Гибридный автомобиль.История, принцип работы, лучшие авто

Главный силовой агрегат современных машин – двигатель внутреннего сгорания. Но в условиях истощения залежей нефти, роста требований к экологической чистоте топлива инженеры прибегают к новым технологиям. Полный отказ от углеводородного топлива или снижение его расхода обеспечивают электрический мотор или гибридный машинный двигатель. Последнюю деталь устанавливают на современных авто.

История гибридных двигателей

Гибридный автомобильный двигатель – это система из бензинового мотора внутреннего сгорания и электродвигателя. Впервые выпуском подобного транспорта занялся бренд Parisienne des Voitures Electriques в 1897 году. Американская компания General Electric приступила к производству гибридов с 1900 году. Инженеры корпорации создали машину с четырехцилиндровым двигателем на бензине. Абсолютно новый вид транспорта был экономически нецелесообразным по причинам низкой мощности и дешевизны топлива.

Ввиду ухудшения экологической обстановки, подорожания топлива для ДВС идея создания смешанных силовых агрегатов стала актуальной в наше время. Серийное производство гибридов практически первыми наладил бренд Тойота. Авто Toyota Prius liftback были выпущены в 1997 году. В 1999 Хонда презентовала модель Insight. На 2014 год количество гибридов составило более 7 млн.

Классификация гибридных силовых установок

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

Мягкий гибрид

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

Полный гибрид

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

Гибриды-плагины

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

Преимущества и недостатки гибридов

Преимущества гибридных машин:

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

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

Привод дополнительных аксессуаров в автомобилях с полным гибридным приводом

Конструкционные доработки привода дополнительных агрегатов заключались в том, чтобы компоненты работали не от ДВС, а от электричества. Приводная часть полногибридных моделей включает следующие элементы:

• вакуумный насос электрического типа. Деталь служит для понижения давления усилителя тормоза и поддерживает подачу низкого давления при старте и остановке;
• электрогидравлический усилитель управления рулем. Используется, чтобы во время автоматической остановки двигателя рассоединить ДВС и усилитель. Технология позволяет оптимизировать топливные затраты;
• компрессорный кондиционер с электрическим приводом. Отвечает за охлаждение салона при автоостановке. Деталь обеспечивает отсоединение компрессорного привода кондиционера и ДВС. Электрокомпрессор всасывает, сжимает фреоновый газ и направляет его в систему для прокачки;
• электроблок управления кондиционером. Регулирует температуру испарения от 800 до 9000 мин.

Важно!

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

Типовые схемы гибридных автомобилей

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

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

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

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

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

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

Типы гибридных агрегатов

Гибридный современный двигатель – экономичный и экологичный агрегат, но полностью разобраться, что же это такое, поможет обзор вариантов исполнения основной конструкции:

• микрогибридный силовой агрегат. Электрическим компонентом привода является стартер или генератор, отвечающий за функции старта и стопа. Кинетическая энергия используется по принципу рекуперации, то есть переходит в электрическую. Привода исключительно для электротяги нет. АКБ с наполнителем из стекловолокна – на 12 Вольт, адаптирована к частым стартам;
• среднегибридный силовой агрегат. Что значит в этом случае гибридный машинный двигатель? Деталь поддерживает функции ДВС, но транспорт не ездит на электротяге. Средние гибриды могут регенерировать часть кинетической энергии при торможении. Она переходит в электрическую и накапливается в АКБ. Батарея и электроузлы работают на высокой мощности. В режиме смещения точки нагрузки при помощи электрического генератора у теплового мотора повышается эффективность;
• полногибридный силовой агрегат. Высокомощный генератор интегрируется с ДВС. Есть функция движения при электрической тяге при маленькой скорости авто. Электрогенератор запитывает двигатель внутреннего сгорания с функцией старт-стоп в рабочем режиме. Высоковольтный аккумулятор заряжается в процессе рекуперации. Разделительное сцепление ДВС и электромотора обеспечивает быстрое отсоединение одной системы от другой.

Интересно знать!

Микрогибридные силовые агрегаты впервые сконструировал и выпустил бренд Тойота.

Принцип работы и устройство гибридных двигателей

Современные инженеры подробно объясняют, что же такое мотор-гибрид в машине. Двигатель представляет собой систему из бензиновой (дизельной) и электрической силовых установок. Для полноценной работы цепи задействуются другие узлы с компьютерным управлением.

Полная конструкция гибрида

Понять, как же работает современный гибридный автомобильный двигатель, поможет описание его устройства. Мотор состоит из:

• двигателя внутреннего сгорания. Конструкция детали разрабатывалась так, чтобы облегчить вес, минимизировать затраты топлива и количество вредных выбросов;
• электрического двигателя. Он сгенерирован с топливным баком и может вырабатывать энергию для заряда АКБ. Деталь встраивается в силовую систему или располагается отдельно. Есть модели с двумя вариантами размещения;
• трансмиссии. В зависимости от типа гибрида существуют интегрированные коробки передач, КПП с механикой или автоматическим управлением. Некоторые детали работают по принципу плавной нагрузки;
• топливного бака. Обеспечивает подачу топлива в ДВС;
• аккумуляторы. В гибридных машинах устанавливаются две батареи – высоковольтная для работы мотора и на 12 В для запитки бортовой системы. Системы запускаются от аккумулятора стандартного типа – высоковольтный и инвертор функционируют только при постоянном охлаждении;
• инвертор. Нужен для преобразования тока, идущего от высоковольтного аккумулятора в переменный трехфазный для электромотора, регулировки распределения энергии;
• генератор. Работает по принципу электрического агрегата, производит электроэнергию.

Функционирование двигателя-гибрида

Принцип бесперебойной работы современного гибридного двигателя основывается на отдельном или одновременном функционировании ДВС и электромотора. Для управления системой применяется бортовой компьютер. Прибор по режиму движения определяет вид активного силового агрегата:

• на городских дорогах требуется электродвигатель с небольшой мощностью;
• при езде на загородном шоссе задействуется топливный мотор;
• в смешанном режиме (периодические остановки и ускорения) агрегаты работают вместе.

Важно! В процессе работы ДВС происходит зарядка электрического мотора.

Схемы взаимодействия мотора и ДВС

Развитие технологии гибридных двигателей привело к реализации нескольких вариантов взаимодействия электроагрегата и стандартного мотора.

Последовательная схема

В схеме series hybrid ДВС активирует генератор, вырабатывающий энергию для запитки электрического двигателя, вращающего колеса. Последовательный автомобиль-гибрид задействует маломощный ДВС, но только в условиях максимального КПД. Модели-малолитражки выпускаются с большой АКБ.

Параллельная схема

Оснащение машины системой parallel hybrid обеспечивает вращение колес от бензинового и электрического мотора. Электрическая установка также выполняет функции стартера и генератора, располагается между коробкой передач и ДВС. Дополнительная мощность создается электродвигателем в зависимости от режима езды. Аккумуляторные батареи отличаются компактностью, заряжаются при движении машины.

Подробное описание параллельной схемы для гибридной силовой моторной установки современного автомобиля отмечает ее недостаток. Электрический двигатель не выполняет одновременное вращение колеса и зарядку батареи.

Последовательно-параллельная схема

Смешанный гибрид совмещает последовательную и параллельную схему работы. Электрические агрегаты работают как генератор, создавая электроэнергию и как мотор, создавая тягу. Для объединения двигателей используется планетарный редуктор. ДВС вырабатывает минимум мощности при цикле Аткинсона, что обеспечивает экономию топлива. Устройство параллельно-последовательной схемы и принцип для работы смешанного гибридного двигателя предполагают:

• работу в эконом-режиме. На электрической тяге ДВС выключен, запитка электромотора происходит от аккумулятора;
• поддержку скорости движения. Мощность ДВС распределяется по колесной системе и генератору. В это время выполняется одновременная запитка параллельного электроагрегата и дозарядка АКБ;
• интенсивное ускорение. При высоких нагрузках ДВС и электрическая часть функционируют параллельно. Электромотор подпитывается от батареи без утраты мощности генератором.

Важно! Наиболее эффективно принцип комбинированной тяги реализован у бренда Тойота и называется Hybrid Synergy Drive.

Классификация по степени электрификации

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

Микрогибрид

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

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

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

Мягкий гибрид

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Преимущества гибридов

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

Переключатели Hybrid Synergy Drive

Как была достигнута экономия:

• снижение объема и мощности двигателя;

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

• полная остановка работы двигателя, когда это необходимо;

• возможность движения только на электродвигателях;

• рекуперативное торможение с зарядкой аккумулятора.

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

Высоковольтная батарея

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

Toyota energy monitor

Сравнительно небольшой износ авто при чисто городской эксплуатации

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

Панель приборов Toyota RAV4 Hybrid

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

Передняя панель Toyota RAV4

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

Экологическая чистота

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

Lexus RX 400h

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

Хорошие ходовые характеристики

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

Lexus RX 330

Увеличение дальности пробега

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

Сохранение и повторное использование энергии

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

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

Обычная заправка топливом

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

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

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

Старые аккумуляторы

Цена вопроса

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

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

Утилизация аккумуляторов

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

Как работает гибридный мотор на примере Тойота Приус

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

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

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

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

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

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

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

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

Перспективы авто с гибридными моторами

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

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

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

Проверка и обслуживание гибридных автомобилей

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

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

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

Какой автомобиль называют «гибридом»

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

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

Все многочисленные схемы практической реализации идеи получили название гибридов.

Эксплуатация гибридов: разрушаем мифы

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

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

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

Перспективы автомобилей-гибридов

Новизна технологии совмещенного мотора приводит к неполному пониманию автолюбителями, что же такое и как работает гибридный двигатель на подобном автомобиле. С учетом 20-летних разработок бренда Тойота у гибридов есть множество перспектив развития. Машины с облегченным кузовом, емкими и компактными аккумуляторами, простой и быстрой зарядкой, усовершенствованным режимом рекуперации в ближайшем будущем завоюют рынок.

У гибридных авто ДВС не подвергается критическим нагрузкам, а с учетом цикла Аткинсона его моторесурс выше, чем у стандартного двигателя. Для сокращения расходов на топливо машины оснащаются ГБО, совместимыми с электронными блоками управления. При внешней схожести с бензиновой техникой автовладельцы сталкиваются со сложностью обслуживания и огромным разбегом стоимости. Даже при отсутствии поломок и значительном пробеге цена машины окупиться через 5 лет. Но минимальные затраты на горючее стоят таких вложений.

Однако, будущее гибридного транспорта – только за моделями plug-in, которые реально экономят топливо. Плагины привлекательны бесшумным плавным электродвигателем, динамикой бензинового мотора, обеспеченной массивным электрическим бустом. Чтобы использовать машину полноценно, необходимо развитие зарядной инфраструктуры – установка специальных розеток на АЗС.

Лучшие гибридные автомобили

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

Toyota Prius

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

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

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

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

Chevrolet Volt Hybrid

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

Chevrolet Malibu Hybrid

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

Lexus RX 450h

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

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

Общее описание

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

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

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

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

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

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

Рассмотрим подробнее, какими бывают и как устроены гибриды.

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

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

Вывод

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

Источники

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

Гибридные шаговые двигатели — техническая вводная статья

Гибридные двигатели являются более дорогими, чем двигатели с постоянными магнитами, зато они обеспечивают меньшую величину шага, больший момент и большую скорость. Типичное число шагов на оборот для гибридных двигателей составляет от 100 до 400 (угол шага 3.6 – 0.9 град.). Гибридные двигатели сочетают в себе лучшие черты двигателей с переменным магнитным сопротивлением и двигателей с постоянными магнитами. Ротор гибридного двигателя имеет зубцы, расположенные в осевом направлении (рис. 1).

Рис. 1. Гибридный двигатель

Ротор разделен на две части, между которыми расположен цилиндрический постоянным магнит. Таким образом, зубцы верхней половинки ротора являются северными полюсами, а зубцы нижней половинки – южными. Кроме того, верхняя и нижняя половинки ротора повернуты друг относительно друга на половину угла шага зубцов. Число пар полюсов ротора равно количеству зубцов на одной из его половинок. Зубчатые полюсные наконечники ротора, как и статор, набраны из отдельных пластин для уменьшения потерь на вихревые токи. Статор гибридного двигателя также имеет зубцы, обеспечивая большое количество эквивалентных полюсов, в отличие от основных полюсов, на которых расположены обмотки. Обычно используются 4 основных полюса для 3.6 град. двигателей и 8 основных полюсов для 1.8- и 0.9 град. двигателей. Зубцы ротора обеспечивают меньшее сопротивление магнитной цепи в определенных положениях ротора, что улучшает статический и динамический момент. Это обеспечивается соответствующим расположением зубцов, когда часть зубцов ротора находится строго напротив зубцов статора, а часть между ними. Зависимость между числом полюсов ротора, числом эквивалентных полюсов статора и числом фаз определяет угол шага S двигателя:

S = 360/(Nph*Ph) = 360/N,
где Nph – чило эквивалентных полюсов на фазу = число полюсов ротора,
Ph – число фаз,
N — полное количество полюсов для всех фаз вместе.

Ротор показанного на рисунке двигателя имеет 100 полюсов (50 пар), двигатель имеет 2 фазы, поэтому полное количество полюсов – 200, а шаг, соответственно, 1.8 град. Продольное сечение гибридного шагового двигателя показано на рис. 2. Стрелками показано направление магнитного потока постоянного магнита ротора. Часть потока (на рисунке показана черной линией) проходит через полюсные наконечники ротора, воздушные зазоры и полюсный наконечник статора. Эта часть не участвует в создании момента.

Рис. 2. Продольный разрез гибридного шагового двигателя

Как видно на рисунке, воздушные зазоры у верхнего и нижнего полюсного наконечника ротора разные. Это достигается благодаря повороту полюсных наконечников на половину шага зубъев. Поэтому существует другая магнитная цепь, которая содержит минимальные воздушные зазоры и, как следствие, обладает минимальным магнитным сопротивлением. По этой цепи замыкается другая часть потока (на рисунке показана штриховой белой линией), которая и создает момент. Часть цепи лежит в плоскости, перпендикулярной рисунку, поэтому не показана. В этой же плоскости создают магнитный поток катушки статора. В гибридном двигателе этот поток частично замыкается полюсными наконечниками ротора, и постоянный магнит его «видит» слабо. Поэтому в отличие от двигателей постоянного тока, магнит гибридного двигателя невозможно размагнитить ни при какой величине тока обмоток.

Величина зазора между зубцами ротора и статора очень небольшая – типично 0.1 мм. Это требует высокой точности при сборке, поэтому шаговый двигатель не стоит разбирать ради удовлетворения любопытства, иначе на этом его срок службы может закончиться.

Чтобы магнитный поток не замыкался через вал, который проходит внутри магнита, его изготавливают из немагнитных марок стали. Они обычно обладают повышенной хрупкостью, поэтому с валом, особенно малого диаметра, следует обращаться с осторожностью.

Для получения больших моментов необходимо увеличивать как поле, создаваемое статором, так и поле постоянного магнита . При этом требуется больший диаметр ротора, что ухудшает отношение крутящего момента к моменту инерции. Поэтому мощные шаговые двигатели иногда конструктивно выполняют из нескольких секций в виде этажерки. Крутящий момент и момент инерции увеличиваются пропорционально количеству секций, а их отношение не ухудшается.

Большинство современных шаговых двигателей являются гибридными. По сути гибридный двигатель является двигателем с постоянными магнитами, но с большим числом полюсов. По способу управления такие двигатели одинаковы, дальше будут рассматриваться только такие двигатели. Чаще всего на практике двигатели имеют 100 или 200 шагов на оборот, соответственно шаг равен 3.6 грд или 1.8 грд. Большинство контроллеров позволяют работать в полушаговом режиме, где этот угол вдвое меньше, а некоторые контроллеры обеспечивают микрошаговый режим.

Гибридный двигатель на автомобиле — устройство и принципы работы

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

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

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

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

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

Что такое гибридный двигатель. Принцип работы энергоустановки

Гибрид — переводится на русский как скрещивание. Сочетание этих двух различных технологий благополучно выполняют основную задачу — движения автомобиля.

Функция гибридного двигателя состоит в том, что мотор внутреннего сгорания приводит в движение генератор, который отдаёт энергию на энергоустановку: аккумуляторная батарея-электродвигатель. А энергоустановка в свою очередь, через трансмиссию передает крутящий момент на колеса.

Таким образом достигается оптимальный режим движения и создаётся добавочное усилие. Кроме того сглаживются пиковые нагрузки и колебания, в следствии чего растёт производительность и КПД.

Гибридный двигатель. Устройство

Существует несколько вариантов гибридного двигателя:

• Параллельный. Бензиновый движок питается от топливного бака, а электродвигатель от аккумуляторной батареи. В итоге два двигателя вращают трансмиссию, которая затем передаёт крутящий момент на колёса.
• Микрогибридный. Этот вариант разработали специалисты компании «Тойота». Их гибридный автомобиль стартует и движется на малых скоростях только с помощью электрической тяги. А вот на повышенной скорости начинает работать двигатель внутреннего сгорания. При этом на сложных участках дороги – подъёмы, песок, грязь, другие нагрузки, электродвигатель подпитывается ещё и от аккумуляторной батареи для параллельной работы и усиления тяги. Все эти режимы контролирует электроника.
• Среднегибридный. У такого авто свои особенности ‒ на электрическом двигателе езда не предусмотрена. Но электротяга заметно увеличивает эффективность, благодаря получению более высокого напряжения, чем даёт аккумуляторная батарея, а это соответственно повышает мощность силовой установки в целом.
• Полногибридный. Здесь электричество на первом месте ‒ за его счёт обеспечивается движение. Батарея заряжается благодаря рекуперации. А раздельное сцепление между двумя двигателями обеспечивает возможность разъединения этих систем. В результате бензиновый двигатель подключается лишь в случае крайней необходимости.
• Раздельный. Содержит пару двигатель-генератор и бензиновый мотор. Посредством планетарной передачи крутящий момент поступает на коробку передач. Какая-то часть энергии используется для обеспечения движения машины, а другая направляется в высоковольтную батарею.
• Последовательный. Здесь схема следующая: бензиновый двигатель вращает генератор, который заряжает аккумуляторную батарею, а с неё энергия поступает к электродвигателю, а уже тот вращает трансмиссию и, собственно, колёса.

Плюсы и минусы гибридного двигателя автомобиля

Конечно, плюсы перевешивают, но есть и минусы, как во всех новинках. К примеру, чаще встречается бензиновый гибридный двигатель, хотя экономичность дизелей не подвергается сомнению.

Но так уж сложилось – технологию разрабатывали в Америке, а там солярка не в почёте. Да и гибридный дизельный агрегат стоил бы дороже, а учитывая, что цена и так далеко выше средней, то вопрос можно считать закрытым.

Больше всего автолюбителей смущает гибридный двигатель из-за аккумуляторной батареи. Это весьма капризный компонент, так как требует постоянной эксплуатации, иначе срок её службы значительно снизится.

Также аккумуляторы боятся перепадов температур, саморазряжаются. Плюс ко всему высокая стоимость запчастей и ремонта. Причём самому его сделать вряд ли получится.

Но давайте о приятном. Одно из главных преимуществ гибридного двигателя низкий расхода топлива и минимальные выбросы вредных веществ в атмосферу, а все это благодаря:

• согласованной работе двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя;
• применению батареи большой емкости;
• использованию энергии торможения (рекуперативное торможение), которое преобразует кинетическую энергию движения в электричество.

Кроме того гибридный двигатель собрал в себе массу других инноваций, которые позволят сэкономить топливо и сберечь атмосферу. Среди них:

• изменение фаз газораспределения;
• стоп-старт;
• рециркуляция отработавших газов;
• подогрев тосола отработавшими газами;
• электропривод водяного насоса, климат-контроля и усилителя руля;
• шины с улучшенным качением.

Заметный эффект наблюдается при использовании гибридного автомобиля в городском цикле, когда происходят частые остановки, двигатель работает на холостом ходу.

А вот на трассе, при движении с высокой скоростью, гибридный двигатель уже не так эффективен.
С другой стороны та же батарея даёт возможность более продолжительное время ездить без заправки. Притом батарею можно не заряжать, а заправлять авто лишь топливом.

Двигатель, благодаря компьютерному управлению, всегда работает в оптимальном режиме, как бы вы ни старались его перегрузить.

Часто подобные гибридные автомобили могут передвигаться без топлива. А ещё они отличаются тем, что мотор работает едва слышно.

Надеюсь что статья поможет вам найти правильное решение, если встанет вопрос выбора автомобиля с гибридной силовой установкой.

Разместите ссылку на статью в социальных сетях – возможно ваши друзья уже имеют опыт эксплуатации подобной техники и поделятся своими впечатлениями с вами, а также с читателями нашего блога.

До новых встреч.

Что такое гибридный двигатель автомобиля: схема и принцип работы

Доброго дня! Сегодня мы разберем и расскажем о том, что такое гибридный автомобиль и его двигатель. Затронем принцип работы и взаимодействие с основным мотором.

Гибридный двигатель современного авто

Подавляющее большинство современных автомобилей работают от двигателей внутреннего сгорания. Но, учитывая мировые тенденции на снижение нефтяных запасов, а также необходимости бережного отношения к окружающей среде, подымается вопрос замены ДВС на что-то более экономичное, мощное. Это позволит полностью удовлетворить потребности человека комфортном и безопасном передвижении.

Хорошей альтернативой автомобилям, работающим на энергии сгорания топлива, могут стать электромобили, питающиеся электричеством — это не гибридный вариант авто.

Правда, сегодня они еще имеют определенные конструктивные недостатки. В частности это малый запас хода (не превышает 150 – 180 км), большой срок подзарядки (занимает несколько часов). Кроме прочего такие машины дорого стоят, поэтому рассчитывать, что они полностью придут на замену топливным машинам не стоит.

Поэтому хорошей альтернативой, совмещающей достоинства обеих конструкций — это автомобиль с гибридным двигателем. Принцип работы заключается в использовании энергии сгорания топлива для подзарядки специальных аккумуляторов, которые питают тягу авто.

Таким образом достигается минимизация использования топлива, снижение стоимости машины, повышение уровня мощности и экологической чистоты. При этом отсутствует потребность тратить время на длительную подзарядку батарей. Одной заправки бака топливом хватает на большее расстояние, даже при повышенной мощности или расходе горючего в городских условиях, чем в обычном автомобиле.

Принцип работы гибридного мотора

Чтобы понять, что представляют собой и как работают автомобили с гибридным двигателем, следует рассмотреть принцип их действия. Сегодня, учитывая степень гибридизации, выделяют три типа двигателей:

• умеренные;
• полные;
• plug-in.

Для первой категории гибридного автомобиля характерна постоянная работа ДВС. А установленный электродвигатель включается и работает в экстремальных условиях, когда автомобилю нужна мощность. Такой подход экономит топливо (ведь его расход при увеличении мощности возрастает), равномерно использовать ДВС и не допускать чрезмерных перегрузок.

Для второго типа гибридного авто характерна работа в качестве тягового агрегата только электродвигателя. ДВС используется как источник постоянной подзарядки. Это дает выработать постоянный режим работы ДВС, что дает достигнуть максимального показателя КПД. При этом, учитывая, что не требуется снижение или увеличение тяговой нагрузки, расход топлива снижается.

В третьем случае в автомобиле добавляется возможность прямой подзарядки от источника электрического питания. Такой тип машины полностью избавляется от главного недостатка электромобилей, а именно он может работать после окончания заряда батареи (в этом случае включается ДВС и машина начинает работать по принципу гибрида).

Ко всему прочему современные гибридные автомобили еще и оснащаются системами KERS (осуществляют переработку кинетической энергии вращения). Суть системы сводится к дополнительной подзарядке аккумуляторных батарей за счет вращательной энергии колес. Это когда машина двигается накатом (свободным ходом), либо во время торможения. Такой подход позволяет еще больше снизить уровень потребления топлива.

Немного о схемах взаимодействия и видах гибридных автомобилей

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

• последовательную;
• параллельную;
• последовательно-параллельную.

В первом случае принцип взаимодействия прост. ДВС работает исключительно в качестве источника подзарядки аккумуляторной батареи и не привлекается как тяговая сила.

Из положительных характеристик такой гибридной схемы следует выделить:

• равномерность работы ДВС;
• достижение максимального КПД;
• снижение уровня потребления топлива;
• отсутствие системы переключения передач;
• передвижения даже при выключенном ДВС, за счет накопленной аккумуляторами энергии.

Но есть и недостатки в гибридных машинах. В частности необходимость использования внушительных размеров аккумуляторов, а также потеря энергии в процессе преобразования.

В следующей, параллельной схеме используются два двигателя одновременно. При этом основным тяговым агрегатом остается ДВС, а электромотор выступает как вспомогательный. Его сила используется, когда начинает требоваться дополнительная мощность. Это позволяет экономить расход горючего, при этом не требуется устанавливать громадных аккумуляторов.

Гибридный автомобиль с такой схемой работы двигателя оптимален по стоимости и получения конечного результата. Отлично подходят для условий скоростной езды по трассам. А вот из минусов – в условиях городской езды, когда авто постоянно «дергается», они малоэффективны. Тут же стоит отметить незначительную, по сравнению с другими гибридными вариантами, экономию топлива. Большую продолжительность времени гибридная машина работает от двигателя внутреннего сгорания.

Третий тип схемы предусматривает совмещение принципа работы двух предыдущих. Здесь, энергия тягового ДВС частично перенаправляется на генератор, заряжающий электродвигатель. В дальнейшем путем компьютерного регулирования оптимально синхронизируется работа двух двигателей. Это позволяет максимально использовать полезные моменты каждого из них.

По сути на выходе получается универсальное транспортное средство, способное одинаково комфортно чувствовать себя как в городских условиях, так и на скоростных трассах. Но есть здесь и некоторые недостатки. В частности очень сложная конструктивная система, аккумулятор весьма внушительной мощности, компьютерное управление, необходимость установки дополнительного генератора.

На сегодня это все, что мы хотели рассказать про гибридный двигатель.

Удачи!

Поделитесь информацией с друзьями:

что это, принцип работы, плюсы и минусы

В последние годы мир охвачен электромобильным ажиотажем, который вызван во многом небезызвестной компанией Tesla. Автомобили на электрической тяге это, конечно, прогрессивно, экологично, выгодно, только вот слишком радикально. Гибридные автомобили выглядят более взвешенным и оптимальным вариантом.

Что такое гибридный автомобиль

Нетрудно догадаться, что гибридный автомобиль это результат «скрещивания» двух видов авто — с двигателем внутреннего сгорания и с электромотором. Если продолжить аналогию с биологической эволюцией, то гибридный автомобиль это переходная форма от традиционных машин к машинам будущего. Компромиссное решение для тех людей, кого уже не устраивают двигатели, работающие по принципам позапрошлого века, но при этом ещё не готовы полностью перейти на электричество.

Автопроизводители пробуют различные комбинации двигателей внутреннего сгорания и электроприводов в поисках самого оптимального варианта гибридного автомобиля. В одних вариантах машина приводится в движение только электромотором, в других — только двигателем внутреннего сгорания. Есть и по-настоящему гибридные варианты, где ДВС и электромоторы могут трудиться попеременно или даже одновременно. Конечно, идеального решения на все случаи жизни не существует.

Принцип работы гибридного автомобиля

Все гибридные машины, которые выпускаются в настоящее время, можно условно разделить на 3 категории, в зависимости от того, как двигатели соединены с колёсами:

• Последовательная схема — мотор одного типа питает или запускает мотор другого типа, который и приводит автомобиль в движение.
  
• Параллельная схема — самый простой и дешёвый тип «гибридов», где электромотор и ДВС работают независимо друг от друга.
  
• Последовательно-параллельная схема — каждый тип двигателя может работать в одиночку или в паре с другим типом.
  

Последовательные «гибриды» часто считаются ненастоящими гибридными автомобилями, что обосновывается принципом их работы. Так, электромотор в них может всего лишь запускать обычный ДВС и поддерживать его, заменяя собой стартер и генератор. Или наоборот — традиционный бензиновый мотор запускает электродвигатель и питает его батарею, а машина движется исключительно на электрической тяге. Впрочем, даже такая схема имеет свои объективные достоинства.

Устройство гибридного автомобиля

Параллельные и последовательно-параллельные гибридные машины дают большую свободу выбора и больше преимуществ. Первые чаще всего они следуют такому сценарию: в городском режиме и до определённой скорости (например, 60 км/ч) работает исключительно электродвигатель, а ДВС подключается на более высоких скоростях. Вторые используют традиционные и электрические моторы одновременно, при этом динамически распределяют нагрузку на них, в зависимости от дорожной ситуации.

Нужно иметь в виду, что двигатели внутреннего сгорания, которые используются на «гибридах», значительно переработаны по сравнению с обычными автомобилями. Даже на последовательных схемах, где электромотор только запускает ДВС, производители ощутимо меняют настройки электронных блоков управления двигателем. Это делается в угоду основным преимуществам гибридных машин — экологичности и экономичности.

Более подробный разбор принципов работы гибридных установок, есть у нас в статье «Особенности гибридных автомобилей: отличия PHEV, REX и «Приусов» (+видео)»

Плюсы и минусы гибридного автомобиля

Сначала стоит обратить внимание на сильные стороны электропривода как такового:

• очень высокий КПД, доходящий до 90%;
  
• мгновенно запускается и останавливается;
  
• не требует переключения передач;
  
• одинаково работает в обоих направлениях;
  
• очень динамичен — быстро разгоняет авто;
  
• полное отсутствие шума и грязного выхлопа.
  

Конечно, в гибридных машинах эти достоинства раскрываются не полностью. Автомобили с последовательной схемой, где электромотор только запускает и поддерживает ДВС, почти полностью лишены всех этих плюсов. Такие «гибриды» могут похвастать лишь быстрым и лёгким запуском, небольшой экономией топлива и чуть улучшенной динамикой. Зато и специфических минусов нет — это, фактически, усовершенствованный вариант традиционного авто.

Намного экономичнее и динамичнее вариант, где ДВС только питает батарею электродвигателя. Для этого не нужна большая мощность, так что можно обойтись двумя или тремя цилиндрами очень небольшого объёма. Такая последовательная схема отлично раскрывает потенциал электропривода. Есть и минусы — такие машины не бесшумны и всё-таки загрязняют природу отработанными газами, хоть и в небольшой степени.

Параллельные и последовательно-параллельные типы «гибридов» очень разнообразно сочетают плюсы и минусы ДВС и электромоторов, в зависимости от конкретных моделей машин и используемых технологий. Например, некоторые автопроизводители делают упор на использование машины в городских условиях. Здесь преимущества езды на электроприводе очевидны:

• нулевой расход бензина или дизельного топлива;
  
• полное отсутствие загрязняющих выбросов;
  
• двигатель не порождает шумы и вибрации;
  
• не нужно часто переключать режимы КПП;
  
• машина может очень быстро разогнаться.
  

Недостатки гибридных автомобилей почти идентичны таковым у традиционных машин и электромобилей, только выражены не так отчётливо. Прежде всего, это сложность и дороговизна «гибридов», причём они дороги не только в покупке, но и в обслуживании. Электробатареи очень чувствительны к ударам и высоким температурам, что может привести к взрыву и сильному пожару. Бесшумность хода на электротяге опасна для пешеходов, они просто не слышат приближающийся автомобиль.

До сих пор не решены трудности использования электродвигателей в холодном климате с морозными зимами и в условиях бездорожья. Здесь главные плюсы гибридных машин — высокая экономичность и экологичность — чаще всего полностью сходят на нет. Впрочем, даже в холодные зимы «гибриды» вполне неплохо чувствуют себя в городских условиях, которые можно назвать естественной средой их обитания.

Видео о работе гибридного автомобиля, а также его плюсы и минусы:

Если Вы заметили ошибку, неточность или хотите дополнить материал, напишите об этом в комментариях, и мы исправим статью!

Ключевые теги: гибридный двигатель, устройство автомобиля, двигатель

принцип работы, что значит, схема мотора

Гибридный двигатель имеет несколько источников энергии: бензиновый и электрический моторы. Оба агрегата приводят автомобиль в движение по отдельности или совместно. Разработано несколько видов гибридных конструкций, и каждая реализует в себе главное преимущество перед «обычными» моторами — топливную экономичность. А значит, и в возможность достичь высоких экологических требований к транспорту.

История гибридных двигателей

Гибридные силовые установки были известные ещё в 19 веке. Изобретателем первого гибрида, работающего на электроэнергии, стал Роберт Андерсон. Однако, патент на систему получил Генри Пайпер в 1905 году. В этом же направлении работал Фердинанд Порше. Серийными производителями гибридных моторов были французская компания Parisienne des Voitures Electriques, американская корпорация General Electric, бельгийская Pieper.

Бурного развития технология гибридов в начале 20 века не получила по нескольким причинам:

• низкая стоимость топлива;
• нерентабельность по сравнению с бензиновым ДВС.

К концу 20 века рост на энергоносители и ужесточение экологических стандартов заставили автопроизводителей возвратиться к разработкам эффективных моторов. Изначально в гонку включились VW, Mercedes, GM, Audi, но до серийного производства гибридных автомобилей так и не дошли, перейдя в другие сферы разработок. Первым удачным автомобилем с гибридным двигателем стал Toyota Prius 1997 года. За год компания смогла продать 25 000 моделей. Вторым популярным гибридом на рынке стал Honda Insight.

После Приуса, Тойота наладила серийный выпуск моделей: Hybrid Harrier, Highlander, Estima Hybrid, Crown, Camry Hybrid, Lexus RX. Среди разработок Хонда с гибридной установкой известны Accord Hybrid и Civic Hybrid. Единичные автомобили встречаются у Форда, Ауди, Мазды, Рено, БМВ, Ниссан, Хёндай.

Поговорим подробнее, что значит машина-гибрид. Рассмотрим устройство, принцип работы, в чём плюсы и минусы гибридных установок.

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.

Принцип работы и устройство гибридных двигателей

Принцип работы гибридных двигателей основан на комбинировании возможностей ДВС и электромотора. Бензиновый агрегат развивает максимальный крутящий момент на высоких оборотах, в то время, как электрический двигатель — на низких. Объединение установок позволяет исключить из конструкции механизмы преобразования механической энергии, увеличить КПД силового агрегата и снизить расход топлива.

Полная конструкция

Автомобиль с гибридным мотором устроен иначе, чем привычные машины с ДВС. Здесь под днищем находятся:

• двигатель внутреннего сгорания;
• один или несколько электрических моторов;
• блок аккумуляторных батарей.
• для управления и преобразования энергии установлен электронный блок с инвертором.

Источником энергии в гибридном двигателе служит ДВС, работающий на бензине или дизеле. Мощность, преобразованная генератором, запускает тяговый электродвигатель и заряжает аккумуляторные батареи. Именно от блока аккумуляторов электромотор получает дополнительное питание, если не будет хватать энергии генератора.

Похожая статья ЗМЗ 406 двигатель: карбюратор и инжектор, характеристики ДВС

Инвертор преобразует постоянный ток высоковольтного аккумулятора в 3-фазный переменный ток большего напряжения. Энергия используется для:

• управления электромотором;
• обратной конвертации тока с генератора для подзарядки батареи;
• питания бортовой электросети.

Конструктивно инвертор представляет собой корпус с набором электронных плат и транзисторными сборками.

Общий принцип работы гибридного автомобиля рассмотрим далее.

Функционирование двигателя

Режим совместной работы ДВС и электромотора зависит от конструктивного устройства гибридного силового агрегата и режима движения автомобиля. Так, в начале движения бензиновый двигатель не всегда нужно запускать. Машина тронется за счёт работы электрического мотора, питающегося от батареи.

Большая ёмкость аккумулятора с возможностью внешней подзарядки может сократить потребление бензина до нуля, если суточный пробег автомобиля короткий.

Электромотор поддерживает работу автомобиля на холостом ходу: при стоянке на светофоре, временной остановке. В это время ДВС отключен, до те пор, пока хватает мощности электротяги. Обычно бензиновый мотор подключается на скорости 60км/ч. При больших нагрузках, например, для заезда в горку, понадобится двойное усилие обоих агрегатов. В таком режиме автомобиль сможет проехать более 500 км.

Отличительно, как работает гибридный двигатель во время торможения. Тормозная система привычного автомобиля с ДВС преобразует кинетическую энергию в тепловую, рассеивая её в воздухе. Гибриды оснащены системой рекуперации, т.е. возвращения. При замедлении движения электромотор переключается в режим генератора, отдавая электрическую энергию в аккумуляторную батарею.

Что собой представляет гибридный автомобиль, его плюсы и минусы

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

Toyota Prius

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Типы гибридных агрегатов

Гибридные двигатели различаются по типу применения и компоновочной схеме. По первому критерию гибриды делятся на микрогибриды, умеренные гибриды и полные гибриды. Более подробно о них поговорим ниже.

Применение разных компоновочных систем гибридных двигателей отражает уровень развития гибридизации, суть которой заключается в желании производителей перевести автомобиль на альтернативный источник энергии. Наиболее прогрессивными в плане разработок являются компании Тойота, БМВ, Хёндай, Вольво.

Схемы взаимодействия мотора и ДВС

Конструктивная схема гибридного двигателя выбирается исходя из проектных характеристик автомобиля: требуемой мощности, скорости разгона, расхода топлива и т.д. Различают последовательную, параллельную и комбинированную схемы.

Последовательная схема

Гибридная система автомобиля с последовательной компоновкой была придумана Порше в 1899 году. Схема включает в себя ДВС с генератором, тяговый электродвигатель и аккумуляторные батареи. По этой схеме двигатель внутреннего сгорания запускает генератор, который преобразует механическую энергию в электрическую, питая электрический мотор. В свою очередь электродвигатель воздействует на ведущие колёса, приводя машину в движение.

Большая ёмкость аккумуляторов позволяет автомобилю в некоторых режимах работать только на электрической энергии, при выключенном ДВС. Батареи заряжаются от генератора, когда потребляемая мощность электромотора невысока, например, во время размеренного движения. Однако, в режиме ускорения мощности генератора может не хватать, и тогда недостаток энергии компенсирует аккумулятор.

Последовательная схема гибридного двигателя хороша тем, что ёмкая АКБ позволяет устанавливать ДВС меньших габаритов и меньшего веса. Более простая конструкция расходует меньше топлива и требует меньших затрат на обслуживание.

Электрический мотор вращается в любом направлении, что позволяет упростить конструкцию автомобиля, убрав сцепление и коробку передач. А при установке электродвигателей с редуктором в ведущие колёса, можно обойтись и без дифференциала. Подобная схема встречается на карьерных самосвалах БелАЗ и городских автобусах ЗИЛ. В легковых автомобилях встречается редко.

Похожая статья Технические характеристики двигателя Мерседес OM 612

Параллельная схема

Гибридные двигатели с параллельной системой могут приводить автомобиль в движении от ДВС, тягового электромотора или их совместной работы. Часто электрический двигатель устанавливают вместо маховика, используя электромотор в качестве генератора и стартера для трогания и остановки автомобиля. Аккумуляторные батареи подзаряжаются во время рекуперативного торможения.

Параллельная схема подходит для автомобилей небольшой мощности. За счёт использования малоёмких батарей снижается вес и начальная стоимость машины. Подобная конструкция встречается в моделях Honda Insight, BMW 7 ActiveHybrid.

Последовательно-параллельная схема

По сути данная схема представляет собой доработку параллельной. Особенность гибридных двигателей с последовательно-параллельной системой — наличие делителя мощности в трансмиссии. Энергия ДВС разделяется на 2 потока в соответствии с режимом движения автомобиля. Часть мощности переходит к ведущим колёсам, другая — к накопителю электрической энергии.

Для реализации подобной компоновки необходим менее мощный ДВС, но с высокой эффективностью. Например, двигатель, работающий по циклу Аткинсона с коротким тактом сжатия. По такой схеме построены Toyota Prius и Lexus RX.

https://www.youtube.com/watch?v=k1nG8PkP28E&feature=youtu.be

Классификация по степени электрификации

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

Микрогибрид

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

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

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

Мягкий гибрид

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

Похожая статья 123 двигатель Мерседес

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

Полный гибрид

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

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

Гибриды плагины

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

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

Преимущества и недостатки гибридных авто

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

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

Основные преимущества

Несмотря на довольно высокую стоимость автомобилей с гибридными двигателями, всё больше людей склоняются к их покупке. Как основные полюсы они отмечают:

Охрана окружающей среды

Снижение количества выхлопных газов позволяет сделать воздух в городе и на всей планете несколько чище, а это уже польза для всех. Автомобиль не требует внешней электрической зарядки, что немаловажно. Расход топлива тоже значительно снижается и владелец авто получает довольно большую экономию денег. Все модели такого типа имеют хорошие технические характеристики, часто превосходящие характеристики обычных автомобилей.

Минусы гибридных автомобилей

Наряду с перечисленными плюсами «гибриды» имеют и ряд негативных сторон, к которым можно отнести:

• Очень высокая стоимость самого автомобиля.
• Высокая сложность в конструкции влечет за собой высокую стоимость обслуживания.
• Недостаточно развитая система автосервисов. Сложность гибридной конструкции требует хороших знаний и высококлассных специалистов в автомастерских, что не всегда возможно, особенно в удаленных населённых пунктах.
• При выходе из строя батарей хозяину авто придётся довольно долго искать место доступной утилизации.

Гибридный привод Lexus — «Лексус-РОЛЬФ»

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ ГИБРИДНЫЙ ПРИВОД

Гибридный привод Lexus сочетает энергичность мощного бензинового силового агрегата с экономичностью электродвигателя, плавно и незаметно переключаясь между ними во время движения. Это позволяет объединить великолепную динамику с невысоким расходом топлива и значительно более низким уровнем выбросов CO₂.

При этом каждый гибридный автомобиль в нашем модельном ряду способен передвигаться полностью на электротяге в режиме электромобиля — никаких компромиссов.

ДИНАМИКА
И КОМФОРТ

Отправляйтесь в путь на гибридном автомобиля Lexus и оцените, насколько гармонично работают все технологии. Запустите двигатель и начните движение в полностью электрическом режиме электромобиля. Обратите внимание, насколько тихо стало в салоне. В этот момент ваш Lexus не расходует топливо и движется с нулевым уровнем выбросов. Автомобиль продолжает движение в этом режиме на умеренных скоростях и в рваном ритме плотного городского трафика.

При разгоне электродвигатель выдает внушительный крутящий момент. При этом система плавно задействует мощную тягу бензинового силового агрегата. Вам даже не придется думать об этом — передовая система гибридного привода Lexus позаботится обо всем самостоятельно, позволив вам получать истинное удовольствие от поездки.

УМНАЯ ЭНЕРГИЯ

Даже энергия замедления используется рационально. Система использует технологию рекуперативного торможения, собирающую вырабатываемую при торможении кинетическую энергию, а затем направляющую ее для зарядки аккумуляторной батареи. Благодаря этому вам не придется останавливаться и подключать ваш Lexus с гибридным приводом к электрической зарядной станции: интеллектуальная система самостоятельно заряжает батарею во время движения.

ТЕХНОЛОГИИ LEXUS
ИЗМЕНЯТ ВАШ МИР

Гармоничное сочетание бензинового силового агрегата и электродвигателя позволяет добиться невероятного снижения расхода топлива и уровня выбросов СО₂. Бензиновый двигатель вступает в работу только на высоких скоростях, что позволяет добиться исключительной экономичности.

Вместе с этим при движении на электротяге на низких скоростях выбросы вредных веществ сокращаются до нуля. Передовая система гибридного привода Lexus — оптимальный выбор, дарящий максимальную роскошь в сочетании с минимальным воздействием на окружающую среду.

Что такое гибридные автомобили и как они работают?

Гибридные компоновки

Не все гибриды обладают этими атрибутами в равной мере и работают по-разному. Все начинается с компоновки системы.

Серия гибридов: Это самый старый гибридный тип. Тепловозы и пароходы с такой компоновкой появились еще в прошлом веке. В серийном гибридном автомобиле приводные колеса вращаются только электродвигателями, поэтому двигатели должны быть большими и мощными.Но серийный гибрид — это не «чистый» электромобиль. У него есть специальный двигатель, который сжигает топливо и выбрасывает выбросы. Двигатель приводит в действие генератор для производства электроэнергии на борту транспортного средства.

BMW i3 2014 года и снятый с производства Fisker Karma 2012 года используют серийные гибридные системы. Но эти автомобили от BMW и Fisker также являются подключаемыми гибридами. Подробнее об этом вкусе гибрида чуть позже.

Почти каждый автопроизводитель также имеет серийный демонстрационный гибридный автомобиль, в котором вместо бензинового двигателя для выработки электроэнергии используется топливный элемент, работающий на водороде.Ожидается, что эти автомобили, обычно называемые электромобилями на топливных элементах (FCEV), начнут поступать на розничный рынок небольшими партиями к 2015 году. Сначала ищите их в ограниченных районах, таких как бассейн Лос-Анджелеса, где розничная торговля водородным топливом система присутствует.

Параллельные гибриды: Это самый простой и недорогой тип, используемый в настоящее время в автомобилях. Здесь мощность двигателя и электродвигателя объединены перед трансмиссией. Двигатель доминирует, никогда не делая ничего, кроме движения автомобиля.Электродвигатель обеспечивает дополнительный импульс, и если он достаточно большой, он может быть единственным источником движения автомобиля на короткие расстояния. В обычных параллельных гибридах, таких как Civic Hybrid от Honda, рекуперативное торможение является единственным источником энергии для подзарядки аккумулятора.

Последовательно-параллельные гибриды: Как следует из названия, эти автомобили содержат элементы обоих типов. Концептуально двигатель и электродвигатель подключаются к трансмиссии по разным путям, что обеспечивает полностью независимое движение с помощью двигателя или электричества.Параллельно мотор-генератор может либо увеличивать мощность двигателя, либо обеспечивать зарядку аккумулятора посредством рекуперативного торможения. Последовательно-параллельные мотор-генераторы имеют значительные размеры, поэтому работа только от электричества (на низких скоростях в течение пары миль) является стандартной функцией. Двигатель по-прежнему может питать автомобиль, но его также можно переназначить на зарядку аккумуляторной батареи, пока электродвигатель приводит автомобиль в движение: классическая последовательная работа.

В последовательно-параллельном гибридном автомобиле компьютер отслеживает условия движения и состояние аккумулятора, чтобы решить, какой режим наиболее эффективен в любой момент времени.Бесшовное смешение этих режимов затем осуществляется уникальной бесступенчатой ​​трансмиссией (CVT), в которой используется планетарная передача, а не система регулируемых шкивов и ремней. Последовательно-параллельное оборудование дороже, но отдача от эффективности огромна: на сегодняшний день эти гибриды предлагают самый большой выигрыш в расходе топлива, самые высокие скорости только на электричестве и самое продолжительное время работы только на электричестве. В гибридах Ford C-Max и Fusion, а также во всех гибридах Toyota и Lexus используются последовательно-параллельные системы.

Подключаемые гибриды: На самом деле это не четвертый тип гибридов, поскольку подключаемый модуль вполне может быть основан на любом из вышеперечисленных макетов.Подключаемые гибриды (также называемые PHEV) начали появляться на рынке вместе с Chevrolet Volt в конце 2010 года. Их отличительной чертой является значительно увеличенный аккумулятор, который позволяет увеличить запас хода на электротяге за милю или две, возможные для обычных гибридов. Он также позволяет подключить аккумулятор к электрической розетке для подзарядки во время стоянки. Преимущество подключаемого гибрида заключается в его способности двигаться в полностью электрическом режиме для большинства коротких поездок, оставляя бензиновый двигатель для более длительных поездок.Это функция, которая может увеличить экономию топлива до 100 миль на галлон. Помимо Volt, подключаемые гибриды включают Ford Fusion Energi, Toyota Prius и версию Honda Accord.

В чем разница между гибридом и электромобилем

Мы часто слышим о разных моделях электрических или гибридных автомобилей , но это не одно и то же. Основное различие между ними заключается в том, что электромобиль работает исключительно на электроэнергии, хранящейся в аккумуляторе, а гибридный автомобиль работает на комбинации электричества и обычного топлива.

 

Что такое гибридный электромобиль?

Гибридные электромобили приводятся в движение двигателем внутреннего сгорания в сочетании с одним или несколькими электродвигателями, которые используют энергию, хранящуюся в батареях. Мягкие гибриды, также называемые микрогибридами, используют аккумулятор и электродвигатель для питания автомобиля и позволяют двигателю выключаться, когда автомобиль останавливается (например, на светофоре или в пробках), что улучшает экономию топлива. .

 

Что такое электромобиль?

Электромобили работают на электричестве вместо бензина и также известны как «электромобили» (EV).Это означает, что они не загрязняют окружающую среду выхлопными газами и не выбрасывают парниковых газов, а также работают тише и плавнее, чем другие транспортные средства. Большинство электромобилей имеют аккумуляторы, которые необходимо заряжать от внешнего источника электроэнергии.

 Электромобили тише, у них нет выбросов выхлопных газов, и в целом выбросы ниже. Примечательно, что некоторые страны приняли законы о поэтапном отказе от продажи автомобилей, работающих на ископаемом топливе.

 

Является ли гибридный автомобиль электромобилем?

Полностью электрические транспортные средства (так называемые аккумуляторные электромобили или BEV) имеют электрохимическую систему хранения (аккумулятор) в качестве единственной бортовой системы накопления энергии.Один или несколько электродвигателей генерируют механическую энергию, при этом энергия восстанавливается при торможении. Аккумуляторы можно заряжать от электросети.

 

Гибридные автомобили оснащены батареями, но они также оснащены двигателями внутреннего сгорания, работающими на газе.

 

Различные модели электрических и гибридных автомобилей Гибриды

выпускаются в двух версиях: платной и обычной. Заряжаемые гибридные автомобили, также известные как подключаемые электромобили или PHEV, имеют аккумулятор, который можно заряжать от сети, и обычный газовый двигатель с топливным баком.Двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель обеспечивают механическую мощность, а энергия рекуперируется при торможении.

 

Обычные гибридные автомобили (так называемые Full Hybrids) имеют аккумулятор, который нельзя заряжать от сети, а также обычный бензиновый двигатель с топливным баком. Двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель обеспечивают механическую мощность, а энергия рекуперируется при торможении.

 

Преимущества электромобиля многообразны. В Италии они варьируются от выделенных бесплатных парковочных мест до доступа к зонам ограниченного движения, от национальных и местных стимулов и субсидий до освобождения от дорожного налога и снижения страховых взносов.

 

Существует три типа электромобилей: чистые электромобили, гибридные электромобили с подключаемым модулем и электромобили с увеличенным запасом хода.

 

Полностью электрический автомобиль приводится в движение электродвигателем, использующим энергию, хранящуюся в перезаряжаемых батареях.

 

Подключаемые гибридные электромобили — это электромобили, которые можно заряжать от электросети и внутренней перезаряжаемой батареи. Это означает, что их можно заряжать на зарядной станции, с помощью сетевого адаптера или от стандартной розетки дома.Аккумулятор заряжается от сетевой вилки. Энергия аккумулятора используется для более высоких скоростей и больших расстояний.

 

Электромобили с увеличенным запасом хода — это электромобили с батареями большей емкости, которые можно заряжать от внешнего источника, поэтому вы можете заряжать свой электромобиль дома, пока спите, на работе в течение дня или на общественной зарядной станции.

 

Что такое штекер в гибридном автомобиле?

Электромобили используют электроэнергию из сети, а не ископаемое топливо, такое как бензин или дизельное топливо, для питания своих двигателей.

 

Подключаемые гибридные электромобили

Подключаемые гибридные электромобили (PHEV) используют батареи для питания электродвигателя и другое топливо, такое как бензин или дизельное топливо, для питания двигателя внутреннего сгорания или другого источника движения.

 

Варианты заправки и вождения

Аккумуляторы

PHEV можно заряжать от внешнего источника электроэнергии, двигателя внутреннего сгорания или рекуперативного торможения.

 

В чем разница между подключаемым гибридом и обычным гибридом? Гибриды

Plug-in используют традиционные бензиновые или дизельные двигатели, но аккумулятор можно заряжать от внешнего источника, например от сети, и он может работать только от аккумулятора на ограниченном расстоянии.

Как работают гибриды — Подробная информация о технологии гибридного привода Toyota Hybrid Synergy Drive

Компоненты гибрида Toyota

Газовый двигатель

Основным источником энергии для гибридов Toyota остается бензиновый двигатель. Но это не ваши обычные силовые агрегаты. Они созданы для высокой эффективности и низкого уровня выбросов. Гибриды Prius и Camry работают от четырехцилиндрового двигателя с циклом Аткинсона с высокой степенью расширения. Двигатели, работающие по циклу Аткинсона, выжимают оптимальную энергию из сгорания бензина, увеличивая степень расширения и извлекая все до последней капли энергии из газовоздушной смеси.Для большей мощности Highlander Hybrid оснащен двигателем V6 с циклом Отто, который повышает эффективность за счет сжатия топливной смеси перед воспламенением.

Электродвигатель привода

В результате собственных технологий Toyota и работы, проделанной над чисто электрическими транспортными средствами, электродвигатель представляет собой синхронный двигатель переменного тока с постоянными неодимовыми магнитами и ротором, состоящим из пластин из электромагнитной стали, расположенных друг над другом. Поскольку магниты расположены в оптимальной V-образной конфигурации, двигатель обеспечивает высокую мощность и крутящий момент.

Блок управления питанием

Блок управления мощностью — это мозг гибридной системы, объединяющий мощность газового двигателя и электродвигателя таким образом, чтобы он был бесшовным и достигал высочайшего уровня производительности. Устройство содержит инвертор для преобразования постоянного тока от батареи в переменный ток для запуска электродвигателя и преобразователь постоянного тока в постоянный для получения тока 12 В. Кроме того, высоковольтная силовая цепь устройства повышает напряжение источника питания, что позволяет снизить ток и, следовательно, уменьшить размер инвертора.Больше силы. Меньше места.

Высоковольтная батарея

Гибридный никель-металлгидридный аккумулятор Toyota HV никогда не нужно подключать к сети. Это связано с тем, что аккумулятор постоянно подзаряжается либо газовым двигателем через генератор в крейсерском режиме, либо электродвигателем во время замедления и регенеративное торможение. И последняя батарея была дополнительно улучшена за счет улучшенного материала электродов и новой структуры соединения между элементами батареи.Тесты показывают, что батарея сохраняет работоспособность до 300 000 км без износа.

Генератор

Генератор синхронного типа переменного тока — это то, что нужно для зарядки аккумулятора и питания мощного электродвигателя привода (или двигателей, в случае Highlander Hybrid) по мере необходимости. Чтобы обеспечить оптимальную мощность двигателя, генератор вращается на высоких скоростях, что увеличивает диапазон оборотов в минуту с обычных максимальных 6500 до колоссальных 10 000 об/мин.Более высокая частота вращения увеличивает подачу мощности в области средних скоростей и улучшает ускорение в диапазоне низких/средних скоростей. В результате вы получаете больше мощности, когда она вам нужна, без дополнительного сжигания топлива.

Планетарная передача (устройство разделения мощности)

Разделяя мощность на два пути: механический и электрический, планетарная передача, также известная как «гибридная трансмиссия», может передавать мощность между двигателем, мотором/генератором и колесами практически в любой комбинации, какую только можно себе представить.Непосредственно связанный с двигателем вращающийся вал водила планетарной передачи внутри зубчатого механизма способен передавать движущую силу на внешнее зубчатое колесо и внутреннюю солнечную шестерню с помощью шестерен. С другой стороны, вращающийся вал зубчатого венца напрямую связан с двигателем. Он передает тяговое усилие на колеса, а вал вращения солнечной шестерни напрямую связан с генератором. Расскажите о включении передач.

Производительность системы

Пуск

При трогании с места, остановке на перекрестках и светофорах или движении на малой скорости автомобиль приводится в действие исключительно приводным электродвигателем, получая энергию от гибридной батареи через блок управления питанием.Это не только экономит топливо и приводит к нулевым выбросам, но и электродвигатель также помогает процессу ускорения, мгновенно обеспечивая максимальный крутящий момент. Назовите это беспроигрышной ситуацией.

Ускорение

Когда автомобилю необходимо быстро разогнаться, например, чтобы обогнать другой автомобиль на шоссе, двигатель и электродвигатель объединяются, чтобы обеспечить плавное и мощное ускорение. Гибридная батарея вносит свою лепту, обеспечивая дополнительную энергию, необходимую для увеличения мощности привода.Сочетание прямой механической энергии от двигателя и электрической энергии от двигателя вместе с бесступенчатой ​​трансмиссией с электронным управлением (ECVT) обеспечивает быстрое ускорение, когда вам это больше всего нужно.

Круиз

В движении и при нормальных условиях вождения и бензиновый двигатель, и электродвигатель подают мощность на колеса. На более высоких скоростях бензиновый двигатель выполняет большую часть работы, а электродвигатель включается, когда это необходимо; на более низких скоростях все наоборот.Мощность двигателя распределяется между колесами и генератором для максимальной эффективности посредством планетарной передачи. Генератор приводит в действие электродвигатель, а также помогает заряжать гибридную батарею от избыточной мощности двигателя. Вот почему она называется системой Hybrid Synergy Drive: все вместе работает плавно, обеспечивая потрясающие результаты.

Замедление/Тормоз

Для большинства автомобилей торможение означает потерю энергии из-за тепла и трения. Но когда вы убираете ногу с педали акселератора или нажимаете на тормоз гибридного автомобиля Toyota, вы на самом деле помогаете перезарядить аккумулятор и повысить эффективность системы.Благодаря системе рекуперативного торможения кинетическая энергия колес преобразуется в электричество и передается электродвигателем на блок управления мощностью, а затем сохраняется в гибридной батарее. Другими словами, электродвигатель становится генератором, приводимым в движение колесами автомобиля. Эта система особенно эффективна при езде по городу с частыми остановками. Повторно используемая энергия — теперь есть концепция.

Реверс

Когда вы включаете заднюю передачу гибридного автомобиля, в нормальных условиях будет работать только электродвигатель привода.Это потому, что блок управления мощностью выключает бензиновый двигатель, когда он не нужен — на низких скоростях или при движении накатом. На самом деле бензиновый двигатель включается только при движении задним ходом, чтобы зарядить гибридную батарею.

Понимание гибридных автомобилей: 4 основных типа

Хотя почти все слышали о гибридных автомобилях, большинство людей на самом деле не знают о различных типах автомобилей, представленных на рынке. В этой статье мы рассмотрим 4 основных типа гибридных автомобилей и опишем, что делает каждый из них уникальным.

Мягкие гибриды

Одной из новейших инноваций в гибридной технологии является «мягкая» гибридная система. Как следует из названия, мягкая гибридная система обычно не приводит автомобиль в движение только за счет электроэнергии. Вместо этого система используется для придания небольшой мощности бензиновому двигателю автомобиля, как правило, при ускорении с полной остановки, а также для облегчения работы энергоемких систем, таких как кондиционер, на бензиновом двигателе.Мягкие гибриды, обычно встречающиеся в виде электрических систем на 48 вольт, не нуждаются в подключении к сети. Вместо этого батареи заряжаются за счет комбинации мощности от бензинового двигателя и рекуперации энергии при торможении автомобиля (также известное как рекуперативное торможение). ).

Мягкие гибридные системы имеют разные названия, но наиболее распространенными примерами являются eAssist (General Motors), eTorque (Fiat/Chrysler) и EQ Boost (Mercedes).

Полные гибриды

Как и мягкие гибриды, полногибридные автомобили также оснащены как бензиновым двигателем, так и электрическим компонентом.Однако электрический компонент полностью гибридного автомобиля способен выдерживать гораздо большую нагрузку, чем у мягкого гибрида. Большинство полных гибридов могут фактически работать на некотором расстоянии исключительно за счет электроэнергии. Обычно это происходит на более низких скоростях в городе, но это одна из причин, по которой вы можете увидеть, что показатель расхода топлива на галлон в городе у полного гибрида выше, чем показатель расхода на галлон на шоссе (где в стандартных автомобилях с бензиновым двигателем все наоборот).

Когда речь идет о полностью гибридных автомобилях, существует два основных типа силовых агрегатов; Параллельные гибриды и серийные гибриды.

В параллельных гибридах двигатель может приводиться в действие одним из 3 способов: напрямую от двигателя, напрямую от электродвигателя или от обеих систем, работающих вместе.

В гибридной серии колеса приводятся в движение исключительно электродвигателем, а бензиновый двигатель обеспечивает питание электродвигателя, что-то вроде генератора. Бензиновый двигатель на самом деле никогда не приводит в движение колеса.

Благодаря достижениям в области гибридных технологий, некоторые транспортные средства работают как комбинация двух (метко названных «последовательно-параллельными» гибридами), при этом бортовая компьютерная система выбирает наиболее эффективный способ работы в любой момент времени.

Полные гибриды заряжают свою аккумуляторную систему практически так же, как и мягкие гибридные системы, за счет энергии бензинового двигателя, а также рекуперативного торможения.

Подключаемые гибриды

Все гибридные автомобили, которые мы обсуждали до сих пор, заряжают свои аккумуляторы исключительно за счет внутренних средств. Основное отличие подключаемых гибридов заключается в том, что эти автомобили могут заряжать аккумуляторы как от внешних зарядных устройств, так и от внутренних. В результате подключаемые гибриды обычно имеют больший запас хода только на электричестве, чем полные гибриды.Подключаемые гибриды, по сути, служат промежуточным звеном между полностью гибридными автомобилями и полностью электрическими автомобилями.

Электромобили с гибридным приводом с увеличенным запасом хода

Хотя полностью электрические автомобили технически не считаются гибридами, некоторые из них оснащены небольшим бензиновым двигателем, чтобы при необходимости обеспечить амортизацию. Когда у электромобиля заканчивается заряд, его необходимо зарядить, прежде чем он снова заработает. Эти гибриды с увеличенным запасом хода используют свой бензиновый двигатель для зарядки аккумулятора или питания электродвигателя, чтобы вы не остались в затруднительном положении.В зависимости от размера бензинового двигателя это может означать от нескольких десятков миль до сотен.

Обязательно вернитесь на следующей неделе, где мы обсудим преимущества и недостатки внедрения гибридных автомобилей в ваш парк.

мифов о гибридах — Petawawa Toyota

О любых новых технологиях или системах, малоизвестных широкой публике, неизбежно возникают мифы и заблуждения. Система Toyota Hybrid Synergy Drive ничем не отличается. Итак, мы собрали самые распространенные мифы и заблуждения, связанные с гибридной системой, чтобы установить рекорд

.

Гибридные автомобили Toyota разрядятся, если вы не подключите их к розетке.

Абсолютно нет.

На самом деле, вам никогда не придется подключать гибридный автомобиль Toyota к электросети. Благодаря оригинальной системе рекуперативного торможения, которая преобразует кинетическую энергию впустую в электричество, и способности восстанавливать избыточную энергию при движении в постоянном темпе, аккумулятор автоматически заряжается. Это означает, что нет опасности выехать за пределы диапазона действия батареи. И вы заправляете гибрид Toyota так же, как и любой другой автомобиль на рынке сегодня.

Гибрид Toyota может работать только на электричестве, если в машине закончился бензин.

Нет, это не так. Хотя автомобиль может работать только на электричестве с бензином в баке, он не предназначен для работы без бензина. На самом деле, водителям настоятельно рекомендуется держать свои бензобаки заправленными, так как эксплуатация автомобиля с пустым баком может привести к серьезному повреждению гибридной системы.

Мне нужны специальные знания или специальные права для вождения гибридного автомобиля.

Нет, для вождения гибридного автомобиля Toyota не требуются специальные знания. Гибрид управляется так же, как и обычный автомобиль: садишься, поворачиваешь ключ/нажимаешь кнопку, включаешь Drive и вперед. Когда вы замечаете, что в нем становится мало бензина, вы заправляете его. И особой лицензии тоже не нужно. Ваши стандартные водительские права подойдут.

Гибриды Toyota

могут работать только в режиме бензинового двигателя или электродвигателя.

Неправда. Поскольку гибриды Toyota — это то, что известно как «настоящие» или «полные» гибриды, они могут фактически работать в третьем режиме: с работающим как газовым двигателем, так и электрическим двигателем. Кроме того, благодаря устройству разделения мощности на колеса постоянно подается оптимальное соотношение мощности бензинового двигателя и электродвигателя.

Все гибриды одинаковы.

На самом деле существует три разных типа гибридов; последовательный, параллельный и последовательно-параллельный. В серийном гибриде электродвигатель приводит в движение колеса, и единственной задачей двигателя является выработка электроэнергии.В параллельном гибриде двигатель служит основной движущей силой, в то время как двигатель помогает в ускорении. Toyota применяет последовательно-параллельную гибридную систему, используя как газовый двигатель, так и электродвигатель в качестве движущей силы.

Гибрид с такой огромной топливной экономичностью не будет работать так же хорошо, как автомобиль, работающий только на двигателе внутреннего сгорания.

Возможно, когда-то и было так, что топливная экономичность и высокая производительность несовместимы.Но гибриды Toyota созданы для того, чтобы работать как с , благодаря бесперебойной работе и интеграции газового двигателя и электродвигателя. Фактически, в стандартных условиях эксплуатации эти гибриды обеспечивают ходовые и разгонные характеристики автомобилей с гораздо большим рабочим объемом двигателя.

Гибриды Toyota

требуют специального обслуживания.

Нет, график технического обслуживания и требования к гибридным автомобилям такие же, как и к автомобилям с обычным двигателем. Что касается самой гибридной системы, то она не требует дополнительного обслуживания.

Аккумуляторная батарея может привести к поражению электрическим током или возгоранию.

Гибриды Toyota не представляют дополнительных рисков по сравнению с обычными автомобилями. Батарейный блок полностью герметичен. Кроме того, все цепи высокого напряжения защищены от случайного прикосновения. Они маркированы, имеют цветовую кодировку и предупреждения, указывающие на их присутствие.

Вы не можете запустить гибрид Toyota от внешнего источника.

Вовсе нет. Вы можете запустить гибридный автомобиль от стандартного 12-вольтового источника питания постоянного тока. Подключить кабельные зажимы к точкам доступа под капотом и включить питание компьютера. Затем нажмите кнопку «Пуск» или поверните ключ.

Для эффективной работы гибридов Toyota требуется бензин с более высоким октановым числом.

Нет, гибриды могут очень эффективно работать на бензине с обычным октановым числом .

Toyota Prius и гибридный автомобиль Honda Civic используют по существу одну и ту же гибридную систему.

Ложь.

В гибридах Toyota используется система Hybrid Synergy Drive , которая автоматически находит наилучшее сочетание тяговой мощности газового двигателя и электродвигателя в зависимости от условий движения.Honda Integrated Motor Assist представляет собой параллельную гибридную систему с электродвигателем.

Гибридный двигатель

— обзор

10.3.2 Гибридный двигатель

Поперечное сечение типичного гибридного двигателя 1,8° показано на рис. 10.6. Статор имеет 8 основных полюсов, каждый с 5 зубьями, и каждый основной полюс несет простую катушку. Ротор имеет две стальные торцевые крышки, каждая с 50 зубцами, разделенные постоянным магнитом.

Рис. 10.6. Гибридный (200 шагов/об) шаговый двигатель. Деталь показывает выравнивание зубьев ротора и статора и указывает угол шага 1.8°.

Зубья ротора имеют такой же шаг, что и зубья на полюсах статора, и смещены таким образом, что осевая линия зуба на одной торцевой крышке совпадает с прорезью на другой торцевой крышке. Постоянный магнит намагничен в осевом направлении, так что один набор зубьев ротора имеет северную полярность, а другой — южную. Дополнительный крутящий момент достигается за счет добавления дополнительных пакетов и растяжения статора, как показано на рис. 10.7.

Рис. 10.7. Ротор размера 34 (диаметром 8 см или 3,4 дюйма), трехрядный гибридный 1.Шаговый двигатель 8°. Размеры торцевых крышек ротора и соответствующего намагниченного в осевом направлении постоянного магнита оптимизированы для версии с одним пакетом. Дополнительный крутящий момент достигается за счет добавления второго или третьего пакета, при этом статор просто растягивается, чтобы приспособиться к более длинному ротору.

(любезно предоставлено Astrosyn International Technology Ltd.)

Когда ток в обмотках отсутствует, единственным источником магнитного потока через воздушный зазор является постоянный магнит. Магнитный поток пересекает воздушный зазор от торца N к полюсам статора, течет в осевом направлении вдоль корпуса статора и возвращается к магниту, пересекая воздушный зазор к торцу S.Если бы не было смещения между двумя наборами зубьев ротора, при вращении ротора возникал бы сильный периодический выравнивающий момент, и каждый раз, когда набор зубьев статора находился бы на одной линии с зубьями ротора, мы получали бы устойчивое положение равновесия. Однако существует смещение, и это приводит к почти полному устранению выравнивающего крутящего момента из-за магнита. На практике остается небольшой «фиксирующий» крутящий момент, и это можно почувствовать, если вал вращается, когда двигатель обесточен: двигатель имеет тенденцию удерживаться в своих ступенчатых положениях за счет фиксирующего крутящего момента.Иногда это бывает очень полезно: например, обычно достаточно удерживать ротор в неподвижном состоянии при отключении питания, чтобы двигатель можно было оставить, не опасаясь, что его случайно подтолкнут в новое положение.

8 катушек соединены в две фазные обмотки. Катушки на полюсах 1, 3, 5 и 7 образуют фазу А, а катушки на 2, 4, 6 и 8 — фазу В. Когда фаза А несет положительный ток, полюса статора 1 и 5 намагничены как юг, а полюса 3 и 7 становятся севером. Зубья на северном конце ротора притягиваются к полюсам 1 и 5, а смещенные зубья на южном конце ротора притягиваются к зубьям на полюсах 3 и 7.Чтобы сделать шаг ротора, фаза A отключается, а фаза B подается либо положительным, либо отрицательным током, в зависимости от требуемого направления вращения. Это заставит ротор переместиться на одну четверть шага зуба (1,8°) в новое положение равновесия (шаг).

Двигатель непрерывно ступенчато запитывается фазами в последовательности + A, − B, − A, + B, + A (по часовой стрелке) или + A, + B, − A, − B, + A (против часовой стрелки). Отсюда будет ясно, что необходимо двухполярное питание (т.е. тот, который может обеспечить + ve или — ve ток). Когда двигатель работает таким образом, он называется «двухфазным с двухполярным питанием».

Если биполярное питание недоступно, такая же схема включения полюсов может быть достигнута другим способом, если обмотки двигателя состоят из двух идентичных («бифилярных») катушек. Чтобы намагнитить полюс 1 на север, положительный ток подается в один набор катушек фазы А. Но чтобы намагнитить полюс 1 на юг, тот же положительный ток подается на другой набор катушек фазы А, которые имеют противоположное направление намотки.Всего имеется четыре отдельных обмотки, и когда двигатель работает таким образом, он называется «4-фазным с однополярным питанием». Поскольку каждая обмотка занимает только половину пространства, М.Д.С. каждой обмотки составляет только половину от полной катушки, поэтому номинальная тепловая мощность явно снижается по сравнению с биполярным режимом (для которого используется вся обмотка).

Гибридный двигатель на 200 шагов/об является наиболее широко используемым степпером общего назначения и доступен в различных размерах, как показано на рис.10.8.

Рис. 10.8. Гибридные шаговые двигатели 1,8° размеров 34 (диаметр 3,4 дюйма), 23, 17 и 11.

(любезно предоставлено Astrosyn International Technology Ltd.) предупреждение. Если детали двигателя неизвестны, обычно можно идентифицировать бифилярные обмотки путем измерения сопротивления от общего до двух концов. Если двигатель предназначен только для униполярного привода, один конец каждой обмотки может быть объединен внутри корпуса; например, 4-фазный униполярный двигатель может иметь только пять выводов, по одному на каждую фазу и один общий.Провода также обычно имеют цветовую маркировку, чтобы указать расположение обмоток; например, бифилярная обмотка на одном наборе полюсов будет иметь один конец красный, другой конец красный и белый, а общий белый. Наконец, не рекомендуется снимать ротор гибридного двигателя, поскольку он намагничивается на месте: удаление обычно приводит к снижению магнитного потока на 5–10% с соответствующим снижением статического крутящего момента при номинальном токе.

Гибридная технология: как работает Prius?

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

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

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

Дизайн Prius

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

Prius Gen 3 имеет незначительные отличия от Prius Gen 2. Этот выпуск имеет более длинный и широкий корпус с более острыми углами, которые улучшают его сопротивление ветру и уменьшают лобовое сопротивление с 0.26 до 0,25. Даже незначительное снижение коэффициента аэродинамического сопротивления увеличивает пробег автомобиля в милях на галлон.

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

Еще одним преимуществом Prius является его энергетический двигатель. Автомобиль оснащен многофункциональным дисплеем, который отслеживает, сколько энергии проходит между аккумулятором и двигателем, уровень заряда аккумулятора и тормозные системы.

Гибридный двигатель: как работает Prius?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Пуск из положения остановки

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

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

Торможение и остановка

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

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

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

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

Круиз и ускорение

При постоянной скорости более 15 миль в час часть бензина приводит в действие генератор, вырабатывающий электричество для аккумуляторов.

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

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

Проблемы с гибридными автомобилями

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

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

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

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

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

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

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

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

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