбросов и лучшей топливной экономичности по сравнению с обычными автомобилями.Гибридный двигатель обеспечивает лучшую топливную экономичность и мощность по сравнению с другими типами двигателей. Когда гибридный автомобиль движется или тормозит, он создает избыточную энергию для зарядки аккумуляторной батареи двигателя. Во-вторых, этот процесс также помогает увеличить запас хода или эффективность топлива.

Автомобильные инженеры разрабатывают и продают гибридные автомобили с конца 19 века. Однако он остается непопулярным на рынке из-за дороговизны серийного производства. Однако автопроизводители продолжают исследовать и разрабатывать новые гибридные технологии, чтобы соответствовать строгим стандартам выбросов.

Принцип работы гибридного автомобиля

Гибридные автомобили питаются как минимум от двух типов источников энергии. В первом гибридном автомобиле для питания генератора использовался стационарный газовый двигатель. Этот генератор передавал электрическую энергию на электродвигатель, установленный на ступице переднего колеса. В 1901 году Фердинанд Порше изобрел этот гибридный автомобиль.

Этот принцип известен как «последовательный гибрид» и преобразует мощность одного источника в мощность другого, и эта мощность управляет автомобилем.

Последовательные гибридные системы передачи энергии очень популярны на кораблях и локомотивах. Атомная подводная лодка — образец серийного гибридного автомобиля. Ядерные реакторы производят тепло, которое приводит в движение паровые турбины, которые в свою очередь приводят в движение генераторы. Тепловоз — это гибридный автомобиль. Дизельные двигатели приводят в действие генераторы, приводящие в действие электродвигатели в колесах. В настоящее время этот метод используется, потому что гораздо проще управлять транспортным средством на электроэнергии, чем получать чистую энергию от ядерного реактора или большого двигателя Дильса.Кроме того, в поездах ходят сотни тонн веса, и для их движения обязательно наличие безмуфтовой трансмиссии.

В настоящее время почти все гибридные автомобили являются параллельными гибридами, а не серийными гибридными автомобилями. Трансмиссия гибридного автомобиля Toyota оснащена двигателем внутреннего сгорания (IC) и двумя электродвигателями, которые также можно использовать в качестве генератора. Эти электродвигатели двигателя заряжают аккумуляторные батареи двигателя. В противном случае энергия будет потрачена впустую, например, при поломке машины.Таким образом, эта энергия хранится в относительно небольшой батарее, которой достаточно для питания трансмиссии или проезда автомобиля примерно на милю по мере необходимости. Следовательно, гибридные автомобили Toyota могут работать только на электричестве; они также могут работать с двигателями внутреннего сгорания или и тем, и другим. Однако единственным источником энергии для автомобилей является топливо.

Следовательно, для гибридных автомобилей требуется топливо. По сравнению с автомобилем, в котором используется только двигатель внутреннего сгорания, он может потреблять энергию торможения и расходовать меньше топлива. Гибридные автомобили могут оптимизировать двигатель внутреннего сгорания, который потребляет гораздо меньше топлива (и требует некоторых дополнений к нормальному вождению).

Так называемый Plug-in Hybrid (PHEV) является расширением концепции параллельного гибрида. Он имеет большую батарею, которая позволяет транспортному средству проехать около 25 миль только на электричестве или со скоростью до 80 км / ч. Тормозное усилие не может зарядить аккумулятор этого автомобиля, поэтому его необходимо заряжать с помощью зарядного устройства переменного тока.

Типы гибридных автомобилей

Автопроизводители используют различные гибридные конструкции для достижения максимальной топливной экономичности или снижения цены гибридного автомобиля на минимально возможном уровне.Есть разные типы гибридных автомобилей. Известные типы подробно описаны ниже.

1) Параллельно-гибридный

Parallel Hybrid входит в состав самых известных типов гибридных электромобилей. Этот дизайн очень известен. Параллельные гибриды используют как двигатель внутреннего сгорания, так и электродвигатель для выработки мощности и управления автомобилем. Эти двигатели могут работать вместе или использоваться в качестве основного источника энергии, и другие силы могут действовать, если требуется дополнительная мощность, например, при обгоне, подъеме на холм и т. Д.Оба источника питания называются «параллельными», потому что они подключены параллельно трансмиссии или коробке передач. Примерами параллельных гибридных автомобилей являются Hyundai Sonata, Toyota Prius, Honda Accord, Toyota Camry и т. Д.

2) Серия Гибрид

В этом типе гибридных автомобилей в гибридной серии также используются электродвигатель и бензиновый / бензиновый двигатель. Но в этом случае двигатель внутреннего сгорания не управляет автомобилем, а вырабатывает электрическую энергию для зарядки аккумулятора.Этот заряженный аккумулятор автомобиля обеспечивает питание электродвигателя, который передает эту энергию колесам. Chevrolet Volt, Ford Fusion, Kia Optima и BMW i3 являются примерами серийных гибридных автомобилей.

3) Подключаемый гибридный

Подключаемый к электросети гибридный автомобиль позволяет традиционным гибридным автомобилям иметь более мощные батареи, которые необходимо заряжать. Как правило, в этих гибридных автомобилях для зарядки аккумулятора используется розетка на 110 В, как и в случае с электромобилем.Эти гибридные автомобили используют двигатели внутреннего сгорания и могут работать после полной зарядки, что значительно повышает топливную экономичность автомобиля. Volvo XC40 Recharge Plug-in Hybrid, Hyundai Ioniq Plug-in Hybrid и BMW 330e являются примерами подключаемых гибридных электромобилей.

4) Двухрежимные гибридные автомобили

Эти типы гибридной конструкции работают двумя разными способами. В первом режиме он работает как обычный гибридный автомобиль. В режиме 2 nd вы можете адаптировать конструкцию к различным требованиям двигателя для конкретной задачи автомобиля.

5) Мягко-гибридный

В последние годы стоимость производства гибридных транспортных средств с высокой эффективностью стала очень высокой. Автомобильные компании разрабатывают новые планы по доведению гибридных технологий до обычного человека. Автомобильные компании приняли мягкую гибридную конструкцию, чтобы соответствовать стандартам выбросов и немного повысить эффективность топлива без значительного увеличения затрат. В этом типе гибридного транспортного средства электродвигатель помогает бензиновому или бензиновому двигателю повысить производительность, повысить топливную экономичность или и то, и другое.Он также используется в качестве стартера для функций автоматической остановки или запуска, которые снижают расход топлива за счет выключения двигателя, когда автомобиль находится в неподвижном состоянии, и уменьшения расхода топлива. Baleno, Ciaz и Maruti Suzuki Ertiga являются примерами мягких гибридных автомобилей.

Компоненты гибридного электромобиля

Трансмиссия: Этот компонент гибридного автомобиля приводит в движение колеса, передавая механическую энергию от тягового или электродвигателя.

Тяговый аккумулятор: Это устройство экономит электроэнергию для использования тяговыми двигателями.

Тепловая система (охлаждение): Эта система может поддерживать подходящий диапазон рабочих температур для силовой электроники, электродвигателей, гибридных двигателей и других деталей.

Контроллер силовой электроники: Это устройство обеспечивает поток электроэнергии, подаваемый тяговой батареей, и регулирует скорость тягового двигателя и его крутящий момент.

Двигатель внутреннего сгорания (принудительное зажигание): В двигателе внутреннего сгорания топливо впрыскивается внутрь камеры сгорания или во впускной коллектор, где оно смешивается с воздухом, и воздушно-топливная смесь воспламеняется искрой, создаваемой искрой. затыкать.

Топливный бак (бензин): Топливный бак сохраняет бензин в автомобиле до тех пор, пока он не понадобится двигателю.

Топливный фильтр: Дозирующая форсунка подключается к баку автомобиля для заполнения топливного бака.

Выхлопная система: Выхлопная система отводит выхлопные газы двигателя из выхлопной трубы через выхлопную трубу. Разработайте трехкомпонентный каталитический нейтрализатор для снижения выбросов двигателя в выхлопные системы.

Электрический тяговый двигатель: Эта часть автомобиля с гибридным двигателем использует мощность тягового аккумулятора, и этот двигатель приводит в движение колеса автомобилей.В некоторых автомобилях используется мотор-генератор, который выполняет одновременно регенерацию и роль вождения.

Генератор : Это устройство вырабатывает электроэнергию от колес, которые вращаются при торможении, и возвращает эту энергию тяговой батарее. В некоторых автомобилях используются мотор-генераторы, которые выполняют как привод, так и регенерацию.

Преобразователь постоянного тока в постоянный: Этот компонент гибридного электромобиля заменяет источник постоянного тока высокого напряжения с тягового аккумуляторного блока на источник постоянного тока низкого напряжения, необходимый для питания аксессуаров транспортного средства и зарядки вспомогательных аккумуляторов.

Батарея (вспомогательная батарея): В электромобилях вспомогательная батарея обеспечивает питание для запуска транспортного средства перед активацией тягового аккумулятора и обеспечивает питание автомобильных аксессуаров.

Лучшие гибридные автомобили 2021 года

Ниже представлены лучшие гибридные автомобили 2021 года.

  1. Chevy Bolt EV
  2. Hyundai Kona Electric
  3. Тойота Королла
  4. Honda Insight
  5. Hyundai Ioniq
  6. Hyundai Elantra
  7. Honda CR-V
  8. Хонда Аккорд
  9. Хендай Соната
  10. Тойота Камри
  11. Тойота РАВ4
  12. Форд Мустанг Mach-E

1) Chevy Bolt EV

Chevy Bolt EV 2021 не так привлекателен, как Tesla Model 3, и не так привлекателен, как Hyundai Kona Electric.Его популярные стандартные характеристики, вместительный салон и тихая езда делают его привлекательным вариантом для рядовых покупателей бренда. Этот гибридный автомобиль имеет запас хода около 417 километров, и его нельзя недооценивать. Функция быстрой зарядки может увеличить запас хода на 161 километр за 30 минут.

2) Hyundai Kona Electric

Чтобы не отставать от все большего количества электромобилей на рынке, Hyundai Motor заменила бензиновый двигатель внедорожника Kona аккумулятором и электродвигателем, создав «Kona Electric 2021».Этот компромисс делает электромобили привлекательными благодаря мощным характеристикам, привлекательному обаянию вождения и полностью электрическому запасу хода до 415 километров. Различия в стилях имеют характерные колеса и решетку радиатора, но уникальный внешний вид Kona Electric ничем не уступает обычной версии. Конкурентные электромобили, такие как Kia Niro EV, Tesla Model 3 и Chevrolet Volt, предлагают те же функции. Тем не менее, начальные цены на автомобили Hyundai и непревзойденные гарантии делают их одними из самых разумных вариантов в этом секторе автомобильных соревнований.

3) Honda Insight

Honda Insight 2021 — это экономичный гибридный автомобиль, который функционирует и выглядит почти так же, как традиционный компактный автомобиль. Он имеет много общих частей с популярным седаном Honda Civic и предлагает такие же комфортные ощущения от вождения и просторный практичный салон. Основное отличие — комбинация электродвигателя и бензинового двигателя, которая обеспечивает нетрадиционную мощность во имя эффективности. Эти гибридные системы идеально подходят для повседневной езды, но при ускорении могут издавать шум.Тем не менее, Honda Insight 2021 с меньшей премией и меньшим расходом топлива по сравнению с Civic делает его хорошим вариантом для покупателя.

4) Тойота Королла

Цена модели Toyota Corolla 2021 все еще слишком низкая по сравнению с некоторыми другими гибридными автомобилями. Он по-прежнему сохраняет свои традиции создания хорошо оборудованных небольших автомобилей с заботой о безопасности. Эта маленькая Toyota, доступная в четырехдверных хэтчбеках или седанах, может предложить самые разные личности.Оба варианта кузова оснащены уникальным 4-цилиндровым двигателем, а также предлагают очень скромную гибридную трансмиссию. Corolla может быть оснащена механической коробкой передач и спортивной подвеской для желающих водить машину. Но он все еще не так интересен, как большинство его конкурентов (например, Mazda3 и Honda Civic).

Toyota Corolla 2021 года — не самая привлекательная маленькая машина, но, тем не менее, это эффективный и стильный вариант.

5) Hyundai Elantra

Hyundai известен своим смелым дизайном и компактным седаном компании Elantra 2021 года.Это последняя новинка со смелым внешним видом. Новая Elantra отличается угловатыми деталями и кабиной премиум-класса, которые призваны отвлечь внимание от таких крупных автомобилей, как Nissan Sentra, Toyota Corolla и Honda Civic. В то время как стандартная трансмиссия представляет собой 4-цилиндровый двигатель мощностью 147 л.с., Hyundai также предлагает модель N-Line с турбонагнетателем на 201 л.с. и доступной гибридной трансмиссией.

6) Hyundai Ioniq

Hyundai Ioniq 2021 нельзя назвать ни захватывающим, ни ярким.В отличие от этого небольшой хэтчбек имеет дело с гибридными и подключаемыми гибридными приводами, в которых приоритет отдается эффективности.

7) Honda CR-V

автомобилей Honda CR-V 2021 входят в число самых привлекательных автомобилей 2021 года. Honda CR-V 2021 славится смелым дизайном. Автомобили Honda CR-V предлагают привлекательный и просторный салон, а их отличные решения для хранения делают идеальное решение для мышей и вождения по дорогам.

Разница между гибридными и электрическими автомобилями
Технические характеристики Электромобили Гибридные автомобили
Топливо Этим автомобилям для движения требуется электричество, которое обеспечивается аккумуляторной батареей (DC). Гибридный автомобиль использует для движения как топливо (бензин или дизельное топливо), так и электричество.
Зарядка Батарею необходимо заменить вручную. Батарею не нужно менять вручную.
Цена У него завышенная цена. Цена гибридного автомобиля практически равна стоимости автомобилей с двигателем внутреннего сгорания.
Выброс выхлопных газов. Эти автомобили выделяют меньше выхлопных газов, чем гибридные автомобили и автомобили с двигателем внутреннего сгорания. Гибридные автомобили выделяют больше выхлопных газов, чем электромобили.
Выбросы топлива Его топливная экономичность зависит от диапазона заряда аккумулятора. Его топливная эффективность зависит от комбинации диапазона аккумуляторной батареи и двигателя внутреннего сгорания.
Двигатель В этих автомобилях используется только электрический двигатель. Эти автомобили используют как двигатели внутреннего сгорания, так и электрические двигатели.

Гибридный автомобиль: как это работает

Основные компоненты классического гибрида

В классических гибридах четыре компонента работают вместе, чтобы объединить механику и вычисления с большим эффектом:

  • Двигатель внутреннего сгорания
  • Электродвигатель
  • Аккумуляторная система
  • Блок управления

Двигатель внутреннего сгорания, , который связан со всеми ведущими колесами, обеспечивает большую часть мощности. В физике мощность — это количество энергии, поставляемой системой в единицу времени.Проще говоря, мощность можно рассматривать как выход энергии … на крейсерской скорости. Это также помогает перезарядить батареи.

Электродвигатель , также связанный с колесами, помогает двигать автомобиль на низких скоростях. Во время фаз замедления и торможения он восстанавливает кинетическую энергию объекта за счет его движения. , превращает его в электричество Форму энергии, возникающую в результате движения заряженных частиц (электронов) через проводник … и использует его для зарядки аккумулятора.

Аккумуляторная система хранит всю произведенную электроэнергию и перераспределяет ее между электродвигателем и другим автомобильным оборудованием, включая фары, окна и приборную панель. Он рассчитан на весь срок службы автомобиля и никогда не подключается к электросети (за исключением описанного ниже подключаемого гибрида).

Блок управления принимает решение. Он знает, откуда берется тепловая и электрическая энергия, ее соответствующие количества и где ее необходимо распределять в любое время.Несколько тысяч раз в секунду он анализирует команды водителя относительно доступной энергии, чтобы оптимизировать использование двигателя внутреннего сгорания и тем самым уменьшить количество топлива Топливо — это любое твердое, жидкое или газообразное вещество или материал, который может быть объединен с окислителем … потребление.

Как автомобиль реагирует на ваши команды

  • Вы заводите машину, а затем едете со скоростью менее 40 километров в час, например, в городе. Если аккумулятор заряжен в достаточной степени для питания транспортного средства с помощью электродвигателя, блок управления отключает двигатель внутреннего сгорания, который неэффективен на низких скоростях или при ускорении и, следовательно, потребляет много топлива.Если аккумулятор разряжается при зарядке, двигатель внутреннего сгорания запускается снова, приводит в движение автомобиль и одновременно заряжает аккумулятор.
  • Если вам нужно быстро разогнаться или подняться на крутой спуск, блок управления дает команду двигателю и мотору работать вместе.
  • Если вы путешествуете с крейсерской скоростью (т. Е. Быстро), большую часть работы выполняет двигатель внутреннего сгорания.
  • Если вы замедлите скорость и затормозите, двигатель внутреннего сгорания отключается, и кинетическая энергия, производимая вращением колеса, восстанавливается электродвигателем, который, действуя как генератор энергии, заряжает аккумулятор для последующего использования.
  • Если вы останавливаетесь, двигатель и мотор отключаются для экономии топлива, а электрические системы автомобиля получают питание от аккумулятора. Если вы снова заведете автомобиль, электродвигатель бесшумно снова включится.

Следует иметь в виду:

  • Гибридные автомобили нового поколения включают в себя не только силовые агрегаты. Они также отличаются улучшенной аэродинамикой, меньшим весом и меньшим двигателем внутреннего сгорания.
  • Гибридный автомобиль сочетает в себе мощность и запас хода двигателя внутреннего сгорания с тишиной и чистотой электродвигателя.
  • Гибридная технология
  • улучшает характеристики ДВС за счет меньшего расхода топлива и снижает выбросы CO 2 . Уровень экономии топлива трудно оценить, поскольку он зависит от того, управляет ли пользователь автомобилем в оптимальных условиях, известных как эко-вождение. Кроме того, автопроизводители иногда переоценивают экономию.

Гибридный автомобиль сочетает в себе двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель.

Подключаемые гибриды

Как следует из названия, подключаемые к электросети гибридные автомобили можно подключать и заряжать от сети, что невозможно для классических гибридов.

Батареи больше, тяжелее и могут накапливать больше энергии, что гарантирует «полностью электрическое» движение на расстояние не менее 30-40 километров. В классических гибридах полностью электрическое вождение без использования двигателя внутреннего сгорания возможно только на 3 или 4 километрах, поскольку электродвигатель используется только для «разгрузки» двигателя внутреннего сгорания. Подключаемый гибрид представляет собой переход к полностью электрическим транспортным средствам.

Существуют различные другие типы гибридных транспортных средств, такие как концепция «расширителя запаса хода», в которой небольшой двигатель внутреннего сгорания расширяет запас хода полностью электрического транспортного средства за счет регулярной подзарядки аккумулятора.

Что такое гибридный электромобиль (HEV)? — x-engineer.org

Слово « гибрид » означает смесь двух разных вещей. В автомобильной промышленности гибрид используется для описания трансмиссии транспортного средства. Гибридный электромобиль (HEV) — это транспортное средство, которое использует два источника энергии для приведения в движение, по крайней мере, одним из источников энергии является электрическая энергия. В подавляющем большинстве гибридных электромобилей используется комбинация бензиновых (бензиновых) двигателей и электродвигателей.

Существуют разные типы гибридных транспортных средств, например: гибридные воздушные транспортные средства, гибридные кинетические транспортные средства и т. Д., Но в этой статье мы сосредоточимся только на гибридных электромобилях .

Изображение: Принцип гибридного автомобиля

С точки зрения принципа работы, гибридный автомобиль использует 2 источника энергии с 2 преобразователями энергии. Эти законы определяют способ работы гибридного электромобиля:

  • есть первичный источник энергии (1) и вторичный источник энергии (2)
  • есть первичный преобразователь энергии (1) и вторичный преобразователь энергии (2)
  • для HEV первичный источник энергии — это топливный бак и вторичный источник энергии — батарея
  • первичный источник энергии имеет гораздо большее энергосодержание, чем вторичный источник энергии
  • энергия может быть передана от первичного источника энергии к вторичному источнику энергии, но не наоборот
  • передача энергии от первичного источника к вторичному источнику осуществляется через преобразователи энергии
  • для HEV, первичный преобразователь энергии — это внутреннего сгорания двигатель и преобразователь вторичной энергии — электрическая машина (двигатель / генератор)
  • часть кинетическая энергия транспортного средства может быть восстановлена ​​во время торможения только вторичным преобразователем энергии и сохранена во вторичном источнике энергии
  • оба преобразователя энергии могут одновременно прикладывать тягового момента к колесу

Гибридное электрическое транспортное средство (HEV) использует как двигатель внутреннего сгорания, так и по крайней мере одну электрическую машину для движения.

Существует три основных движущих силы развития гибридных электромобилей:

  • сокращение расхода топлива и выбросы CO 2
  • сокращение выбросов выхлопных газов
  • улучшение динамики автомобиля за счет увеличения крутящего момента и выходной мощности

Типы гибридных Автомобили

Степень улучшения расхода топлива или динамики автомобиля зависит от уровня гибридизации . Гибридный электромобиль представляет собой смесь транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания (ICEV) и электромобиля с аккумулятором (BEV).Уровень энергии, содержащейся в батарее, и мощность электрической машины определяют уровень (тип) гибридного электромобиля.

Для более подробного сравнения типов гибридных электромобилей прочтите статью «Микро, легкие, полные и подключаемые гибридные электромобили».

Соотношение между различными источниками энергии и соотношение между различными силовыми установками определяет тип гибридного транспортного средства .

Изображение: Типы транспортных средств с функцией источника энергии и силовой установки

Различные типы гибридных транспортных средств приведены в таблице ниже.

Тип Источник энергии Силовая установка Характеристики
ICEV
(двигатель внутреннего сгорания / бензиновый двигатель)
— 100% двигатель внутреннего сгорания — обычный автомобиль
mHEV
(микрогибридный электромобиль)
— 99% топлива (бензин / бензин, дизельное топливо)
— 1% электроэнергии
— 100% внутренняя двигатель внутреннего сгорания — он может использовать энергию батареи для электрических систем без потребления энергии от генератора
— может изменять профиль зарядки низковольтной батареи (12 В), увеличивая скорость заряда во время замедления транспортного средства
MHEV
(мягкий гибридный электромобиль)
— 80-90% топлива (бензин / бензин, дизельное топливо)
— 10-20% электроэнергии 9 0317
— 80-90% двигатель внутреннего сгорания
— 10-20% электродвигатель
— электрическая машина может обеспечивать дополнительный крутящий момент во время фаз ускорения транспортного средства
— электрическая машина может рекуперировать электрическую энергию во время замедления транспортного средства
— имеет две электрические сети и батареи, низковольтная (12 В) и высоковольтная (48-150 В).
— имеет преобразователь постоянного тока постоянного тока для обмена энергией между низковольтной и высоковольтной сетью.
— имеет высоковольтную электрическую машину, обычно управляемую 3-фазный инвертор
HEV
(гибридный электромобиль)
— 70-80% топлива (бензин / бензин, дизельное топливо)
— 20-30% электроэнергии
— 70-80% двигатель внутреннего сгорания
— 20-30% электродвигатель
— дополнительно к характеристикам MHEV:
— автомобиль может двигаться в режиме EV
— система высокого напряжения может работать до 300-400 В
— высоковольтная батарея имеет более высокое энергосодержание
— электрическая машина имеет более высокую выходную мощность
PHEV
(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)
— 60-70% топлива (бензин / бензин, дизельное топливо)
-30-40% электроэнергии
-60 -70% двигатель внутреннего сгорания
— 30-40% электродвигатель
— дополнительно к характеристикам HEV:
— высоковольтная батарея может заряжаться от сети
— автомобиль может двигаться в режиме EV до 50-60 км
— высоковольтная батарея имеет более высокое содержание энергии
— электрическая машина имеет более высокую выходную мощность
REEV
(электромобиль с расширителем диапазона)
— 80% электроэнергии
— 20% топлива (бензин / бензин)
— 100% электрическая машина — может рассматриваться как серийный гибрид
— двигатель внутреннего сгорания используется только как генератор энергии
— имеет дополнительный электрический генератор, подключенный к двигателю внутреннего сгорания
BE V
(аккумуляторный электромобиль)
— 100% электроэнергии — 100% электрическая машина (и) — полностью аккумуляторный электромобиль
FCEV
(электромобиль на топливных элементах)
— 50% энергии аккумулятора
— 50% энергии водорода
— 100% электрическая машина — топливный элемент используется в качестве преобразователя энергии
— использует водородный бак в качестве дополнительного источника энергии

Наблюдение: электрическая машина может быть двигателем или генератор в зависимости от дорожной ситуации.Когда транспортное средство ускоряется и электрическая машина передает крутящий момент на колесо, оно становится электродвигателем . Во время замедления (торможения) транспортного средства электрическая машина действует как генератор и преобразует кинетическую энергию транспортного средства в электрическую, заряжая аккумулятор.

В гибридном электромобиле, чем выше доступная электрическая энергия и мощность, тем ниже расход топлива и выбросы выхлопных газов. Это возможно благодаря тому факту, что электроэнергию можно использовать в течение более длительных периодов времени, а также на более высоких скоростях транспортного средства.

Улучшение расхода топлива является минимальным для микрогибрида и максимальным для подключаемого гибрида.

Изображение: Функция экономии топлива уровня гибридизации
Кредиты: [1]

Гибридный электромобиль (HEV) также известен как полногибридный или самозаряжающийся гибрид . Полный гибрид исходит из того факта, что HEV может управляться в чистом режиме EV по сравнению с MHEV. Самозарядный гибрид основан на том факте, что аккумулятор в HEV заряжается только на борту, от двигателя внутреннего сгорания или во время рекуперации энергии.Напротив, высоковольтная батарея в PHEV может заряжаться от электрической сети.

Основные функции гибридного электромобиля приведены в таблице ниже, в зависимости от уровня гибридизации [6].

903 9014 9014 9014 Пуск двигателя • Пуск двигателя • 903
Функции Гибридный тип
mHEV MHEV HEV
Рекуперация энергии
Электроусилитель крутящего момента
Зарядка аккумулятора от сети

Архитектура гибридных электромобилей (HEV)

С точки зрения источника энергии и движителя, гибридный электромобиль представляет собой смесь обычного ICEV и BEV.

В транспортном средстве с двигателем внутреннего сгорания вся энергия для движения хранится в топливном баке . По линии подачи топлива топливо подается в двигатель , который вместе с трансмиссией приводит в действие ведущие колеса.

Изображение: Архитектура силового агрегата транспортного средства — ДВС

Изображение: Архитектура силового агрегата транспортного средства — EV

В электромобиле, работающем только на батареях, вся энергия для движения сохраняется в высоковольтной батарее .По линии электропитания энергия подается на электродвигатель , вместе с трансмиссией приводящий в действие ведущие колеса.

Есть несколько способов комбинировать двигатель внутреннего сгорания, электрическую машину (двигатель / генератор) и высоковольтную батарею. Используются четыре базовых архитектуры гибридных электромобилей :

  • серии HEV
  • параллельные HEV
  • разделенные HEV
  • последовательно-параллельные HEV

В HEV серии двигатель внутреннего сгорания никогда не приводит в действие транспортное средство напрямую.Вместо этого двигатель приводит в действие электрический генератор, который может либо заряжать батареи, либо приводить в действие электродвигатель, который передает мощность на колеса.

Изображение: Архитектура силового агрегата транспортного средства — серия HEV

Серия HEV — это более простой тип, в котором только электродвигатель обеспечивает всю тяговую мощность. Уменьшенный двигатель внутреннего сгорания на борту приводит в действие генератор, который дополняет высоковольтную батарею и может заряжать ее, когда уровень заряда (SOC) падает ниже минимального порога.Мощность, необходимая для движения транспортного средства, обеспечивается исключительно электродвигателем. Помимо двигателя внутреннего сгорания и электрического генератора, силовая установка такая же, как в BEV, поэтому требования к мощности электродвигателя такие же, как и в BEV.

Преимущества серии HEV:

  • Гибкость в упаковке и размещении генераторной установки
  • Простые трансмиссии
  • Простые стратегии управления двигателем внутреннего сгорания (работающие с наиболее экономичной скоростью и крутящим моментом)

Недостатками серии HEV являются:

  • требуется дополнительная электрическая машина (генератор)
  • без помощи двигателя, электродвигатель должен быть рассчитан на максимальную продолжительную мощность, которая может потребоваться транспортному средству, например, при подъеме на высокий класс; однако транспортное средство большую часть времени работает ниже максимальной мощности.
  • Все три компонента трансмиссии должны быть рассчитаны на максимальную мощность для длительной, продолжительной и высокоскоростной езды; это необходимо, потому что батареи будут разряжаться довольно быстро, и двигатель будет обеспечивать всю мощность через генератор

В параллельном HEV двигатель внутреннего сгорания подключается к трансмиссии, а также к электродвигателю.Таким образом, и двигатель, и электрическая машина (генератор / двигатель) могут подавать мощность на колеса, переключаясь вперед и назад при изменении условий движения.

Изображение: Архитектура трансмиссии автомобиля — параллельный HEV

В параллельном HEV двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель могут быть подключены к карданному валу через отдельные муфты. Требования к мощности электродвигателя в параллельном гибриде ниже, чем у BEV или последовательного гибрида, поскольку двигатель внутреннего сгорания дополняет общую требуемую мощность транспортного средства.Тяговая мощность может быть обеспечена двигателем внутреннего сгорания, электродвигателем или двумя параллельными системами.

Преимущества параллельного HEV:

  • ему нужны только два компонента силовой установки: двигатель и электрическая машина (двигатель / генератор)
  • меньший двигатель и меньший двигатель могут использоваться для получения той же производительности, пока батареи не будут истощены. Для коротких поездок оба могут быть рассчитаны на половину максимальной мощности, чтобы обеспечить полную мощность, при условии, что батареи никогда не разряжаются.Для дальних поездок двигатель может быть рассчитан на максимальную мощность, в то время как двигатель / генератор может быть рассчитан на половину максимальной мощности или даже меньше.

Недостатки параллельного HEV:

  • Сложность управления значительно возрастает, потому что поток мощности должен регулироваться и смешиваться из двух параллельных источников
  • смешивание мощности от двигателя и электродвигателя требует сложной трансмиссии.

В агрегате HEV с разделением на двигатель приводит в движение одну ось, а электродвигатель — другую.Нет никакой связи между двигателем и электрическими компонентами, кроме « через дорогу ».

Изображение: Архитектура трансмиссии автомобиля — Split HEV

В архитектуре HEV раздельного типа двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель могут приводить в действие транспортное средство одновременно на разных осях. Если аккумулятор нуждается в подзарядке, двигатель будет обеспечивать необходимый крутящий момент как для движения, так и для вращения электрической машины (генератора) на отдельной оси.

По сравнению с параллельным HEV преимущество разделенного HEV состоит в том, что он имеет простую трансмиссию, поскольку электрическая машина находится на отдельной оси. Недостатком является то, что при зарядке аккумулятора много энергии теряется, поскольку она передается «по дороге», что снижает энергоэффективность.

Для практичных дорожных транспортных средств лучшая архитектура — это комбинация последовательной и параллельной конфигураций HEV. В этой последовательно-параллельной архитектуре HEV двигатель также используется для зарядки аккумулятора и питания ведущего колеса.

Изображение: последовательно-параллельный гибридный силовой агрегат

В последовательно-параллельном HEV устройство разделения мощности (PSD) распределяет мощность от ДВС на передние колеса через карданный вал и электрический генератор, в зависимости от условий движения. Мощность генератора также используется для зарядки высоковольтной батареи. Электродвигатель также может передавать мощность на передние колеса параллельно с двигателем.

Инвертор является двунаправленным и используется для зарядки аккумуляторов от генератора или для управления мощностью, выдаваемой электродвигателем.При коротких скачках скорости мощность передается на карданный вал от двигателя и электродвигателя. Центральный блок управления регулирует поток мощности для системы, используя множественные сигналы обратной связи от различных датчиков. Использование двигателя для зарядки высоковольтной батареи должно быть сведено к минимуму для достижения максимальной эффективности. Энергия всегда теряется во время зарядки и разрядки аккумулятора, а также во время прохождения энергии через инвертор.

Изображение: Сравнение гибридных систем трансмиссии
Предоставлено: [2]

Последовательно-параллельная гибридная архитектура сочетает в себе преимущества последовательной и параллельной систем HEV.По этой причине это наиболее используемая архитектура для производства гибридных электромобилей.

Преимущества гибридных электромобилей (HEV)

По сравнению с обычным ICEV, гибридный электромобиль имеет следующие преимущества:

  • Снижение потерь энергии : гибридная система автоматически останавливает двигатель на холостом ходу (остановка на холостом ходу), таким образом уменьшая энергию, которая обычно теряется. помощь от электродвигателя : электродвигатель помогает двигателю во время переходных процессов (ускорение), тем самым улучшая динамический отклик и снижая выбросы выхлопных газов.
  • высокоэффективная работа двигателя : с использованием электрической машины (машин) в качестве двигателя или генератор, рабочая точка двигателя (крутящий момент и частота вращения) может поддерживаться в наиболее экономичном регионе
  • вождение на чистом электричестве : на низкой скорости автомобиль может двигаться в режиме EV, таким образом, с нулевыми выбросами выхлопных газов и расходом топлива

По сравнению с двигателем внутреннего сгорания, электродвигатель может обеспечивать мгновенный крутящий момент и иметь высокую энергоэффективность.Благодаря этим преимуществам электродвигатель может помогать ДВС на фазах разгона, а также обеспечивать дополнительный крутящий момент на короткие периоды времени.

Изображение: Влияние трансмиссии HEV на переходную скорость транспортного средства

Изображение: Динамический отклик гибридной трансмиссии
Кредит: [4]

Двигатель внутреннего сгорания может работать в устойчивом состоянии ( постоянный крутящий момент и скорость) или переходное состояние (переменный крутящий момент и скорость).Переходный режим происходит во время разгона и замедления автомобиля. Фаза замедления обычно происходит при снятой педали акселератора, следовательно, в режиме прекращения подачи топлива (без сгорания). Фаза ускорения автомобиля требует от двигателя увеличения крутящего момента и скорости, что отрицательно сказывается на расходе топлива и / или выбросах выхлопных газов. В этой ситуации очень полезен электродвигатель, потому что он может передавать часть крутящего момента, требуемого водителем, и позволяет двигателю работать более эффективно.

Toyota Hybrid System (THS)

Одним из первых и наиболее знаковых гибридных электромобилей (HEV) является Toyota Prius, который имеет архитектуру последовательно-параллельной гибридной трансмиссии . Гибридная трансмиссия Toyota называется Toyota Hybrid System (THS) и сочетает в себе двигатель внутреннего сгорания, две электрические машины, устройство разделения мощности (планетарную передачу) и редуктор.

Изображение: Гибридная трансмиссия Toyota

Изображение: Гибридная трансмиссия Toyota — компоненты

Существует несколько версий THS, в этой статье мы сосредоточимся на THS II, объясняя компоненты и как это работает.Основными компонентами THS II являются:

  • высокоэффективный бензиновый двигатель (работающий по циклу Аткинсона, который представляет собой цикл с высокой степенью расширения)
  • Синхронный двигатель переменного тока с постоянными магнитами
  • Синхронный генератор переменного тока с постоянными магнитами
  • высоковольтная никель-металлогидридная (Ni-MH) батарея
  • блок управления силовой электроникой
  • устройство разделения мощности (планетарный редуктор)
  • металлическая цепь и редуктор

Этот блок управления силовой электроникой содержит — схема питания напряжения для повышения напряжения системы электропитания двигателя и генератора до высокого напряжения 500 В, в дополнение к инвертору AC-DC для преобразования между переменным током от двигателя и генератора и постоянным током ток от аккумулятора гибрида.Другие ключевые компоненты включают устройство разделения мощности, которое передает механический крутящий момент от двигателя, двигателя и генератора, распределяя и комбинируя их. Блок управления мощностью точно управляет этими компонентами на высоких скоростях, чтобы они могли совместно работать с высокой эффективностью.

Режимы движения гибридных электромобилей (HEV)

По сравнению с обычным ICEV, HEV имеет как минимум два источника крутящего момента для тяги. Кроме того, во время замедления транспортного средства кинетическая энергия транспортного средства может рекуперироваться и преобразовываться в электрическую энергию с помощью генератора.Все эти ситуации усложняют поведение HEV, в частности, управление бортовой энергией.

Основные режимы движения Toyota Prius приведены в таблице ниже, но они являются стандартными для большинства автомобилей HEV. В зависимости от архитектуры HEV режим движения (работы) может быть другим, но не совсем.

Поток мощности Описание

Изображение: Режим работы THS — пусковой заряд

Стартовый заряд
В зависимости от состояния заряда аккумулятора при запуске автомобиля -вверх, ДВС может запуститься и зарядить аккумулятор.Этот режим доступен до передачи каламбура в режим Drive.

Изображение: Рабочий режим THS — движение на электромобиле

Езда на электромобиле
ДВС выключен, а аккумулятор обеспечивает всю необходимую энергию для запуска и движения автомобиля. Этот режим доступен для ограниченного времени и скорости автомобиля менее 15-25 км / ч. Этот режим также доступен в реверсе.

Изображение: Рабочий режим THS — двигатель и моторный привод

Двигатель и моторный привод
При низкой скорости автомобиля и потребности водителя в крутящем моменте двигатель обеспечивает частичный крутящий момент для ведущих колес и частичный крутящий момент для генератора .Электродвигатель также обеспечивает приводной крутящий момент, используя энергию, выходящую из генератора.

Изображение: Рабочий режим THS — привод двигателя и зарядка аккумулятора

Привод двигателя и зарядка аккумулятора
При низкой скорости автомобиля и потребности в крутящем моменте, если уровень заряда аккумулятора низкий, двигатель обеспечивает крутящий момент как для приведения в движение транспортного средства, так и для зарядки аккумулятора. В этом режиме электродвигатель не выдает крутящего момента, чтобы сэкономить электроэнергию и зарядить аккумулятор.

Изображение: Рабочий режим THS — двигатель и привод двигателя и зарядка аккумулятора

Двигатель и привод двигателя и зарядка аккумулятора
В этом режиме двигатель передает крутящий момент на ведущие колеса, крутящий момент для генератора для выработки электроэнергии для электродвигателя и для зарядки аккумулятора одновременно.

Изображение: Рабочий режим THS — полная мощность

Полное ускорение
В сценарии с пониженной педалью ускорения двигатель передает крутящий момент на ведущее колесо и генератор, а аккумулятор питает электродвигатель.В этом режиме максимальный крутящий момент обеспечивается как двигателем, так и электродвигателем.

Изображение: Рабочий режим THS — рекуперация энергии

Рекуперация энергии
Во время замедления транспортного средства (отрыв педали ускорения или легкое нажатие педали тормоза) электродвигатель становится генератором и преобразует кинетическую энергию двигателя. автомобиль в электрическую энергию, заряжая высоковольтную батарею.

Резюме

По определению, гибридное транспортное средство объединяет любые два источника энергии для движения транспортного средства.Особым случаем в рамках этого широкого определения является гибридный электромобиль (HEV) . Комбинация компонентов от чисто электрического транспортного средства (EV) и обычного транспортного средства с чистым двигателем внутреннего сгорания (ICEV) дает HEV.

Ссылки

[1] Джон М. Миллер, Гибридные силовые установки: сильный бензиновый электрический гибрид, 2005.
[2] Гибридная система Toyota — THS II, Toyota Motor Corporation, 2002.
[3] Крис Ми, Новые технологии гибридных электромобилей, Мичиганский университет — Дирборн.
[4] Кристоф Луттерманн, Полно-гибридная трансмиссия нового BMW Active Hybrid 5, Коллоквиум в Аахене, Китай, 2011 г.
[5] Икбал Хусейн, Основы проектирования электрических и гибридных транспортных средств, CRC Press, 2005 г.
[6] Bosch Справочник по автомобилестроению, 9-е издание, Wiley, 2014.

Как работают гибридные автомобили? Внутренняя структура и основной принцип

Автор Филипп Мейстер

Последнее обновление Фев 9, 2021

0 комментариев

Как работают гибридные автомобили ? Автомобили-вездеходы позволяют автопроизводителям соблюдать требования по экономии топлива и выбросам углерода.Это сравнительно новая концепция, и большинство водителей еще не знакомы с гибридным автомобилем. Итак, это законное любопытство узнать, как это работает и что скрывается под его капотом.

Как работают гибридные автомобили? — Основной принцип

Есть ли у Toyota Prius что-нибудь общее с Cadillac ELR? Или вы могли бы объединить BMW i3 и Honda CR-Z в одной группе? На первый взгляд это кажется нелогичным. Модели BMW и Cadillac — супер роскошные автомобили, а модели Toyota и Honda — бюджетные версии.Но каждый из них доступен с гибридной трансмиссией!

Гибридный автомобиль имеет двигатель внутреннего сгорания и топливный бак традиционных автомобилей, а также аккумуляторную батарею и электродвигатели электромобилей. Обычно он работает, собирая и повторно используя энергию бензинового двигателя, которая в противном случае пошла бы впустую в стандартных транспортных средствах.

Гибридная модель представляет собой нечто среднее между бензиновыми и электрическими автомобилями. (источник фото: Toyota)

Как работают гибридные автомобили? — Внутренняя структура

Очень важно знать их внутреннюю структуру, чтобы понимать, как они работают.Ознакомьтесь с основными особенностями их строения:

Бензиновый двигатель

Все гибридные модели оснащены этим традиционным двигателем. Фактически, это их основной источник энергии, поскольку они могут вспомнить и повторно использовать полтонны энергии батареи из потребления одного галлона топлива.

Электродвигатель

Помимо традиционного двигателя, в гибридных автомобилях используется электрическая версия. Это компонент, который делает их такими особенными. Для ускорения автомобиля требуется энергия от аккумулятора.Он также возвращает питание аккумулятору в случае замедления движения автомобиля.

ПОДРОБНЕЕ:

Аккумуляторы

Они считаются двигателем электродвигателя. Они обеспечивают питание двигателя, а также могут вернуть его обратно, когда это необходимо.

Топливный бак

Гибридному автомобилю по-прежнему нужен топливный бак, потому что он использует бензиновый двигатель. Двигатель сжигает топливо и подает энергию на аккумуляторную батарею.Тем не менее, автомобилю нужно столько бензина, сколько требуется для работы традиционного автомобиля аналогичной мощности. Передовые технологии гибридных автомобилей способствуют снижению расхода топлива и выбросов углерода.

Трансмиссия

В большинстве гибридных моделей до сих пор используется коробка передач, которую вы видите в стандартных бензиновых автомобилях. Однако автопроизводители пытались разработать что-то новое для этих гибридных версий. Некоторые автомобили-кроссоверы, такие как Toyota Prius, используют новые трансмиссии, в отличие от тех, что используются в обычных автомобилях.

КПП в Toyota Prius 2011 года выпуска. (источник фото: Toyota)

Генератор

Генератор получает энергию от бензинового двигателя и подает ее на аккумулятор и электродвигатель. Если быть точным, это устройство, которое преобразует топливо в электрическую энергию для аккумулятора и двигателя.

Генератор — обычная деталь в автомобилях с серийной трансмиссией. Такая трансмиссия работает за счет механической энергии, которую бензиновый генератор или аккумулятор подает через электродвигатель.

HEV типов

Видео показывает, как работают гибридные автомобили, в том числе Hyundai Sonata Hybrid 2015 года.

Видео объясняет различия между серийным гибридом (расширенный диапазон) и подключаемым гибридом (PHEV)

верх


Гибридная серия

(увеличенного диапазона)

Гибридная серия по конструкции похожа на электромобиль с аккумуляторной батареей (BEV).Здесь двигатель внутреннего сгорания приводит в действие электрогенератор вместо непосредственного привода колес. Генератор заряжает аккумулятор и приводит в действие электродвигатель, приводящий в движение автомобиль. Когда требуется большая мощность, двигатель потребляет электроэнергию как от батареи, так и от генератора. Серийные гибриды также могут называться электромобилями с увеличенным запасом хода (EREV ), или электромобилями с увеличенным запасом хода (REEV) , поскольку газовый двигатель вырабатывает только электричество, которое используется электродвигателем, и никогда не приводит в движение двигатель напрямую. колеса.Современные примеры включают Cadillac ELR, Chevrolet Volt и Fisker Karma.

Параллельно-гибридный

Параллельный гибрид приводится в движение как двигателем внутреннего сгорания (ДВС), так и электродвигателем, соединенным с механической трансмиссией. Распределение мощности между двигателем и двигателем варьируется, поэтому оба работают в оптимальном рабочем диапазоне, насколько это возможно. В параллельном гибриде нет отдельного генератора.Когда требуется работа генератора, двигатель работает как генератор. В параллельном мягком гибриде автомобиль никогда не сможет двигаться в чисто электрическом режиме. Электродвигатель включается только тогда, когда нужен наддув.

Последовательно-параллельный

Транспортное средство может приводиться в движение автономным бензиновым двигателем, отдельным электродвигателем или обоими преобразователями энергии, работающими вместе.Распределение мощности между двигателем и двигателем спроектировано таким образом, чтобы двигатель мог работать в оптимальном рабочем диапазоне в максимально возможной степени.

Примечание. Во всех приведенных выше конфигурациях для привода транспортного средства может использоваться более одного двигателя.

Топ

Параллельная гибридная конфигурация

— обзор

18.2 Конфигурации и классификация гибридных автомобилей

Гибридные автомобили, такие как Citroen C3, Honda Civic IMA, Toyota Prius и Lexus RX400h, легко доступны, и некоторые из этих автомобилей имеют почти такие же «гибриды». функции ‘.К этим функциям относятся выключение двигателя во время простоя автомобиля (функция старт-стоп), рекуперация энергии торможения (BER), помощь мотору, зарядка во время движения и чисто электрическое вождение. Однако топология трансмиссии, объем двигателя, размер электрической машины, технология трансмиссии и система управления этих гибридных автомобилей совершенно разные. Гибридные автомобили делятся на следующие три основных типа: серийные (например, Karma Fisker), параллельные (например, Honda Civic IMA) или последовательно-параллельные гибридные конфигурации (например.грамм. Toyota Prius, или Chevrolet Volt). На рисунке 18.2 схематически показаны эти различные конфигурации и описаны основные топологические характеристики того, как источники питания подключены к трансмиссии.

18.2. Различные конфигурации гибридной трансмиссии (Hofman, 2007).

С начала двадцатого века (Koehler and Oehlers, 1998) «серийные гибридные конфигурации» (рис. 18.2, вверху) успешно использовались в других машинах с двигателями (1899), таких как дизель-электрические корабли. (1903 г.) и поезда (1913 г.).Преимущество серийного гибрида заключается в том, что двигатель работает с максимальной эффективностью благодаря буферизации избыточной мощности; однако одним из недостатков является относительно низкая эффективность трансмиссии при относительно высоких нагрузках транспортного средства по сравнению с другими гибридными конфигурациями. Если транспортное средство не используется в основном для езды по городу (частое использование и довольно низкие требования к мощности), требуются относительно большие электрические машины (кВт) для передачи энергии от аккумулятора и двигателя на колеса транспортного средства на высоких скоростях транспортного средства.Часто в качестве генератора используется двигатель внутреннего сгорания, а в случае концепции Mercedes B топливный элемент используется в качестве основного источника энергии.

«Параллельная гибридная конфигурация» (рис. 18.2, внизу) имеет более высокую эффективность трансмиссии из-за механической связи между двигателем, электрической машиной и колесами транспортного средства, а двигатель и электрическая машина очень эффективно обеспечивают тяговую мощность. «Последовательно-параллельная конфигурация» (рис. 18.2, посередине) представляет собой комбинацию параллельной и последовательной конфигураций, которая извлекает выгоду из большинства преимуществ обеих конфигураций.Мощность тяги двигателя делится на два потока мощности, которые передаются на колеса по механической и электрической ветвям. Параллельные и последовательно-параллельные конфигурации можно классифицировать как от микрогибридных до полностью гибридных, а переход от «микрогибридных» к «полногибридным» указывает на увеличение количества гибридных функций. Обычно серийная конфигурация выполняет все гибридные функции и, как следствие, попадает в класс полногибридных.

Рисунок 18.3 перечислены некоторые типичные спецификации гибридных систем для различных классов гибридных автомобилей. В качестве примера на рисунке показан ряд различных гибридных автомобилей, которые относятся к разным классам гибридных автомобилей, включая Citroen C3, Honda Civic IMA, Toyota Prius, Fisker Karma и Chevrolet Volt. В верхней части рис. 18.3 показан расчетный запас хода транспортного средства в зависимости от (типичной) вместимости для различных классов транспортных средств. Гибридный автомобиль или электромобиль с расширителем запаса хода способен преодолевать расстояние 500–800 км, в то время как полностью электрический автомобиль (в зависимости от емкости аккумулятора) снижает его примерно на 30–50%.Увеличение гибридизации (микро-мягкая-полная), при которой максимальная мощность двигателя и электрической машины уменьшается и увеличивается, соответственно, приводит к снижению расхода топлива и выбросов CO 2 (на 3–10%, 15–25%, 20– 30% соответственно). Кроме того, полностью электрические автомобили в принципе имеют нулевой диапазон выбросов (100% экономия топлива). В нижней части рис. 18.3 показано, как размеры компонентов зависят от напряжения системы. В принципе, все показанные автомобили имеют системное напряжение ниже 500 В; следовательно, большая емкость аккумуляторных батарей электромобилей вызвана большим количеством цепочек аккумуляторных элементов / модулей, соединенных параллельно.

18.3. Классификация гибридных и электромобилей.

В целом можно сделать вывод, что существует большое разнообразие гибридных автомобилей. Однако потенциал экономии топлива и дополнительные расходы на гибридные автомобили сильно зависят от конфигурации трансмиссии и степени гибридизации (размеров источников энергии). Выбор правильного решения зависит как от функциональных требований, так и от планируемых объемов производства, связанных с производственными инвестициями. Гибридные системы, которые могут быть добавлены к традиционной трансмиссии, могут обеспечить наибольшую выгоду при наименьших затратах, в зависимости от количества требуемых изменений (van Berkel et al, 2012).

Подключаемые гибридные электромобили, такие как Toyota Prius и Chevrolet Volt, оснащены большей батареей, чем обычный гибридный автомобиль, что позволяет увеличить запас хода без каких-либо локальных выбросов загрязняющих веществ. В результате эти автомобили рассматриваются как многообещающие будущие решения для транспорта в городах и пригородах (Toledo et al, 2006; Winkel and van Mieghen, 2006). После истощения вторичного источника энергии стратегия управления переключается в режим поддержания заряда с использованием первичного источника энергии (двигателя внутреннего сгорания или топливного элемента).На рисунке 18.4 показана эта стратегия управления в зависимости от уровня заряда аккумулятора, скорости автомобиля и дальности действия. В этом примере на низких скоростях (ниже 50 км / ч) и при достаточной емкости заряда аккумулятора (выше 20%) транспортное средство приводится в движение исключительно за счет электроэнергии.

18.4. Стратегия управления энергопотреблением подключаемого гибридного автомобиля (пример: концепт Mercedes S400).

Требуемая энергия привода может быть заряжена за ночь, когда потребности низкие, что приведет к эффекту выравнивания нагрузки на электрическую сеть, а простаивающие генерирующие мощности в непиковые часы будут использоваться в продуктивном режиме.Разрешение заводам работать с меньшей изменчивостью и приближением к оптимальной производительности может повысить общую эффективность электрической системы. Вывод на рынок этих относительно новых типов гибридных автомобилей зависит от прогресса в разработке новых аккумуляторов, которые допускают частую и быструю смену нагрузки.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.