Принцип работы гибридного автомобиля

Содержание

Гибридный двигатель – схема, принцип работы, характеристика + видео » АвтоНоватор

Почему мы хотим разобрать вместе с вами вопрос, как работает гибридный двигатель? Все дело в том, что в большинстве сфер нашей жизни сегодня наблюдается взаимодействие различных технологий, которые в результате дают более эффективные методы, приборы и механизмы. Не остались в стороне и моторы для нашего любимого транспортного средства. О принципах работы, плюсах и минусах таких агрегатов мы и поговорим на этой странице.

Как работает гибридный двигатель – простыми словами о новых технологиях

Если уж мы начали о смешении технологий, то следует пояснить, как это касается и затронутой нами темы. Гибридный мотор также сочетает в себе два вида: топливный (бензин/дизель) и электрический. Этот коктейль, конечно, несовершенен, но привнес в жизнь автомобилистов много положительного. Но об этом чуть ниже, а для начала следует разобрать принцип работы гибридного двигателя.

Топливная часть такого мотора может работать совместно с электрической, но возможно и осуществление совершенно независимых циклов. Конечно, машины с гибридным двигателем снабжаются компьютерами, которые и распределяют правильно нагрузку на обе части. Так, за городом, где важна мощность силового агрегата, в дело вступает бензиновая или дизельная технология, к тому же, на трассе не так губительны для человека выхлопные газы.

А вот в городе преимущественно работает электрическая составляющая, потому что такой вариант чище и экономичнее. Автомобили с гибридным двигателем умеют сами себя обслуживать, касается это электрической части мотора. Электрический компонент не бездельничает, пока работает топливный, он аккумулирует вырабатываемую энергию, чтобы потом снова пустить ее в дело.

Не исключены ситуации, когда оба элемента двигателя работают одновременно, например, при разгоне, когда от автомобиля требуются большие силовые затраты.

Устройство гибридного двигателя – описание схемы

Что значит гибридный двигатель, мы вкратце разобрали. Теперь хотелось бы углубиться немного и рассмотреть его схему. Следует учесть, что их существует целых три. Поэтому начнем с самой простой, которая для нас представляет наименьший интерес – это последовательный гибрид. Электромотор является главным участником в запуске и движении колес транспорта, а вот двигатель внутреннего сгорания (ДВС) всего лишь находится у него на поддержке, раскручивает генератор.

Для сегодняшнего авто такое устройство гибридного двигателя не будет лучшим вариантом, ведь требуются емкие аккумуляторы, малолитражные ДВС, а сама машина будет медленная и неповоротливая. Хотя все же есть некоторые представители среди легкового автопарка, например, Chevrolet Volt. Но из-за главенствующего электро-компонента ему присущи все минусы электромобилей, взять хотя бы зависимость километража на одном заряде батареи, но это постепенно решают применением турбо-ДВС.

Следующие схемы называют параллельной и смешанной. Смешанная схема чаще всего встречается в Lexus и представляет собой плотное взаимодействие электромотора и ДВС. Они работают вместе, приводя авто в движение, принцип работы построен так, что даже трансмиссия является бесступенчатой, далекой от привычной нам. Такие варианты очень современные, но и очень дорогие.

А вот привычная нам схема называется параллельной и встречается довольно часто. Электромотор тут является хоть и не ведущим, но незаменимым помощником, страхуя ДВС в случаях потребности в дополнительной мощности. Батареи не являются большими и емкими, отчего их легко зарядить прямо во время движения, и они всегда готовы отозваться по первому требованию.

Авто с гибридным двигателем – плюсы и минусы

Информация была бы неполной без указания положительных и отрицательных сторон гибридных моторов. Конечно, плюсов будет больше, но и минусы имеются, как во всем новом и малоизученном со стороны потребителя. Например, почему-то чаще всего встречается гибридный бензиновый двигатель, хотя давно всем известна экономичность и большая мощность «дизелей». Но никакого секрета тут нет, потому что, во-первых, технологию разрабатывали за океаном, т.е. в Америке, а там с соляркой пока что знакомы слабо. Во-вторых, гибридный дизельный двигатель стоил бы еще дороже, хотя цена на такие технологии уже далеко выше средней.

Небольшой скепсис вызывают гибриды из-за электромотора, т.е. его батареи. Это достаточно капризный элемент, требующий постоянной эксплуатации, иначе срок службы гибридного двигателя значительно снизится именно из-за нее. Она плохо переносит перепады температур, может саморазряжаться, в дальнейшем возникают неясности с ее утилизацией. Так же тень на репутацию смешанных моторов накладывает не только их дороговизна, но и большая стоимость комплектующих и ремонта, если он понадобится. Причем самостоятельно его провести невозможно.

Ну, а теперь можно рассказать и о приятном. Про экологичность и экономичность можно говорить смело, это действительно так, хотя бы исходя из двойственной природы агрегата. Наличие батареи позволяет дольше ездить без заправки, сохраняя все технические показатели в актуальном состоянии. Эту батарею не нужно заряжать, заправка авто осуществляется только топливом. Двигатель, благодаря компьютеру, работает всегда в оптимальном режиме, как бы вы ни пытались его «насиловать». Иногда такие машины могут двигаться вовсе без топлива, причем отличаются они еще и тихоходностью, мотор работает чуть слышно.

carnovato.ru

Принцип работы гибридного автомобиля и как он устроен

Сейчас всё больше среди авто выпускается бензиново-электрических гибридов, которые сочетают в себе двигатель внутреннего сгорания и электромотор. Они стоят дороже бензиновых моделей, но при этом имеют некоторые преимущества. Благодаря способности экономить подорожавший бензин и ужесточившимся требованиям по экологичности они стали популярны в последние годы.

Что такое гибридный автомобиль

Машина-гибрид использует для привода ведущей пары колёс не один источник энергии. Они дополняют друг друга, что помогает избегать сильных нагрузок. Большая часть производств по выпуску автомобилей в гибридной силовой установке устанавливают совмещение работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и электродвигателя или варианта на сжатом воздухе.

Чаще всего выпускается первый вариант, состоящий из таких составляющих:

ДВС, отличающийся от обычного меньшими размерами и большей экономичностью расхода топлива, экологичностью и работоспособностью;

топливного бака, находящегося при ДВС;
электродвигателя;
генератора;
аккумуляторные батареи.

В гибридных установках автомобилей могут использовать следующие схемы:

последовательную;
параллельную:
последовательно–параллельную.

Знаете ли вы? Впервые автомобиль с гибридной установкой сконструировал Фердинанд Порше в 1900-1901 гг. Это была модель с последовательной схемой работы ДВС и электродвигателя.

При последовательной схеме ДВС работает только на генератор, обеспечивающий электроэнергией электродвигатель через аккумуляторы. В ней электрический мотор установлен так, что является движущей силой и заставляет вращаться ведущую колёсную пару. Автомобили с такой схемой гибридной установки обычно имеют порт подключения к электрическим сетям. В них отсутствует коробка передач и используются ёмкие и дорогие аккумуляторные батареи, преимущественно никель-металлогидридные. При отключении ДВС такое ТС имеет достаточно заряда и мощности для самостоятельного движения. Эта система очень эффективна при частых торможениях и остановках, небольшой скорости передвижения. Она наиболее оптимальна для городского движения и нередко используется в общественном транспорте.

При параллельной схеме ДВС и электродвигатель могут работать независимо друг от друга и приводить в движение колёса. Причём последний должен уметь работать и в качестве генератора. Его устанавливают обычно между ДВС и коробкой передач. При ускорениях и старте электродвигатель помогает ДВС, а при торможении или устоявшемся движении начитает запасать энергию. Их работу согласовывает компьютер. В такой схеме не обязательны ёмкие батареи, что экономит стоимость. Такой гибрид эффективен на трассе, но не в городских условиях.

Последовательно-параллельная схема устроенна как сочетание двух предыдущих вариантов. В ней используется планетарная передача, при которой ДВС не только двигает ведущую колёсную пару, но и способствует зарядке генератора, питающего энергией электромотор. В коробке передач необходимости нет. Компьютер выбирает оптимальную программу взаимодействия двигателей в разных ситуациях. Такое гибридное авто начинает движение только на электродвигателе, при постоянном движении или на скорости включается ДВС. В условиях нагрузок электромотор подпитывает генератор.

Особенности гибридных автомобилей

Внешне гибриды выглядят так же, как и обычные автомобили, но за счёт использования двух двигателей, наличия генератора и ёмких аккумуляторов, компьютерного обеспечения их цена выше. Они отлично показывают себя в условиях городского движения и частых остановок. Их интересной особенностью является возможность использования энергии торможения. Следует отметить, что авто бесшумно стоит на светофоре и начинает своё движение, что считают опасным для пешеходов, ведь те их не слышат.

Знаете ли вы? В СССР также велась разработка гибридных автомашин. Под руководством изобретателя Нурбея Владимировича Гулиа был создан гибрид на основе грузовой машины УАЗ-450, где энергия накапливалась маховиком, а затем передавалась ДВС. Это экономило 45% топлива.

При торможении электроника сама выбирает, когда наступает момент включения гидравлической тормозной системы, то есть во время срабатывания тормозов происходит переход электродвигателей в режим работы генерации электроэнергии для подпитки батарей аккумулятора. В обыкновенных автомобилях такая энергия тратится впустую, а в таких моделях генерируется. Некоторые модели имеют возможность подключения к сети. Примером является «Chevrolet Volt, Opel Ampera». В своём названии они имеют наименование «Plug-in Hybrid», что переводится как «подключаемый гибрид».

Конструкция гибридного авто предусматривает наличие 2-х двигателей. Один из них работает на бензине, другой на электричестве. Процесс их работы обычно регулируется и управляется компьютерной системой. При езде по дорожной трассе работает ДВС на топливе, а в условиях передвижения по городу включается двигатель, работающий на электрике. При больших нагрузках включаются 2 движка одновременно.

Рекомендуем для прочтения: Когда работу осуществляет ДВС на топливе, происходит подзарядка аккумуляторных батарей. При этом во время движения на небольших скоростях работают только электрические движки и аккумулятор. После того, как скорость нарастёт, включается ДВС на топливе. Во время работы устройства на бензине избыток вырабатываемой энергии уходит на подзарядку аккумуляторных батарей.

Одним из первых удачных гибридов была «Toyota Prius», которая расходовала 0,32 л бензина на 10 км в условиях передвижения по городу.

На гибридах наиболее экономичен такой стиль езды:

езда на небольшой скорости;
поддержание стабильной скорости;
медленное, не резкое торможение.

Плюсы и минусы гибридного автомобиля

Гибридные автомобили считают переходной ступенью к машинам будущего. Они имеют как плюсы, так и минусы.

Рассмотрим плюсы таких машин:

Экономичность расхода бензина. Данные модели потребляют меньше топлива (почти на 25 %).
Экологичность. Благодаря тому, что расход бензина намного меньше, чем у других авто, в атмосферу уходит намного меньше вредных элементов. Более того, когда машина останавливается, двигатель на бензине также прекращает работу и включается электромотор, а значит, в этот момент не происходит никаких вредных выбросов в окружающее пространство.
Бесшумность работы. Такое авто не будет создавать звуковой шум на трассе и беспокоить жителей спальных районов.
Увеличение дальности пробега без остановок для заправки или подзарядки. К тому же он дольше не нуждается в заправке бензином.
Накопление и сохранении энергии. Почти на всех моделей используют энергию во время торможения, чтобы подзарядить аккумулятор (принцип рекуперации).

Важно! Для нашей страны следует добавить еще один недостаток — найти СТО, обслуживающие такие автомобили весьма проблематично.

К минусам относят:

Более дорогая цена при покупке. Такие авто на 30–50% дороже, чем обыкновенные модели.
Высокая стоимость ремонтных работ. Это наблюдается из-за того, что гибрид устроен сложно.
Аккумуляторные устройства могут разряжаться в самостоятельном порядке. К тому же они плохо переносят скачки температурного режима, а время их работы не отличается длительностью, а их покупка хорошо бьёт по карману из-за дороговизны. Утилизация их также проблематична.

Гибриды помогают экономить топливо, меньше загрязняют окружающую среду и отлично подходят для городских условий. Они имеют сложную систему управления и их ремонт своими руками не сделаешь, поэтому перед покупкой такого авто стоит поинтересоваться, где можно отремонтировать такое авто.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

auto.today

Гибридные автомобили

Первый автомобиль вообще-то был электрическим, т.е. в качестве двигателя использовался электромотор, и только потом, из-за отсутствия хороших аккумуляторов или иных источников электроэнергии, основным источником энергии для движения стал ДВС.

Тем не менее, несмотря на его преимущества, разработчики авто давно уже начинают оценивать возможности электромобиля, и как компромиссный вариант в такой ситуации выступают гибридные автомобили.

Почему возникает идея гибрида

При всех своих достоинствах ДВС обладает массой недостатков. Он прожорлив и требует для движения достаточно большое количество топлива. Правда, в последнее время его аппетит стараются уменьшить, но для этого разработчикам приходится прилагать поистине титанические усилия.

ДВС экологически небезопасен, его выбросы отрицательно влияют на природу, хотя и в этой области выполненные ужесточение требований, предъявляемых к моторам авто, дает свои результаты.

Если к перечисленному добавить еще:

сложность изготовления, необходимость использования дорогостоящего и специализированного металлообрабатывающего оборудования;
высокие требования, предъявляемые к качеству топлива и ГСМ;
неравномерность величины выдаваемого крутящего момента.

то можно удивляться, почему его еще используют.

Одним из возможных вариантов смягчения перечисленных недостатков ДВС и являются гибридные автомобили.

А что собой вообще представляет гибрид

Словосочетание автомобили с гибридным двигателем подразумевает возможность использовать для движения несколько источников энергии. По этому признаку можно считать гибридным транспортным средством и первую повозку, способную двигаться при помощи пара и конной тяги. Однако если говорить серьезно, как правило, они представляют собой сочетание электрического мотора и ДВС.

Именно оно определяет принцип работы гибридного автомобиля, для которого характерно приведенное ниже взаимное использование двух моторов:

параллельное;
последовательное;
последовательно-параллельное.

Устройство гибридного авто с параллельной работой моторов

Такое устройство подразумевает совместную работу электромотора и ДВС. Подобное транспортное средство (ТС) практически ничем не отличается от обычного автомобиля, основным источником энергии для движения является ДВС, и лишь в некоторых случаях дополнительно подключается электромотор. Для обеспечения их параллельной работы в составе гибридного автомобиля используются специальные муфты и коробки передач.

Как выглядит схема подобного совместного использования моторов показано на рисунке:

Мощность дополнительного электромотора, как правило, не слишком велика, он включается в работу только при необходимости, например, при разгоне или обгоне, облегчая работу ДВС. Не секрет, что мощность последнего зависит от оборотов коленвала, в момент начала движения, при обгоне или на плохой дороге у автомобиля приходится «раскручивать» движок, заставляя его работать на повышенных оборотах. Это приводит к возникновению дополнительной нагрузки и, как следствие, повышенному потреблению топлива и износу двигателя.

Кроме того, такой электродвигатель, входящий в устройство гибридного ТС, выполняет еще функции генератора и стартера автомобиля. Хонда, Тойота и иные марки гибридных автомобилей используют подобный принцип построения силовой установки. Марки названных гибридных автомобилей – это далеко не полный их список.

Гибридный с последовательной схемой работы моторов

Подобное устройство гибридного ТС подразумевает использование одного мотора в качестве основного, обычно этим двигателем является электромотор, а ДВС выполняет вспомогательную роль, раскручивая генератор.

Схема силовой установки такого гибридного автомобиля приведена на рисунке:

Такое построение силового агрегата, характерное для гибридного автомобиля такого типа, подразумевает использование аккумуляторов повышенной емкости, позволяет добиться определенных преимуществ:

ДВС работает в постоянном режиме, что снижает его износ, уменьшает количество вредных выбросов и потребление топлива, особенно в городских условиях.
Обеспечивает увеличенную дальность пробега за счет подзарядки аккумуляторов от генератора при работе ДВС.
Позволяет заряжать АКБ подобного типа в ночное время или во время стоянки от обычной электрической сети.

По сути дела, устройство таких гибридных автомобилей подразумевает использование в своем составе передвижной электростанции, работающей от ДВС и обеспечивающей энергией электромотор. Стоит отметить, что марки гибридных автомобилей подобного типа достаточно распространены, их список включает в себя:

Последовательно-параллельные гибридные ТС

Такие гибридные автомобили предусматривают одновременную совместную работу моторов – ДВС и электрического.

Устройство силового агрегата подобных гибридных автомобилей можно понять из рисунка ниже:

Автомобили этого типа называются полные гибридные (Full Hybrid), и они также достаточно популярны среди производителей. Лидером в данном классе считается Тойота. При таком подходе ДВС имеет возможность заряжать АКБ через генератор и передавать крутящий момент на колеса автомобиля.

Надо отметить, что подобное устройство силового агрегата гибридных автомобилей подразумевает широкие возможности по использованию каждого из входящих в его состав двигателей.

Могут быть реализованы такие режимы:

Электромобиля, когда ДВС выключен и гибридный автомобиль перемещается при помощи электромотора.
Движения с постоянной скоростью, в этом случае от ДВС крутящий момент передается на генератор и на колеса. Генератор запитывает электродвигатель, момент с выхода которого, суммируется с моментом ДВС, а также от генератора происходит при необходимости зарядка АКБ.
Форсированный, когда электродвигатель, питаясь от АКБ, добавляет свою мощность к ДВС.
Экономичный, когда генератор, питаясь от аккумулятора, снижает частоту вращения ДВС и тем самым обеспечивает топливную экономичность.
Торможения, когда электродвигатель работает в качестве генератора.
Зарядки АКБ, используемой при работе подобных гибридных автомобилей.

Достоинства и недостатки гибридов

Оценить перспективы развития данного вида ТС достаточно сложно. Понятно, что ДВС и автомашины на их основе будут и дальше совершенствоваться, как и чистые электромобили. Кстати, первый авто, как уже отмечалось, был именно электрический. А сейчас, с появлением новых источников энергии современные электромобили ни в чем не уступают обычным.

Возвращаясь к гибридам, стоит отметить, что для автомобилей такого типа присущи многие преимущества:

экономичность. Они обеспечивают снижение потребления горючего при работе, особенно в режиме старт-стоп;
динамика разгона гибридных автомобилей лучше, чем у обычных равного класса;
отсутствие КПП в составе подобных автомобилей;
сокращение количества вредных выбросов при работе ДВС;
возможность использовать подобные авто только в режиме электромобиля, избежав потребления топлива (при пробеге в городе до ста километров и ночной зарядке АКБ).

Однако несмотря на все свои достоинства, гибриды не получили в настоящее время такого же масштабного применения, как обычные авто с ДВС. Первый такой автомобиль, который выпустила компания Хонда, не принес особых лавров, а полученный опыт позволил выпустить модель второго поколения Хонда Insight, ставшей довольно популярной на рынках Европы и США.

Многие прекрасные качества гибридов перечеркиваются их недостатками, первый из которых – цена.

Гибриды значительно дороже, чем обычные авто. И тут уже не имеет значения, Хонда, Тойота или Форд производители такой автомашины, одним отмеченным недостатком они проигрывают авто с ДВС. Цену можно считать одним из самых главных ограничителей расширения продаж, например, на гибридные автомобили в России.

На сегодняшний день достаточно хорошо известны многие модели гибридных автомашин от самых разных производителей – Тойота, Форд, Хонда выпускают их достаточно широко. И хотя в их конструкции производители реализуют различные технические подходы и решения, подобные авто можно считать самостоятельным классом транспортных средств, достаточно широко распространившихся по всему миру.

znanieavto.ru

Устройство и преимущества гибридных автомобилей

Сегодня автомобиль перестает быть предметом роскоши. Практически в каждой семье есть транспортное средство, а иногда и не одно. Основная масса машин на наших дорогах – это автомобили с двигателем внутреннего сгорания, работающие на бензине, но всё чаще можно встретить авто с электрическими двигателями. К сожалению, оба эти варианта совершенно не безупречны. Производители «автопрома» учли претензии к обоим видам двигателей и разработали гибридные автомобили, которые стали выпускаться серийно с 1997 года.

В чем особенность гибридных автомобилей.

Автомобили с ДВС и электромобили

Прежде чем приступить к анализу гибридных двигателей, давайте сравним двигатели внутреннего сгорания и электродвигатели. Обыкновенное авто на одной заправке может проехать четыреста–пятьсот километров. Заправка не вызовет никаких проблем – заправочных станций сегодня много и сам процесс заливки топлива потребует всего несколько минут. Мощность таких двигателей достаточно высокая, что очень нравится многим автолюбителям. Но здесь есть несколько довольно больших минусов – это стоимость бензина и загрязнение окружающей среды. К сожалению, на стоимость бензина владельцы данных транспортных средств и автопроизводители повлиять не в силах, и год от года она только растёт. А вот второй недостаток сегодня выходит на первое место. Многие страны вводят административное регулирование выхлопных газов, да и многие автомобилисты сами не хотят наносить окружающей среде чрезмерный ущерб.

Электромобили по многим параметрам превосходят авто с ДВС. Это полное отсутствие выхлопов, да и «заправка» будет обходиться гораздо дешевле. Но и недостатков здесь тоже достаточно. В первую очередь большинство автомобилистов не хотят переходить на электромобили потому, что они гораздо менее мощные и не могут развивать желаемую скорость. Этот факт в городских условиях не играет особой роли, но вот при передвижении по трассам за городом недостаток часто ощутим. Ещё одной немаловажной проблемой может стать тот факт, что в нашей стране практически отсутствует инфраструктура, направленная на обслуживание таких машин – нет ни мест подзарядки аккумуляторов, ни хороших автосервисов. Такие автомобили на одной зарядке могут пройти до 160 км., но вот сама подзарядка аккумулятора потребует не менее двух часов, что не всегда удобно.

Гибридные автомобили

Учтя все имеющиеся недостатки двигателей внутреннего сгорания и электродвигателей, автопроизводители сконструировали и поставили на поток производство «гибридных» авто. Они сумели объединить экологичность и экономность электрического двигателя, и мощность обычного. Такое объединение позволило значительно понизить расходы на эксплуатацию. Всё это было достигнуто за счёт того, что «гибрид» получил 2 источника питания и 2 силовых агрегата. Практически все гибридные авто устроены следующим образом:

Двигатель внутреннего сгорания. Он имеет несколько уменьшенные по сравнению с обычным авто габариты. Это позволяет понизить массу машины и повысить мощность.
Топливный бак. Он предназначен для обеспечения топливом ДВС.
Электродвигатель. Он спроектирован для совместной работы с ДВС. Этот тип мотора производит подзарядку аккумулятора и может быть отдельно стоящим или встроенным.
Аккумулятор. Он полностью обеспечивает энергией электродвигатель и подает питание в бортовую систему.
Коробка передач. Её функции остаются прежними, но в зависимости от типа «гибрида» могут несколько отличаться.
Инвертер. Он позволяет преобразовывать ток из постоянного в переменный, и обратно. Кроме того происходит распределение поступающей энергии и управление электродвигателем.
Генератор. Он предназначен для выработки энергии по принципу работы электродвигателя.

Типы гибридных силовых агрегатов

Устройство гибридного автомобиля будет в обязательном порядке включать в себя ДВС и электродвигатель – генератор. В результате этого электродвигатель будет включать в себя функции тягового электродвигателя, генератора энергии и стартера ДВС. На сегодняшний день существуют 3 типа гибридного силового агрегата:

Микрогибридный СА. Этот тип привода предназначен только для выполнения функции старт – стоп, которая осуществляется только с использованием электродвигателя. ДВС подключается уже после. Оставшаяся энергия подвергается процессу рекуперации, преобразуется и отправляется назад на 12-вольтный аккумулятор. Эта энергия может использоваться автомобилем самостоятельно во время трудностей на дороге – спуск, подъем, грязь и т. д. Эта система оптимально подходит для передвижения по городским пробкам.
Среднегибридный СА. На электродвигателе и в этом варианте ездить нельзя, но мощность вырабатываемой энергии довольно большая и сохраняется в высоковольтном аккумуляторе. Это позволяет при необходимости значительно повысить мощность на основном двигателе.
Полногибридный СА. В этом случае мы имеем возможность передвижения с применением обоих типов двигателя, которые оптимально скоординированы между собой. На электродвигателе автомобиль может проходить довольно большие расстояния. Эту возможность дает довольно мощный аккумулятор. Процесс подзарядки тоже осуществляется по схеме рекуперации. Обычный двигатель подключается только в случае необходимости.

Принцип взаимодействия двигателей

Автопроизводители используют несколько разные схемы, по которым взаимодействуют двигатели:

Последовательная. Это самый простой принцип работы гибридного двигателя машины. От ДВС работает только генератор, который отправляет вырабатываемую энергию на зарядку аккумулятора и питает электродвигатель. В таких моделях именно от электродвигателя получается вращение ведущих колес. В результате этого полностью отпадает потребность в сцеплении и коробке передач. Аккумулятор так же получает подзарядку от процесса торможения. К сожалению, при преобразовании энергии происходит её частичная потеря. Двигатель внутреннего сгорания в этом случае используется максимально малой мощности с возможностью работы с максимальным КПД. Данная схема дает возможность полного отключения ДВС. Электродвигатель и батареи в этом случае применяются, наоборот, более мощные. Такие модели автомобилей предпочтительно использовать в городских условиях и в некоторой спец. технике.
Параллельная. Эта схема подразумевает параллельное использование обоих видов двигателей. Ведущую роль в таких моделях играет обычный двигатель, а электрический просто оказывает ему необходимую помощь. Энергия в таких случаях теряется гораздо меньше. Так как производитель может использовать батареи более низкой мощности, то и стоимость таких «гибридов» гораздо ниже. Использование такой схемы не смогло обеспечить значительных улучшений и по количеству вредных выбросов, и по ряду технических показателей. Такие авто наиболее актуально использовать на трассах, но в городе они малоэффективны.
Последовательно- параллельная. Данную схему разработала японская «Тойота». Из самого названия становится понятно, что в таких моделях объединены оба предыдущих типа. Эта модель позволяет производить старт или движение на очень маленькой скорости при помощи электродвигателя, а ДВС осуществляет поддержку генератора. Этот вариант гибрида позволяет довольно существенно экономить топливо и сохранить максимально высокие технические показатели. Здесь требуется дополнительный генератор, АКБ высокой емкости и очень сложная электроника. Особенно высокую оценку этому варианту дадут любители природы за экологичность. К явным минусам данных автомобилей относится только высокая стоимость.

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.

Что нам предлагает рейтинг

Исходя из вышеописанных характеристик, «гибридные» модели имеют очень неплохие перспективы на автомобильном рынке. Уже сегодня автосалоны предлагают более полутора десятков различных автомобилей с гибридным двигателем. Практически все ведущие автопроизводители имеют в своих линейках «гибридные» машины. Цена на такие авто довольно высокая, но это во многом обосновано. В 2018 году на рынке отмечается большое разнообразие «гибридов». Они стали еще более экономичными и могут удовлетворить автомобилистов с совершенно разными потребностями. Топ лучших гибридных автомобилей, пожалуй, может возглавить внедорожник – Lexus RX 450h.

Самым экономичным «гибридом» по расходу топлива считается Hyundai Ioniq Hybrid, основой которого является новая платформа. Те, кто предпочитает «хетчбеки», могут обратить своё внимание на Chevrolet Volt Hybrid. Toyota предлагает очень качественный седан Toyota Camry Hybrid. Рейтинг гибридных автомобилей – универсалов по праву возглавляет Volvo V60 Plug-in Hybrid. Учитывая высокую стартовую стоимость всех гибридных автомобилей, самым недорогим вариантом является легендарная Toyota Prius.

drivertip.ru

Гибридный двигатель — как он работает

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

Немного истории

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

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

Как работает гибридный двигатель – простыми словами о новых технологиях

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Устройство гибридного двигателя – описание схемы

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

Последовательная схема гибридного двигателя

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

Параллельная схема гибридного автомобиля

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

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

— работа от электродвигателя;

— совместная работа электромотора и ДВС;

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

— подпитка аккумулятора в период рекуперативного торможения.

Последовательно-параллельная схема гибрида

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

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

— ДВС связывается с планетарным редуктором;

— электродвигатель, который присоединён к коронной шестерне планетарного редуктора;

— солнечная шестерня планетарного редуктора соединенная с генератором.

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

Авто с гибридным двигателем – плюсы и минусы

Положительные стороны гибридных двигателей

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

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

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

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

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

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

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

Минусы гибридных автомобилей

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

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

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

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

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

О ценах на авто с гибридными двигателями

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

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

auto.today

что это такое, принцип работы

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.

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.

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 на тему

Принцип работы Приус: планетарная коробка, электромотор, гибрид

Японские конструкторы смогли разработать гибридный агрегат для моделей Toyota Prius, использующий полезную работу трех двигателей. Они функционируют благодаря одноосному редуктору. Рассмотрим принцип работы и устройство гибридного двигателя Тойота Приус.

Из чего состоит гибридный двигатель Тойота Приус?

Для того чтобы разобраться, как работает гибридный Тойота Приус, понадобится ознакомиться с базовыми компонентами установки. Она включает в себя бензиновый мотор и два мотор-генератора.

ДВС

2ZR-FXE устанавливают на Приус с кузова XV30

Принцип действия ДВС основан на использовании цикла Аткинсона. В качестве топлива допускается использовать бензин марок АИ-92 и АИ-95. Силовой агрегат отличается сниженным уровнем токсичности, экономичным расходом и высоким коэффициентом полезного действия. Функционал планетарной передачи позволяет передавать вращательный момент на колеса автомобиля, а также обеспечивать работу мотор-генератора. Это способствует выработке электрической энергии для поддержания заряда аккумуляторной батареи, функционирования климатической установки и других электроприборов.

Мотор-генератор №1 и №2

Первый предназначен для запуска ДВС, выступая в роли классического стартера. Также он обеспечивает работу мотор генератора №2, при снижении заряда АКБ. Еще одной функцией электродвигателя №1 является выработка электрической энергии для передачи заряда аккумуляторной батареи.

Планетарная коробка и электромоторы Приус (слева XW20, справа XW30)

Второй мотор-генератор обеспечивает непосредственную передачу вращательного момента на колеса, беря энергию из ВВБ.

Принцип работы электромоторов Тойота Приус основан на взаимодействии электромагнитных полей. Для этого используются мощные неодимовые магниты в роторе. Обмотка статора состоит из медных проводников. Оборудование может работать в двух режимах:

Генераторный – происходит выдача трехфазного переменного напряжения с выводов статора. Оно преобразуется в постоянное, за счет применения конвертора. В дальнейшем выработанная энергия направляется на поддержание работы электрооборудования и заряд АКБ;

Планетарная коробка и электромоторы Приус

Двигательный – мотор-генератор получает трехфазное питание на обмотку статора, далее начинает вращаться ротор. Это происходит за счет взаимодействия магнитных полей. В результате получается кинетическая энергия.

Планетарная «коробка передач»

Сложная конструкция планетарного механизма обеспечивает качественное функционирование гибридной установки. Редуктор разработан таким образом, чтобы подключать бензиновую установку исключительно для обеспечения работы генератора или вращения колес. При этом последний режим используется только при наборе оптимального числа оборотов 2ZR-FXE. Указанный показатель находится на уровне от 2000 об/мин.

Принцип распределения работы моторов Тойота Приус гибрид, благодаря конструкции планетарного механизма, выглядит следующим образом:

передвижение машины на низких скоростях осуществляется на электротяге;
для обеспечения набора скорости и ее поддержания используется дополнительная энергия от генератора, который двигается с помощью ДВС.

При этом главной чертой планетарного устройства является отсутствие непосредственной связи между бензиновым агрегатом и приводом колес.

Описание режимов работы гибридной силовой установки

Заряжаемый Prius Prime

В указанном разделе рассмотрим, как работает гибридная установка Тойота Приус в различных режимах. Среди них:

начало перемещения с запуском ДВС;

старт на электротяге и движение на высокой скорости;

запуск 2ZR-FXE на ходу;

задний ход.

Начало движения с запуском ДВС

Приус 10

Данный режим используется при недостаточном заряде АКБ для старта с места Тойота Приус. В этом случае гибрид работает следующим образом:

За счет действия мотор генератора №1 осуществляется вращение планетарного механизма, который запускает двигатель внутреннего сгорания;
Силовой агрегат внутреннего сгорания начинает разгонять мотор-генератор №1, что сопровождается переходом последнего в генераторный режим. Далее происходит выработка требуемого количества электрической энергии для заряда АКБ и обеспечения работы второго мотор генератора;
2ZR-FXEможет работать исключительно для обеспечения работы первого мотор генератора и поддержания требуемого напряжения в электрической сети Тойота Приус.

Старт на электротяге и езда на высокой скорости

Электротяга гибридной установки Toyota Prius работает при старте машины с места в следующей последовательности:

Езда начинается при заглушенном бензиновом агрегате;
Электродвигатель №2 приводит в движение колеса и электромотор №1 через шестеренчатую передачу планетарного механизма. Указанный процесс обеспечивается запасенной энергией аккумуляторной батареи. При этом происходит преобразование напряжения из постоянного в переменное.

Для обеспечения движения Приус на высокой скорости, когда достигаются допустимые обороты электродвигателя №1, используется следующий принцип:

Мотор-генератор №2 посредством шестерен переключается на вращение первого с кратностью 2.6;
Это обеспечивает уменьшение скорости вращения электромотора №1 в 2.6 раз, по отношению ко второму. Максимально допустимое число оборотов для первого электродвигателя составляет шесть тысяч, набираемых при скорости в 64 км/ч.

Запуск ДВС на ходу

Принцип работы гибрида Тойота Приус с запуском 2ZR-FXE в процессе движения выглядит следующим образом:

Бензиновый силовой агрегат включается в момент остановки мотор генератора №1, который тормозится за счет изменения направления электромагнитного потока в противоположную сторону относительно вращения ротора. При этом запуск мотра происходит благодаря снятию вращающегося момента с колес автомобиля;
После набора оборотов двигателем внутреннего сгорания, происходит совпадение направлений вращения всех агрегатов гибридной установки. При равенстве числа оборотов будет наблюдаться равномерное распределение сил на вращение колес;
При увеличении оборотов ДВС, в сравнении с электромотором №2, будет наблюдаться рост вырабатываемой электроэнергии мотор генератором №1. Она распределяется на зарядку АКБ и поддержание дальнейшего движения, за счет передачи энергии на электродвигатель №2.

Из указанного режима функционирования гибрида можно четко проследить, что мотор напрямую не соединен с колесным приводом. Он передает энергию на вращение колес только при равенстве числа оборотов колес и оси двигателя. Базовая задача бензинового агрегата — функционирования электрогенератора. Это позволяет поддерживать требуемую емкость аккумуляторной батареи.

Задний ход

Prius Prime

За езду автомобиля Тойота Приус задним ходом отвечает мотор-генератор №1. В момент заглушенной установки внутреннего сгорания, первый электромотор переходит в двигательный режим. Это сопровождается противоположным вращением относительно мотор-генератора №2. При этом планетарная ось фиксируется на месте, а вращающий момент с первого электродвигателя передается ко второму, посредством шестеренчатой передачи планетарного механизма. Происходит вращение электромотора №2 в обратную сторону, что сопровождается движением автомобиля задним ходом.

При запущенном бензиновом агрегате, для передвижения задним ходом необходимо увеличить число оборотов электродвигателя №1 относительно двигателя внутреннего сгорания.

Заключение

Конструкция гибрида Toyota Prius позволяет получить экономию топлива за счет следующих факторов:

Автоматический пуск и остановка бензомотора в требуемые моменты, с использованием цикла Аткинсона для его функционирования;
Сбор энергии рекуперации при торможении;
Эффективная нагрузка бензинового силового агрегата благодаря монтажу электромеханического вариатора;
Отличная аэродинамика.

Видео

toyota-camry-corolla.ru