Прототип автомобиля с гибридным двигателем появился еще в конце 19 столетия. Сегодня он представляет собой транспортное средство, способное при небольшой скорости не использовать топливо, а осуществлять движение за счет электрической энергии.
Гибридный двигатель – это система, состоящая из электрического и топливного двигателей. При этом, в период работы каждый может быть задействован как по отдельности, так и оба в независимых циклах.
Устройство и принцип работы
Самый распространенный режим работы гибридного двигателя заключается в том, что при движении авто на небольшой скорости, например, в черте города, используется его электрический блок. При движении машины по трассе – в работу включается двигатель внутреннего сгорания (ДВС). В случае большой нагрузки, например, при резких подъемах в гору, в работу включаются оба двигателя.
- Безусловно, к плюсам такого устройства можно отнести то, что при использовании электрического двигателя, значительно сокращается расход топлива, так как он работает от постоянно восполняемой энергии аккумулятора.
- Возможность, хотя бы отчасти, снизить количество выбрасываемых вредных веществ в воздух – еще один плюс гибридной системы автомобиля.
- Гибриды характеризуются малой мощностью, которую помогает компенсировать ДВС.
Двигатели в гибридах могут быть как бензиновые, так и дизельные. Более того, производители газобаллонного оборудования (ГБО) разработали системы способные работать на этих автомобилях.
Пример конструкции гибрида
Устройство гибрида включает в себя:
— Двигатель внутреннего сгорания. Его устройство и размеры сконструированы таким образом, что позволяет снизить вес, вредные выбросы и расход топлива.
— Электродвигатель разработан с учетом особенностей гибрида. Его сделали не только сгенерировано работающим с топливным блоком, но и уделили особое внимание показателям мощности. Параллельно он вырабатывает энергию для подзарядки АКБ автомобиля. Может быть выполнен встроенным в силовую установку или размещаться отдельно от неё, в некоторых моделях используются сразу оба варианта.
— Трансмиссия. Работа трансмиссии гибрида фактически совпадает с ее устройством на обычных автомобилях. Но, в зависимости от вида гибридного двигателя, они могут отличаться.
Коробки передач в них бывают, как гибридные с интегрированным электродвигателем, так и обычные механического и автоматического исполнения. Например, трансмиссия автомобиля Toyota устроена с разветвлением потоков мощности.
Двигатель такого типа работает в режиме плавных нагрузок, что помогает значительно экономить расход топлива.
— Топливный бак. Необходим для питания топливом ДВС. Для наглядности того, что топливная система имеет ряд преимуществ, хотелось бы привести один факт в пользу этого: энергия, получаемая при сгорании 1 литра бензина сопоставима с энергией, вырабатываемой аккумулятором весом около 450 кг.
— Аккумулятор. Его главная функция – выработка достаточного уровня энергии для работы электродвигателя. В авто используется две батареи, высоковольтная и обычная на 12 (В) для питания бортовой сети. Изначально до запуска всех систем питание идет только от стандартного аккумулятора, так как для работы высоковольтной батареи и инвертора необходимо постоянное охлаждение.
-Инвертер преобразует постоянный ток высоковольтной батареи в переменный трехфазный для электродвигателя и наоборот. Также регулирует распределение энергии и управляет электродвигателем.
— Генератор. Его принцип работы такой же как у электродвигателя, но направлен на вырабатывание электрической энергии.
3 типа гибридных агрегатов
Как было уже отмечено ранее, гибридная система автомобиля представляет собой комбинирование моторов, своего рода, две разных скрещенных технологии. Технику гибридного привода характеризуют в двух направлениях – это двухтопливный или бивалентный и гибридный силовой агрегат.
Данное разделение на две комбинации силовых агрегатов определено для их классификации по разному принципу работы.
Устройство гибридного силового агрегата включает в себя двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель-генератор. Таким образом, электродвигатель это и генератор энергии, и тяговый электродвигатель, и стартер для пуска ДВС.
Существует три типа гибридного силового агрегата. Главным критерием для классификации служит исполнение основной конструкции. Следовательно, выделяют: микрогибридный силовой агрегат, среднегибридный силовой агрегат и полногибридный силовой агрегат.
Микрогибридный силовой агрегат
Концептуальная особенность данного типа привода заключается в его электрической части, которая необходима только для выполнения функции «старт-стоп». При этом, часть выработанной кинетической энергии повторно используется как электроэнергия (процесс рекуперации).
Микрогибрид от компании Mazda
Среднегибридный силовой агрегат
Электрический привод помогает работе двигателя внутреннего сгорания. При этом, движение гибрида лишь за счет электротяги не осуществляется. У данного типа гибридного мотора электрическая энергия регенерируется при торможении, а затем накапливается в высоковольтной аккумуляторной батарее.
Полногибридный силовой агрегат
Работа двух моторов: электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания, в данном типе комбинируется между собой. Полногибридный тип позволяет машине двигаться только за счет электрической тяги и достаточно большое расстояние. При определенных условиях силовой агрегат функционирует как среднегибридный.
Функция «старт-стоп» реализована для двигателя внутреннего сгорания, который запускается только при необходимости. А разъединение ДВС с электродвигателем осуществляется за счет установленного сцепления между ними, поэтому они могут функционировать независимо друг от друга.
Схемы взаимодействия работы электродвигателя и ДВС
Автомобили-гибриды сконструированы по трем схемам взаимодействия двигателей. Рассмотрим каждую из них.
Последовательная схема взаимодействия
Данный принцип устройства представляет собой самый простой вариант автомобильного двигателя-гибрида. Его схема работы такая: крутящий момент от двигателя внутреннего сгорания идет к генератору.
Затем генератор вырабатывает необходимое для работы электричество и передает его в аккумулятор. Дополнительно подзаряд аккумулятора осуществляется и путем процесса рекуперации кинетической энергии.
В этой схеме движение автомобиля осуществляется лишь за счет электрической тяги.
Положительные стороны последовательной схемы:
- Работа двигателя внутреннего сгорания осуществляется на неизменных оборотах.
- Не возникает необходимости в двигателе с большой мощностью и потреблением топлива.
- Коробка передач, как и сцепление здесь не нужны.
- Электрическая энергия высоковольтной АКБ гибрида позволяет двигаться автомобилю с заглушенным ДВС.
Отрицательные стороны последовательной схемы:
- На этапах преобразования энергии происходит ее потеря.
- Габариты и стоимость АКБ достаточно высокие.
Самый яркий представитель гибридного автомобиля с последовательной схемой взаимодействия Chevrolet Volt
Если говорить о самом подходящем варианте движения автомобиля с последовательной схемой взаимодействия, то это городской трафик с частыми остановками, когда постоянно в работу включается система рекуперации энергии.
Параллельная схема взаимодействия
Такое название эта схема получила потому что, двигатели авто работают постоянно вместе. Принцип работы данного типа взаимодействия двух модулей происходит за счет электроники авто, электродвигателя и ДВС. Оба двигателя соединены с коробкой передач по средствам планетарной передачи.
Блок управления распределяет крутящий момент от обоих двигателей в зависимости от режима движения автомобиля. Двигателю внутреннего сгорания отведена более важная роль, а электродвигатель запускается при необходимости дополнительной тяги, например, когда авто резко ускоряется. При торможении или плавном движении электромотор работает как генератор электроэнергии.
Электромотор внедрен в коробку передач BMW 530E iPerformance
Существуют модификации с электродвигателем отдельно от ДВС, они представляют собой сложную систему, но в тоже время эффективную. Этот модуль состоит из двух электромоторов, тягового соединенного через планетарную передачу со вторым, который служит генератором и стартером.
В такой схеме ДВС не связан напрямую с колесами, что позволяет постоянно передавать часть момента генератору и подзаряжать батарею.
Силовая установка параллельного гибрида с независимыми электромоторами
Положительные стороны параллельной схемы:
Так как основная работа отведена ДВС, то не возникает необходимости в установке мощной высоковольтной батареи. Двигатель внутреннего сгорания напрямую связан с ведущими колесами, поэтому потери энергии значительно меньше.
Отрицательные стороны параллельной схемы:
Самый главный минус данной схемы – это больший расход топлива в сравнении с другими схемами взаимодействия двигателей. Получается, что сэкономить на городском трафике не получится, наиболее удачным вариантом будет движение по трассе.
Последовательно-параллельная схема взаимодействия
Уже само название этой схемы указывает на то, что данный тип – это вариант совмещения двух ранее рассмотренных схем: последовательной и параллельной.
Движение автомобиля на низкой скорости и его старт с места осуществляется только за счет силы электрической части. ДВС поддерживает работу генератора авто, как при последовательной схеме взаимодействия.
Передача крутящего момента от ДВС на колеса происходит при движении на большой скорости.
При высоких нагрузках, требующих повышенной мощности, генератор автомобиля может не выдать нужное количество энергии, и в таком случае электродвигатель питается дополнительно от аккумулятора, как при параллельной схеме взаимодействия.
В данной схеме предусмотрен дополнительный генератор, он подзаряжает АКБ. Электродвигатель необходим только для привода ведущих колес и для обеспечения рекуперативного торможения.
Часть крутящего момента, переходящая от двигателя внутреннего сгорания, уходит на ведущие колеса, а некоторая его часть – для работы генератора, который в свою очередь питает электродвигатель и заряжает АКБ.
За направление крутящего момента на колеса, генератор или электродвигатель и его соотношении отвечает планетарный механизм – распределитель мощности. Регулировкой подачи мощности из генератора и батареи занимается электронный блок управления автомобиля.
Также эта технология применяется и на гибридных полноприводных авто. На передней оси установлен ДВС с электродвигателем по параллельной схеме, а на задней только электродвигатель имеющий связь с ДВС по последовательной схеме.
Полноприводный гибрид от компании Mitsubishi
Положительные стороны последовательно-параллельной схемы:
Не сложно догадаться, что неоспоримым плюсом данной схемы гибрида является его большая экономичность топлива в сочетании с хорошими мощностными характеристиками. Ценители природы оценят ее экологичность.
Отрицательные стороны последовательно-параллельной схемы:
Среди отрицательного – это более сложная конструкция по сравнению с предыдущими схемами, и как следствие, большая цена. Поскольку необходим дополнительный генератор, емкая АКБ и сложная электронная схема управления.
Заключение
Мы рассмотрели все типы гибридов и схемы их взаимодействия, но в целом существует множество видов, которые сложно отнести к одной из них, поскольку с течением времени технологии все больше смешиваются и дорабатываются.
На одних используют гидромуфты с редуктором вместо планетарной передачи, на других экспериментируют с задним расположением ДВС или вообще разносят по двум осям ДВС и электродвигатель. Конструкторы не останавливаются на достигнутом и все больше развивают это направление.
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.
Диагностика авто перед покупкой — что нужно знать
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.
Гибридные автомобили: какими они бывают и зачем они нужны
Электромобили пока стоят дорого и требуют частой зарядки. Если вам нужен экономичный транспорт на каждый день, лучше присмотреться к гибриду. Рассказываем, как работает гибридный автомобиль, в чем его преимущества, и что нужно знать перед покупкой.
Принцип действия гибридного автомобиля
Слово «гибридный» означает «смешанный». Гибридные автомобили используют два источника энергии — горючие нефтепродукты и электричество. В таких машинах больше одного мотора. Силовые агрегаты работают вместе, передавая мощность на колеса через сложную трансмиссию.
Обычно электромотор помогает двигателю внутреннего сгорания в сложных ситуациях: при подъеме, при старте со светофора, при обгоне. Обороты основного мотора снижаются, замедляется износ, сокращается расход топлива, а динамика остается такой же или улучшается.
Принцип работы некоторых гибридов позволяет авто стартовать на электротяге. Лучшие модели проезжают до 50–100 км без запуска двигателя внутреннего сгорания — в городе они едут бесшумно, с нулевым выхлопом.
Есть и гибридные автомобили, в которых одна ось приводится бензиновым двигателем, а вторая — электрическим. Это позволяет повысить проходимость и улучшить управляемость, не усложняя схему автомобиля и почти не увеличивая расходы на его обслуживание.
Преимущества и недостатки гибридов
Главный плюс гибридного автомобиля — меньший расход топлива. Toyota Prius 2021 года потребляет 4,3 литров бензина на 100 км в смешанном цикле. Сопоставимая по мощности Skoda Octavia 1,6 MPI расходует 7,5 литров топлива в тех же условиях. При среднем годовом пробеге 16 000 км и стоимости бензина 50 рублей за литр машины потратят:
- Skoda Octavia — 7,5 * (16 000 / 100) * 50 = 7,5 * 160 * 50 = 60 000 рублей;
- Toyota Prius — 4,3 * 160 * 50 = 34 400 рублей.
Годовая экономия — 25 600 рублей.
Если учесть, что Toyota Prius может заряжаться от сети и проезжать около 30 км на электротяге, мы получим еще более впечатляющую цифру. Разделив среднегодовой пробег на число рабочих дней в году, получим 60 км в день. Половину из них гибрид проезжает на электричестве, затрачивая 5 кВт*ч энергии. Стоимость одного киловатта в Москве — 5,66 рублей. Тогда затраты равны:
- бензин — 4,3 * (8 000 / 100) * 50 = 17 200 рублей;
- электричество — (8000 / 30) * 5 * 5,66 = 7 550 рублей;
- итого — 17 200 + 7 550 = 24 750 рублей.
Годовая экономия — 35 250 рублей.
Сниженный расход топлива гибридных автомобилей — не единственный плюс. Гибриды дольше обходятся без заправки. Toyota Prius может добраться от Москвы до Санкт-Петербурга без посещения АЗС.
Если гибридная машина может двигаться на электротяге, она шумит намного меньше бензиновой — комфортнее как для пассажиров, так и для окружающих.
Кроме того, электромотор развивает максимальный крутящий момент на малых оборотах — гибрид быстрее стартует с места.
Часто приходится слышать о том, что гибридные автомобили требуют больше затрат на ремонт. Это популярный миф, расходы на обслуживание даже ниже.
Бензиновый двигатель работает в максимально щадящих условиях и изнашивается медленнее.
Но проблема с ремонтом существует: в России пока мало автомехаников, которые специализируются на гибридном приводе и электромоторах. Приготовьтесь к тому, что на специализированном СТО будет очередь.
Классификация гибридных автомобилей по устройству
Микрогибриды
Вместо обычного стартера установлен мощный мотор-генератор. При плавном замедлении он вырабатывает электричество, заряжая батарею повышенной емкости.
Двигатель внутреннего сгорания тратит меньше энергии на вращение обычного генератора или не тратит ее вовсе. Такую технологию устройства гибридов используют Mazda, Hyundai, BMW, Audi и другие бренды.
Она сокращает расход топлива на 5–15 % в зависимости от манеры вождения.
Мягкие (умеренные) гибриды
Двигателю внутреннего сгорания помогает электромотор малой мощности до 30 лошадиных сил. Он включается в особо тяжелых условиях, чтобы снизить расход топлива и замедлить износ. Машина не может двигаться на электротяге.
В лучшем случае она стартует бесшумно, а на скорости выше 5 км/ч запускается бензиновый двигатель. Источником питания служат компактные батареи или конденсаторы. Последние дешевле, надежнее и менее чувствительны к холоду.
Технологию умеренного гибрида используют General Motors, Honda, BMW и даже Ferrari. Экономия топлива достигает 15–25 %.
Параллельный гибрид
Автомобиль может двигаться на чистой электротяге до 30–150 км без запуска двигателя внутреннего сгорания. Чаще всего дополнительный мотор установлен в силовом агрегате между основным двигателем и коробкой передач.
Тогда его мощность невелика — до 50 лошадиных сил. Он работает самостоятельно, когда вы едете с постоянной скоростью 30–60 км/ч, без динамичных рывков. Такую конструкцию используют Volkswagen, Porsche, Audi и Mercedes-Benz.
Если электромотор установлен отдельно, его мощность не ограничивается — у некоторых моделей она превышает 200 лошадиных сил. Соответственно, вы получаете лучшую динамику на чистой электротяге. Такую технологию предпочитают Toyota, BMW и Lexus.
Иногда двигатель внутреннего сгорания и электромотор установлены на разных осях. Так удается получить полный привод с относительно простой механической схемой. Проходимость автомобиля повышается, расход топлива снижается, управляемость улучшается. По такой схеме работают гибридные авто Peugeot, Citroën, Nissan и FIAT.
Последовательный гибрид
Автомобиль всегда движется на электротяге. Запас хода — от 150–200 километров. Когда батарея разряжается, запускается двигатель внутреннего сгорания. Здесь он служит генератором, который не связан с колесами напрямую.
Мотор работает в спокойном режиме при постоянных оборотах, поэтому изнашивается он намного медленнее, чем в обычных автомобилях. Расход топлива — от 1,5 до 3,5 литров на 100 км.
Серийных примеров пока немного, можно вспомнить Chevrolet Volt и Opel Ampera.
Параллельно–последовательный гибрид
Такой гибридный автомобиль сочетает особенности двух конструкций.
Когда он едет по ровной дороге с постоянным темпом, двигатель внутреннего сгорания вращает мощный генератор и заряжает батарею.
Когда нагрузка повышается, включается электромотор, который ускоряет разгон и помогает преодолевать неровности. Такую схему довела до совершенства Toyota. Ее также можно встретить в Volvo и BMW.
Перспективы гибридизации
Гибридные автомобили изначально создавались для американского и японского рынков. Там были «обкатаны» технологии и испробованы разные варианты компоновки. Популярность гибридов растет — они появляются в других странах, включая Россию. Цена снижается, что делает их более доступными для широкой публики.
В 2021 году гибридные машины стоит покупать ради их надежности, динамики и впечатляющего запаса хода. В ближайшие годы список преимуществ пополнится экономичностью. Если разница в цене будет окупаться за 4–5 лет, владеть гибридом будет намного выгоднее. Требования к двигателям внутреннего сгорания постоянно ужесточаются.
Поэтому к 2030–2035 годам гибридные машины могут стать единственной альтернативой электрокарам.
23.06.2021
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.
Загрузка...
