С-Петербург, улица Тосина 3
+7 (812) 917-84-85
+7 (921) 316-27-00
Главная » Разное » Принцип работы гибридного автомобиля

Принцип работы гибридного автомобиля


Принцип работы бензиново-электрических гибридных автомобилей

Как работает гибридный автомобиль? Какие процессы происходят под его капотом во время движения? В этой статье мы поможем вам понять принцип работы гибридной силовой установки.

Любое транспортное средство, использующее в своей работе два или более источника энергии, является гибридом. Огромная часть выпускаемых в наше время автомобилей являются бензиново-электрическими гибридами, силовая установка которых сочетает двигатель внутреннего сгорания и электромотор.

Бензиново-электрические гибридные автомобили - это своеобразный симбиоз автомобилей с бензиновыми двигателями и электромобилей. Различие, как известно, между бензиновыми и электрическими автомобилями заключается в источнике и механизме их питания. В бензиновом автомобиле топливо поступает к двигателю с топливного бака, в электромобиле же электрический мотор обеспечивают электроэнергией аккумуляторные батареи. Можно сказать, что гибридный автомобиль является своеобразным компромиссным вариантом между этими двумя автомобильными механизмами.

Для того, чтобы автомобиль был комфортным для пользователя в процессе эксплуатации, он должен отвечать определенным требованиям. Необходимо чтобы автомобиль был в состоянии:

- обеспечивать большой пробег до момента дозаправки/подзарядки;

- заправлялся быстро и легко.

Бензиновые автомобили отвечают вышеизложенным требованиям, но являются источником значительного загрязнения окружающей среды. Электрические же автомобили в процессе своей работы практически не образуют загрязняющих веществ, однако их пробег на одном заряде аккумуляторных батарей, как правило, не превышает 80-160 км. Главным недостатком электрических автомобилей является довольно продолжительный процесс их подзарядки.

Бензиново-электрические гибридные автомобили сочетают в себе преимущества как электрических, так и бензиновых машин, позволяя объединить в одной системе бензиновое топливо и электроэнергию. Совместное использование двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя позволяет значительно повысить топливную эффективность силовой установки транспортного средства, обеспечить быстрое достижение необходимого показателя скорости движения путем практически моментальной подачи энергии, снизить объемы образуемых вредных выхлопов, а также увеличить пробег автомобиля благодаря эффективному функционированию системы рекуперативного торможения, позволяющей преобразовывать кинетическую энергию движения в электроэнергию. К тому же, применение гибридной силовой установки в автомобиле создает возможность уменьшения его суммарного вес по сравнению с бензиновым аналогом.

Широкое использование гибридные автомобилей на дорогах способствует значительному снижению выбросок оксида азота в атмосферу (на 50%), а также сажи и углекислого газа.

Термин «гибридный автомобиль», чаще всего применяется к средствам передвижения, сочетающим в своей конструкции двигатель внутреннего сгорании и один или несколько электродвигателей. Однако, не исключена возможность использования в гибридных автомобилях и иных источников питания, помимо бензина и электроэнергии. В последнее время ряды гибридных автомобилей начали пополняться гибридными моделями, механизм работы которых предполагает сочетание ДВС и двигателя, работающего на сжатом воздухе, или же электромотора и двигателя, использующего в своей работе энергию солнца, ветра, биологического топлива.

Гибридные автомобили делятся на два вида: умеренные и полные. Движение умеренных гибридов обеспечивается преимущественно работой двигателя внутреннего сгорания, а электромотор при этом используется только в качестве дополнительного тягового механизма (яркий пример - Honda Insight). Полным же гибридам свойственна возможность перемещения исключительно только на одной электротяге, независимо от ДВС.

Наиболее популярными в мире гибридные автомобили - Toyota Prius, Shevrolet Volt, Honda Insight. В модели Toyota Prius реализован следующий механизм: движения автомобиля на низкой скорости (до 40 км/ч) происходит благодаря работе электродвигателя, питаемого литий-ионной аккумуляторной батареей, но при большем разгоне активизируется двигатель внутреннего сгорания, который обеспечивает тягу на высокой скорости. При этом электроника регулирует работу моторов и генератора.

Противоположный механизм работы реализован в гибриде Shevrolet Volt. Передвижение этого автомобиля происходит благодаря электродвигателю, функции же ДВС сводятся только к подзарядке его аккумуляторных батарей.

Для гибридных автомобилей свойствен механизм рекуперации энергии при торможении – электрический двигатель переходит в режим генератора, преобразующего кинетическую энергию в электрическую, которая способствует восполнению заряда аккумуляторных батареи.

Схемы подключения двигателей гибридного автомобиля:

- Последовательная схема – маломощный ДВС соединен только с генератором электроэнергии, а электрический двигатель - с колесами. ДВС приводит в движение небольшой генератор электрического тока, вырабатываемая электроэнергия от которого поступает к аккумуляторным батареям, обеспечивающим питание электрического мотора. При такой схеме подключения, ДВС никогда непосредственно не приводит транспортное средство в движение, и главным силовым механизмом является электромотор. Конструкция подобных гибридных автомобилей предполагает использование аккумуляторов увеличенной емкости. Данная схема подключения двигателей была использована в первых гибридных автомобилях, сконструированных Фердинандом Порше. На сегодняшний день представителями Plug-in Hybrid являются модели Chevrolet Volt, Opel Ampera.

- Параллельная схема – ДВС, электрический двигатель и коробка передач соединяются с помощью автоматических муфт. Данная схема свойственна практически для всех умеренных гибридов и для ряда полных (например, Audi Duo). Для гибридный автомобилей с параллельной схемой характерна возможность как одновременного, так и раздельного использования возможностей ДВС и электродвигателя для движения колес. Электрический мотор способствует быстрому разгону транспортного средства, а также обеспечивает выполнение функции рекуперативного торможения. Гибриды с параллельной схемой - Hyundai Elantra Hybrid, Civic Hybrid, BMW Active Hybrid 7, Volkswagen Touareg Hybrid.

- Последовательно-параллельная схема (смешанная) – планетарный редуктор обеспечивает связь ДВС, электрогенератора и электрического двигателя. Яркими примером гибридных автомобилей с последовательно-параллельной схемой (Full Hybrid ) является Toyota Prius, Ford Escape Hybrid, Lexus RX 450h.

Последовательная схема подключения двигателей гибридного автомобиля

 

Параллельная схема подключения двигателей гибридного автомобиля (слева)

Последовательно-параллельная схема подключения двигателей гибридного автомобиля (справа)

Гибридную силовую установку автомобиля могут образовывать следующие компоненты:

Двигатель внутреннего сгорания. В гибридных автомобилях также, как и в традиционных – бензиновых, используется ДВС, однако он значительно меньше и более усовершенствован в направлении сокращения уровня вредных выбросов в атмосферу и увеличения работоспособности.

Топливный бак. Топливный бак в гибридах является устройством хранения бензинового топлива для работы ДВС.

Электрический двигатель. Современные автомобилестроительные технологии позволяют использовать электродвигатель как в качестве силового двигателя, так и генератора энергии при торможении, тоесть электромотор способен ускорять автомобиль, питаясь от аккумуляторных батарей, или же может работать в генеративном режиме при спусках автомобиля по склону и торможении, обеспечивая восполнение энергии батарей.

Генератор. По механизму своей работы генератор схож с силовым электродвигателем, однако в ряде гибридном автомобиле он используется только для производства электрической энергии.

Аккумуляторные батареи – устройства хранения энергии для работы электродвигателя гибридного автомобиля. В то время, когда для бензинового двигателя свойственно только черпание бензина из топливного бака, электрический двигатель гибридного автомобиля может как использовать энергию батарей, так и восполнять её посредством механизма рекуперативного торможения.

В гибридных автомобилях, как правило, применяются более компактные и легкие аккумуляторные батареи, нежели в электромобилях.

Коробка переключения передач выполняет в гибридном автомобиле ту же функцию, что и бензиновом, с тем только различием, что контролирует работу как ДВС, так и электрического двигателей.

Для контроля потока энергии между генератором, батареей и электромотором используется блок управления энергией и полупроводниковое устройство переключения.

Ряд приемов позволяет увеличить эффективность использования бензинового топлива и энергии аккумуляторных батарей в гибридном автомобиле. Итак, в гибридном автомобиле с этой целью:

- Восполняется энергия, запасаемая в батареях, благодаря функции рекуперативного торможения электродвигателя.

- Приостанавливается работа ДВС. Гибридному автомобилю не нужно все время полагаться на бензиновый двигатель, поскольку в нем, как правило, есть полноценный тяговой электромотор.

- Используется развитая аэродинамика с целью уменьшения лобового сопротивления.

- Применяются легкие материалы. Снижение общего веса автомобиля является простым способом увеличения его пробега. Более легкий автомобиль потребляет значительно меньше энергии при ускорении и подъемах вверх по холмам. Композитные материалы, такие как углеродное волокно или же легкие металлы (алюминий, магний) могут использоваться для снижения веса общей конструкции гибридного транспорта.

- Используются специальные шины с пониженным сопротивлением качению.

Существует несколько эффективных методов обеспечения максимального пробега гибридного автомобиля:

- Поездки на небольших скоростях – аэродинамическое сопротивление резко возрастает при увеличении скорости.

- Поддержание стабильной скорости – при изменении скорости автомобиля, значительная часть энергии тратится впустую; поддержание скорости позволяет более эффективно использовать топливо.

- Предотвращение резких остановок – если транспортное средство будет останавливаться более длительный промежуток времени, электродвигатель сможет сгенерировать больше энергии.

Устройство гибридного автомобиля на примере Toyota Prius

Будущее марки Тойота – это гибридные автомобили. Пока электромобили не совершенны и передвигаются без подзарядки максимум до 150 км. Аккумуляторные батареи гибридных автомобилей получают подзарядку от ДВС, обеспечивая комфорт и экономичность при езде на любые расстояния.

Устройство гибридного автомобиля

Устройство гибридного автомобиля (например, Тойота Приус) основано на последовательно-параллельно схеме. У таких транспортных средств крутящий момент на колеса может подаваться и от мотора, и от мотора-генератора. При этом величина мощности агрегатов варьируется в зависимости от степени заряда и возможностей мотора.

Основу конструкции составляют двигатель внутреннего сгорания, электромотор, два генератора и делитель мощности. Последнее устройство позволяет трогаться и осуществлять движение на малых скоростях исключительно на электромоторе. ДВС в этот момент будет обеспечивать только работу генератора.

Зарядка гибридного автомобиля осуществляется посредством отдельного генератора, поэтому электрический мотор-генератор используется только для привода ведущих колес. Во время высоких нагрузок, таких как подъем в гору или езда на высокой скорости в работу активно подключается бензиновый мотор. Делитель мощности контролирует передачу от крутящего момента ДВС на колеса, перераспределяя часть ее для заряда АКБ и генератора.

Принцип работы гибридного автомобиля

Принцип работы гибридного автомобиля (например, Тойота Приус) состоит в следующем: старт, первоначальный разгон и езду на малых оборотах обеспечивает электрический мотор-генератор, при повышенных нагрузках подключается бензиновый мотор. Компьютер регулирует его работу так, чтобы были обеспечены самые высокие показатели экономичности.

Шестерня делителя мощности, передающая крутящий момент на ведущие колеса, вращается посредством электромотора. Основной принцип действия гибридного автомобиля заключается в формировании передаточного числа трансмиссии делителем мощности, именно он распределяет уровень включенности в работу каждого из моторов.

Такая схема гибридного автомобиля называется последовательно-параллельной. Она соединила все преимущества последовательно и параллельной схем. В итоге инженеры японского автоконцерна смогли создать максимально надежный агрегат, ведь управление крутящим моментом происходит при помощи электроники, исключая участие множественных механических узлов и механизмов.

Рекуперативная система торможения также передает кинетическую энергию на генератор, восполняя запас аккумулятора. Для экстренного торможения применяется обычная фрикционная тормозная система.

Двигатель (ДВС) гибридного автомобиля

Мотор авто, работающего по принципу гибрида, в первую очередь основывается на принципе экономичности. Для Тойота Приус инженеры компании Toyota смогли выпустить агрегат в 1,8 литров мощностью 98 лошадиных сил. Теперь расход Тойота Приус гибрид составляет примерно 4,5 литра на 100 км (5 литров по городу и 3,9 литра по трассе). В холодное время года вне зависимости от режима езды потребление топлива увеличивается в среднем на 2 литра на 100 км. Для заправки завод-изготовитель рекомендует использовать бензин марки АИ-95.

Стоит отметить, что разогнать машину до сотни получится чуть боле, чем за 10 секунд. При этом максимальная скорость авто составит 180 км/ч.

Тип двигателя Тойота гибрид подбирался с точки зрения максимального коэффициента полезного действия. У современных гибридов он составляет 40%. Такие показатели позволило получить использование мотора, работающего по циклу Аткинсона. Основная особенность такого бензинового мотора состоит в том, что сжатие топлива запаздывает за ходом поршня. Оно запускается несколько позже начала движения поршня в верхнюю часть гильзы. Благодаря такой уловке некоторое количество топливно-воздушной смеси возвращается во впускной коллектор.

Данный тип ДВС дал современному мотору Toyota Prius следующие преимущества:

  • увеличение рабочего хода поршня;
  • повышение КПД;
  • уменьшение расхода топлива;
  • оптимально подходящая конструкция для работы в узком диапазоне оборотов коленчатого вала;
  • 122 лошадиных силы суммарной мощности движущей установки.

Электромотор автомобиля Тойота

В Toyota Prius имеется два электромотора: управляющий и тяговый моторы-генераторы. Оба движка питает АКБ. Тяговый мотор-генератор обеспечивает авто запуск и первоначальный разгон. Управляющий мотор-генератор отвечает за зарядку гибридного автомобиля, а также выполняет функции стартера.

Как правило, по городу в режиме «старт/стоп» Toyota Prius перемещается исключительно за счет электрической установки.

Мощность электромотора Тойота Приус определяется следующими характеристиками:

  • 60 лошадиных сил;
  • 56 кВт;
  • 163 Н*м.

Последние модели Prius получили возможность заряжаться и от электрической розетки, что позволило сделать их еще экономичнее. Минус один – полная зарядка аккумулятора составит 6 часов, поэтому пока использование транспортного средства без участия двигателя внутреннего сгорания неудобно для поездок на дальние расстояния.

Аккумуляторная батарея

На борту Тойота Приус аккумуляторных батарей две:

1. Вспомогательная аккумуляторная батарея автомобиля емкостью 45 А/ч.

2. Основная никель-металлгидридная высоковольтная аккумуляторная батарея емкостью 6,5 А/ч и напряжением 201,6 В, состоящая из 168 ячеек.

Особенность устройства основной аккумуляторной батареи автомобиля состоит в том, что они оснащены собственной системой охлаждения.

В свое время Тойота Приус была первопроходцем среди автомобилей гибридов. Сегодня установки типа hybrid удалось усовершенствовать так, что они стали устанавливаться и на другие более массовые модели Toyota, тем не менее Prius заслуженно входит в рейтинг лучших гибридных автомобилей. Популярность подобной схемы мотора можно объяснить ее экологичностью, экономичностью и надежностью, проверенной годами.

Категории: Статьи

Как работает гибридный автомобиль

Гибридные автомобили имеют два мотора – бензиновый двигатель и электрический мотор, работающий от аккумулятора. Батареи, питающие электромотор, заряжаются энергией  от бензинового двигателя. Они также подзаряжаются энергией, образующейся при торможении автомобиля или его движении накатом. В отличие от электромобилей современные гибридные автомобили не требуют зарядки от сети. Хотя такая возможность скоро появится.

Электромоторы – отличные партнеры для бензиновых двигателей. Особенно они хороши для генерации крутящего момента. Крутящий момент – это скручивающая сила, которая заставляет машину ехать. Он особенно важен, когда нужно тронуться с места. И, если крутящий момент в основном обеспечивается электромотором вашего авто, то бензиновый двигатель может быть меньшего размера. А это означает меньший расход топлива! Подробнее о крутящем моменте и мощности двигателя читаем по ссылке.

К примеру, мощность электромотора Хонды Цивик Гибрид — всего лишь 20 лошадиных сил, но при этом он создает крутящий момент в 103 Нм – неплохой показатель для такого маленького мотора. Большинство бензиновых двигателей способны генерировать большой крутящий момент, что необходимо при ускорении, в то время как при движении по шоссе задействуется лишь небольшая часть этой мощности. Бензиновому двигателю гибрида не нужно развивать большой крутящий момент, а значит, и сам двигатель не обязан быть большим. Все, что от него требуется – это поддерживать скорость автомобиля при движении по шоссе.

Но экономия топлива достигается не только за счет уменьшения объема бензинового двигателя. В большинстве гибридов предусмотрено также отключение двигателя при замедлении или остановке автомобиля. Например, двигатель отключается, когда вы останавливаетесь на перекрестке, а потом мгновенно включается, когда вы нажимаете на педаль газа или отпускаете педаль тормоза (как у Хонды Цивик Гибрид). В результате, экономия топлива для небольших машин при езде по городу составляет от 0,42 км/л до 0,84 км/л. Если вы управляете автомобилем с огромным двигателем V8, экономия становится еще больше. Причем, количество вредных выбросов в атмосферу снижается прямо пропорционально уменьшению количества потребляемого топлива.

В конце концов, двигатели, автоматически отключающиеся при малой нагрузке, будут установлены на всех автомобилях. И правильно – представьте, насколько легче нам будет дышать, скажем, при переходе через дорогу на оживленном перекрестке!

По материалам сайта: cartalk.com Перевод: CAR-TALES.RU

Эта статья полезна для Вас? Да 7 / Нет 1
Порекомендуйте статью друзьям:

Принцип работы гибридного автомобиля

В гибридных авто предусмотрено два источника энергии: стандартный мотор и блок аккумуляторных батарей. Это позволяет передвигаться на низких скоростях без потребления жидкого топлива.

Рассмотрим устройство и принцип работы гибридного автомобиля.

Сочетание традиционного двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и электромотора позволяет снизить расход топлива и токсичность выхлопных газов. Для обеспечения должной экономичности требуются достаточно емкие аккумуляторные батареи, что сказывается на стоимости гибридного транспортного средства.

Какие бывают гибридные автомобили

В зависимости от функциональности электромотора гибриды делятся на следующие типы:

  • умеренные (mild hybrids) – электромотор помогает работе основного ДВС (например, Honda Insight);
  • полные (full hybrids) – способны передвигаться на одной электротяге (например, Lexus RX 400h).

По схеме устройства гибридные силовые установки бывают следующих типов:

  • последовательные – ДВС вращает вырабатывающий энергию генератор, а колеса крутит электрический мотор (требуются аккумуляторы большой емкости, отсутствует необходимость в коробке передач и мощном ДВС);
  • параллельные – мощный электромотор (10–15 кВт) поддерживает ДВС при разгоне и запасает рекуперативную энергию при торможении (в качестве трансмиссии используется планетарная передача или вариатор).
  • смешанные – в результате синергии ДВС и электромотора осуществляется совместное вращение колес и генератора, электроника регулирует обороты генератора и обоих двигателей (необходимость в КПП отсутствует).

Honda IMA (Integrated Motor Assist) с параллельной схемой. Вместо маховика на коленвале находится компактный генератор-электромотор.

Как работает гибридный автомобиль

Рассмотрим принцип работы гибридного автомобиля на примере параллельной силовой установки — самой распространенной в настоящий момент. При разгоне основная энергия поступает от ДВС, для улучшения динамики электромотор обеспечивает подачу дополнительной энергии. Работающий в нормальном режиме ДВС вращает также генератор, который подает излишки энергии на электромотор.

При нормальном движении привод колес совместно обеспечивают ДВС и электромотор. Энергия поступает также на электрический генератор, который часть возвращает на электромотор, а другую часть направляет на зарядку аккумуляторной батареи. При торможении гибридного автомобиля происходит преобразование кинетической энергии в электричество, которое через блок управления электропитанием возвращается в высоковольтную батарею.

Преимущества гибридных автомобилей

Взаимодействие ДВС и электромотора позволяет обеспечить дополнительную мощность без чрезмерного расхода топлива и загрязнения окружающей среды. Оптимальный режим работы ДВС поддерживает сложная компьютерная система, непрерывно регулирующая забор воздуха. Ключевым преимуществом является также возможность возврата части энергии при торможении, безвозвратно теряющейся в обычных условиях. Это особенно важно при движении в городском цикле, когда постоянно чередуются разгон и торможение.

Смотрите также

 

"Питер - АТ"
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453

Новости