Принцип работы гибридного двигателя

Как работает гибридный двигатель, плюсы и минусы экономичного мотора

Появление гибридных автомобилей стало вынужденной мерой автопроизводителей в переходный период от двигателей внутреннего сгорания (ДВС) на углеводородном топливе к более чистым силовым установкам. Технологии ещё не позволяли создать полноценный электромобиль, машину на топливных элементах или какой-нибудь ещё из большого списка, теоретически возможных направлений развития автономного транспорта, а потребность уже созрела.

Правительства начали сильно зажимать автопром экологическими требованиями, а потребителям хотелось увидеть качественный шаг вперёд, а не очередные микроскопические улучшения известного не первое столетие мотора на одном из продуктов переработки нефти.

Какой автомобиль называют «гибридом»

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

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

Все многочисленные схемы практической реализации идеи получили название гибридов.

Иногда производители вводят в заблуждение клиентов, называя гибридами системы, где электропривод используется лишь для запуска основного мотора в режиме «старт-стоп».

Поскольку связи электродвигателей с колёсами и возможности движения на электротяге здесь нет, то такие машины к гибридным относить некорректно.

Принцип работы гибридных двигателей

При всём разнообразии конструкций у подобных машин есть и общие черты. Но отличия настолько велики с технической точки зрения, что фактически это разные автомобили со своими преимуществами и недостатками.

Устройство

В состав любого гибрида входят:

  • двигатель внутреннего сгорания со своей трансмиссией, бортовой низковольтной сетью питания и топливным баком;
  • тяговые электродвигатели;
  • накопительные аккумуляторные батареи, чаще всего достаточно высоковольтные, состоящие из последовательно и параллельно соединённых аккумуляторов;
  • силовая электропроводка с высоковольтной коммутацией;
  • электронные блоки управления и бортовые компьютеры.

Обеспечение всех режимов работы комплексной механической и электрической трансмиссии обычно происходит автоматически, на водителя возложено только общее управление движением.

Схемы работы

Соединить между собой электрическую и механическую составляющие можно разными способами, со временем выделились устоявшиеся конкретные, часто применяемые схемы.

Это не относится к позже появившейся классификации привода по удельной доли электротяги в общем энергетическом балансе.

Последовательная

Самая первая схема, наиболее логичная, но сейчас мало используемая в легковых автомобилях.

Основной её задачей стала работа в тяжёлой технике, где компактные электрические узлы успешно заменили громоздкую механическую трансмиссию, которой к тому же очень трудно управлять. Двигатель, как правило это дизель, нагружен исключительно на электрогенератор и с колёсами прямо не связан.

Вырабатываемый генератором ток может использоваться для заряда тяговой батареи, а там, где она не предусмотрена, отправляется непосредственно к электромоторам.

Их может быть один или несколько, вплоть до установки на каждое колесо автомобиля по принципу так называемых мотор-колёс. Величину тяги регулирует силовой электрический блок, а ДВС может постоянно работать в самом оптимальном режиме.

Параллельная

Эта схема сейчас наиболее распространена. В ней электромотор и ДВС работают на общую трансмиссию, а электроника регулирует оптимальное соотношение расхода энергии каждым из приводов. Связь с колёсами имеют оба двигателя.

Поддерживается режим рекуперации, когда при торможении электромотор превращается в генератор и подзаряжает накопительную батарею. Некоторое время автомобиль может двигаться только на её заряде, основной ДВС заглушен.

В ряде случаев используется батарея значительной ёмкости, снабженная возможностью внешнего заряда от бытовой сети переменного тока или специализированной зарядной станции.

В целом роль аккумуляторов тут невелика. Зато упрощается их коммутация, здесь не нужны цепи опасного высокого напряжения, а масса батареи значительно меньше, чем у электромобилей.

Смешанная

В результате развития техники электропривода и ёмкости накопителей роль электромоторов в создании тягового усилия увеличилась, что привело к появлению наиболее продвинутых систем последовательно-параллельной схемы.

Здесь старт с места и движение на небольших скоростях производятся на электрической тяге, а ДВС подключается лишь, когда потребуется высокая отдача и при исчерпании аккумуляторов.

Оба мотора могут работать в режиме привода, а продуманный электронный блок сам выбирает куда и как направлять энергетические потоки. Водитель может следить за этим на графическом информационном дисплее.

Применяется дополнительный генератор, как в последовательной схеме, который может давать энергию электромоторам или заряжать аккумулятор. Рекуперация тормозной энергии происходит через реверс тягового электродвигателя.

Так устроены многие современный гибриды, в частности один из самых первых и известных – Toyota Prius

Как работает гибридный мотор на примере Тойота Приус

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

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

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

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

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

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

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

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

Достоинства и недостатки гибридов

Как и всякий компромисс, гибриды уступают чистым электромобилям и привычным классическим на нефтяном топливе.

Но при этом дают выигрыш по ряду свойств, для кого-то выступающих главными:

  • упрощение средств, применяемых для борьбы с вредными выбросами ДВС;
  • достижение некоторой экономии топлива, как бы это ни оспаривалось;
  • возможность передвижения на чистой электротяге там, где применение ДВС запрещено;
  • достаточно простое наращивание заявленной мощности;
  • невозможность, в отличие от электромобиля, остаться без энергии вдали от электрической сети.

Все недостатки связаны с усложнением техники:

  • потребность в грамотном персонале, специально обученном работе с гибридами;
  • увеличение массы транспортного средства, на что тоже тратится топливо;
  • более высокая цена автомобиля;
  • проигрыш электромобилям из-за сохранения ДВС и всего, что с ним связано;
  • пока ещё недостаточно отработанные технологии и отсутствие единого подхода к конструированию;
  • плохая экологичность в производстве батарей и их утилизации.

Вполне возможно, что производство гибридов сохранится и после полного исчезновения классических автомобилей.

Но произойдёт это только если будет создан единый компактный, экономичный и хорошо управляемый двигатель на углеводородном топливе, который станет хорошим дополнением к электрическому автомобилю будущего, существенно повысив его пока недостаточную автономность.

Как устроены гибридные грузовые автомобили

Гибридный автомобиль— особый вид транспорта, работающий на разных источниках энергии. Чаще всего речь идет о машинах с ДВС и электромотором, что позволяет экономить топливо в режиме небольших нагрузок.

  1. История гибридных автомобилей
  2. Устройство и принцип работы гибридных автомобилей
  3. Классификация гибридных силовых установок
  4. Схемы работы электромотора и ДВС
    • Последовательная
    • Параллельная
    • Последовательно-параллельная
  5. Преимущества и недостатки гибридных двигателей
  6. Перспективы авто с гибридными моторами
  7. Итоги

Еще одним вариантом является совмещение агрегатов, работающих на классическом принципе (внутреннее сгорание) и сжатом воздухе, но они встречаются редко. Ниже рассмотрим особенности этого транспорта, как он работает, в чем плюсы и минусы, и какие перспективы ожидают гибридов в будущем.

История гибридных автомобилей

История создания гибридных автомобилей началась еще в конце XIX века. В 1897 году совмещением электрического мотора и ДВС занялась компания Parisienne des Voitures Electriques. При этом первой машиной-гибридом многие считают Lohner-Porsche, которая была разработана и выпущена уже в начале XX века. Активной разработкой таких моторов занималась и компания General Electric. В Соединенных Штатах созданием гибридов заинтересовался Виктор Воук, который начал работать в этом направлении в 1960-1970-х годах.

Уаз 450

Создание автомобилей с гибридным двигателем в СССР курировалось Нурбеем Гулиа. Одним из представителей такого транспорта стал Уаз 450, где маховик накапливал энергию, а роль трансмиссии брал на себя вариатор ленточного типа. В 70-х годах прошлого века были организованы испытания автобусов для городской эксплуатации.

Разработчики создали двигатели, работающие на базе баллонов со сжатым азотом и маслом. Такая особенность позволила уменьшить расход почти вдвое, а также добиться значительного снижения количества вредных выбросов.

Устройство и принцип работы гибридных автомобилей

На современном этапе гибридный двигатель совмещает в себе электрический и классический принцип ДВС. В качестве топлива во втором случае может использоваться бензин или дизель. Для нормальной работы применяются и иные узлы, функционирующие под управлением электронного блока.
Для понимания конструкции гибрида необходим знать, что его силовой агрегат состоит из следующих элементов:

  • ДВС. Используются максимально легкие детали, делается расчет на снижение расхода горючего и уменьшение вреда для атмосферы.
  • Электрическая часть. Энергия может применяться в качестве движущей силы и выступать в роли источника энергии для ДВС. Этот элемент может быть частью общей силовой сети или размещаться отдельно. В продаже можно найти модели с обоими вариантами исполнения.
  • Топливный бак. Выполняет стандартную функцию по подаче горючего к двигателю.
  • Трансмиссия. В гибридных моторах могут использоваться разные типы таких механизмов: встроенные КПП, «механика», АКПП и т. д.
  • Источник питания. В гибридах применяется два типа аккумуляторов. Первый рассчитан на высокое напряжение и предназначен для работы силовой установки.Второй — на 12 В для питания потребителей автомобиля. Все устройства активируются от стандартного АКБ.
  • Инвертор. Используется для преобразования тока, поступающего от высоковольтного АКБ и конвертирующего его в 3-фазный вариант для электрического двигателя. Также он применяется для распределения энергии.
  • Генераторная установка. В задачи этого узла входит производство электроэнергии.
Читайте также  Что такое мощность двигателя

Зная особенности конструкции, можно рассмотреть принцип действия устройства.

Принцип работы построен на индивидуальной или совместной работе разных агрегатов. Управляющие функции берет на себя блок управления, который устанавливает подходящий режим под определенную ситуацию.

Чаще всего применяется следующий принцип:

  1. В условиях города применяется электрический мотор, имеющий сравнительно небольшую мощность.
  2. При движении за населенным пунктом используется стандартный ДВС.
  3. В остальных случаях (при остановках-ускорениях) силовые узлы работают совместно.

При использовании двигателя внутреннего сгорания параллельно происходит заряд электромотора для возможности его применения при небольших нагрузках.

Классификация гибридных силовых установок

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

Мягкий гибрид

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

Полный гибрид

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

Гибриды-плагины

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

Схемы работы электромотора и ДВС

В процессе развития гибридов появилось несколько схем взаимодействия электрического двигателя и ДВС. Кратко рассмотрим их особенности.

Последовательная

Двигатель электромобиля

Наиболее простая система, предусматривающая приведение ДВС в работу с помощью вала генератора. Последний, в свою очередь, питает электрический мотор и обеспечивает вращение колес автомобиля. Конструктивно в таких машинах между приводной частью и генератором монтируется АКБ или суперконденсатор.
В такой схеме КПП, сцепление и иные элементы механики не нужны. На последовательных авто-гибридах установлены двигатели небольшой мощности.

Режим эффективен при частых остановках и разгоне, что характерно для движения в городском режиме. Из минусов — двойное преобразование энергии, что влияет на КПД и неэффективность при движении за городом.

Параллельная

Здесь электрический мотор может выполнять функции генератора и ДВС, который полностью независим и может работать без электрического двигателя. Электромотор дополнительно берет на себя задачи стартера и находится между КПП и ДВС. Аккумуляторы в таких авто очень компактны, что позволяет уменьшить авто. При работе мотора на бензине недостатки момента вращения покрывается электрической частью.

Цена гибридных автомобилей, работающих на параллельном принципе, выше. Это объясняется более высоким КПД и эффективностью. К минусам стоит отнести ограниченность компоновки и необходимость применения особой коробки передач. Такой вариант актуален при движении с малой и средней активностью.

Последовательно-параллельная

В роли первопроходцев такого принципа выступили создатели машин Тойота. Им удалось объединить лучшие характеристики последовательного и смешанного принципа. В последовательно-параллельных гибридных машинах электрическая часть работает в качестве генератора, выдает энергию, и может использоваться в качестве мотора для движения авто. Разные узлы объединяются с помощью редуктора, вырабатывающего минимальную мощность и обеспечивающего экономию горючего.

При активном ускорении электрический и обычный мотор работают индивидуально. Электродвигатель при этом питается от АКБ без потери мощности.
В движении при постоянной скорости мощность мотора распределяется к колесам и генераторной установке. При этом происходит подпитка электрического агрегата и аккумулятора.

Экономный режим подразумевает выключение электрической тяги с запитыванием электродвигателя от ДВС. К минусам схемы многие относят высокую цену компонентов, необходимость применения отдельного генератора, большой батарейный блок и сложное компьютерное управление.

Преимущества и недостатки гибридных двигателей

Перед тем как купить гибридный автомобиль, важно понимать сильные и слабые стороны такой техники.

  • Снижение расхода топлива в среднем на 30%.
  • Уменьшение вреда для окружающей среды за счет менее вредных выбросов.
  • Совместное применение электрического мотора и ДВС.
  • Наличие полезных функций: старт-стоп, корректировка фаз газораспределения, рециркуляция отработавших газов и т. д.
  • Эффективная работа на ХХ в условиях города.
  • Минимальная шумность.
  • Поддержание определенного режима с помощью системы управления.
  • Возможность совершения длительных поездок без зарядки аккумулятора.
  • Высокая стоимость запчастей и, соответственно, ремонта гибридных автомобилей.
  • Потребность в создании постоянной нагрузки на аккумулятор.
  • Трудности самостоятельного ремонта.
  • Риск разряда АКБ в мороз до сверхнизких параметров.
  • Большая цена транспорта. К примеру, за Тойоту Ярис придется выложить около 18 000 евро.

Перспективы авто с гибридными моторами

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

гибридный грузовик

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

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

Итоги

Популярность гибридов сегодня обусловлена многими факторами — плавностью движения на небольших скоростях, экономией топлива в сравнении с ДВС и возможностью совершения поездок на электрической тяге (пусть и с ограниченным километражем). Но развитие этого направления тормозится плохой развитостью инфраструктуры, высокой ценой и дороговизной обслуживания транспорта. При этом есть уверенность, что в ближайшее время эти проблемы удастся решить.

Что такое гибридный двигатель на автомобиле? Виды и принцип работы

Что такое гибридный автомобиль? Схема и принцип работы

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.

Читайте также  Холостой ход двигателя это

Принцип работы гибридного мотора

Автомобиль с гибридным двигателем - принцип работы

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

Что такое гибридный двигатель - схема взаимодействия

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.

Суть работы гибридных «сердец»

Критическая ситуация с экологией и постоянный рост цен на топливо заставляют искать производителей транспорта новые решения. Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) усовершенствуются, модифицируются и «смешиваются» с электродвигателями. Для чего это делается, как работает гибридный двигатель, рассмотрим в сегодняшней публикации.

Идею соединить два агрегата (двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель) новой не назовешь. В 1897 году французская компания Parisienne des Voitures Electriques начала производство авто с гибридными двигателями, а немногим позднее американская General Electric выпустила первый гибрид с бензиновым четырехцилиндровым двигателем. Но тогда такое новшество оказалась экономически нецелесообразным. Топливо было дешевым, а мощность автомобиля-гибрида уступала мощности традиционных моделей. Но времена изменились. Топливо дорожает, экологическая обстановка ухудшается. Автомобили со смешанными силовыми агрегатами стали актуальными и начали набирать популярность.

Простыми словами о сложном

Что же представляет собой гибридный двигатель? Гибридный двигатель – это система, состоящая из двух связанных между собой агрегатов: электрического и бензинового. Они могут работать как по отдельности, так и одновременно. Управляет этой системой бортовой компьютер автомобиля. Он решает, в зависимости от режима движения, какой тип силового агрегата нужно задействовать в конкретный момент времени.

Для движения по городу, когда от двигателя не требуется выработки большой мощности, используется электродвигатель. Во время движения по загородным трассам компьютер отключает электродвигатель и задействует топливный агрегат.

При смешанном режиме езды, когда двигатель автомобиля работает под нагрузкой с периодическими ускорениями и остановками – два агрегата работают в тандеме. Причем во время работы топливного двигателя, идет зарядка электрического. Отдельного внимания заслуживают двигатели, работающие на водороде.

Экономия электроэнергии в гибридных двигателях

Известно, что на движение автомобиля затрачивается огромное количество энергии. В связи с этим возникает закономерный вопрос: как электромотор даже в условиях малых нагрузок может долго работать без дополнительного прицепа с аккумуляторами. Чтобы понять принцип работы электродвигателя автомобиля, нужно проследить весь процесс от начала движения до остановки.

принцип работы гибридного двигателя

Когда автомобиль трогается либо движется на малых скоростях, всю работу осуществляет электродвигатель, который питается от аккумулятора. Далее в его задачу входит разогнать автомобиль до предельно возможной для электродвигателя скорости. После этого компьютер дает команду на включение топливного двигателя. При этом ДВС часть энергии отдает на генератор, который подменяет АКБ и продолжает вместо нее питать электромотор, параллельно заряжая аккумулятор. Автомобиль при этом работает на двух силовых агрегатах одновременно.

При движении со средней скоростью электродвигатель отключается, работает только ДВС, пополняя запас энергии аккумулятора. При повышении нагрузки на ДВС ему на помощь снова приходит электромотор. Но электроэнергия пополняется не только за счет работы ДВС. Тормозной механизм автомобиля с гибридным двигателем устроен таким образом, что образовавшаяся во время торможения энергия, преобразовывается в электрическую и тоже идет на питание электромотора. Такое торможение получило название «рекуперативное».

как работает гибридный автомобиль

Рассмотренный выше алгоритм работы описывает общую картину работы гибридного силового агрегата автомобиля. На сегодняшний день существует три типа таких двигателей: последовательный, параллельный и смешанный.

Последовательная схема гибрида

Принцип работы такой схемы можно считать самой простой из гибридов. Двигатель внутреннего сгорания в данном типе является вспомогательным элементом и предназначен для работы генератора. Генератор, получая энергию от ДВС, преобразует ее в электрическую и запитывает электромотор, который приводит автомобиль в движение.

Такая схема, как правило, применяется в маломощных автомобилях (малолитражках). Но используемый аккумулятор имеет большую емкость, с возможностью зарядки от обычной электросети. Большая емкость АКБ позволяет минимизировать использование ДВС, то есть автомобиль может двигаться на электродвигателе, который питается только от аккумулятора. Chevrolet Volt – это одна из моделей автомобилей, в которой использована последовательная схема гибрида.

Параллельная схема гибридного автомобиля

Принцип работы параллельной схемы заключается в том, что ДВС и электромотор установлены таким образом, что появляется возможность их использовать как вместе, так и по отдельности. Но все же основная функция электромотора в такой схеме – это создание дополнительной мощности ДВС при ускорении. Кроме того электродвигатель выполняет функции стартера и генератора. Аккумуляторы при такой схеме не требуют дополнительной подзарядки, им хватает энергии, вырабатываемой при движении.

Honda Insight, Honda Civic Hybrid, BMW Active Hybrid 7, Volkswagen Touareg Hybrid – модели с параллельной схемой гибридного двигателя.

Последовательно – параллельная схема гибрида

В этой схеме ДВС и электромотор связывает между собой планетарный редуктор, при помощи которого мощность от обоих двигателей передается на ведущие колеса.

Смешанная схема отличается от параллельной наличием генератора, создающего энергию для электродвигателя.

Toyota Prius, Lexus RX 450h, Ford Escape Hybrid – это представители полного гибрида.

Положительные стороны гибридных двигателей

  1. Основное достоинство гибридов заключается в его экономичности. Минимальная экономия топлива составляет 20%, что в условиях роста цен довольно ощутимое преимущество.
  2. Совместное использование двух двигателей снижает количество выбросов СО2.
  3. Отличные ходовые характеристики, которые достигнуты благодаря рациональному накоплению и последующему перераспределению мощностей, выработанных совместно двумя двигателями.
  4. В сравнении с традиционным автомобилем гибрид обладает ощутимым запасом хода, то есть он может продолжать движение даже с пустым баком.
  5. Характеристики гибридных двигателей полностью идентичны традиционным моделям с ДВС, вопреки сложившимся стереотипам, а с учетом других преимуществ порой даже превосходит их.
  6. Электродвигатели практически бесшумны, что добавляет комфорта при эксплуатации автомобиля.
  7. В сравнении с электромобилем, АКБ гибрида заряжается от топливного двигателя, что увеличивает запас его хода.
  8. Заправка автомобиля осуществляется тем же бензином, что и традиционные авто.
Читайте также  Причина попадания бензина в картер двигателя

Недостатки гибридов

  1. Высокая стоимость автомобиля.
  2. Обслуживание автомобиля требует больших затрат. Ремонтировать такую машину самостоятельно вряд ли удастся, а квалифицированных мастеров найти большая сложность. С комплектующими также гарантированно будут проблемы.
  3. Перепады климатических температур плохо влияют на АКБ и приводят к их саморазряду.

Внешне автомобили с гибридными силовыми агрегатами не отличаются от классических бензиновых собратьев. Конечно, если бы модели автомобилей с гибридными двигателями имели такую же стоимость, как аналоги с ДВС, а обслуживание не вызывало сложностей, вряд ли кто отказался бы от такой машины. Но на данный момент реалии таковы, что разница в цене гибрида и аналога составляет в среднем 4000 долларов. Даже если взять в расчет все плюсы таких машин, включая экономию топлива, то разница все равно будет несоразмерная. Если не будет поломок, а пробег будет значительным, машина окупится в лучшем случае лет через пять. Такое положение вещей не вселяет оптимизма. Но как говорится: «Сколько людей – столько и мнений», поэтому выбор всегда остается за конкретным человеком.

Принцип работы гибридного двигателя: плюсы и минусы, обслуживание

Принцип работы гибридного двигателя: плюсы и минусы, обслуживание

Всем привет! Решил обсудить с вами принцип работы гибридного двигателя, его особенности, сильные и слабые стороны.

Все чаще среди объявлений о продаже новых и подержанных авто можно увидеть предложения с машинами, которые предполагают использование гибридного силового агрегата.

Как вы наверняка знаете, гибридами называют машины, в которых используется одновременно два типа двигателей. У классических авто доступен только двигатель внутреннего сгорания. У электрокаров всю работу выполняет электромотор. Здесь же соединены две технологии.

двигатель

Но не думайте, что все гибриды одинаковые. Давайте поговорим о том, какими они бывают, как работают, в чем их плюсы и минусы, и стоит ли покупать подобные авто.

Схемы работы гибридов

Гибридными называются машины, которые приводятся в движение по автодорогам с помощью современных гибридных силовых установок.

Особенностью гибрида является применение от двух и более различных источников энергии и двигателей, которые преобразуют при функционировании энергию непосредственно в работу. То есть обеспечивают вращение колес.

Очень часто встречается понятие гибридный двигатель. Если смотреть на вопрос с технической точки зрения, то он неверный.

Хотя источников для создания и генерации энергии много, по факту при производстве авто используется только два.

задний-ход-на-перекрестке

Что необходимо знать водителю про задний ход на перекрестке

Это классический ДВС, то есть двигатель внутреннего сгорания, и электромотор. Основным достоинством такого сочетания справедливо считать улучшенные показатели экономии топлива. Параллельно гибриды существенно снижают показатели вредных выбросов. С электрокарами они сравниться никак не могут. А вот обычные машины с классическими ДВС опережают значительно. Экономия обусловлена совместной работой двух моторов, использованием специальных аккумуляторов и иных технологий.

В современных гибридах реализовано множество систем и устройств, работа которых направлена на экономию топлива, повышение технических характеристик, улучшение работы системы управления, торможения и пр.

Если изучить каталоги современных автопроизводителей, практически у каждого из них найдется минимум один гибридный автомобиль.

двигатель гибрид

Пока далеко не все автокомпании заинтересованы во ввозе гибридов в Россию, что обусловлено низким спросом.

Среди популярных авто, имеющих гибрид под капотом, можно выделить такие:

  • Тойота Приус;
  • Порше Панамера;
  • Хонда Фит;
  • Хонда Цивик;
  • Ниссан Х-Трейл;
  • Лексус RX450h;
  • Ford Escape;
  • Тойота Камри;
  • Фольксваген Туарег;
  • Хендай Элантра и пр.

Причем разные авто используют в своей основе различные технологии.

Все применяемые сейчас гибридные схемы можно разделить на 3 категории:

  • последовательно-параллельные или смешанные;
  • параллельные;
  • последовательные.

А теперь предлагаю рассказать о том, что каждая из них означает.

гибрид авто

Последовательная схема

Покупая гибрид, важно понимать, что в авто сохраняется обычный мотор, и к нему добавляется электроустановка. Но технологии бывают разными.

Обычно такие проблемы как перегрев двигателя , либо необходимость замены цепи ГРМ , как и детонация двигателя , в меньшей степени, но продолжают проявляться на авто.

От замены масла также отказаться не получится. Это вам не электрокар, где рабочие жидкости фактически и не требуются.

Нужно ли страховать прицеп ?

Нужно ли страховать прицеп ?

Последовательная схема заметно отличается от конкурентов. При ее реализации машина движется именно за счет электромотора. Здесь ДВС соединяется исключительно с генератором. Последний, за счет ДВС, обеспечивает питание электромотора, своевременно заряжает батареи. При такой схеме по завершению поездки можно подключиться к электросети, то есть воспользоваться бытовой розеткой для зарядки, либо посетить станцию для электрокаров, чтобы восполнить запас батареи. Авто с такой технологией обычно называют Plug In, то есть подключаемый гибрид.

При использовании такой схемы требуется задействовать АКБ с повышенной емкостью. Это позволяет снизить интенсивность использования ДВС и положительно повлиять на экологию.

К числу популярных авто с такой системой относят Шевроле Вольт и Опель Ампера. Они на скорости до 60 км могут ехать только на электротяге от АКБ, и до 500 км проезжать на одном заряде от генератора.

шевроле вольт гибрид

Параллельная схема

Здесь принцип действия несколько иной.

Главной особенностью параллельной схемы является возможность ДВС и электромотора работать отдельно или вместе.

Чтобы это реализовать, используются автоматически управляемые муфты. С их помощью в единую систему объединяют двигатель, электромотор и коробку передач.

Параллельные гибриды называют обычно Mild Hybrid. Здесь применяются электромоторы небольшой мощности. Речь идет примерно о 20 кВт. Электродвигатель зачастую обеспечивает дополнительную мощность, когда автомобиль идет на разгон. Чаще всего электроузел располагается в промежутке между обычным двигателем и коробкой передач. Дополнительно выступает как стартер и генератор на машине. К числу популярных авто с такой схемой можно отнести БМВ 7 модели, Фольксваген Туарег, Хонду Инсайд, Хонду Сивик и Хендай Элантру. Соответственно в комплектациях с гибридным мотором.

Основателем этой схемы считается японская компания Хонда.

Их технология IMA обеспечивает несколько режимов работы:

  • работа от электромотора;
  • совместная работа мотора и электродвигателя;
  • работа от ДВС с параллельной зарядкой АКБ от электродвигателя (режим генератора);
  • зарядка АКБ при активации режима рекуперативного торможения.

Довольно интересная и распространенная схема, реализованная на большом количестве современных гибридов.

хонда цивик гибрид

Смешанная схема

В завершении у нас на рассмотрении смешанная или последовательно-параллельная гибридная схема.

В этом случае соединение электромотора и ДВС происходит с помощью специального планетарного редуктора.

Мощность от каждой установки может подаваться к ведущим колесам в различном соотношении, от 0 до 100% от имеющейся номинальной мощности. Здесь, если сравнивать с параллельной альтернативной схемой, добавляется еще и генератор авто, который питает энергией и позволяет работать электродвигателю.

Такие авто носят название Full Hybrid. К числу наиболее популярных машин можно отнести Тойоту Приус, Форд Эскейп и Лексус RX450h. Господствующая технология в этом сегменте принадлежит компании Тойота.

Возможно несколько режимов работы:

  • ДВС отключается, АКБ питает электромотор, только электротяга;
  • совместная работа ДВС и электромотора, мощность суммируется, реализуется на постоянной высокой скорости;
  • режим форсирования, необходимый для быстрого и резкого ускорения (к ДВС подключается электротяга);
  • режим экономии, когда АКБ питает генератор, последний преобразует электроэнергию в механическую, замедляет соответственно вращение ДВС, падает расход топлива;
  • торможение (электромотор работает в специальном режиме генератора);
  • режим подзарядки АКБ, когда заряд восполняется генератором и ДВС.

Да, все далеко не так просто. Но если вникнуть, все станет более понятно. Дополнительно советую посмотреть видео на эту тему.

приус гибрид

Преимущества и недостатки

Опираясь на имеющийся опыт, а также изучив информацию с различных источников, можно назвать несколько сильных и слабых сторон. Вы также обязательно оставляйте свои отзывы.

Начнем с преимуществ. К ним можно отнести:

  • экономия топлива;
  • экологичность;
  • наличие возможности перехода на работу с разными моторами;
  • дополнительная защита при поломке одного из двигателей;
  • дольше времени можно ездить без заправки;
  • обычно батареи заряжать не нужно;
  • грамотные программы для автоматической работы гибрида;
  • возможность ездить вовсе без топлива, только на электротяге.

Но есть здесь и свои минусы.

К недостаткам относят такие пункты:

  • дорогое обслуживание;
  • одновременные возможные проблемы с ДВС и электромоторов;
  • старые гибриды имеют много недоработок;
  • замена батарей редкое явление, но очень дорогое;
  • батареи требуют специальной утилизации;
  • не так много специалистов в стране, кто хорошо разбирается в гибридах;
  • самостоятельное обслуживание возможно далеко не всегда.

А что вы можете сказать насчет гибридных машин и про принцип работы гибридного двигателя? Как к ним относитесь, считаете ли вы их лучше, чем электрокары или обычные авто с ДВС?

Подписывайтесь, оставляйте комментарии, задавайте актуальные вопросы по теме!

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: