С-Петербург, улица Тосина 3
+7 (812) 917-84-85
+7 (921) 316-27-00
Главная » Разное » Что такое гибрид двигатель

Что такое гибрид двигатель


Что такое гибрид двигателей легковых автомашин

Совершенствование моторов и в частности двигателей внутреннего сгорания  еле-еле поспевает за требованиями, которые к ним предъявляются. С одной стороны на чаше весов, потребители с мечтами об одновременно экономичном и мощном движке, с другой — экология, которая ужесточает нормы токсичности. И напоследок — геологи, которые настойчиво напоминают об истощении запасов «черного золота». Одни из вариантов решения данной проблемы — гибридные силовые установки, которые состоят из обычного двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя. В нашей статье мы поговорим о том, что такое гибрид двигателей легковых автомашин? Их отличие от автомобилей на топливных элементах и электромобилей, в них эти два вида двигателей вместе сочтены. Уже с 1997 года гибриды выпускаются серийно.

Сравним электромобиль и машину с обычным ДВС. Обыкновенная машина способна без дозаправки проехать четыре-пять сотен километров и за время пути в атмосферу отправляется некоторый объёмом вредных веществ. В любом регионе предостаточно заправочных станций, и за считанные минуты можно пополнить запасы топлива. Электромобиль на одном заряде батарей может проехать порядка 100-150 км. Он бесшумен, чист экологически, и практически превосходен, до того момента, пока не надо будет подзарядить аккумуляторы. В наше время существующие «электрических» машины тратят на этот процесс несколько часов.

Гибрид двигателя автомашин берет все лучшее от двух моторов: электрического и ДВС. Достоинство первого – в выдающихся характеристиках, а второго – в жидком топливе, удобном энергоносителе. В отличие от двигателя внутреннего сгорания, электромотор не нужно «раскручивать» и заводить. Он может «спокойно вас ждать» не потребляя энергии. Однако как только подключили ток – на колесах сразу можно выдать максимальную тягу. В режиме частых стартов и стопов (другими словами при еде в городе) электродвигатель эффективнее ДВС. Двигатель внутреннего сгорания, напротив, более эффективен на ровных, оптимальных для данного мотора оборотах.

В гибриде два мотора работают друг на друга. ДВС питает энергией и крутит генератор и электромотор. Который, в свою очередь, позволяет двигателю внутреннего сгорания работать без резких нагрузок на разгоне, в наиболее «приятных» для него режимах. Практически все гибриды современного мира имеют систему рекуперации или, другими словами, «возврата энергии». Ее суть в том, что при движении машины накатом или торможении, электродвигатели крутятся от колес и работают как генераторы, тем самым, заряжая батарею. Отсюда – износ, экономичность и экологичность (особенно в условиях города).

Итак, мы видим технологичную прогрессивную машину, в которой объединяются достоинства и нивелируются недостатки двух моторов. Однако пока что рано праздновать стоит послушать, что говорят скептики.

Гибридные машины дороже и сложнее традиционных авто с двигателями внутреннего сгорания. Аккумуляторы имеют невысокий диапазон рабочих температур, подвержены саморазряду, ненавидят морозы, срок службы их всего несколько годов. «Экономность» гибрида напрямую связана с состоянием аккумулятора. Помимо всего прочего есть и проблема утилизации батарей, которые уже отработали свой срок. Гибриды в ремонте несколько дороже, да и за ремонт возьмется далеко не каждый специалист. Кроме того, многие тоже ставят под сомнение высокую экономичность и экологичность гибридов. Это частично подтверждает и ряд проведенных авторитетными автоизданиями тестов, они показали, что гибриды только в городе дают ощутимую экономию топлива, а на трассе существенно проигрывают дизелям, которые так популярны в современном мире. Почетные звания «Самые экологичные автомобили 2007 и 2008 годов» присуждалось также машинам с дизельными двигателями.

Хотелось бы подробнее рассмотреть виды гибридных двигателей.

Исходя из гибридизации их делят на: plug-in, «полные» и «умеренные». «Полный» может двигаться только на электричестве, не потребляя при этом топлива. «Умеренный» всегда применяет ДВС, а электромотор будет подключаться, если нужна будет дополнительная мощность. Plug-in hybrid (гибрид с подзарядкой) — такой гибрид включается для подзарядки в розетку. В итоге обладатель подобного гибрида оснащен всеми преимуществами электрической автомашины, без наибольшего недостатка: на одном заряде — ограниченный пробег. Когда заканчивается электрический заряд, подключается двигатель внутреннего сгорания и машина превращается в обычный гибрид.

По принципу взаимодействия топливной и электрической составляющих машин, гибридные приводы разделяют на три вида: параллельный, последовательный и последовательно-параллельный. Опишем их все:

Последовательная схема.

Эта гибридная конфигурация самая простая. Двигатель внутреннего сгорания используется только для генератора, а электроэнергия вырабатываемая последним питает электродвигатель и заряжает аккумуляторную батарею. Это избавляет нас от необходимости в сцеплении и коробке передач. Для подзарядки аккумуляторной батареи также используется торможение. Схема получила свое название потому, что на ведущие колеса поступает поток мощности, при этом проходя ряд некоторых преобразований. От механической энергии, которая вырабатывается ДВС в электрическую, которая вырабатывается генератором, и снова в механическую. При этом естественно часть энергии  теряется. Последовательный гибрид может позволить использовать ДВС небольшой мощности, причем работает он постоянно в диапазоне максимального коэффициента полезного действия. Если отключить ДВС батарея и электродвигатель в состоянии обеспечить нужную мощность для движения транспортного средства. Поэтому в отличие от ДВС, они должны быть мощнее, а, следовательно должны стоит дороже. Лучше всего последовательную схему применять при движении в режиме частых остановок, ускорений и торможений, движении на невысокой скорости, т.е. в городских условиях. Поэтому зачастую ее используют ее на городском транспорте. Исходя из подобного принципа, работают большие карьерные самосвалы, в них надо передать большой крутящий момент на оси колес, а высокие скорости движения при этом не требуются.

Параллельная  система.

Ведущие колеса тут приводятся в движение и электродвигателем, и ДВС. Для их параллельной согласованной работы используется управление при помощи компьютера. При этом необходимость в обычной трансмиссии сохраняется, и мотору приходится работать в переходных неэффективных режимах. Момент, который поступает от двух источников, в зависимости от различных условий распределяется: в переходных режимах (ускорение, старт) электродвигатель подключается в помощь ДВС, а в нормальных режимах и когда авто тормозит он работает как генератор, при этом заряжая аккумулятор. Получается что, большую часть времени в параллельных гибридах работает ДВС, а электродвигатель подключается ему в помощь. В результате параллельные гибриды используют меньшую аккумуляторную батарею, в сравнении с последовательными. Так как двигатель внутреннего сгорания непосредственно связан с ободом колес, то и потеря мощности значительно уменьшается, по сравнению с последовательным гибридом. Такая конструкция весьма проста, но недостатком ее является то, что обратимый механизм параллельного гибрида не может вместе делать две вещи: заряжать батарею и приводить в движение колеса. Параллельные гибриды малоэффективны в городе, но эффективны на шоссе. Несмотря на легкость реализации данной схемы, она не может значительно улучшить как эффективность использования ДВС, так и экологические параметры.

Последовательно-параллельная схема.

Пошла своим путем в создании гибридов Компания «Тойота». Система Hybrid Synergy Drive (HSD) разработанная японскими инженерами, объединила в себе особенности двух типов. В схему параллельного гибрида был добавлен делитель мощности и отдельный генератор. В результате такой гибрид получает черты последовательного гибрида: машина трогается и едет на малых скоростях только при тяги электродвигателя. При движении с постоянной скоростью и на высоких скоростях подключается двигатель внутреннего сгорания. Если нагрузки повышаются (движение в гору, ускорение и т.п.) дополнительно подпитывается от батареи электродвигатель — т.е. гибрид при этом начинает работать как параллельный. Из-за наличия отдельного генератора, который заряжает батарею, электродвигатель будет использован только для привода оси колес и при рекуперативном торможении. Передает часть мощности ДВС на колеса планетарный механизм, а остальная часть энергии переходит на генератор, либо питающий электродвигатель, либо заряжающий батарею. Компьютерная система все время для оптимальной эксплуатации регулирует подачу мощности от двух источников энергии. В данном типе гибрида большая часть работы возлагается на электродвигатель, а двигатель (ДВС) используется только на самых эффективных режимах. В результате чего мощность такого гибрида может быть несколько ниже.

Из всего, что было сказано выше можно сделать вывод, что такие гибриды двигателей легковых автомашин наверное пока рано читать решение всех проблем. Скорее всего, это лишь промежуточный этап в переходе автомобилей к вовсе безвредным. Гибридные автомобили – это такие устройства, на которых можно отработать все технологии использования и накопления энергии, технологии скоростной зарядки аккумуляторов, облегчение кузова и т.д. Все это станет возможным лишь в том случае, если подобные автомобили будут выпускаться серийно. Порой кажется, что сев за руль гибридного автомобиля человечество сделает огромный шаг в будущее электронных автомобилей.

Гибридный двигатель - что это такое?

Как работает гибридный двигатель, в чем его преимущество? Этот и другие схожие вопросы все чаще задаются и обсуждаются в среде автолюбителей. Автомобильный мир все время развивается, внедряются новые технологии. Одна из них – это гибридные двигатели, которые уже успели завоевать определенную популярность.

Вызвано это тем, что повышаются требования экологичности и сокращаются запасы нефти. Инженеры пытаются уйти от углеводородной зависимости, снижая его употребление в машинах. Удалось это при помощи гибридного двигателя, который начинают устанавливать на свои автомобили все больше автопроизводителей. Гибридный двигатель, что это такое?

Особенности гибридного двигателя

Главная особенность такого агрегата в том, что в нем сочетаются два привода:

  1. ДВС;
  2. электродвигатель.
  3. Они могут работать попеременно или одновременно. Такое сочетание выгоднее варианта, когда работает лишь электрическая тяга, ведь на данный момент у электромобиля есть ряд недостатков:
  4. отсутствие развитой сети электрических заправок;
  5. малый заряд, который хватает на небольшой участок пути (порядка 90-150 км);
  6. длительность зарядки батареи (минимум пара часов).

И хотя мобильность электромобиля ограничена, у него высокий КПД, большой крутящий момент и нет вредных выбросов. К тому же ему не нужна нефть.

Именно в гибриде удалось совместить достоинства двух двигателей, обеспечив экологичность, экономичность, а также хорошие динамические качества.

Как работает гибридный двигатель

Принцип работы гибридного двигателя основан на том, что оба агрегата функционируют вместе, дополняя друг друга. ДВС приводит в движение генератор и обеспечивает электрический мотор энергией. Последний же обеспечивает плавную работу ДВС, снижая нагрузки и колебания. Более того, на гибриды стали ставить системы рекуперации кинетической энергии, которые заряжают батареи в случае торможения автомобиля либо езды накатом. Это обеспечивается приведением в действие электрического мотора, который начинает работать в виде генератора при торможении. Происходит зарядка батареи.

Гибридный двигатель в соответствии со степенью гибридизации может быть трех типов:

  1. «умеренные»;
  2. «полные»;
  3. plug-in.

В первом варианте все время работает ДВС, включение электромотора осуществляется лишь при необходимости дополнительной мощности. Второй вариант может ехать только на электричестве без траты топлива. Plug-in также может ездить только на электричестве. При этом его можно заряжать от розетки. После того, как батарея разряжается, он будет работать как стандартный гибрид.

Как взаимодействует ДВС с электромотором

Каждая автокомпания имеет свое видение в вопросе гибридного автомобилестроения. Поэтому на данный момент существует три типа схем взаимодействия двигателя внутреннего сгорания с электромотором.

1. Последовательная схема

Представляет самый простой вариант, который основан на следующем принципе: ДВС передает крутящий момент только генератору. Последний вырабатывает электричество, а также заряжает аккумуляторы. Движение осуществляется лишь на электрической тяге. К тому же здесь действует система рекуперации кинетической энергии, что обеспечивает дополнительный заряд батареи.

Преимущества подобной схемы:

  1. ДВС постоянно функционирует на одинаковых оборотах, обеспечивая максимальный КПД;
  2. отсутствует необходимость оснащения машины мощным и затратным двигателем;
  3. нет нужды в коробке передач и сцеплении;
  4. движение машины может осуществляться и без ДВС, используется энергия, накопленная в батарее.

Недостатки:

  1. потери энергии при преобразовании;
  2. высокая цена, вес и большие размеры батарей.

Последовательная схема весьма эффективна в случае частых остановок, когда включается в работу KERS. Именно поэтому она используется в качестве городского транспорта, в том числе в самосвалах на карьерах, где не нужна большая скорость и имеет важность наличие высокого крутящего момента.

2. Параллельная схема

В отличие от первого варианта данная схема предполагает работу и электромотора, и ДВС. Электрический двигатель здесь также выполняет функцию генератора. А совместная работа электромотора и ДВС обеспечивается с помощью компьютерного управления. Электронные мозги в зависимости от стиля езды перераспределяет крутящий момент. Главным источником тяги является ДВС, электромотор работает лишь при недостаточной мощности основного двигателя, к примеру, при ускорении или старте. Во время торможения он выполняет функцию генератора.

Преимущества подобной схемы:

  1. нет нужды батарее большой емкости;
  2. более низкие потери энергии;
  3. такая конструкция стоит дешевле.

Недостатки:

  1. большая трата топлива, если сравнивать с иными вариантами;
  2. малая эффективность в городе.

Поэтому автомобили с такой схемой показывают эффективность только на трассе. Именно такую схему использует автомобильная марка Хонда.

3. Последовательно-параллельная схема

В указанной схеме объединены первые два варианта. Поэтому наравне с параллельной схемой в нем есть делитель мощности, а также дополнительный генератор. Это позволяет автомобилю брать старт и двигаться на маленьких скоростях непосредственно на электричестве, ДВС же заставляет работать генератор. При высокоскоростном движении крутящий момент начинает идти и от ДВС. При повышенных нагрузках, когда не хватает мощности генератора, в дело вступает аккумулятор.

Так как такая схема включает отдельный генератор, позволяющий заряжать батарею аккумулятора, то электромотор применяется лишь для движения ведущих колес, а также в период рекуперативного торможения. Посредством планетарного механизма часть крутящего момента ДВС идет на работу генератора, питающего электромотор или батарею, а также идет на колеса. Регулировку подачи мощности постоянно выполняет компьютер.

Преимущества подобной схемы:

  1. высокая экологичность;
  2. существенная экономия топлива.

Недостатки:

  1. высокая стоимость;
  2. сложность конструкции, так как дополнительно устанавливается генератор, емкая батарея, а также сложный электронный блок.

Такая схема используется на машинах Тойота и Лексус.

Что такое гибридный двигатель?

  • Уменьшить потребление нефтепродуктов;
  • Минимизировать вредные выхлопы в атмосферу;
  • Плавно перейти к экологически чистым силовым установкам (электродвигателям).
Разберем каждый пункт по порядку и попробуем выяснить какова истинная причина появления таких агрегатов.

Не стоит путать уменьшение потребление нефтепродуктов и экономию на топливе. Данный пункт подразумевает глобальное решение проблемы, а не экономию каждого отдельного индивида. Если посудить, то экономии вы ни какой не получите. Да вы будите меньше заправлять бензина на заправке. Выиграете вы в целом? Нет, потому что стоимость автомобилей с гибридным двигателем и их аналогов с обычным ДВС не соизмерима высока и те несколько литров, что вы сэкономили в день, позволят вам окупить свой гибрид лет через 10, а то и больше (смотря как будете ездить).

Минимизируете выбросы в окружающую среду? Ну это как посмотреть, уменьшится, но не значительно, из-за присутствующего ДВС. Даже полностью электрические двигатели не являются абсолютно экологически чистыми ввиду того, что из надо заряжать, а электричество производится на электростанциях, которые тоже работают на топливе и хорошо, если газе, чаще всего на мазуте и угле.

Самый правдоподобный сюжет для появления гибридных силовых установок — это плавный переход от традиционных топливных двигателей, на полностью электрические. Некоторые эксперты в области экономического развития, даже осмелились предположить, что это некий компромисс между экологами, напирающими со всех сторон и нефтяниками, лоббирующими свои интересы. Как говорится — пошли по пути малой крови.

С другой стороны есть еще один момент — уменьшение количества углеводородов (нефти) на нашей планете и в следствии этого, необходимо делать шаги на опережения коллапса. Так как инфраструктура, техника, технология и сознание людей не готовы к автономным электромоторам, то гибридный мотор резонный выход в данный период. Но оставим причины и перейдем непосредственно к силовой установке. Чем она на самом деле является, какие бывают виды и как это все работает?

Какие бывают гибриды?

Гибридный мотор — это сочетание традиционного ДВС и электрической установки. Они являются самыми настоящими помощниками друг другу. Стандартный двигатель отдает усилие на генератор и подпитывает электромотор, который облегчает работу ДВС при возникновении нагрузок. К примеру вы едете на авто с обычным мотором и при подъеме в гору, он начинает испытывать нагрузки, увеличиваются обороты и расход топлива. А в гибридных моторах при возникновении нагрузки на основной мотор включается электрический и не дает тому испытывать трудности (как ехали с 2000-ми оборотов так и едете, что по прямой, что в гору).

Гибридные силовые установки делятся на три типа:

  • Умеренная гибридизация;
  • Полная;
  • Plug-in.
Умеренная это когда основной агрегат — ДВС, а электромотор подключается по необходимости. Полная, когда автомобиль может ехать на электротяге без подключения обычного мотора. Plug-in, так же как и при полной гибридизации, автомобиль может ехать на одном только электромоторе, но при этом имеется возможность заряжать батарею. Когда зарядка заканчивается двигатель начинает работать как привычный гибрид. Помимо типов гибридных установок, существуют еще специальные схемы взаимодействия между ДВС и электромотором. Их тоже три.

Последовательная схема. От ДВС передается усилие на генератор, тот заряжает аккумуляторы, которые питают электрическую силовую установку. Самая распространенная и простая схема. Плюсы: нет необходимости иметь мощный ДВС; не нужна трансмиссия и сцепление; электромотор может работать от накопленной энергии в батареях; для заряда используется рекуперация энергии (возврат инерционной энергии в момент отпускания педали газа). Минусы: необходима огромная батарея.

Параллельная схема. Оба двигателя непосредственно принимают участи в движении. Основная роль у ДВС, а электромотор необходим как вспомогательная движущая сила при начале движения, ускорениях, подъемах. При замедлении электродвигатель работает как генератор. Плюсы: нет потери энергии; не нужна батарея большой емкости; простая и дешевая конструкция. Минусы: слабая эффективность в городе и низкая экономичность.

Последовательно-параллельная схема. Некий симбиоз обеих систем с добавлением дополнительного генератора для электромотора и специального разделителя усилия. В момент начала движения и на небольших скоростях, автомобиль работает на электротяге, а ДВС предает крутящий момент на генератор, который заряжает батарею. При средних и высоких скоростях ДВС передает часть мощности на ведущие колеса, а в момент повышенной нагрузки поступает дополнительная энергия от аккумулятора. Получается при наборе скорости ДВС отдает часть мощности на колеса благодаря разделителю. В то же время электромотор работает только на приводе ведущих колес и не отдает энергию на аккумулятор, так как часть энергии ДВС идет на доп. генератор, который заряжает данный аккумулятор. В общем, довольно-таки, запутанная схема, но как показывает практика весьма эффективная. Плюсы: высокий КПД, экономичность и экологичность. Минусы: высокая стоимость установки, большая емкость аккумулятора, сложно устроенный блок управления.

Автомобили с гибридными силовыми установками объединяет одно — прогрессивность идеи, она же и является их убийцей в российской действительности. Проблема заключается в обслуживании подобных моторов за пределами МКАД. Это беда не только гибридных двигателей, но и в принципе современных машин. Весьма не комфортно перемещаться на дальние расстояния по нашей необъятной родине на автомобиле, в котором ни чего не понимаешь, и еще более интересно осознавать, что в нем не понимают люди, которые должны понимать.

Что такое гибриды?

Появление гибридных автомобилей продиктовано временем. Растущие цены на топливо, забота об экологии и желание людей ездить на современном и удобном автомобиле стимулирует производителей искать пути для полного или частичного отказа от неэкономичного и неэкологичного бензинового двигателя.

Крупнейшие мировые автопроизводители ведут разработки электромобилей, в которых источником энергии служат топливные элементы или обычные батареи, заряжаемые от сети.

Гибридный автомобиль — это компромисс, это объединение бензинового и электрического привода в одной машине. Для использования гибрида не нужно развивать инфраструктуру: он заправляется на обычной АЗС.

Бензиновый двигатель — источник энергии. Он приводит в движение автомобиль и одновременно позволяет вырабатывать электрическую энергию.

Электрический мотор добавляет усилие для обеспечения динамики – у него максимальный крутящий момент на низких оборотах.

«Лишняя» энергия накапливается в батарее, когда в ней нет нужды или при торможении и может быть использована тогда, когда это нужно.

Гибридный привод управляется специальным контроллером, так что водителю не надо думать о том, как заряжена батарея и когда можно использовать электромотор для движения. Все режимы включаются автоматически.

Гибриды бывают последовательные — когда двигатель крутит генератор, а электроэнергия с генератора используется для движения. По такому принципу работают большие карьерные самосвалы, морские суда – дизельэлектроходы, некоторые бульдозеры и подъемные краны. Накопительные батареи на таких машинах отсутствуют.

Параллельные гибриды имеют электромотор-генератор на первичном валу коробки передач — там, где у обычных автомобилей расположен маховик. При замедлении автомобиля энергия рекуперируется (запасается в батарее), а за счет энергии, запасенной в батарее, электромотор помогает бензиновому двигателю разгонять машину. КПП в таких автомобилях может быть и ручная.

Гибридный привод компании Toyota не относится ни к параллельному, ни к последовательному типу. Такая конструкция на основе планетарной передачи открыла широкие возможности для построения экономичного, экологичного и динамичного автомобиля- вот три кита, на которых основан успех автомобиля Prius и его «младших братьев».

СЕРИЙНЫЕ ГИБРИДЫ

Гибридные автомобили серийно выпускаются с 1997 года.

Первенец- это автомобиль Toyota Prius в кузове NHW-10 (седан), сначала был выпущен для внутреннего рынка Японии.

В 2000 году эта модель была серьезно переработанаувеличена мощность двигателя, применена новая батарея (кузов NHW-11, внешне они очень похожи на NHW-10). Этот автомобиль имел большой успех в США. В сентябре 2003 года Тойота выпустила Prius-II (кузов NHW-20), с тех пор он постоянно модернизируется.

Кроме модели Prius Toyota производит гибридные минивэны Alphard и Estima, джипы Highlander и Lexus RX400h, седаны Camry и Lexus LS450h. В прессе было сообщение о появлении модели Lexus GC600h. Если видите букву h в модели автомобиля Lexus — перед вами гибрид.

Компания Toyota объявила о намерении к 2010 году иметь для каждой выпускаемой модели автомобилей гибридный вариант. Весной 2007 года на Женевском автосалоне был показан концепт нового автомобиля Prius Hybrid-X.

Параллельные гибриды серийно выпускает Honda (модели Insight и Civic), а также американская компания GM.

Большинство гибридных автомобилей на российском рынке — это японские праворульные машины. Но в последнее время появились автомобили Prius из Америки и Европы с левым расположением руля. До последнего времени все они выпускались на заводах в Японии.

Рис. Экран монитора Prius II в режиме контроля за потоками энергии. Показан режим рекуперации — сохранения энергии при торможении автомобиля. (За бортом -13F =-25 C)

Количество гибридных автомобилей на улицах Москвы постоянно увеличивается. Сибирь, Дальний Восток, Урал также стремительно гибридизируются. И причина не только в том, что хочется ездить на современном и «умном» автомобиле. Реальная «стоимость владения» гибридом значительно ниже, чем обычным автомобилем такого же класса. Меньше расходов на бензин, меньше транспортный налог и ОСАГО, меньше проблем с ремонтом (поскольку автомобиль устроен проще, чем обычный, электроника надёжнее, чем механика, да и компьютерная диагностика позволяет точно определить неисправность, если уж она возникла). Но при этом ездит он как двухлитровый!

Смотрите также

 

"Питер - АТ"
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453

Новости