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:

Гибридный привод автомобиля — вопросы по гибридам

Преимущества гибрида — меньшее потребление топлива и снижение вредных выбросов. Поговорим про гибридные автомобили и рассмотрим основные приводы. Вопросы по гибридным машинам.

Разновидности гибридных машин

Умеренные гибридные

Могут тронуться с места, только с помощью двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Используют электродвигатель, когда требуется дополнительная мощность. Полные и умеренные гибриды используют ДВС при достижении более высоких скоростей (приблизительно 30 — 40 км/ч).

Умеренные гибридные системы делят на подкатегории:

• Гибридная система остановки/старта двигателя. Отключает двигатель, когда его мощность не требуется для всей гибридной установки и немедленно повторно запускает при первой необходимости.
• Интегрированная помощь двигателю — система имеет больший электрический двигатель. Значит больше электричества может использоваться, чтобы помочь приводить в движение автомобиль.

Параллельные и последовательные гибриды

В параллельном гибриде, топливный бак снабжает ДВС бензином, тогда как ряд батарей поставляет энергию электрическому двигателю. Электрический двигатель и ДВС могут обеспечить мощность необходимую для движения.

В последовательном гибриде, ДВС поворачивает генератор, а генератор может зарядить батареи или привести электрический двигатель в действие, который передаст крутящий момент в трансмиссию. Таким образом, ДВС никогда не приводит машину в движение.

Большинство гибридов — параллельные. Хотя некоторые могут утверждать, что Toyota Prius имеет особенности параллельного и последовательного гибрида.

Гибрид с подзарядкой

Его надо включать в розетку для подзарядки. Здесь все преимущества электрического автомобиля, без главного недостатка: ограниченного пробега на одном заряде. Когда электрический заряд заканчивается, подключается маломощный ДВС и автомобиль превращается в обычный гибрид.

Вопросы по гибридным машинам

Когда гибридный авто наиболее эффективен

• Гибридная система значительно повышает эффективность расхода топлива и снижает уровень токсичности выхлопных газов, особенно при езде в городе. В этих случаях система регенеративного торможения помогает сохранить энергию.

Можно ли утилизировать батареи

• Да, существуют средства утилизации компонентов батареи гибридных машин.

Надежен ли гибридный автомобиль

• Гибридная силовая установка соответствует современным стандартам качества и надежности. Проводятся испытания в экстремальных условиях. Кроме того, в гибридных авто намного меньше составных частей, чем в обычных машинах.

Ведет ли себя гибридный авто по-другому при езде

• Нет. Управление гибридом очень напоминает управление машиной с обычной автоматической трансмиссией. За исключением того, что гибрид обладает большей мощностью, лучшей управляемостью и более плавным разгоном, производя намного меньше шума.

Какой срок службы

• Гибридный привод рассчитан на такой же срок службы, как любой другой автомобиль — это достаточно долгое время.

Требует ли батарея подзарядки

• Никогда. Гибридный привод производит автоматическую подзарядку батареи, используя регенеративное торможение или при помощи электрогенератора. Водителю никогда не стоит беспокоиться о подзарядке батареи.

Требуется ли специальное топливо

• Нет. Гибридный автомобиль заправляется обычным бензином.

Насколько безопасен

• Гибридные автомобили оснащаются теми же системами безопасности, что обычные машины. Кроме того, батарея имеет герметичный корпус, а высоковольтная система проводки защищена от поражения электротоком или случайного прикосновения.

Какой срок службы батареи

• Высоковольтную батарею, используемую на автомобилях с гибридной силовой установкой, нельзя сравнивать с аккумуляторами обычных автомобилей. В ней применяются самые передовые технологии. Она рассчитана на весь срок службы автомобиля.

Гибридные диски: как они работают

Мин. время чтения

Теги: Emobility

Мартин Вестерхофф изучал технологическую журналистику и с тех пор пишет о транспортных средствах и технологиях. Он питает слабость к автоспорту и гоночным автомобилям.

Одной из наиболее важных целей разработки транспортных средств на сегодняшний день является сокращение выбросов парниковых газов. В конечном счете, цель состоит в том, чтобы замедлить прогрессирующее изменение климата. Согласно резолюции стран ЕС, например, к 2030 году новые автомобили должны выбрасывать на 35 процентов меньше CO2, чем в 2020 году. Эта цель не может быть достигнута ни за счет чисто аккумуляторных электромобилей из-за их небольшого количества, ни только за счет оптимизации текущего бензина. или дизельные двигатели. Решение состоит в том, чтобы объединить двигатели внутреннего сгорания и электродвигатели для создания гибридного привода. Чем больше диапазон, который может быть охвачен чисто электрически, тем лучше для окружающей среды.

Различные концепции гибридного привода

Различные концепции гибридного привода

Но гибридные приводы не одинаковы. В зависимости от расположения и распределения задач двигателя внутреннего сгорания, электродвигателя, генератора и трансмиссии, специалисты подразделяют гибридные концепции на последовательные, параллельные и гибридные приводы с разделением мощности. В рамках этих категорий на протяжении многих лет разрабатывались различные гибридные концепции. Однако, если взглянуть на гибридные архитектуры, используемые в настоящее время в массовом производстве, можно увидеть некоторые основные тенденции развития.

Серийный гибридный привод состоит из двигателя внутреннего сгорания, соединенного с генератором. Это дополняется электродвигателем для привода колес. Единственной задачей двигателя внутреннего сгорания является приведение в действие генератора для выработки электроэнергии. Эта электроэнергия используется для привода транспортного средства либо одним электродвигателем с дифференциалом, либо двумя двигателями на ось без дифференциала.

Главное преимущество этой концепции: двигатель внутреннего сгорания может работать независимо от условий движения, а аккумулятор можно заряжать даже на стоящем автомобиле. Энергия, хранящаяся в аккумуляторе серийного гибрида, также позволяет двигаться на чистом электротяге при выключенном двигателе внутреннего сгорания. В современных электромобилях с батарейным питанием двигатель внутреннего сгорания также используется в качестве так называемого удлинителя запаса хода. Это гарантирует, что транспортное средство не остановится из-за разряженного аккумулятора.

Двигатель внутреннего сгорания и ведущие колеса не связаны механически. Двигатель внутреннего сгорания приводит в действие генератор, генерируемая энергия которого накапливается в аккумуляторе. Эта энергия используется для электродвигателя, который приводит в движение колеса.

В отличие от серийного гибрида, параллельный гибрид имеет механическую связь между двигателем внутреннего сгорания и колесом. Передача мощности в трансмиссии, приводимая в действие двигателем внутреннего сгорания или электродвигателем, соответственно, может гибко варьироваться – в этом случае транспортное средство приводится в движение либо чисто электрически, либо исключительно двигателем внутреннего сгорания, либо обоими приводами одновременно. В параллельных гибридах выходная мощность электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания суммируется, чтобы сформировать общую мощность. Помимо двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя, такие гибридные приводы также нуждаются в одной или нескольких трансмиссиях, сцеплениях или муфтах свободного хода.

В зависимости от выходной мощности и набора функций специалисты различают мягкие и полные гибриды. Мягкий гибрид является самым простым и экономичным гибридом. Он встроен в ременную передачу двигателя внутреннего сгорания в качестве стартер-генератора или напрямую соединен с коленчатым валом. При сравнительно низком напряжении системы в 48 вольт мягкий гибрид уже обеспечивает экономичную рекуперацию неиспользуемой энергии торможения. Кроме того, он включает функции автоматической остановки двигателя и движения накатом для экономии топлива, которые всегда выключают двигатель внутреннего сгорания, когда он не нужен. И последнее, но не менее важное: мягкий гибрид также поддерживает двигатель внутреннего сгорания при ускорении.

Мягкий гибрид, интегрированный в ременную передачу двигателя внутреннего сгорания в качестве стартер-генератора или напрямую связанный с коленчатым валом. При напряжении в системе всего 48 вольт мягкий гибрид обеспечивает экономичную рекуперацию неиспользуемой энергии торможения. Также возможно: функции автоматической остановки двигателя и движения накатом для экономии топлива, которые всегда выключают двигатель внутреннего сгорания, когда он не нужен.

В значительно более мощной полной гибридной системе приводной электродвигатель интегрирован в трансмиссию автомобиля. Значительно более высокое системное напряжение, до 600 вольт, также позволяет использовать только электродвигатель для тяжелых транспортных средств, таких как внедорожники, с достаточной производительностью для повседневных задач вождения, а также для поездок на большие расстояния.

Для экономии монтажного пространства электродвигатель встроен в корпус коробки передач. Эта гибридная версия позволяет транспортному средству управляться исключительно электрически или только с двигателем внутреннего сгорания. Во время наддува электродвигатель поддерживает двигатель внутреннего сгорания при ускорении. Во время торможения электродвигатель превращается в генератор, преобразующий энергию торможения в электрическую энергию, хранящуюся в аккумуляторе.

В отличие от последовательных гибридов, в параллельных полногибридных системах требуется только один электродвигатель, который работает либо как приводной двигатель, либо как генератор, в зависимости от рабочего состояния. Выходная мощность двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя может масштабироваться независимо друг от друга, что означает, что компоненты системы могут лучше адаптироваться к стилю вождения.

Современные концепции транспортных средств, как правило, основаны на экономичных модульных концепциях. Здесь легковые автомобили используют общую платформу. Различные модули позволят реализовать различные концепции привода. Параллельная гибридная концепция предлагает здесь большую гибкость. В полном гибриде со стороны трансмиссии полный гибридный привод интегрирован в трансмиссию. Это позволяет относительно легко интегрировать новую технологию в трансмиссию заднеприводных автомобилей, поскольку требуется лишь несколько изменений.

Однако возможна и другая параллельная гибридная архитектура, а также конфигурации системы в зависимости от платформы автомобиля, доступного места для установки, стоимости и желаемого объема функций. Вместо обычного неведущего заднего моста установлен узел, состоящий из моста, входного вала, электродвигателя и управляющей электроники. В качестве дополнительной ценности эта концепция также предлагает функцию полного привода. В этом случае система контроля тяги активирует электрический задний привод в дополнение к переднему приводу, приводимому в действие двигателем внутреннего сгорания по требованию.

Вместо обычного неведущего заднего моста устанавливается узел, состоящий из моста, входного вала, электродвигателя и управляющей электроники. В качестве дополнительной ценности эта концепция также предлагает функцию полного привода.

Все описанные гибридные варианты могут быть сконфигурированы как подключаемые гибриды. Подключаемый гибрид отличается аккумулятором большей емкости. Он позволяет ездить исключительно на электричестве на большие расстояния. Особенность подключаемого гибрида: аккумулятор подзаряжается не только во время рекуперации — например, при торможении, — но также может заряжаться при подключении автомобиля к внешней системе электропитания. Чем больше батарея, тем больше диапазон, который может быть покрыт чисто электрически. Подключаемый гибрид — это, с одной стороны, мостик к электромобилю на чистом аккумуляторе, но, с другой стороны, благодаря двигателю внутреннего сгорания он также предлагает неограниченную мобильность на дальние расстояния.

Гибрид с разделением мощности представляет собой комбинацию последовательного и параллельного гибрида. В этом типе гибрида мощность двигателя внутреннего сгорания делится на механическую и электрическую составляющие. В основе современных стандартных систем лежит планетарный редуктор — в дополнение к двигателю внутреннего сгорания и двум электродвигателям. Одна из электрических машин работает как двигатель, другая как генератор. В этой системе двигатель внутреннего сгорания передает часть своей мощности непосредственно на колеса, а генератор одновременно преобразует остальную часть в электрическую энергию. Аккумулятор накапливает эту энергию и при необходимости передает ее электродвигателю, который интегрирован в поток мощности колес. С одной стороны, это делает возможным чисто электрическое вождение, а с другой стороны, двигатель внутреннего сгорания может работать в диапазонах частоты вращения и нагрузки с оптимизированным расходом топлива, поскольку энергия, которая временно не требуется для привода, временно накапливается. Однако из-за специфических свойств планетарной передачи выходная мощность двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя должна быть точно согласована в этой гибридной конфигурации.

Электрификация трансмиссии скоро станет стандартной

Электрификация трансмиссии скоро станет стандартной использоваться в основном для более крупных транспортных средств.

Подключаемый гибрид лучше всего сочетает в себе преимущества электропривода и двигателя внутреннего сгорания и предлагает своим пользователям наибольшую степень гибкости.

сопутствующие товары

Моторное масло в гибридных автомобилях

• Дом
• Потребители
• Техническое обслуживание/советы
• Гибридным автомобилям по-прежнему требуется эффективная смазка
• Требуется ли моторное масло в гибридных автомобилях?

Так же, как и классические бензиновые автомобили, гибридные автомобили требуют моторного масла , так как неэлектрическая часть их системы двигателя нуждается в постоянной смазке. Из-за специфической моторизации гибридных автомобилей и для обеспечения долговечности деталей двигателя продукты, которые вы используете, должны выбираться с осторожностью. Узнайте, как обслуживать свой гибридный автомобиль с TotalEnergies.

Нужно ли моторное масло для гибридных автомобилей?

В отличие от автомобилей, работающих только с двигателем внутреннего сгорания, гибридные автомобили оснащены двумя двигателями: электрическим двигателем и двигателем внутреннего сгорания. Таким образом, для правильной работы этому типу транспортных средств требуется как электричество, так и топливо. Двигатели гибридных автомобилей обычно работают один за другим, но в некоторых ситуациях они также могут работать вместе.

В гибридных автомобилях обычно используется электрический двигатель при запуске транспортного средства и при движении со скоростью от 45 до 80 миль/ч (70–130 км/ч). Если этого требует маршрут, по которому вы идете, или если аккумулятор недостаточно заряжен, двигатель внутреннего сгорания поможет электрическому. При резком ускорении оба двигателя работают одновременно. Эти различные этапы относятся к трем типам тяги: электрическая тяга (только электрический двигатель), тепловая тяга (только двигатель внутреннего сгорания) и гибридная тяга (как электрические, так и двигатели внутреннего сгорания).

В гибридных автомобилях, как и в автомобилях с бензиновым двигателем, двигатель внутреннего сгорания необходимо постоянно смазывать. Поэтому для обоих этих типов автомобилей требуется моторное масло . Напомним, моторное масло используется для смазки различных механических частей двигателей внутреннего сгорания. Эта смазка снижает трение между различными компонентами двигателя и, таким образом, предотвращает повышение температуры, преждевременный износ и чрезмерное накопление отложений.

Моторное масло необходимо для правильной работы гибридных автомобилей. Но этим типам транспортных средств также требуются другие смазочные материалы, такие как трансмиссионное масло для переключения передач и охлаждающая жидкость двигателя, чтобы поддерживать нужную температуру двигателя

Зачем гибридным автомобилям нужно специальное моторное масло?

В гибридных автомобилях двигателю внутреннего сгорания помогает электрический двигатель, что объясняет, почему двигатель внутреннего сгорания работает при более низкой температуре, чем в классических автомобилях с газовым двигателем. Настоятельно рекомендуется использовать моторное масло, рекомендованное производителем для надлежащей смазки компонентов двигателя.