Авто с гибридным двигателем это как

Экономная эксплуатация

Экономная эксплуатация — главное преимущество гибридов. Чтобы достичь ее, необходимо было искать баланс, т. е.

уравновесить все технические показатели машины, но при этом сохранить все полезные параметры обычного автомобиля: его мощность, скорость, способность к быстрому разгону и множество других весьма важных характеристик, заложенных в современных автомобилях.

Мало того, способность накапливать энергию, в том числе и не терять понапрасну кинетическую энергию движения во время торможения, но заряжать аккумуляторные батареи, помимо основных явных преимуществ, принесло автолюбителям некоторые побочные «мелкие радости» — например, меньший износ тормозных колодок.

Переключатели Hybrid Synergy Drive

• Как была достигнута экономия:
• • снижение объема и мощности двигателя;
• • работа двигателя в оптимальном и равномерном режиме, в гораздо меньшей зависимости от условий езды;
• • полная остановка работы двигателя, когда это необходимо;
• • возможность движения только на электродвигателях;
• • рекуперативное торможение с зарядкой аккумулятора.

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

Высоковольтная батарея

Что касается снижения объема двигателя, то хорошо все показывает простой и наглядный пример. Возьмем два одинаковых автомобиля с разными двигателями: один 3-литровый, другой — 4-литровый, и поедем, например, со скоростью 100 км/ч. Расход топлива у двигателя с большим объемом будет больше.

А дополнительный объем нам понадобится только при интенсивном ускорении. Собственно, на этом эффекте работает система экономии с отключаемыми цилиндрами — при неторопливой езде половина двигателя просто не работает.

Гибридный же автомобиль эту вторую половину с собой вовсе и не возит — он возит электрическую составляющую двигателя, более эффективную в рассматриваемых условиях.

Toyota energy monitor

Сравнительно небольшой износ авто при чисто городской эксплуатации

Благодаря тому, что ДВС гибридных автомобилей куда чаще эксплуатируется в эффективном диапазоне оборотов, его износ при эксплуатации в постоянных пробках будет относительно малым. Износ же силовой установки автомобиля с традиционным ДВС, который постоянно эксплуатируется в рваном режиме пробок, как правило, заметно больше.

Суммарный коэффициент полезного действия автомобилей с электродвигателями, передвигающихся на короткие расстояния, куда выше, чем у машин, передвигающихся в пробках на ископаемом топливе.

Режимы низких оборотов и частичных нагрузок с частыми торможениями плохи для двигателей внутреннего сгорания, но хороши для тяговых электрических моторов с их мощной троллейбусной тягой на низах и рекуперативным торможением.

Панель приборов Toyota RAV4 Hybrid

Здесь следует сделать небольшое отступление в теорию двигателей внутреннего сгорания. Эксплуатация на пониженных оборотах, т. е. оборотах, далеких от режима максимального крутящего момента, не только снижает суммарный КПД за все время использования — она приводит к массе вредных особенностей в работе силовой установки.

Так, при низкой скорости вращения коленчатого вала (а в современной пробке он будет вращаться едва ли в 40 % от оптимальной скорости) нагрузки на поршневую группу будут весьма высоки. ДВС не любит слишком низких и слишком высоких оборотов. При таких режимах он плохо смазывается, плохо охлаждается, легко перегревается, несет огромные насосные потери.

Бензиновый ДВС по циклу Отто проектируется из расчета его эксплуатации в оптимальных условиях.

Передняя панель Toyota RAV4

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

Экологическая чистота

Снижение расхода углеродного топлива гибридной силовой установкой немедленно сказалось на экологической чистоте. Полная остановка работы двигателей в местах скопления автомобилей на дорогах городов, прежде всего в пробках, играет самую первостепенную роль.

Применение же аккумуляторных батарей гораздо меньшей емкости, чем в электромобилях, снизило остроту проблемы производства и утилизации использованных аккумуляторов.

Развитие гибридной технологии в общественном транспорте и для грузовых автомобилей, еще больше улучшит экологическую обстановку городов.

Lexus RX 400h

Так, Lexus RX 400h имеет удивительно низкий уровень токсичности — выбросы CO2 находятся на уровне малолитражек, а содержание окислов азота NOx удалось довести почти до нуля, что значительно ниже норм Euro-4.

Это достигается, во-первых, тем, что бензиновый двигатель почти не работает в предельных, самых «грязных» режимах. Во-вторых, в пробках и при остановке двигатель автомобиля глушится, и Lexus, подобно подводной лодке, начинает передвигаться на аккумуляторах.

В-третьих, как уже было сказано выше, ДВС, работающий по циклу Аткинсона, теряет в мощности, но выигрывает в экологичности.

Хорошие ходовые характеристики

В случае применения гибридной силовой установки нет необходимости устанавливать двигатель из расчета пиковых нагрузок эксплуатации.

В момент, когда необходимо резкое усиление тяговой нагрузки, при котором у обычного ДВС потребление топлива возрастает раза в полтора, в работу включаются одновременно как электрический, так и обычный двигатели (а в некоторых моделях и дополнительный электродвигатель).

Это позволяет сэкономить путем установки менее мощного двигателя внутреннего сгорания, работающего основное время в наиболее благоприятном для себя режиме.

Такое равномерное перераспределение и накопление мощности, с последующим быстрым использованием, позволяет использовать гибридные установки в автомобилях спортивного класса и внедорожниках. Таким образом, гибридный автомобиль при ускорении, перед тем как начинать глотками поглощать бензин, сначала пытается «выпить» батареи, чего, как правило, оказывается достаточно.

Lexus RX 330

Увеличение дальности пробега

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

Сохранение и повторное использование энергии

Устранен главный недостаток двигателя на углеродном топливе — невозможность возврата энергии обратно в углеродное топливо. Обычный автомобиль при торможении переводит избыточную энергию в тепло.

Если очень интенсивно тормозить на мощной машине, то это можно увидеть даже невооруженным взглядом — тормозные диски раскалятся докрасна.

Инженеры по транспорту давно пытались сохранить энергию движения при торможении, чтобы ее повторно использовать.

Например, применялись специальные конструкции с большим маховиком. Но только электрическую энергию удаётся сохранить с самыми минимальными потерями и максимально дешево.

Гибридные автомобили поступают более гуманно: при торможении их электромоторы начинают работать как генераторы, преобразуя кинетическую энергию в электрическую и заряжая аккумуляторы.

Хотя и нормальные дисковые тормоза не простаивают, дополняя и подстраховывая электрические. В качестве накопителя применяются как аккумуляторы, так и специальные конденсаторы.

Обычная заправка топливом

У электромобилей пока есть один большой недостаток — необходимость зарядки аккумулятора. Процесс долгий, и требует некоторого специально оборудованного пункта зарядки.

Таким образом, он становится непригодным для длительных и дальних поездок.

Уже разработаны технологии, позволяющие заряжать аккумуляторы до 80 % емкости за 15 … 20 минут — однако такая зарядка требует мощного зарядного устройства и отрицательно сказывается на ресурсе аккумулятора.

Кроме того, для получения электричества сейчас в основном используются невозобновляемые источники энергии. Таким образом, экологический вред просто-напросто смещается в район электростанции.

Нельзя также забывать и потери при передаче электроэнергии от электростанции к пункту зарядки, а также не стопроцентный КПД самого зарядного устройства.

Если учесть все вышеперечисленные факторы, полностью электрические автомобили становятся уже не настолько экономичными и экологичными, насколько кажется на первый взгляд.

У гибридного автомобиля этот недостаток устранен. Заправка осуществляется по привычной схеме, обычным углеродным топливом, тогда, когда это необходимо, и дальнейшее движение можно немедленно продолжить.

Но при этом в городском цикле эксплуатации гибридный автомобиль около 80 % времени работает в режиме электромобиля.

А так как электричество вырабатывается прямо на месте, потери при преобразовании химической энергии топлива в электрическую можно признать весьма небольшими.

Старые аккумуляторы

Цена вопроса

Во что же обходится превращение обыкновенного автомобиля в гибрид? Сравним автомобили Lexus RX 400h и Lexus RX 330.

С одной стороны, из автомобиля исчезают карданный вал, традиционная трансмиссия и различные навесные агрегаты двигателя, например стартер и генератор.

С другой — прибавляются блок управления и преобразования напряжения (32 кг), высоковольтные (288 вольт) батареи Panasonic (70 кг), задний электромотор (40 кг) и электромеханическая трансмиссия со встроенным электромотором и генератором (118 кг).

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

Утилизация аккумуляторов

Не секрет, что в бытовой электронике аккумуляторы приходится периодически менять — они постепенно теряют часть своей емкости.

Каков же ресурс ресурс установленных в Lexus RX 400h аккумуляторов? Масаки Санаяма рассказал, что на аккумуляторы в первых Toyota Prius давалась отдельная гарантия — восемь лет.

Но время доказало, что высоковольтная батарея не нуждается в замене в течение всего срока службы автомобиля, поэтому сейчас никаких отдельных оговорок уже не делается.

Недостатки автомобилей с гибридной установкой

Сложность

Гибридные автомобили сложнее и дороже традиционных автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Аккумуляторные батареи имеют небольшой диапазон рабочих температур, подвержены саморазряду. Кроме того, они дороже в ремонте. Далеко не все крупные автопроизводители смогли создать собственную гибридную систему.

Компания Porsche вначале отказалась от попыток самостоятельного производства гибридного автомобиля, начав разработку автомобилей с гибридной силовой установкой заметно позже других. Компания Mitsubishi изначально также не пыталась создать гибридный автомобиль, а сконцентрировала все свои усилия на разработке электромобилей. Однако позже и она выпустила гибрид — Mitsubishi Outlander PHEV.

Утилизация аккумуляторов

Гибридные автомобили, как и электромобили, хоть и в меньшей степени, подвержены проблеме утилизации аккумуляторов.

В соответствии с классификацией отходов аккумуляторы отнесены ко 2-му классу опасности ввиду содержания тяжелых металлов, кислот, щелочей и других компонентов, вредных для экологии и человека.

Исходя из этого утилизация аккумуляторов — важный экологический вопрос. Ресурс любого аккумулятора имеет определенный срок годности, по окончании которого он становится непригодным к дальнейшей эксплуатации.

Сегодня используются различные виды автомобильных аккумуляторов. Они имеют разную сферу применения, отличаются параметрами: размер, внешний вид, цикл перезарядки, емкость, срок хранения и химический состава.

• Свинцовые модели в качестве реагента содержат свинец и его диоксид. Электролит — раствор серной кислоты. Распределяются на четыре группы — портативные, стационарные, стартерные и тяговые. В гибридных автомобилях применяются крайне ограниченно.

• Никель-кадмиевые типы батарей. Реагент — кадмий и гидроксид никеля. Электролит — гидроксид калия.

• Железо-никелевый аккумулятор имеет в своем составе железо, гидроксид натрия или калия, окись никеля.

• Никель-металлгидридные модели включают в себя такие химические элементы, как никель, литий, гидроксид калия и оксид никеля.

• Никель-цинковые виды АКБ содержат цинк, гидроксид калия, литий и оксид никеля. Серебряно-цинковые (кадмиевые) виды состоят из цинка или кадмия, гидроксида калия, оксида серебра.

• В состав литий-ионных аккумуляторов входят литий и оксид кобальта

.• Литий-полимерные аккумуляторы содержат литий, оксиды ванадия, марганца или кобальта.

Наиболее часто используемые в гибридах и перспективные автомобильные аккумуляторы содержат в себе литиевый компонент, который крайне опасен для окружающей среды.

Учитывая тот вред, который подобный «букет» химических веществ может причинить экологии, не остается никаких сомнений, что утилизация и переработка автомобильного, а также авиационного, производственного и всех остальных видов аккумуляторов — единственная возможность не допустить критического уровня загрязнения планеты.

Стоит отметить, однако, что заметными темпами развивается и отрасль переработки отслуживших свое аккумуляторов, в первую очередь свинцово-кислотных, но и другие типы также принимаются в переработку.

Экономичность и экологичность

Высокую экологичность и экономичность гибридов многие ставят под сомнение.

Так, ряд тестов, проведенных авторитетными автомобильными изданиями, показал, что гибриды дают заметную экономию топлива только в городе, при движении же в смешанном цикле — незначительную, а за городом проигрывают современным дизелям, хоть и не критично.

Почетное звание «Самый экологичный автомобиль года» в 2007 и 2008 гг. присуждалось также автомобилям с дизельными двигателями. Поэтому, делая выбор между дизельным двигателем и гибридной силовой установкой, всегда стоит учитывать преимущественные условия эксплуатации.

(Окончание следует)

Статья была опубликована в журнале «Наука и техника» 

Как работает гибридный двигатель: принцип работы

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.

Принцип работы и устройство гибридных двигателей

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

Полная конструкция гибрида

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

При сгорании 1 л бензина и от работы аккумулятора массой 4,5 ц получается одинаковое количество энергии.

Функционирование двигателя-гибрида

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

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

Важно! В процессе работы ДВС происходит зарядка электрического мотора.

Схемы взаимодействия мотора и ДВС

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

Последовательная схема

Параллельная схема

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

Последовательно-параллельная схема

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

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

Преимущества и недостатки гибридных авто

Транспорт с гибридной силовой установкой расходует на 30 % меньше топлива по сравнению со стандартными моделями. На этом преимущества использования гибридного автомобильного двигателя не заканчиваются:

• минимальное количество вредных выбросов за счет технологий рекуперативного торможения, наличия емкой АКБ;
• согласованность функций ДВС и электромотора;
• полезные инновации – опции стоп-старта, рециркуляции отработанных газовых смесей (подогревают тосол), изменение фазы распределения газов;
• наличие водяного насоса с электроприводом, системы климат-контроля и усиления руля, улучшенного качения покрышек;
• эффективность при работе на холостом ходу в городских условиях;
• возможность продолжительной поездки без дозарядки аккумулятора – заправляется бак;
• поддержка выбранного режима за счет компьютерного управления;
• низкий уровень шума работающего мотора.

К недостаткам моделей с гибридными установками относятся:

• необходимость регулярной нагрузки на АКБ;
• батарея может разряжаться до критического состояния при низкой температуре;
• проблемы с самостоятельным ремонтом машины;
• дорогая цена запчастей, которые не всегда есть в наличии в сервисных центрах.

Минусом для некоторых пользователей является высокая цена транспорта – даже недорогие японские гибридные автомобили Toyota Yaris стоят около 18 тыс. евро.

Типы гибридных агрегатов

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

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

Микрогибридные силовые агрегаты впервые сконструировал и выпустил бренд Тойота.

Классификация по степени электрификации

В зависимости от электрификации существует несколько видов гибридных машин.

Микрогибрид

У моделей есть функции рекуперации энергии во время торможения, автоматика типа стоп-старт. Микрогибриды подразделяются на три типа:

• машины с системой старт-стоп;
• транспорт со старт-стопом и рекуперативным торможением;
• модели, объединяющие две технологии, со свинцово-кислотным AGM–аккумулятором и объединенным блоком стартера/генератора.

При экономичности топлива и экологичности, электрического воздействия на привод не происходит.

Важно! Данный транспорт нельзя назвать гибридными машинами на 100 %.

Мягкий гибрид

Интересно знать! Система Kinetic Energy Recovery мягкогибридных машин также используется в Формуле-1.

Полный гибрид

Транспортное средство не заряжается от сети, а только в процессе рекуперации. При разрядке литий-ионного аккумулятора можно переключиться на ДВС.

Гибриды-плагины

Инновационные модели двигаются при задействовании усилий двух моторов, отличаются объемной мощной батарей (от 70 до 100 лошадей). Рядом с люком бензобака расположен порт для зарядки от розетки. Особенность плагинов – преодоление расстояния до 50 км только на электрической тяге.

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.

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

Перспективы автомобилей-гибридов

Новизна технологии совмещенного мотора приводит к неполному пониманию автолюбителями, что же такое и как работает гибридный двигатель на подобном автомобиле.

С учетом 20-летних разработок бренда Тойота у гибридов есть множество перспектив развития.

Машины с облегченным кузовом, емкими и компактными аккумуляторами, простой и быстрой зарядкой, усовершенствованным режимом рекуперации в ближайшем будущем завоюют рынок.

У гибридных авто ДВС не подвергается критическим нагрузкам, а с учетом цикла Аткинсона его моторесурс выше, чем у стандартного двигателя. Для сокращения расходов на топливо машины оснащаются ГБО, совместимыми с электронными блоками управления.

При внешней схожести с бензиновой техникой автовладельцы сталкиваются со сложностью обслуживания и огромным разбегом стоимости. Даже при отсутствии поломок и значительном пробеге цена машины окупиться через 5 лет.

Но минимальные затраты на горючее стоят таких вложений.

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

Автомобили с гибридным двигателем. Что это и как работает?

Автомобили с гибридным двигателем – уже не новая, но все ещё актуальная тема для разбора.

В современном мире ведется борьба с загрязнением окружающей среды и для автомобилей с двигателями внутреннего сгорания – это начало конца. Им на смену приходят электромобили и машины, использующие водород в качестве топлива.

Автомобили, в которых используется электрический двигатель можно разделить на 4 вида:

1. Гибридный электрический автомобиль (HEV).
2. Гибридный автомобиль с подзарядкой от электросети (PHEV).
3. Электромобиль на аккумуляторных источниках питания (BEV).

4. Электромобили на топливных элементах питания (FCEV)

Про BEV и FCEV можно подробно почитать в соответствующих статьях на нашем сайте. Нас же интересуют первые 2 вида, а конкретно автомобили с гибридными двигателями.

Какими они бывают, а также, какими плюсами и минусами они обладают, давайте обсудим.

Автомобили с гибридным двигателем – Toyota Prius

Первый вид – HEV, так же можно разделить еще на 3 подвида

• Micro hybrids (микрогибриды) — из названия понятно, что электричества здесь практически нет. Суть таких гибридов в том, что они оснащены «умным» генератором, который отключается на разгонах, снимая нагрузку с двигателя внутреннего сгорания и вырабатывает энергию при рекуперативном торможении, т.е. энергия, затраченная на торможение машины, передается нуждающимся в ней другим агрегатам автомобиля.

В качестве плюсов можно выделить следующее: простота устройства, низкая цена относительно других гибридов.В качестве минуса можно выделить, то факт, что данная система малоэффективна для экономии топлива (2 – 5%).

• Mild hybrids (MHEV), они же «Мягкие» гибриды – следующий шаг в «гибридности» двигателей. Здесь электромотор выступает в качестве помощника ДВС, но лишен самостоятельно приводить авто в движение.

Принцип работы здесь следующий, выработанная энергия при рекуперативном торможении помогает ДВС увеличивать крутящий момент при разгоне. А также система «Start-Stop» глушит двигатель, еще до полной остановки автомобиля, экономя тем самым топливо.

Экономия топлива здесь достигает 5-10%. Из плюсов можно выделить увеличенную динамику движения и относительно невысокую стоимость.

Минус в том, что большая часть энергии тратится на вращение ДВС.

• Full hybrids (FHEV) – «Полные» гибриды. Эти авто могут двигаться при помощи электромотора с заглушенным ДВС и также как предыдущие гибриды, накапливать энергию при торможении.

Но такая возможность требует более сложного устройства и более мощной батареи, а как следствие более мощный инвертор, различные преобразователи напряжения, дополнительные системы охлаждения и т.д. И все это приводит к заметному утяжелению конструкции и дороговизне самого авто.

В качестве плюса можно выделить значительную прибавку в динамике и экономию топлива до 25%, но большой вес и сложность конструкции приводят к такому минусу как высокая стоимость.

Среди FHEV-гибридов можно выделить полноприводные гибриды. Суть их устройства следующая, ДВС и электромотор приводят в движение, каждый свою ось.

Второй вид гибридного двигателя – Plug-in hybrids (PHEV), они же подзаряжаемые гибриды

Потребность в создании подзаряжаемых гибридов появилось в результате того, что при равномерном движении электродвигатель не заряжается. Это происходит только при торможении. Заряд от ДВС не рассматриваем, т.к. экономии топлива не будет, а именно экономия – тот факт, который нам необходимо достичь.

Plug-in hybrids (PHEV)

Остаётся только один разумный способ, зарядить батарею заранее, пока автомобиль стоит.

Батарея в подзаряжаемых гибридах еще больше чем у «полных», соответственно и вес автомобиля будет больше. Но даже с учетом этого, современные PHEV могут проехать на электротяге несколько десятков километров, чего вполне достаточно для передвижения по городу, не расходуя топливо.

• По заявке производителей подзаряжаемых гибридов, неоспоримым плюсом, является высокая экономия топлива (до 70%) и минимальный выброс вредных веществ в атмосферу.
• Из минусов можно отметить: большой вес автомобиля и высокая цена.
• Мы рассмотрели виды гибридов, в зависимости от степени электрификации.

Теперь рассмотрим три типа гибридных двигателей, в зависимости от принципа работы и взаимодействия электродвигателя и ДВС

1. Последовательный
2. Параллельный
3. Последовательно-параллельный

Давайте в двух словах опишем принцип работы каждого типа.

При последовательной схеме ДВС активирует генератор, который в свою очередь вырабатывает энергию для электродвигателя, вращающего колеса.

При параллельной схеме, вращение колес происходит и от ДВС и от электродвигателя. Батареи небольшие и заряжаются от рекуперативного торможения.

Соответственно, последовательно-параллельная схема объединяет две предыдущие в одной. Электродвигатель может работать как генератор, для заряда батареи, так и как мотор для движения авто, при выключенном ДВС. К тому же, при высоких нагрузках ДВС, электромотор включается параллельно и помогает в движении.

Автомобили с гибридным двигателем: плюсы и минусы

К плюсам можно отнести:

• экологичность (по сравнению с автомобилями с ДВС);
• опция стоп-старт;
• рециркуляции отработанных газовых смесей (подогревают тосол);
• эффективность при работе на холостом ходу в городских условиях;
• длительные поездки без подзарядки аккумулятора, за счет ископаемого топлива;
• низкий уровень шума работающего двигателя.

Минусы:

• полная разрядка батареи при минусовой температуре;
• дорогие запчасти, которые не всегда есть в наличии;
• высокая цена на сами автомобили.

Говоря о гибридах, стоит отметить тот немаловажный факт, что в скором будущем производство автомобилей с ДВС сократится, и именно гибриды будут наиболее востребованным транспортом.

Что такое гибридный автомобиль, как он работает, преимущества и недостатки

 Auto.TodayAuto.Today

Что представляют собой гибридные автоЧто такое гибридный двигательКак работают гибридные автоПреимуществаНедостаткиСтоит ли покупатьРейтинг гибридных автомобилейvar index=document.getElementsByClassName('index-post');if (index.length>0){var contents=index[0].getElementsByClassName('contents');if (contents.length>0){contents=contents[0]; if (localStorage.getItem('hide-contents') === '1'){contents.className+=' hide-text'}}}

Что представляют собой гибридные авто

Прежде чем говорить о таком чуде техники, как гибридный автомобиль, следует понимать, что означает само слово «гибрид». В переводе с греческого языка — это помесь, т. е. нечто, сочетающее в себе признаки двух или более объектов.

Если говорить о гибридных представителях автомобильного мира, здесь речь идёт о машинах, совмещающих в своей конструкции два типа силовых агрегатов, работающих совместно.

Как правило, это двигатель внутреннего сгорания (ДВС) и электродвигатель.

Основное достоинство гибридных автомобилей заключается в том, что они могут подпитываться как электроэнергией, так и обычным топливом. Например, для перемещения по городу, когда проезд затрудняется пробками и простоями, экономичней использовать электроэнергию. Если же машина может набрать полный ход, рациональней будет бензиновая подпитка.

Что такое гибридный двигатель

Сегодня разработаны и успешно внедрены разнообразные виды гибридных установок. Некоторые разновидности отводят электродвигателю лишь вспомогательную функцию — это так называемые облегчённые установки. В большинстве усовершенствованных гибридных автомобилей используются более мощные электродвигатели, эффективно спаренные с ДВС, которые могут самостоятельно приводить автомобиль в движение.

Важно! В гибридном автомобиле водитель не может самостоятельно переключить режим езды на топливе или электричестве — компьютер сам выбирает наиболее эффективный режим.

В том или ином случае, процессом распределения «полномочий» заведует мощный компьютер, который, в зависимости от ситуации, решает, какой движок должен работать в определённый момент, а, возможно, и оба сразу, если, например, машине приходится интенсивно и часто разгоняться.

В нескольких словах, схема запуска гибридного двигателя выглядит следующим образом: сначала работает электродвигатель и аккумуляторы, подпитывая энергетический центр, который направляет потоки энергии на мотор.

В результате процесса, автомобиль стартует с места, причём происходит это плавно и бесшумно. Когда электродвигатель достигает максимальной для себя скорости, подключается топливный агрегат.

В процессе работы ДВС вырабатывает энергию, часть которой благополучно переводится аккумулятору, заряжая тем самым его.

Знаете ли вы? Самый громкий звук исходит от гибрида в результате всплеска тосола в системе охлаждения, когда автомобиль заводят.

Как работают гибридные авто

Принцип работы того или иного гибридного автомобиля может отличаться.

Среди современных моделей различают несколько основных типов:

последовательный — система, где основное автомобильное питание исходит от электродвигателя, а ДВС служит для подзарядки его батареи и работает в минимальном режиме;мягкий — электромотор сам по себе не в состоянии заводить автомобиль, но используется для запуска основного двигателя и поддержки его работы, что даёт возможность снизить потребление топлива;параллельный — предусматривает независимую работу различных силовых агрегатов, когда электромотор и двигатель внутреннего сгорания могут по очереди или одновременно приводить ТС в движение;полный — в данном варианте основная функция отводится электродвигателю, который может заставить двигаться авто на любом этапе: при запуске, ускорении или в режиме постоянной скорости; в такого рода автомобилях используются электрокомпоненты намного габаритней и мощнее, поэтому их сложнее установить, зато система помогает значительно сэкономить на топливе и улучшить динамику ТС.

Интегрирование электромотора в ДВС даёт массу преимуществ, среди которых можно выделить следующие:

Уменьшение расхода топлива. Как правило, гибридные авто используют на 25% меньше бензина, чем обычные. Если учесть, что цены на топливо растут с каждым днём, этот пункт по праву можно назвать основным.

Значительно меньший показатель токсичности выхлопов, а при остановке авто, когда бензиновый двигатель прекращает работу, выбросов углекислого газа практически вообще не происходит.

Исследования показали, что гибридный автомобиль выбрасывает на 90% меньше вредных веществ, чем простой.Большой запас хода, обусловленный тем, что аккумуляторы подзаряжаются от ДВС — это даёт преимущество гибридам перед электрокарами.

В то же время они дольше обходятся без топлива.Улучшенная динамика при движении.Комфорт для водителя и пассажиров. В данном пункте стоит отметить отсутствие шумов в автомобиле, когда он стоит на месте.

Ознакомившись с преимуществами гибридных автомобилей, может создаться впечатление, что это идеальные транспортные средства, лишённые каких-либо недостатков.

Однако это не совсем так, и здесь не обошлось без «ложки дёгтя». Главным минусом выступает тот факт, что ремонт гибридов обходится на порядок дороже, чем традиционных авто.

Это объясняется тем, что комплектация их конструкции намного сложнее.

Знаете ли вы? Гибридные автомобили Toyota Prius собирают на территории РФ, но жителям страны дешевле ввезти авто из Японии, поскольку льготный таможенный сбор составляет приблизительно 6 тыс. евро.

Кроме этого, можно выделить и такие недостатки, как:

Нехватка хороших специалистов, которые могут гарантировать проведение качественных ремонтных работ. Как уже говорилось, устройство двигателя довольно сложное, а сами автомобили являются относительным новшеством, поэтому их обслуживание вызывает сегодня некоторые затруднения.

Необходимость замены аккумуляторов, которые служат не более 8 лет. К тому же они могут саморазряжаться и не выдерживают серьёзных температурных колебаний. Остаётся также незакрытым вопрос о том, как утилизировать аккумуляторы, и чем чревато будет их уничтожение для окружающей среды.

Безусловно, минусов у гибридов намного меньше, чем преимуществ, поэтому интерес к ним с годами возрастает. Но есть ещё один важный пункт, препятствующий массовой покупке таких авто, — их высокая цена. Сегодня один из недорогих гибридных автомобилей Toyota Prius в России стоит около 1,2 млн руб., а это означает, что не каждый может стать владельцем такого транспорта.

Рекомендуем для прочтения:

Налог на гибридные автомобили в России: величина и правила оплаты

Всё о «растаможке» гибридных автомобилей

Лучшие гибридные автомобили в России в 2019 году

Двигатели для электромобиля: как устроены и принцип их работы

Вопрос о том, стоит ли покупать гибридный автомобиль, неоднозначен. Конечно, масса его положительных характеристик свидетельствует в пользу приобретения. Здесь одним из главных факторов выступает финансовая сторона вопроса.

Если вы уверены, что достаток позволяет не только купить транспортное средство с комбинированной системой силовых агрегатов, но и обслуживать его в дальнейшем, значит сомнения можно откинуть — автомобиль действительно того стоит.

К тому же, экономия на топливе компенсирует автовладельцу часть затрат на возможный ремонт или замену батарей.

В кругах автолюбителей можно услышать мнение о том, будто бы гибриды менее надёжны, что, в свою очередь, может отпугнуть потенциального покупателя.

Этот миф напрочь опровергают рейтинги, проводимые в США и странах ЕС, согласно которым, гибридные авто занимают лидирующие позиции по показателям надёжности.

В этом «умном» транспорте системы идеально работают самостоятельно, выполняя все операции без участия водителя.

Важно! Конструкция гибрида с электродвигателем предусматривает оснащение многоуровневой системой защиты, работающей в автоматическом режиме, которая исключает риск поражения током водителя или пассажиров.

Теперь, опираясь на все «за» и «против», вам предстоит самостоятельно сделать выбор в пользу покупки гибридного автомобиля или машины со стандартной комплектацией, работающей на топливе.

Стоит отметить, что правительства многих стран всячески поощряют владельцев, приобретающих гибриды, вводя для них определённые льготы.

Например, в США введён ряд налоговых льгот, а в России уменьшена пошлина на ввоз импортных гибридных авто.

Рейтинг гибридных автомобилей

Наибольшую популярность гибридные автомобили имеют сегодня в США и Канаде. Но нужно отметить, что и довольно много западных стран устремили свой взор в сторону нового поколения машин. Связано это, прежде всего, с экологичностью и экономичностью таких транспортных средств.

Впервые гибридные автомобили были поставлены на массовое производство в Японии, когда компания Toyota выпустила сначала свой первый Prius, а затем и кроссовер Lexus RX400h.

Далее тенденцию подхватил концерн Volvo Group, начав производство гибридной грузовой и транспортной техники.

Тем, кто решился на приобретение гибридного автомобиля, стоит ознакомиться с рейтингом наиболее востребованных и практичных транспортных средств, которые к тому же имеют лучшие показатели экологической составляющей, а именно:

Toyota Prius Hybrid — «отец» современных гибридных автомобилей. Машина хоть и не может похвастаться особо привлекательным дизайном, но обладает такими достоинствами, как небольшой расход топлива (около 4 л на каждые 100 км) и надёжность.

Hyundai loniq Hybrid — корейская новинка на рынке России. Это первый гибрид концерна, основное достоинство которого заключается в высокой экологичности. Автомобиль имеет богатое техническое оснащение и оригинальный дизайн. Большим плюсом выступают скоростные качества и отличная управляемость.

Кроссовер Toyota RAV4 Hybrid — гибридная версия японского ДВС автомобиля, которая по внешним данным и общим габаритам практически идентична с ним. Достоинством и отличительной чертой авто является сниженное потребление топлива и гораздо меньший объём выброса вредных веществ в атмосферу.

Chevrolet Malibu Hybrid — комфортный американский гибрид, вместительный седан с выразительным дизайном и эффектным салоном с современной техникой. Здесь предусмотрена качественная система безопасности, включающая 10 подушек и камеру заднего вида.

Ford Fusion Hybrid — отличный среднеразмерный седан для всей семьи, который имеет вполне доступную цену, а в будущем поможет сэкономить на топливе.

История создания гибридных автомобилей берёт своё начало ещё в далёком 1839 году, когда шотландскими инженерами был разработан первый электрокар. Хотя в те времена изобретению электромотора не придали большого значения, незамеченным он тоже не остался. Сегодня гибриды благополучно укрепились на автомобильном рынке и по праву считаются транспортом будущего.

Как устроены гибридные автомобили — ДРАЙВ

Гибридная силовая установка сочетает двигатель внутреннего сгорания и электромотор, что обеспечивает меньший расход топлива и снижает токсичность выхлопных газов. Однако чем экономичнее гибридный автомобиль, тем более ёмкие аккумуляторы ему требуются и, следовательно, тем выше его цена.

В зависимости от того, какую роль в силовой установке играет электромотор, гибриды делятся на умеренные (mild hybrids) и полные (full hybrids). У первых электромотор служит помощником двигателю внутреннего сгорания, как, например, у хэтчбека Honda Insight.

Вторые способны проехать некоторое расстояние на одной электротяге, как Lexus RX 400h. Есть ещё якобы микрогибриды — придуманный маркетологами термин для рекламы системы start/stop. Но последняя по сути — генератор с расширенными функциями.

А мы говорим о схемах, где электродвигатели передают крутящий момент на колёса.

В 1997 году на японском рынке дебютировал первый гибрид — Toyota Prius (вверху). А в 1999-м фирма Honda представила американцам свой Insight.

Последовательная гибридная схема

Существует также три основные схемы устройства гибридных силовых установок: последовательная, параллельная и смешанная. Последовательная гибридная схема появилась первой (её придумал в 1899 году сам Фердинанд Порше), но в легковых автомобилях распространена меньше.

По ней, например, построены силовые агрегаты карьерных самосвалов, некоторых автобусов и локомотивов. В последовательной схеме колёса приводит в движение электромотор, а малолитражный ДВС крутит генератор, вырабатывающий электроэнергию. Тут отсутствует необходимость в коробке передач и мощном двигателе внутреннего сгорания.

Зато требуются аккумуляторы, как правило, никель-металлогидридные, большой ёмкости.

Chevrolet Volt построен по последовательной схеме. Его ещё называют электромобилем с увеличенным запасом хода. На электротяге автомобиль делает бросок длиной 64 км. А при использовании вспомогательного турбомотора, заряжающего батареи, пробег на одной заправке может превышать 1024 км.

Параллельная гибридная схема

Самая распространённая сейчас схема — параллельная. Она запатентована ещё в 1905 году немцем Генри Пипером. Ей отвечают почти все умеренные гибриды.

Они оснащаются мощным электромотором (10–15 кВт), который помогает двигателю внутреннего сгорания при разгоне, а при торможении запасает рекуперативную энергию.

В качестве трансмиссии, как правило, используются вариатор или планетарная передача.

Хондовская гибиридная силовая установка IMA (Integrated Motor Assist) — пример параллельной схемы: на коленчатом валу двигателя вместо маховика размещён компактный электромотор-генератор.

Один из последних образцов параллельной схемы — гибридная силовая установка седана BMW ActiveHybrid 7.

Параллельные гибриды могут быть не только умеренными, но и полными, как, например, Audi Duo (1998). Эта модель могла проехать 50 км только на электромоторе, приводящем в движение задние колёса.

Но компания Honda нашла возможным оснастить своё бензоэлектрическое купе CR-Z шестиступенчатой «механикой». В качестве источника питания используются литиево-ионные или литиево-полимерные аккумуляторы.

Умеренные гибриды не требуют ёмких батарей на борту, благодаря чему доступны по цене.

Однако некоторые автопроизводители присматриваются к дорогущим суперконденсаторам, которые способны кратковременно отдавать ток очень высокой мощности.

Последовательно-параллельная гибридная схема

Распространены также смешанные, или, как их ещё называют, последовательно-параллельные гибриды. Классические представители этого семейства — хэтчбек Toyota Prius и Лексусы с индексом h, оснащённые фирменным «синергитическим» приводом HSD (Hybrid Synergy Drive). Чтобы объяснить принцип его работы мы приводим ниже наглядную демонстрацию.

Благодаря планетарной передаче и возникает синергия — взаимодействие двигателя внутреннего сгорания и электромотора. Тут ДВС крутит колёса в паре с электромотором, одновременно вращая генератор. В традиционной коробке передач нет необходимости: электроника регулирует обороты моторов и генератора, превращая такую систему в бесступенчатую трансмиссию ECVT.

У BMW Active Hybrid X6 с бесступенчатой коробкой передач ECVT с несколькими планетарными рядами два электромотора. Один работает на малых скоростях. А другой запускает ДВС и затем служит генератором. Полноприводная трансмиссия xDrive сохранена.

А вот у гибридного кроссовера Lexus RX 450h за привод на задние колёса отвечает дополнительный электромотор.

Новое поколение Тойоты Prius научилось бегать на одной электротяге, правда, недалеко — всего два километра. Кроме того, в компании работают над подзаряжаемой plug in версией гибрида с литиево-ионными батареями вместо никель-металлогидридных и увеличенным до 20 км пробегом на батареях.

Большинство двигателей, установленных на гибридах, — бензиновые. Многие работают по циклу Аткинсона с более коротким тактом сжатия и более эффективным рабочим процессом. Это обеспечивает лучшие экологические и экономические показатели.

Распространение, казалось бы, более экономичных дизельэлектрических силовых установок сдерживает прежде всего то, что большинство гибридов продаются в не знакомой с дизелем Америке.

Кроме того, дизельный мотор дороже бензинового, а это лишь увеличивает немалую цену гибрида.