Здравствуйте, уважаемые читатели! В статье описаны устройство и работа генератора, который играет важную роль в электрической системе автомобиля. Генератор обеспечивает электроэнергией потребители, в том числе лампы, магнитолу, отопитель, электрооборудование двигателя и т. д.
Назначение работы генератора также осуществлять зарядку аккумуляторных батарей в тот момент, когда это необходимо. Система электроснабжения обеспечивает стартер необходимой электроэнергией для пуска двигателя.
Правильная работа генератора – это залог исправной работы двигателя и всех электронных и электрических систем современного автомобиля. Контроль работы генератора и его своевременное обслуживание – гарантия непрерывности этого процесса.
Принцип работы генератора
Первыми автомобильными генераторами были генераторы постоянного тока. Выпрямление тока достигалось в них конструктивно с помощью определенного расположения полюсных наконечников. Полюсные наконечники вместе со щеточным узлом называют коммутатором.
Изменение направления тока обусловлено сменой направления магнитного поля. Вместе с тем, благодаря чередованию разных полюсов в коммутаторе (плюса и минуса), ток оставался постоянным и заряжал АКБ.
В современных автомобилях однофазный генератор постоянного тока не применяется. Вместо него используют генераторы переменного тока. Преимуществом последних служит высокая надежность и мощность. Раньше применяли механический регулятор напряжения, который позволял регулировать выходное напряжение, предотвращая таким образом перезарядку АКБ.
Он реагирует на изменение степени заряженности батареи и электрической нагрузки в бортовой сети и корректирует выходное напряжение. Регулятор напряжения изменяет силу тока в обмотке возбуждения (магнитный поток), что приводит к изменению выходного напряжения.
Это достигается прохождением тока возбуждения напрямую от источника или через резистор, или отключением обмотки возбуждения. Так как этот вид систем не применяется на машинах уже многие годы, не станем рассматривать его более подробно. Рассмотрим кратко процесс работы генератора, который устанавливают на современные авто.
Принцип работы генератора переменного тока
В настоящее время на автомобилях применяется трехфазный электрогенератор со встроенным выпрямителем, имеющим сеть из 6 диодов. Поскольку шкив генератора приводится во вращение от шкива коленчатого вала, магнит ротора поворачивается вокруг трехфазной обмотки неподвижного статора.
Обычно фазные обмотки соединены в звезду. Магнит ротора представляет собой электромагнит. В конструкции предусмотрена регулировка силы тока возбуждения (магнитного потока), поэтому выходное напряжение не зависит от частоты вращения ротора.
Обмотка возбуждения ротора (обмотка электромагнита) подключается к АКБ, поэтому для получения высокой выходной мощности требуется небольшой электрический ток возбуждения. Напряжение к обмотке возбуждения ротора подводится через угольные щетки, прижатые к двум медным контактным кольцам, установленным на валу.
Щетки постоянно прижаты к кольцам ротора пружинами. Большинство современных генераторов имеют встроенный регулятор напряжения, который автоматически подключает и отключает обмотку возбуждения к АКБ, тем самым правильно регулируя выходное напряжение.
В ходе изучения работы трехфазного генератора цепь регулятора, если она в нем есть, будет бесполезна и поэтому только усложнит суть понимания его работы. Поэтому ее можно «удалить», оставив доступ к контактам щеток. Это позволит подвести к обмотке возбуждения напряжение от источника питания.
Некоторые генераторы оснащаются шкивами, установленными на обгонной муфте, которая позволяет снизить вибрации от приводного ремня. Эти вибрации обусловлены тем, что двигатель внутреннего сгорания не имеет постоянной частоты вращения, пульсации которой связаны со сгоранием топливовоздушной смеси в цилиндрах.
Работа генератора двигателя
Работа генератора переменного тока основана на принципе явления электромагнитной индукции. Когда проводник вращается в магнитном поле, образуется электрическое напряжение, которое имеет синусоидальную форму сигнала. Оно постоянно меняет свое значение и периодически направление, как показано на верхнем графике.
Три обмотки генератора переменного тока расположены вокруг ротора под углом 120 градусов относительно друг друга. Такое расположение обеспечивает формирование трех сигналов напряжения за один оборот ротора. Они смещены друг относительно друга на 120 градусов, как показано на правом нижнем графике.
Обмотки могут быть соединены между собой двумя способами: «звездой»/«Y» или «треугольником». Аккумулятор, как и другое электрооборудование автомобиля, потребляет постоянный ток, поэтому следует преобразовать переменный ток в постоянный.
Этот процесс называется выпрямлением и выполняется с помощью диодов. В современных генераторах на смену механическим регуляторам пришли электронные. По сигналу управления мощностной транзистор включает и выключает ток возбуждения.
В основе регулятора лежит полупроводниковый стабилитрон. Эта принципиальная схема является основной для современных регуляторов. На каждую фазу имеется по два диода: один с положительной стороны, а другой – с отрицательной.
Положительная половина сигнала проходит через положительный диод, отрицательная – через отрицательный диод. В результате ток становится пульсирующим. Кроме того, диоды не пропускают ток назад в генератор, когда его напряжение меньше напряжения аккумуляторной батареи, например при выключении двигателя.
Имеется также три дополнительных диода для выпрямления тока возбуждения, который подается в генератор после того, как он начал вырабатывать напряжение. Обычно генератор включает в себя три цепи: цепь предвозбуждения, цепь возбуждения и цепь тока зарядки.
При запуске генератор не вырабатывает ток возбуждения для создания магнитного поля, поэтому его необходимо подать. Напряжение подается от аккумуляторной батареи через контрольную лампу зарядки, которая при этом включается.
⚠ Если контрольная лампа зарядки неисправна, система зарядки АКБ работать не будет!
Как только генератор начинает вырабатывать ток, контрольная лампа зарядки выключается, а ток возбуждения поступает через внутреннюю цепь. Когда генератор начинает вырабатывать напряжение, ток возбуждения снимается со статорной обмотки, выпрямляется диодами и подается через щетки, диод D- и отрицательный диод обратно к статору.
Ток зарядки выпрямляется и подается через клемму В+ к аккумуляторной батарее и другим потребителям энергии, но только в том случае, если напряжение зарядки выше, чем напряжение аккумуляторной батареи.
Интеллектуальная зарядка АКБ
В системе с интеллектуальной зарядкой работа генератора в машине контролируется и корректируется модулем управления силовым агрегатом (PCM) через две шины связи. Через шину контроля (контакт FR) блок PCM постоянно получает информацию о нагрузке подключенных потребителей. По шине управления (контакт G) PCM корректирует работу реле-регулятора повышая или понижая выходное напряжение.
Также, при подключении мощных потребителей на холостом ходу, PCM для компенсации нагрузки на двигатель, увеличивает обороты ДВС управляя дроссельной заслонкой прежде, чем генератор приступает выдавать больший ток. Это необходимо для устранения резкого падения оборотов ХХ.
По шине FR блок управления получает сигнал о включенном/выключенном состоянии обмотки возбуждения. По этому сигналу PCM определяет нормальный выходной ток и, в соответствии с его величиной, управляет холостым ходом.
Ток начинает вырабатываться при включении транзистора в регуляторе напряжения по сигналу шины управления (контакт G) для увеличения тока в обмотке возбуждения ротора. При выключении транзистора производимая генератором энергия резко падает. Вырабатываемая мощность зависит от времени включения транзистора. При включенном транзисторе напряжение на шине FR низкое, при выключенном – высокое.
Увеличение холостого хода вследствие слишком высокой нагрузки в режиме «холостой ход» происходит с задержкой. Только после поездки и возвращения в режим холостого хода, когда автомобиль стоит, устанавливаются повышенные обороты. Иногда водители принимают этот режим за неисправность управления холостым ходом.
Как проверить работу генератора
Регулярная проверка системы зарядки имеет крайне важное значение, так как даже небольшие нарушения ее работы могут привести к выходу автомобиля из строя.
Прежде всего необходимо контролировать уровень и плотность электролита (это возможно не на всех типах аккумуляторных батарей), а также, натяжение ремня привода генератора. В некоторых случаях при неисправностях системы может потребоваться проверка напряжения.
Если есть неисправность в системе зарядки, а обычные способы проверки не дают результата, следует проверить падение напряжения и проверить узел с помощью осциллографа. Некоторые формы сигнала изображены на рисунке в качестве примера.
Далее следует проверить детали по отдельности мультиметром. Необходимо проверить отсутствие короткого замыкания, замыкания на массу или обрыва в цепи ротора / статора. Кроме того, нужно проверить все диоды выпрямительного моста.
Диоды надо проверять при отключенной статорной обмотки от диодного моста на пределе измерений мультиметра в сотни кило-ом. При одном положении подключения щупов мультиметра к контактам диода сопротивление должно составлять единицы ом, а при изменении полярности – сотни кило-ом.
Полученные мультиметром параметры измерения сопротивления каждого диода надо сравнить между собой. При значительных отличиях в данных можно выявить неисправный диод.
Как проверить работу генератора на автомобиле
Чтобы проверить работу генератора на автомобиле при работающем двигателе необходимо снять характеристики напряжения на АКБ. Напряжение при работе генератора без включения мощных потребителей на холостом ходу и рабочих оборотах (3000 об/мин.) должно составлять 14 +/- 0,2 Вольт.
⚠ Категорически запрещено отсоединять клеммы АКБ при работающем двигателе – это выведет электронные системы автомобиля из строя.
При включении мощных потребителей (вентилятор системы охлаждения, обогрев лобового/заднего стекла и т. д.) на 3000 об/мин характеристики работы генератора практически не должны изменяться.
На автомобилях с интеллектуальной системой зарядки напряжение на аккумуляторной батарее зависит от степени заряда АКБ и мощности подключенных потребителей. Работа генератора при нагрузке контролируется модулем управления силовым агрегатом, поэтому напряжение на АКБ может лежать в диапазоне от 12,5 В до 16,5 В.
Заключение
Исправная работа генератора электрического тока позволит продлить срок службы аккумулятора, избежать выхода из строя электрических и электронных компонентов авто. Проверка работы генератора и поддержание правильного уровня электролита в аккумуляторе, должны проводиться при каждом техническом обслуживании ДВС.
Один из признаков неисправности диодного моста и, как следствие, недозаряда аккумулятора – это слабое свечение контрольной лампы АКБ при работающем двигателе. В интеллектуальных системах контроля этот эффект отсутствует, а недозаряд АКБ может быть. Это еще один повод не игнорировать проверку.
Подписывайтесь на рассылку и жмите на колокольчик чтобы узнавать о выходе новых статей. Каждый новый подписчик – это оценка моей работы по донесению знаний людям. Всегда Вам исправного автомобиля и удачи на дорогах!
С уважением, Олег!
Как работает автомобильный генератор: устройство, характеристики и неисправности
Любой автомобиль располагает собственной бортовой автономной электрической сетью со всеми присущими элементами, источником энергии, накопителем и потребителями. Каждый из узлов функционально закончен, они объединяются электрической проводкой, а параметры сети чётко стандартизованы благодаря накопленному опыту производства автомобильного электрооборудования.
В качестве источника питания электроники выступает генератор, о котором и пойдет речь в этой статье.
Для чего в машине нужен генератор
Вся энергия в бортовую сеть поступает от двигателя внутреннего сгорания. Механическая энергия вращения его коленчатого вала должна быть преобразована в электрическую. Эту роль и выполняет генератор.
Топливный фильтр, виды, месторасположение и замена
В типовом варианте его ротор снабжён шкивом, на который надет гибкий ремень, передающий вращения от аналогичного шкива на носке коленчатого вала. Параллельно от того же ремня могут приводиться и прочие навесные агрегаты, но традиционно он именуется генераторным.
На выходе генератора образуется электрическое напряжение, способное поддерживаться в заданном диапазоне при отдаче любого тока от нуля до максимума, лимитированного номинальной мощностью.
Эту мощность прибор отдаёт при максимально допустимых оборотах ротора, привязанных к предельной частоте вращения коленвала путём подобранного передаточного соотношения ременного привода.
Виды
Выделяется два основных типа автомобильных генераторов:
- Постоянного тока, вырабатывается напряжение определённой полярности уже непосредственно на обмотках;
- Переменного тока, поскольку требуется всё же постоянное напряжение, то генератор снабжён внутренним полупроводниковым выпрямителем.
В настоящее время используется только второй тип, поскольку он обладает бесспорными преимуществами, причём его обмотки выдают трёхфазное напряжение, как легче поддающееся сглаживанию пульсаций и позволяющее эффективнее использовать массогабарит прибора.
Что находится внутри данного прибора разберем ниже.
Устройство
Внешне все генераторы на первый взгляд похожи, но те кто знаком с электротехникой легко определит с каким прибором имеет дело. Ситуация упрощается тем, что машины постоянного тока использовались только на совсем уж реликтовых автомобилях, давно снятых с производства.
Генератор постоянного тока
В состав динамомашины постоянного тока входят:
- корпус;
- обмотки возбуждения на статоре, неподвижно закреплённом в корпусе;
- силовые обмотки на вращающемся якоре;
- щёточный узел с меднографитовыми или угольными щётками, снимающими ток с коллектора вращающегося якоря;
- регулятор напряжения, стабилизирующий выход путём регулирования тока возбуждения в обмотках электромагнитов статора;
- приводной шкив на валу якоря;
- подшипники, в которых вращается вал якоря.
Для создания приемлемой мощности на выходе весь агрегат приходилось выполнять массивным и металлоёмким, поэтому с появлением качественных выпрямительных полупроводниковых приборов генераторы постоянного тока на автомобилях применять перестали.
Генератор переменного тока
Принципиально он устроен похоже, но выходная мощность образуется многофазными обмотками статора, выполненными толстым проводом и не нуждающимися в мощных и ненадёжных токосъёмниках.
Состав оборудования тоже похож:
- корпус с кронштейнами крепления и электрическими клеммами;
- обмотки статора, установленные в корпусе, могут извлекаться при рассоединении его половин;
- ротор с полюсами из мягкого электротехнического железа, медными обмотками и коллектором;
- щёточный узел, где обычно устанавливается пара угольных щёток и встраивается интегральный полупроводниковый регулятор напряжения, через который на щётки поступает питание возбуждения;
- блок выпрямителя, где расположен трёхфазный мост из шести силовых вентилей (диодов) и трёх относительно маломощных дополнительных диодов питания обмотки возбуждения, число диодов может отличаться в специфически устроенных современных конструкциях;
- подшипники на валу ротора;
- выходные разъёмы, силовой и управляющий, вторым силовым контактом выступает металлический корпус генератора;
- шкив привода и крыльчатка принудительного охлаждения.
Весь конструктив крепится к передней части двигателя для удобной организации ременного привода от шкива коленвала. Часто отклонением генератора в сторону производится регулировка натяжения ремня, в тех случаях, когда более сложная конструкция привода навесных агрегатов не подразумевает наличие отдельного натяжителя с роликом.
Схема подключения
Схема подразделяется на силовую и управляющую цепи. Мощный выход генератора через силовой разъём из закреплённого гайкой на шпильке провода большого сечения соединяется непосредственно с плюсовой клеммой аккумуляторной батареи.
Тонкий управляющий провод чаще всего просто соединён с цепью зажигания через контрольную лампочку. Встречаются и иные схемы, когда лампочка имеет собственное управление от специально предназначенного контакта на корпусе.
Принцип работы
Перед началом работы в автомобиле включается зажигание, и на управляющий контакт генератора поступает напряжение через лампочку. Поскольку энергию генератор в этот момент не вырабатывает, то напряжение на контакте отсутствует, и лампочка оказывается под потенциалом аккумуляторной батареи. Индикатор светится, через обмотку возбуждения протекает начальный ток.
После запуска мотора вращающееся поле обмотки возбуждения на роторе создаёт ответную индукцию в обмотках статора и генератор начинает вырабатывать электроэнергию. Дополнительные диоды поднимают напряжение на контакте лампочки, перепад на ней отсутствует, и она перестаёт светиться, сигнализируя, что всё в порядке, генератор работает.
Электронная схема в реле-регуляторе щёточного узла отслеживает выходное напряжение, увеличивая или уменьшая ток возбуждения, таким образом поддерживая выход на заданном уровне, обычно это 14-15 вольт, в зависимости от типа применённого аккумулятора и его температуры.
Батарея под таким напряжением перестаёт отдавать ток и переходит в режим заряда или удержания, выполняя роль дополнительного фильтрующего элемента, поскольку напряжение генератора пульсирует с частотой трёхфазного выпрямителя.
Если включено много потребителей, а обороты двигателя малы, прибор не в состоянии отдавать требуемую мощность, напряжение уменьшается, а часть потребителей начинает питаться от аккумулятора.
При добавлении оборотов генератор увеличивает мощность, питает потребителей, а избыток её идёт на зарядку аккумулятора. Если батарея заряжена, а мощность избыточна, то реле-регулятор уменьшает ток возбуждения, чтобы не допускать опасного роста напряжения в сети.
Основные неисправности
Проявлением неисправностей становится выход напряжения в сети из заданных пределов, а также посторонние звуки из работающего генератора.
Причины могут быть различными:
- износ щёточного узла, он заменяется вместе с интегральным реле;
- глубокий износ коллектора щётками, если его уже невозможно устранить шлифовкой, меняются контактные кольца или якорь в сборе;
- выход из строя подшипников якоря, их несложно заменить после полной или частичной разборки генератора;
- выгорание диодов выпрямителя, в настоящее время их не меняют поодиночке, замене подлежит весь диодный мост;
- короткие межвитковые замыкания или обрывы в якоре или статоре, соответствующие детали меняются;
- обгорание или коррозия контактов, их тоже можно заменить или очистить.
Не относящейся непосредственно к генератору, но частой неисправностью является сильный свист при добавлении оборотов двигателя. Это свидетельствует о проскальзывании ремня на приводных шкивах, натяжение можно отрегулировать, но лучше такой ремень заменить.
При снятии генератора для ремонта целесообразно сразу поменять диодный мост, подшипники и реле-регулятор со щётками. Так отремонтированный прибор обретёт максимально возможную надёжность, хотя полную гарантию может дать только новый генератор от солидного производителя.
Как проверить автомобильный генератор
В идеале генератор надо проверять на стенде, где он будет раскручен до номинальных оборотов и максимально нагружен с проверкой отдаваемой в таком режиме мощности.
Но можно приблизительно проверить его и не снимая с автомобиля.
- К выходной клемме генератора подключается цифровой вольтметр (например, в составе мультиметра).
- Двигатель запускается. Показания вольтметра должны увеличиться до номинальных 14 – 14,5 вольт. Исключением станет случай, когда батарея сильно разряжена, тогда напряжение будет расти постепенно, по мере заряда.
- Двигатель выводится на средние или высокие обороты, а в автомобиле включаются фары и другие мощные потребители, общей потребностью не превышающие полную мощность генератора. Напряжение должно остаться стабильным, значит генератор отдаёт свою положенную мощность.
- От генератора не должно раздаваться характерных воющих звуков изношенных подшипников. При появлении сомнений достаточно снять ремень и прокрутить шкив вручную. Ротор должен вращаться абсолютно плавно, без вибраций и люфтов.
Новый генератор очень надёжен и первые проблемы могут возникнуть лишь после пробега в 100-150 тысяч километров. Но часто эти приборы ходят значительно больше, особенно с промежуточной заменой щёточного узла.
Обозрение. Все типы гибридов: Скрестив бензин с электричеством
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.
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.
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.
«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».
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».
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.
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.
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.
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.
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.
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».
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.
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.
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.
«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.
Загрузка...
