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

Нетрудно догадаться, что гибридный автомобиль или гибрид это результат «скрещивания» двух видов авто — с двигателем внутреннего сгорания и с электромотором.

Плюсы гибридных автомобилей.

Самый главный плюс гибридных автомобилей в том, что они очень экономичны. Как правило, расход топлива у них на 25% меньше, чем у автомобилей традиционной схемы. А в условиях постоянно растущих цен на бензин, этот пункт является самым важным.

Следующий по важности пункт, это экологичность. Гибриды наносят меньше урона нашей эко-системе, чем обычные машины. Достигается это путем более рационального расхода топлива. Также, при полной остановке автомобиля, бензиновый двигатель прекращает работу, отдавая инициативу электромотору. То есть при остановках, выбросов углекислого газа в атмосферу практически не происходит.

В отличие от батарей электромобиля, в гибридах, батареи могут подзаряжаться от бензинового мотора. Что делает его запас хода достаточно большим. Кроме того, он дольше обходится и без заправки бензином.

Многие думают, что гибриды, по характеристикам, намного уступают традиционным автомобилям. Это не так. Все необходимые характеристики (мощность, разгон от нуля до ста и так далее), у них, ничуть не хуже.

Лучше всего, гибридные авто чувствуют себя в городском цикле, в которых бывают очень частые остановки и двигатель много работает при холостом ходе. Практически, в городе он работает как электромобиль. Если говорить о смешанном цикле, то здесь особых преимуществ у них нет.

Что такое гибридный автомобиль. Плюсы и минусы гибридного автомобиля. Toyota PriusToyota Prius — самый популярный «гибрид» в России.

Как было уже сказано, если автомобиль стоит на месте, то он переходит в режим работы электродвигателя. Что дает практически полную бесшумность.

Ну и заправляется гибридный автомобиль обычными углеводородами, то есть бензином. Все осуществляется стандартным способом, как и у традиционных авто.

Устройство гибридных автомобилей

У каждой такой машины установлено два мотора: ДВС (двигатель внутреннего сгорания) и электрический аккумулятор. Последний тип двигателя «подзаряжается» путем преобразования кинетической энергии. Таким образом, электротяга начинает работать при заряженном моторе и при низком скоростном режиме от 20 до 40 км/ч.Устройство гибридных автомобилей

Что такое гибридные автомобили?

Гибридный автомобиль – это машина, которая использует не только обычный двигатель внутреннего сгорания, функционирующий на бензине либо дизеле, но и альтернативный источник  в виде электродвигателя.

Второй мотор начинает работать при небольших оборотах, что позволяет значительно сэкономить топливо, к примеру, при загруженном трафике на дороге. Также гибридные авто более экологически чистые, что делает их более популярными.

История гибридных двигателей

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

Интересно знать! Грузовики-гибриды несерийно выпускались в Чикаго до 1940-х годов.

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

Преимущества и недостатки гибридов

Плюсы

  • Плавное движение на малой скорости
  • Экономия топлива (по сравнению с чистым ДВС)
  • Возможность движения на электротяге (не у всех)

Минусы

  • Высокая цена
  • Дорогое обслуживание
  • Требования к качеству сервиса

Напомним, что гибридные авто, грубо говоря, по сути промежуточный вариант на этапе перехода к электромобилям – до тех пор, пока тяговые батареи не будут усовершенствованы до того, что электротяга сможет приводить автомобиль без «подстраховки» обычным бензиновым (дизельным) двигателем.

Что такое гибридный автомобиль

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.

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.

Гибридный автомобиль Порше 1901 года

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.

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.

Мягкий гибридный автомобиль

Мягкий. Здесь стартер и генератор полностью заменены на электродвигатель, который используется для запуска двигателя и его поддержки. Таким образом динамика автомобиля увеличивается, при этом снижается потребление топлива примерно на 15%. Типичными примерами мягких гибридных автомобилей являются Suzuki Swift SHVS и Honda CRZ

Мягкие гибридные автомобили используют небольшой электрический двигатель, который заменяет стартер и генератор переменного тока (так называемое «динамо»). Таким образом, он помогает бензиновому двигателю и выполняет электрические функции автомобиля при отсутствии нагрузки на двигатель.

Наряду с системой start-stop , которая идет в комплекте, мягкая гибридная система значительно снижает потребление, но ни в коем случае она не приближается к уровням полного гибрида.

Гибридный автомобиль: что нужно знать!

Полный гибрид – FHEV (Full hybrid)

Это на сегодня наиболее распространенный в Украине гибридный автомобиль. Он имеет достаточно мощный ДВС и также самодостаточный электропривод, которые передают свою мощность на колеса или поочередно, или одновременно. Важный признак того, что автомобиль имеет полноценную гибридную силовую установку, это его возможность хотя бы несколько километров проехать на одном лишь электроприводе. Это значит, что машина имеет достаточно большую (большой емкости) тяговую батарею и электродвигатель с достаточной мощностью и системой охлаждения.

Типичный гибрид имеет мощный бензиновимй мотор и электропривод, который не только помогает ДВС при разгоне, но и может сам некоторое время приводить машину в действие

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: 8 грн. на 100 км: умелец из Александрии сделал себе электромобиль

Как взаимодействует ДВС и электромотор в гибридах

Схема устройства гибридного авто

Одной из первых разработок была схема, в которой каждая из силовых установок задействуется при определенных условиях. Если машина простаивает или движение происходит на малой скорости, тогда колеса крутит электродвигатель. Для ускорения и дальнейшего поддержания скорости подключается бензиновый двигатель. Последующее развитие технологии привело к тому, что на гибридах встречается несколько вариантов реализации взаимодействия привычного двигателя и электрического мотора. Такое взаимодействие может быть:

  • последовательным;
  • параллельным;
  • последовательно-параллельным;

Последовательное взаимодействие

Последовательная схема напоминает электромобили, так как движение транспортного средства реализуется посредством работы электромотора. ДВС в такой конструкции подключается к генератору, от генератора питание поступает на сам электродвигатель, а также параллельно происходит заряд аккумуляторной батареи. На одном заряде литий-ионного аккумулятора с увеличенной емкостью зачастую можно пройти около 50 км. пути, после чего задействуется ДВС, который продлевает указанный отрезок до 10 раз (около 500 км.)

Параллельное взаимодействие

Гибриды с параллельным взаимодействием установок предполагают возможность как отдельной работы ДВС и электромотора, так и одновременное функционирование. Данная конструкция реализуется путем объединения при помощи специальных муфт электрического агрегата, двигателя внутреннего сгорания и трансмиссии. Подобные автомобили гибридного типа получают маломощный электродвигатель, который не только движет автомобиль, но и отдает мощность при разгоне. Зачастую такой электромотор является стартером и автомобильным генератором, конструктивно занимая промежуточное положение между ДВС и КПП.

Последовательно-параллельное взаимодействие

В указанной конструкции двигатель внутреннего сгорания и электромотор соединяются посредством планетарного редуктора. Особенностью данной схемы реализации является то, что каждая силовая установка может задействоваться и отключаться, отдавая при этом минимум или максимум мощности на колеса. Более того, указанная мощность отдается отдельно или одновременно. В устройстве такой схемы присутствует генератор, который питает электромотор гибрида.

Лидером на рынке гибридных автомобилей сегодня является корпорация Toyota, которая использует последовательно-параллельную реализацию под названием Hybrid Synergy Drive. 

Электрический двигатель, ДВС и генератор объединены в общую систему посредством планетарного редуктора. Двигатель внутреннего сгорания отдает минимум мощности на «низах» (цикл Аткинсона), позволяя экономить топливо. Гибридный автомобиль с такой схемой взаимодействия предполагает:

  1. Экономичный режим движения только на электротяге с отключенным ДВС, во время которого электромотор питается от аккумулятора.
  2. Поддержание заданной скорости путем распределения мощности ДВС на колеса и генератор, от которого питается параллельно работающий электродвигатель. Также осуществляется дозарядка аккумулятора.
  3. Режим интенсивного ускорения и серьезных нагрузок, когда ДВС и электромотор работают параллельно. В данном режиме электрический двигатель питается от батареи, без отбора мощности у генератора.

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.

FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) — последний тренд

В поисках улучшения электрических авто и дополнительного альтернативного горючего были придуманы агрегаты, работающие на топливных элементах. Этот вид экологического транспорта начал развиваться последним из нашего списка, и без него материал не был бы полным. Итак, как же работают автомобили FCEV?

Машину приводит в движение электродвигатель, для которого источник энергии не батарея, а сжатый водород в специальных баллонах. Как и “чистые” электрокары, эти агрегаты никак не загрязняют атмосферу — побочный эффект от деятельности FCEV — вода. Машины нужно не заряжать электричеством, а заправлять водородом на специальных станциях. Весь процесс занимает около 5-10 минут.

Инфраструктура для подобного транспорта еще только начала развиваться. В Америке соответствующие станции находятся в Калифорнии, где большое внимание уделяется развитию всего “зеленого” транспорта. Несколько компаний уже представили концепт-кары на топливных элементах — Honda, Toyota, Mercedes, Audi. Массово производятся два автомобиля — Toyota Mirai 2015 года и Hyundai ix35 FCEV 2013 года, однако последний можно только взять в лизинг.

В итоге, пока трудно сказать, какой вид эко транспорта является наиболее эффективным или популярным. Право сыграть первую скрипку пока что отдали электромобилям, но мировая автопромышленность постоянно развивается. Посмотрим, что будет завтра.

Для закрепления информации можно ознакомиться с небольшой таблицей, в которой указаны принципы работы и преимущества каждого вида экологического транспорта:

Гибриды Плагин-гибриды Электромобили
Принцип работы Машину приводит в действие тандем электрического и бензинового двигателей. ДВС — основной агрегат, который является единственным источником питания для батареи электродвигателя. За движение отвечают два мотора — топливный ДВС и электрический двигатель. Ведущую роль выполняет электромотор, а ДВС используется для подзарядки аккумуляторного блока. Агрегат движется только за счет электрического двигателя, который получает энергию от аккумуляторов. Батарея заряжается от бытовой сети или на специальной станции (если источник энергии — водород, то только на соответствующей заправке).
Преимущества
  • небольшие затраты горючего;
  • возможность движения в тандеме с ДВС;
  • батарея заряжается только с помощью мотора.
  • увеличенная дальность пробега на электричестве;
  • использование емких аккумуляторов;
  • применение ДВС только в качестве дополнительного двигателя;
  • возможность независимой зарядки батареи.
  • полное отсутствие вредных выбросов;
  • запас хода 170-350 км/ч;
  • возможность зарядки от домашней розетки или от альтернативного топлива (водород).

А какой электромобиль по душе Вам? Делитесь в комментариях.

Подзаряжаемый гибрид

Подзаряжаемый гибрид – это автомобиль, который имеет двигатель внутреннего сгорания, электромотор, гибридный модуль, аккумуляторную батарею с возможностью ее подзарядки от розетки. Его главная особенность в том, что аккумулятор здесь средних размеров: меньше, чем в электромобиле, и больше, чем у обычного гибрида.

Гибридный автомобиль: что нужно знать!

Преимущества гибридных автомобилей

Рассмотрим положительные стороны автомобилей гибридов:

  • Экологичность. Модели таких авто работают на экологически чистых источниках. Электродвигатель и бензиновый двигатель при совместной работе снижают расход топлива, экономя ваш бюджет.
  • Экономичный. Очевидным преимуществом является низкий расход топлива. Здесь, даже если батареи разряжены, есть старый, хороший двигатель внутреннего сгорания, а если у него кончится топливо, вы будете заправляться на первой найденной бензоколонке, не беспокоясь о точке зарядки. Удобно.
  • Меньшая зависимость от ископаемого топлива. С помощью электродвигателя гибридное транспортное средство нуждается в меньшем количестве ископаемого топлива, что приводит к снижению выбросов и снижению зависимости от ископаемого топлива. Из-за этого также можно ожидать снижение цен на бензин.
  • Лучшая производительность. Производительность также весомая причина купить машину гибрид. Электрический двигатель вполне можно рассматривать как своего рода нагнетатель без дополнительного топлива, необходимого для турбины или компрессора.

Гибридный автомобиль: что нужно знать!

Микрогибрид – Mild-Hybrid

Электропривод такого гибрида гораздо проще, чем у других типов. Однозначно основной двигатель у него – ДВС, а небольшой электродвигатель является вспомогательным, электроника активирует его, когда требуется большая отдача от силового агрегата – при динамичных ускорениях, на обгоне и тому подобное.

Самые простые гибриды запасают в небольшую 48-вольтовую батарею энергию, полученную от рекуперации при торможении, и тратят ее при разгонах

Тяговая батарея в Mild-гибридов совсем небольшая, одного ее заряда хватает всего на несколько энергичных разгонов. Заряжается она за счет рекуперации при торможении и вообще замедления автомобиля. В Украину гибриды такого типа официально тоже поставляются, например, такими являются Audi RS Q8 и Infiniti Q60.

Рекомендация Авто24

Если у вас есть мысль приобрести гибридный автомобиль, советуем прежде всего выяснить две вещи: для чего вам нужен именно такой силовой агрегат и реальные возможности конкретной модели, на которую вы положили глаз. И только потом принимайте решение о покупке.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: Как сделать автомобиль более экономичным

Недостатки гибридных автомобилей

Меньше мощности. Автомобили гибриды используют два независимых двигателя, причем бензиновый двигатель выступает в качестве основного источника энергии. Два двигателя в автомобиле означают, что ни бензиновый двигатель, ни электродвигатель не будут такими же мощными, как в обычных бензиновых или электрических транспортных средствах. и это вполне логично.

Дорогая покупка. Высокая цена, стоимость которых в среднем на пять-десять тысяч долларов больше, чем у обычных автомобилей. Хотя, это одноразовая инвестиция, которая оправдает себя.

Высокие эксплуатационные расходы. Ремонт и техническое обслуживание этих автомобилей может оказаться громоздким из-за двойных двигателей, непрерывного развития технологий и высоких затрат на техническое обслуживание.

Батареи под высоким напряжением. В случае аварии высокое напряжение, содержащееся в батареях, может оказаться смертельным.

Гибридный автомобиль: что нужно знать!

Гибридные автобусы

Автобусы с гибридными (дизель/электричество) силовыми установками разрабатывают и производят:

  • New Flyer Industries — Канада. Выпускает гибридные автобусы с 1997 года.
  • DaimlerChrysler — автобус Orion VII. Гибридная схема разработана совместно с компанией BAE Systems;
  • General Motors — Гибридная схема GM/Allison разработана совместно с DaimlerChrysler и BMW;
  • Optima Bus Corporation (США) — Гибридная схема разработана совместно ISE-Siemens;
  • Enova (США);
  • First Automotive Works (FAW) (Китай) — Гибридная схема Enova;
  • Solaris Bus & Coach (Польша) — Гибридная схема GM/Allison;
  • APTS (Нидерланды) — Гибридная схема GM/Allison (Phileas);
  • Optare Group (Великобритания) — Гибридная схема GM/Allison;
  • Nova Bus (Канада) — Гибридная схема GM/Allison;
  • DesignLine International Holdings (Новая Зеландия). На автобусах установлены микротурбины компании Capstone MicroTurbine и аккумуляторы;
  • Beiqi Foton Bus (Китай) — Гибридная схема Eaton Corporation.
  • ЛИАЗ (Россия) — автобус ЛиАЗ-5292[6].
  • Тролза (Россия) — экобус ТролЗа-5250 с микротурбиной (топливо — природный газ, пропан, бутан) на базе троллейбуса Тролза-5265[7]
  • Dongfeng Motor Company (Китай) — автобус Dongfeng EQ6110[8].
  • Volvo — Volvo 7700 Hybrid[9].
  • Hyundai Motor Company — автобус Blue-City[10].

Наибольшее распространение гибридные автобусы получили в Северной Америке. General Motors с 2004 года к июню 2008 года поставил более чем в 30 городов США и Канады 1000 гибридных автобусов. Компания Orion Bus Industries к сентябрю 2009 года произвела 2200 гибридных автобусов[11]. Первые шесть гибридных автобусов в Лондоне начали эксплуатироваться в начале 2006 года First Automotive Works начала производство гибридных автобусов осенью 2005 года.

Разрабатывают гибридную схему для автобусов, состоящую из водородных топливных элементов и аккумуляторов:

  • Японские компании Toyota и Hino;
  • Бельгийская компания Van Hool совместно с компаниями ISE Corp (США) и UTC Power (США)

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.

Перспективы

Toyota объявляла о намерении к 2007 году увеличить объём выпуска гибридных автомобилей до 900 тысяч в год, а к 2012 году вообще перейти исключительно на выпуск гибридов.[источник не указан 296 дней]

Лондон после 2012 года будет закупать только гибридные автобусы.[источник не указан 296 дней] Будет вводиться в эксплуатацию по 5000 гибридных автобусов ежегодно.

Фирма Walmart уже сейчас закупила несколько тысяч гибридных «петербилтов».

Концептуальные модели

    • INGOCAR ([2])
    • F-350 Tonka, E-450, Peterbilt 320(HLA (Hydraulic Launch Assist — в буквальном переводе «гидравлическая помощь запуску»)([3])
    • F1 car ([4])

Ссылки

  • Под литерой «h»

См. также

  • Гибридный синергетический привод
  • Гибридные автомобили, готовящиеся к производству
  • Электромобиль
  • Веломобиль
  • Водородный транспорт
  • Электродвигатель постоянного тока
  • Тепловоз
  • Устойчивый транспорт
  • ДТ1

Оставьте комментарий