Автомобильный двигатель как генератор электричества

В стандартном исполнении в автомобиле существуют два источника питания – генератор и аккумулятор. Разница между ними заключается в том, что АКБ накапливает электроэнергию, а автомобильный генератор ее вырабатывает. То есть это устройство преобразует механическую энергию от двигателя в электрическую с целью дальнейшего питания всех потребителей и заряда аккумулятора.

Функции генератора

При запуске двигателя пусковой ток на стартер подается от аккумулятора. Но сам аккумулятор не вырабатывает энергию, а только ее накапливает и потом отдает.

Если использовать для питания всех потребителей только АКБ, то она быстро разрядится.

Автомобильный генератор производит электроэнергию, заряжает АКБ и питает бортовую сеть автомобиля во время работы двигателя (при достижении им определенных оборотов вращения коленчатого вала).

Автомобильный двигатель как генератор электричества Автомобильный генератор

Генератор начинает вырабатывать электрический ток начиная с частоты вращения холостого хода, однако, на оптимальный режим работы он выходит при достижении двигателем 1600-1800 об/мин и более.

Виды генераторов

Выделяют два вида автомобильных генераторов:

постоянного тока;
переменного тока.

Первый вид генераторов в настоящее время уже не используется. Такие устройства устанавливались на старых моделях автомобилей (ГАЗ-51, Победа и др.). Они имеют много недостатков, такие как:

малая мощность и эффективность;
необходимость в постоянном контроле и обслуживании;
небольшой срок службы.

Сейчас применяются генераторы переменного тока. Главное их отличие в том, что вне зависимости от режима работы двигателя автомобильную сеть питает постоянный ток. Это достигается благодаря полупроводниковому выпрямителю.

Устройство генератора переменного тока

Работу любого генератора можно сравнить с электродвигателем, который работает в обратном режиме, то есть не потребляет, а вырабатывает ток.

По типу конструкции современные генераторы делятся на два вида: компактный и традиционный.

Они имеют общее устройство, но различаются в компоновке корпуса, вентилятора, выпрямительного узла и приводного шкива. Также у современных устройств имеется три фазы.

Автомобильный двигатель как генератор электричества Устройство генератора

Генератор состоит из следующих основных элементов:

привод со шкивом, подшипниками и валом;
ротор с обмоткой возбуждения и контактными кольцами;
статор с сердечником и обмоткой;
корпус, состоящий из двух крышек;
регулятор напряжения;
выпрямительный блок или диодный мост;
щеточный узел.

Разберем каждый элемент устройства отдельно и подробно.

Корпус

В корпусе находятся все основные элементы генератора. Он состоит из двух крышек (передняя и задняя). Крышки соединяются между собой болтами. Для изготовления крышек используют легкие сплавы алюминия, которые не намагничиваются и хорошо отводят тепло. В крышках есть вентиляционные отверстия и крепежные фланцы.

В задней крышке установлен диодный мост и щеткодержатель со щетками. Также в задней крышке расположен выводной контакт, по которому ток поступает от генератора.

Привод

Вращение от коленчатого вала передается на шкив генератора и вращает ротор. Частота вращения шкива больше частоты вращения коленвала в 2-3 раза. Крутящий момент от двигателя передается посредством ременной передачи. Могут использоваться поликлиновый и клиновый ремень в зависимости от конструкции. Поликлиновый ремень считается более универсальным и современным.

Ротор

На валу ротора находится обмотка возбуждения, которая создает магнитное поле и, по сути, представляет собой обычный электромагнит. Обмотка находится между двух полюсных половин (сердечников), необходимых для регулирования и направления магнитного поля.

Каждая из половин имеет по шесть треугольных выступов, называемых клювами. Также на валу ротора расположены два медных контактных кольца. Иногда они изготавливаются из стали или латуни. Через контактные кольца на обмотку возбуждения поступает питание от аккумулятора.

Контакты обмотки припаяны к кольцам.

Автомобильный двигатель как генератор электричества Ротор генератора

На переднем конце вала ротора находится приводной шкив, а на другом крепится крыльчатка вентилятора. Их может быть две. Они нужны для охлаждения внутренних деталей генератора. Также на обоих концах ротора установлены необслуживаемые шариковые подшипники.

Статор

Автомобильный двигатель как генератор электричества Статор

Конструктивно статор имеет форму кольца. Это основная деталь, служащая для создания переменного тока от магнитного поля ротора. Состоит из обмотки и сердечника. В свою очередь, сердечник состоит из соединённых стальных пластин, в которых образуются 36 пазов. В пазы навивается три обмотки, которые образуют трехфазное соединение. Может быть две схемы соединения обмоток: «звезда» и «треугольник». По схеме «звезда» концы каждой из трех обмоток соединены в одной точке. По схеме «треугольник» концы обмоток выводятся отдельно.

Выпрямительный блок или диодный мост

Выпрямительный блок выполняет задачу по преобразованию переменного тока генератора в постоянный, который необходим для питания бортовой сети автомобиля. Другими словами, он выдает напряжение стабильной и одинаковой величины.

Автомобильный двигатель как генератор электричества Диодный мост

Блок также называют диодным мостом, который состоит из двух радиаторных пластин (положительной и отрицательной) и диодов. На каждую фазу приходится по два диода. Сами диоды герметично вмонтированы в пластины. Диодный мост имеет форму подковы.

С обмотки статора ток поступает на диодный мост, затем «выпрямляется», и подается на выводной контакт на задней крышке.

Через диоды ток проходит только в одном направлении, при этом отсекаются токи обратной полярности. Диодный мост может находиться в корпусе генератора, а может быть вынесен за корпус. Но чаще всего он крепится на внутренней стороне задней крышки.

Регулятор напряжения

Регулятор поддерживает напряжение генератора в определенных пределах. В современных моделях применяются полупроводниковые электронные регуляторы напряжения. Они устанавливаются сверху блока щеткодержателей.

Автомобильный двигатель как генератор электричества Регулятор напряжения и щеточный узел

Когда двигатель работает на больших оборотах, то напряжение на обмотке статора может доходить до 16В. Такое напряжение не должно поступать в бортовую сеть. Чтобы это исключить, регулятор напряжения, получая ток от АКБ, будет снижать его значение. Малый ток на обмотке ротора будет создавать такое же малое магнитное поле. Это значит, что на обмотке статора будет понижаться напряжение.

Щеточный узел

Щеточный узел в современных генераторах объединен с регулятором напряжения в один неразборный механизм. Он передает ток возбуждения на медные контактные кольца ротора. Это простая конструкция, которая состоит из щеткодержателя, двух графитовых щеток и прижимающих пружин.

Принцип работы

Теперь разберем подробнее работу генератора переменного тока в автомобиле. При включении зажигания, на щеточный узел подается ток от аккумуляторной батареи. Через щеточный узел он попадает на медные контактные кольца, а затем на обмотку возбуждения ротора.

Напомним, что ротор, по сути, является электромагнитом, который создает магнитное поле. Коленчатый вал через шкив и ременную передачу начинает вращать ротор. Вокруг ротора расположен статор, который от вращения начинает вырабатывать переменный ток.

Когда вращение ротора достигает определенной частоты, обмотка возбуждения питается от самого генератора.

Через диодный мост переменный ток “выпрямляется” и преобразуется в постоянный, необходимый для питания бортовой сети. Так автомобильный генератор обеспечивает питание потребителей и подзаряжает аккумулятор. Регулятор напряжения изменяет работу обмотки возбуждения при возрастании частоты вращения ротора. Таким образом поддерживается стабильная нагрузка.

В салоне автомобиля на приборной панели есть контрольная лампа генератора, которая показывает состояние устройства. Например, лампа может загореться при обрыве ремня. Тогда питание сети будет идти только через аккумулятор. Продолжительность работы в этом случае будет зависеть от уровня заряда АКБ.

Параметры генератора

Работу генератора оценивают по нескольким параметрам:

номинальный ток и номинальное напряжение;
номинальная частота возбуждения;
частота самовозбуждения;
коэффициент полезного действия (КПД).

Номинальное напряжение для бортовой сети автомобиля от генератора 12В или 24В. Токоскоростная характеристика показывает зависимость силу тока от частоты вращения генератора.

Автомобильный двигатель как генератор электричества Характеристика генератора

Напряжение генератора можно измерить мультиметром. При всех выключенных потребителях без нагрузки на холостом ходу мультиметр должен показывать напряжение в пределах 14,3В – 15,5В. Если напряжение после запуска двигателя свыше 14В, то это может говорить о разряде АКБ и зарядке его генератором. При поочередном включении потребителей (фары, подогрев, кондиционер и т.

д.) напряжение уменьшается примерно на 0,2 после каждого включения. Но в итоге напряжение не должно снижаться ниже 12,8В. Если значение меньше, то аккумулятор начнет разряжаться. Если напряжение, наоборот, сильно высокое (14В и выше), то это может привести к выходу АКБ из строя. При этом на выходе самого аккумулятора напряжение должно быть в пределах 12,6В – 12,7В.

Напряжение генератора под нагрузкой может отличаться от номинальных значений 12В. После включения всех потребителей тока значение должно быть в пределах 13,5В – 14В. Если ниже, то это может указывать на неисправность устройства. Допустимым пределом считается 13В.

На картинке ниже показана подробная схема подключения генератора в автомобиле.

Автомобильный двигатель как генератор электричества Схема подключения генератора

Мощность автогенератора

Если включить все энергоемкие приборы в автомобиле, то генератор может не справляться с нагрузкой и часть энергии будет отдавать аккумулятор.

Чтобы рассчитать мощность генератора достаточно воспользоваться простой формулой из школьного курса P = I * U, где Р – мощность, I – сила тока, U – напряжение.

Мы узнали, что напряжение на выходе генератора должно быть в районе 13,5В – 14,2В. Сила тока у разных моделей может отличаться. В среднем это от 80А до 140А. Возьмем среднее значение в 100А.

По формуле получаем 13,5В*100А = 1 350 Вт или 1,35 КВт. Это и есть мощность генератора, которая измеряется в Ваттах. Нужно также учитывать, что это максимальное значение, которое достигается при определенных оборотах двигателя, как правило, от 3000 об/мин и выше.

На холостом ходе выдаваемая мощность равняется 75% от максимально возможной. Считается, что для автомобиля хватает 80А. Если применить более мощный автогенератор, то бортовая сеть может не справиться с нагрузкой. Нужно это учитывать.

Большая мощность не всегда идет на пользу.

Основные неисправности

Устройство довольно надежное и должно работать продолжительное время, но некоторые компоненты могут выходить из строя по разным причинам. Неисправности могут иметь механический или электрический характер.

Так как генератор автомобиля и аккумулятор работают неотъемлемо друг от друга, при неисправности любого из устройств загорится лампа разряда аккумулятора, а также может загореться индикатор “Check Engine”. Проверить состояние аккумулятора и диагностировать неисправность можно с помощью универсального автомобильного сканера Rokodil ScanX Pro.

Автомобильный двигатель как генератор электричества Rokodil ScanX Pro

На неисправность, связанную с генератором или плохим электрическим соединением в цепи управления часто указывают ошибки P0620 и P0622.

Механические неисправности

Главной возможной поломкой может быть обрыв приводного ремня. В этом случае вращение от коленвала на ротор не будет передаваться. Всю нагрузку на себя берет аккумулятор, который начнет разряжаться. Это покажет контрольная лампа в салоне автомобиля. Чтобы избежать обрыва ремня, нужно периодически проверять его состояние и натяжение.

Также может случиться простой износ графитовых щеток. В этом случае надо менять весь щеточный узел.

Электрические неисправности

Неполадки с электрикой в генераторе случаются нередко, и заметить их трудно. Может возникнуть замыкание в обмотках возбуждения ротора или статора, обрыв обмотки.

Может выйти из строя регулятор напряжения, что чревато большими проблемами для всей электроники и АКБ. Также случается так называемый пробой диодного моста по различным причинам. Нельзя отключать генератор или АКБ во время работы двигателя.

Также нужно следить за надежностью соединений, чистить клеммы и т.д.

Каждому водителю нужно знать устройство и принцип работы автомобильного генератора. Это поможет избежать многих проблем, которые могут возникнуть с устройством. Нужно регулярно следить за компонентами генератора. Проверять натяжение и состояние приводного ремня, крепление устройства, напряжение и другое. При правильной эксплуатации устройство прослужит исправно долгие годы.

Как тебе такое, Илон Маск? Британцы создали генератор, который делает из любого авто электрокар

Технология HPD, которую разработали британцы из Swindon Powertrain, похожа на технологию использования «мягких гибридных систем», которую уже предлагает ряд производителей, в том числе Audi.

В базовой конфигурации компактный электрический бесщёточный двигатель на постоянных магнитах, мощностью 110 лошадиных сил, подключается к обычной бортовой сети. Электричество, которое вырабатывается при движении автомобиля, накапливается в специальных встроенных аккумуляторах.

Накопленная энергия позволяет автомобилю некоторое время проехать исключительно на электрической тяге.

Китайцы показали конкурента российского Aurus Komendant

Если верить описанию устройства, размеры аккумулятора позволяют установить его на переднюю или заднюю ось любого колёсного транспорта — автомобиля, грузовика, автобуса, квадроцикла.

ОЕМ-решение монтируется вместе с традиционной коробкой передач — электродвигатель, по словам разработчиков, не будет вредить уже существующим и используемым автопроизводителями приводам и редукторам, которые устанавливаются на трансмиссионную ось в машинах с задним — «классическим» приводом.

Дешевле, чем бензин? Сколько на самом деле стоит ездить на электромобиле

По своей механике HPD от Swindon Powertrain ничем не отличается от EV-решений для современных гибридных автомобилей — для британского электродвигателя, по словам создателей, можно докупить высоковольтную батарею и зарядное устройство. После таких заявлений возникает закономерный вопрос: а можно ли переоборудовать любую машину в гибрид? Спойлер — можно. И это очень плохая новость для Tesla, Toyota и вообще любого производителя гибридных и электрических систем.

Экономия на покупке гибрида — спорный вопрос, который порождает ожесточённые споры по сей день. Переплатить 20–30% от цены бензиновой машины или на эти же деньги заправляться в течение пары лет? На этот вопрос каждый автомобилист ответит сам.

Экономику от владения исключительно электрической машиной по сравнению с бензиновой мы уже считали ранее, и теперь настало время выяснить, есть ли смысл переделывать собственный автомобиль в гибридный.

У технологии поддержки бензиновой силовой установки электричеством есть как достоинства, так и недостатки.

Илон Маск, ты доволен? Число электромобилей в России за год выросло вдвое

Достоинства. Крутящий момент и сильное ускорение как со старта, так и в движении. Сниженный на 30–40% расход топлива при движении в городе. Снижение износа деталей и экономия на расходных материалах (тормозные диски, колодки).

Недостатки. Сложность ремонта и обслуживания гибридных и электрических систем. Повышенный расход заряда батареи в холодное время года. Ненадёжность элементов питания в случае ДТП (возможны возгорания), износ АКБ, выход из строя электродвигателей, небольшой ресурс (до пяти лет у гибридных и электрических систем предыдущего поколения).

Выживаем без нефти. Можно ли ездить на электромобиле в городе?

Директор автосервиса по ремонту и обслуживанию электромобилей Ринат Шайхутдинов отмечает, что главное вложение денег владельцу гибрида или электромобиля предстоит сделать, если из строя выйдет электродвигатель или аккумуляторная батарея.

Директор автосервиса по ремонту и обслуживанию электромобилей

Самое сложное в истории с электродвигателями от британской Swindon Powertrain — это цена системы. Коммерческий комплект, в который входит только генератор и комплект для подключения установки к автомобилю, стоит 7900 долларов. Это 555 тыс. рублей по курсу на конец мая 2020 года.

Производитель заверяет, что автомобиль сразу после установки получает топливную эффективность на уровне современных гибридов, то есть те же (плюс-минус) 20% к топливному циклу в городе. Сложно посчитать, за какое время окупится комплект электрогенератора, но при средних расходах в две-три (реже пять тыс.

рублей в неделю) за полный бак бензина речь может идти о временном отрезке примерно в четыре-пять лет, что подталкивает потенциального покупателя системы к той же проблеме, что и владельцев гибридных авто.

Автомобильный двигатель как генератор электричества

Директор строительной компании и по совместительству владелец гибридного автомобиля Lexus RX-450h Артур Комков отмечает, что не ощущает особенной разницы между гибридной машиной и внедорожником исключительно с двигателем внутреннего сгорания.

Директор строительной компании и владелец гибридного автомобиля

Первый электромобиль «Лада» продают за миллион рублей

А вот родоначальнику серийных электромобилей Илону Маску, да и всем автомобильным производителям вообще стоило бы напрячься.

История с генератором от High Power Density (HPD) от Swindon Powertrain — это скорее не про конечного потребителя как автомобилиста, а про покупку технологий.

Инженер-разработчик альтернативных энергетических систем на транспорте Игорь Лошаков отмечает, что от существующих систем, применяемых автопроизводителями, британский генератор выгодно отличается.

Инженер-разработчик альтернативных энергетических систем на транспорте

По словам Лошакова, с точки зрения удобства использования в серийном производстве британский генератор отличается от существующих «мягких» гибридных генераторов тем, что в нём почти нет трущихся поверхностей, а это положительно влияет на ресурс и, как следствие, на стоимость. Никто из автопроизводителей, кроме Tesla, таких решений в последние годы не предлагал, даже крупные концерны вроде Volkswagen, Volvo или GM не располагают успешными серийными машинами.

Водители Tesla не смогли открыть электрокары из-за сбоя в приложении

Создатель системы электромагнитного демпфирования для колёсной бронетехники Пётр Стожаров по нашей просьбе изучил схему работы британского электромагнитного генератора и пришёл к выводу, что в случае грамотного внедрения такого устройства в серийные автомобили потребность в электрических машинах может исчезнуть на ближайшие десятилетия.

Изобретатель, создатель системы электромагнитного демпфирования

Обычный среднеразмерный кроссовер (например, Toyota RAV-4 или аналогичный ему) с таким генератором, по словам Стожарова, сможет проехать почти вдвое большее расстояние.

Изобретатель, создатель системы электромагнитного демпфирования

Другая сторона вопроса, как отметил изобретатель, это удорожание машины из-за появления новой системы. В системе не будет никакого смысла, если с текущей отметки в 1,7 млн за новый импортный кроссовер цена на автомобиль взлетит почти до 3 млн рублей — с учётом почти восьми тыс. долларов и расходов на переоборудование производства.

Идеальный показатель в этом отношении — удорожание стоимости не более чем на 10% в расчёте на один автомобиль.

Как отметил Пётр Стожаров, если автогиганты вовремя включатся и купят эту технологию, а затем сумеют интегрировать её в серийное производство без сотен миллионов дополнительных расходов, спрос на электромобили может обрушиться. По крайней мере, до того момента, когда на Земле не закончится нефть.

Обозрение. Все типы гибридов: Скрестив бензин с электричеством

К сожалению, отменить светофоры, пробки и нерегулируемые перекрестки вряд ли возможно. Значит, автомобили и впредь будут разгоняться и тормозить. А потому идея запасти кинетическую энергию, бесполезно переводимую в нагрев и износ тормозов, чрезвычайно популярна.

Строго говоря, БМВ-118d не настоящий гибрид, хотя и способен запасать энергию в аккумуляторе при выбеге.

ULTRA LIGHTS

«Ультралегкие» гибриды — это изобретение автора. Строго говоря, автомобиль, не использующий электродвигатель для перемещения, гибридом называться не должен. Но все же я буду настаивать на том, чтобы их так называли. Хотя бы потому, что эти машины способны запасать кинетическую энергию, пусть и для других целей. Такие системы применяют в современных БМВ и «Ауди».

Умный генератор вырабатывает ток при торможении и освобождает мотор от лишней нагрузки в ходе разгона. При равномерном движении действует по обстоятельствам, в зависимости от числа потребителей и степени зарядки батареи.

Принцип достаточно прост: поскольку генератор отбирает мощность мотора, можно оптимизировать его работу, сняв с двигателя лишнюю нагрузку во время разгона и добавив — при торможении.

Во время относительно равномерного движения все зависит от текущего баланса потребителей: если их немного, то вполне хватает возможностей батареи. Как только уровень заряда упадет ниже определенного значения, генератор включится снова.

Для этого понадобится продвинутое управление процессом зарядки (необходимо учитывать гораздо больше факторов, чем по силам банальному реле-регулятору, который служит автомобильному делу более полусотни лет) и вдобавок иные характеристики аккумуляторной батареи.

Результат действия системы, впервые показанной БМВ как часть концепции эффективной динамики, — снижение расхода топлива на 0,2–0,3 л/100 км и незначительное улучшение разгона.

Ныне подобные устройства нашли применение на БМВ 1-й и 3-й серий, а также на экологичных дизельных «Ауди» с индексом «е». Впрочем, это только начало. Ведь интеллектуальное управление зарядом батареи необходимо и для систем «старт-стоп». Это уже реализовано на 4-цилиндровых БМВ с механическими коробками передач.

«Лексус-LS 600h» — один из наиболее технически сложных гибридов. Он оснащен 8-цилиндровым бензиновым двигателем с непосредственным впрыском топлива, привод полный. К 290 кВт и 520 Н·м бензинового мотора добавляются 165 кВт и 300 Н·м электрического.

LIGHTS

«Легкие» гибриды — попытка превратить обычный автомобиль в гибрид с наименьшими затратами. Как любой компромисс, он не лишен недостатков и выделяется в первую очередь неспособностью перемещаться исключительно на электротяге.

Тем не менее положительных сторон больше, чем отрицательных: заметное уменьшение расхода топлива в городе и улучшение динамики разгона (имеется в виду прежде всего так называемый rolling start и эластичность).

Реальный выигрыш может превышать 20%.

Основные элементы гибридного авто «Мерседес-Бенц S400 BlueHYBRID».

Узнать легкий гибрид можно по незначительной — обычно не более 20 кВт — мощности электродвигателя. Самым коммерчески успешным примером стала, конечно, «Хонда-Сивик Гибрид», с виду почти не отличающаяся от обычного «Сивика». Первое поколение этих машин появилось в 2003 году.

Под их капотом 1,8-литровый бензиновый мотор уступил место 1,3-литровому с 15-киловаттным электрическим помощником. Расположенный между мотором и коробкой передач электродвигатель помогал при разгоне и работал в качестве генератора, заряжая никель-металлгидридную батарею напряжением 156 В.

Второе поколение машин, выпускаемое с 2006 года, оснастили вариатором и новой системой регулирования фаз газораспределения i-VTEC, которая полностью закрывает клапаны неработающего мотора, уменьшая насосные потери и торможение двигателем.

Таким образом, гибридный «Сивик» научился ездить на чистой электротяге, став единственным пока легким гибридом, умеющим это делать.

2-Mode Hybrid — вариант, предполагающий использование двух электромоторов по 22 кВт и планетарного делителя. Главные объекты — полноразмерные вседорожники и пикапы «Дженерал моторс».

Гибридизация от Continental позволяет полностью вписаться в моторный отсек. Литий-ионная батарея превосходно располагается на месте обычного свинцово-кислотного аккумулятора.

Похожую схему избрал «Мерседес-Бенц», который собирается в нынешнем году предложить гибридный автомобиль на базе S-класса.

На «Мерседес-Бенце S 400 BlueHYBRID» электромотор мощностью всего 20 кВт расположен между бензиновым двигателем и 7-ступенчатым гидромеханическим автоматом.

Ездить на электротяге «Мерседес» не умеет, зато оснащен электрическим компрессором кондиционера — значит, не потребуется жертвовать комфортом в пробке или на светофоре, когда бензиновый мотор выключен.

Устройство «Лексуса- LS 600h»: 1 — управляющий блок (PSU); 2 — бензиновый двигатель V8 объемом 5 л; 3 — гибридная трансмиссия; 4 — двухступенчатый редуктор; 5 — никель-металлгидридная батарея, 288 В; 6 — электронно-управляемая тормозная система с функцией регенерации.

Устройство «Лексуса- LS 600h»: 1 — управляющий блок (PSU); 2 — бензиновый двигатель V8 объемом 5 л; 3 — гибридная трансмиссия; 4 — двухступенчатый редуктор; 5 — никель-металлгидридная батарея, 288 В; 6 — электронно-управляемая тормозная система с функцией регенерации.

Выигрыш в динамике невелик лишь на первый взгляд. Несмотря на то что электродвигатель развивает всего 20 кВт, его крутящий момент достигает 160 Н.м. Это больше половины того, что дает бензиновый мотор.

Соответственно заметен и его вклад в динамике, а не в максималке. Наибольший выигрыш достигается в разгоне с малых скоростей или при обгоне в диапазоне 60–120 км/ч.

А вот старт с места практически не меняется — с гидромеханической трансмиссией крутящий момент бензинового двигателя множит гидротрансформатор.

MEDIUM

Полноценные, или, как их еще называют, «тяжелые», гибриды умеют ездить, используя и бензиновый, и электрический двигатели, а также сочетание их мощи в любой пропорции. Эти машины сегодня наилучшим образом представлены марками «Тойота» и «Лексус».

Стараниями крупнейшего производителя автомобилей и японской корпорации «Айсин» (агрегаты трансмиссии) была разработана одна из наиболее удачных схем. Двигатель автомобиля приводит генератор, занявший в трансмиссионном агрегате место традиционной коробки передач.

Но соединены они не жестко, а через планетарный делитель, который, в свою очередь, дает выбор мотору — вращать колеса или генератор. Он же отвечает за пуск двигателя на ходу, ненадолго замыкая трансмиссию.

Модуль гибридной трансмиссии фирмы Aisin для полноприводного автомобиля: 1- генератор; 2 — планетарный делител; 3 — электродвигатель; 4 — двухступенчатый планетарный редуктор; 5 — межосевой дифференциал повышенного трения Torsen.

Далее располагается электродвигатель и еще один планетарный редуктор, который работает в режиме двухступенчатой коробки передач, изменяя передаточное число между электродвигателем и трансмиссией.

Оказывается, двух передач (1,9:1 и 3,9:1) достаточно для эффективной работы привода во всех диапазонах скоростей.

Привычной коробки у автомобиля нет — суммарный крутящий момент бензинового мотора и электродвигателя позволяет обходиться всего двумя ступенями.

Гибридный «Шевроле-Тахо» может перемещаться на электротяге. Справа под капотом инвертор, преобразующий ток для управления тяговыми электромоторами. Под задним сиденьем — никель-металлгидридная батарея.

В режиме Hybrid выбор — в пользу наиболее экономичного перемещения. Power предполагает максимальное использование электродвигателя как «бустера», улучшающего динамику автомобиля. Зимний режим Snow вводит ограничение по крутящему и тормозному моментам для максимально эффективного сцепления с дорогой.

Спортивный режим трансмиссии «Лексуса-LS600h» предлагает восемь уровней торможения двигателем и соответственно скорости и интенсивности реакции на педаль газа, имитируя работу 8-ступенчатой автоматической трансмиссии.

При обычном разгоне автомобиль трогается только за счет электродвигателя, а бензиновый мотор подключается по мере надобности.

Помните прибор под названием «эконометр»? Вот его современное воплощение в «Лексусе-LS 600h». Стрелка показывает зарядку, разрядку или экономичную езду, при которой «гибридность» не используется.

Литий-ионная батарея заключена в безопасный стальной корпус. Это необходимость, потому что при высокой концентрации энергии в небольшом объеме короткое замыкание вызовет настоящий взрыв.

Современный гибрид немыслим без эффективных аккумуляторов. Литий-ионные — лучшее на сегодняшний день решение. Хотя технологиями компактных пластинчатых элементов пока владеют немногие. Этот изготовлен работниками опытного производства «Ниссан».

Система, применяемая компанией «Дженерал моторс» на гибридном вседорожнике «Шевроле-Тахо», несколько иная: в ней отсутствует вторая планетарная передача, но вместо одного электромотора — два, по 22 кВт.

Этого достаточно, чтобы бензиновый двигатель обходился без традиционной коробки передач, а автомобиль в целом мог перемещаться исключительно на электротяге. Название 2-Mode Hybrid Transmission означает два режима работы.

В первом, при минимальных скоростях и нагрузках, в зависимости от состояния аккумуляторов можно двигаться как за счет одних электродвигателей, так и с помощью бензинового 5,3-литрового мотора.

Второй режим работы, напротив, предназначен для движения с высокой скоростью по шоссе: он исключает влияние электродвигателей, что повышает КПД трансмиссии и снижает расход бензина. Более того, при благоприятных условиях автоматика отключает четыре из восьми цилиндров мотора. В таком режиме «Шевроле-Тахо» способен пройти 22 мили на галлоне бензина, что соответствует примерно 10,7 л/100 км. Неплохой результат для автомобиля такого размера!

FULL FLAVOUR

Их называют range extender (в буквальном переводе — удлинитель). Впрочем, речь идет пока об опытных образцах, которые не подтверждают заявленных характеристик. Гибриды такого класса — это, по существу, электромобили, оснащенные вспомогательным бензиновым или дизельным двигателем.

Шасси раннего прототипа «Шевроле-Вольт» объединяет бензиновый двигатель (предположительно «Опель-ЭКОТЕК» 1,4 л с турбонаддувом), литий-ионную батарею (расположена в трансмиссионном тоннеле) и электродвигатель переменного тока с инверторной системой управления.

Прототип силового агрегата для «легкого» гибрида «Дженерал моторс» отличается от обычного двигателя только мощным стартер-генератором с жидкостным охлаждением. Более того, он может оказывать помощь мотору при трогании и ускорении.

Основное отличие в эксплуатации — крайне желательна ежедневная подзарядка от сети. Основной режим для «бензоудлинителя» — городской. При запасе хода 100 км и более в ежедневных поездках по городу вообще нет необходимости использовать двигатель внутреннего сгорания.

Ну а если электричество «кончится», то бензиновый мотор теоретически в состоянии обеспечить беспроблемное путешествие до ближайшей розетки. Его задача не заряжать аккумуляторы, а лишь поддерживать примерно 30-процентный уровень заряда.

КПД невысок, но подразумевается, что «бензиновый» пробег для машины скорее исключение, чем правило.

Механической связи с колесами мотор такого гибрида не имеет вовсе, то есть лишается одного из важнейших преимуществ гибридной трансмиссии — улучшения динамики за счет совместной работы электродвигателя и ДВС.

Первым серийным автомобилем этого класса должен стать «Шевроле-Вольт», производство которого обещают начать в 2010 году.

Примерно таким будет серийный «Шевроле-Вольт» — первый гибрид класса range extender. Если производство начнется по плану, то в 2010 году.

Примерно таким будет серийный «Шевроле-Вольт» — первый гибрид класса range extender. Если производство начнется по плану, то в 2010 году.

О ВРЕДЕ ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ

Какая из концепций гибридного привода победит? Однозначного ответа нет. Вполне вероятно, что «бензоудлинители» окажутся востребованными в Северной Америке при доступных ценах на электроэнергию и высоких — на бензин. Гибриды аналогичного типа планирует выпускать и «Мерседес-Бенц». Компоновка его компактных моделей еще много лет назад была сделана с этим прицелом.

«Тойота» устами президента компании Кацуаки Ватанабе подтвердила запуск в серию подзаряжаемого (Plug-in) гибрида с литий-ионными батареями в 2010 году. А пока технологию отрабатывают на «Тойоте-Приус» второго поколения.

Впрочем, еще вероятнее, что дуэт «Тойоты» и «Айсина» окажется более удачливым и им удастся постепенно увеличивать электрическую составляющую гибридных трансмиссий. Прототип «Тойоты-Приус» с возможностью подзарядки уже способен преодолеть на электротяге 10 км в городском цикле.

Для полной зарядки батарей от сети 220 В требуется менее двух часов. Автомобиль третьего поколения с литий-ионными аккумуляторами будет способен на заметно лучшие результаты.

Подзарядка аккумуляторов от внешнего источника позволяет превратить их из сомнительного накопителя кинетической энергии в реальный «топливный бак» (пусть даже на порядок уступающий бензиновому).

Единственный вопрос, который остается, — цена на бензин. Настоящий кризис оказался экономическим, а не топливным. А когда топливо дешевеет, дорогостоящие программы развития гибридных трансмиссий и силовых установок могут серьезно повредить финансовому здоровью автомобильных производителей.