Что такое автомобиль гибрид?

Содержание

Схемы взаимодействия электромотора и ДВС

Инженеры разных компаний по-разному подходят к вопросу гибридного двигателестроения. Современные машины оснащаются гибридными двигателями, построенными по одной из трех схем взаимодействия топливной и электрической составляющей, которые будут рассмотрены ниже.

Последовательная схема

Это наиболее простой вариант. Принцип его работы заключается в следующем: крутящий момент от ДВС в данном случае передается исключительно генератору, который вырабатывает электричество и заряжает аккумуляторы. Автомобиль при этом движется только на электротяге.

Также для зарядки аккумуляторной батареи применяется система рекуперации кинетической энергии. Своим названием данная схема обязана последовательным преобразованиям энергии: энергия сгорания топлива двигателем внутреннего сгорания превращается в механическую, затем в электрическую при помощи генератора и снова в механическую.

ДВС всегда работает на неизменных оборотах, с максимальным КПД;
нет необходимости оснащать автомобиль мощным и прожорливым двигателем;
не нужно сцепление и коробка передач;
автомобиль способен передвигаться и с выключенным двигателем внутреннего сгорания за счет энергии, запасенной аккумуляторной батареей.

Однако есть у последовательной схемы и свои минусы:

потери энергии в процессе преобразований;
большой размер, вес и высокая стоимость аккумуляторных батарей.

Наибольшая эффективность такой схемы достигается при движении с частыми остановками, когда активно работает KERS. Поэтому она нашла применение в городском транспорте. Также гибридные двигатели с последовательной схемой применяются в карьерных самосвалах, которым для работы важен большой крутящий момент и не требуется высокая скорость.

Параллельная схема

Принцип работы «параллельного» гибридного двигателя полностью отличается от вышеописанного. Автомобили с гибридным двигателем, построенным по параллельной схеме, ездят с использованием и ДВС, и электромотора. Электродвигатель в таком случае должен быть обратимым, т.е. способным работать в качестве генератора. Согласованная работа обоих моторов достигается посредством компьютерного управления.

В зависимости от режима езды блок управления распределяет крутящий момент, поступающий от обоих элементов гибрида. Основную работу выполняет двигатель внутреннего сгорания, электромотор же подключается когда нужна дополнительная мощность (при трогании, ускорении), при торможении и замедлении он работает как генератор.

По данной схеме построены гибридные автомобили марки Хонда. Главный принцип руководства компании: схема гибридного двигателя должна быть как можно более простой и дешевой, а функция электромотора заключается лишь в помощи ДВС сэкономить максимально возможное количество топлива. У этой марки существует две гибридных модели – Civic (снят с производства в 2010 году) и Insight.

Последовательно-параллельная схема

Последовательно-параллельная схема представляет собой совмещение первых двух. В параллельную схему добавлен дополнительный генератор и делитель мощности. Благодаря этому автомобиль при трогании и на малых скоростях движется только на электрической тяге, ДВС только обеспечивает работу генератора (как при последовательной схеме).

На высоких скоростях крутящий момент на ведущие колеса передается и от двигателя внутреннего сгорания. При повышенных нагрузках (например, при подъеме в гору), когда генератор не в силах обеспечить требуемый ток, электромотор получает дополнительное питание от аккумулятора (параллельная схема).

рекуперативного торможения

Плюсы последовательно-параллельного гибридного двигателя данной схемы, в максимальной топливной экономичности и высокой экологичности. Минусы системы – сложность конструкции и высокая стоимость, поскольку требуется дополнительный генератор, достаточно емкая аккумуляторная батарея и сложный электронный блок управления.

Применяется последовательно-параллельная схема на автомобилях марки Тойота (Prius, Camry, Highlander Hybrid, Harrier Hybrid), а также на некоторых моделях Лексус. Подобными гибридными двигателями оснащаются машины Ford Escape Hybrid и Nissan Altima Hybrid.

Мне нравится1Не нравится

Общее описание

Совершенствование двигателей внутреннего сгорания (ДВС) едва-едва поспевает за предъявляемыми к ним требованиями. С одной стороны, потребители с мечтами об одновременно мощном и экономичном моторе, с другой — экологи, ужесточающие нормы токсичности. А в завершение — геологи, все настойчивее напоминающие об истощении запасов «черного золота». Одним из вариантов решения этой проблемы являются гибридные силовые установки, состоящие из обычного ДВС и электродвигателя. В отличие от электромобилей и автомобилей на топливных элементах, которые все еще остаются «автомобилями будущего», гибриды уже с 1997 года выпускаются серийно.

Давайте сравним автомобиль с обычным ДВС и электромобиль. Обыкновенный автомобиль способен проехать без дозаправки четыре-пять сотен километров и при этом отравить атмосферу некоторым объёмом вредных веществ. Заправочных станций предостаточно в любом регионе, и пополнить запасы топлива можно за считанные минуты. Электромобиль может проехать на одном заряде батарей порядка 80-160 км. Он экологически чист, бесшумен и практически безупречен до того момента, пока не наступает очередь подзарядки аккумуляторов. У существующих в наше время «электрических» машин этот процесс длится несколько часов.

Гибридные автомобили берут все лучшее от обоих моторов: ДВС и электрического. Достоинство первого – в удобном энергоносителе, жидком топливе, а второго – в выдающихся моментных характеристиках. В отличие от ДВС, электромотор не нужно заводить и «раскручивать». Он может «стоять и ждать» не потребляя энергии. Но как только дали ток, сразу получили максимальную тягу на колесах. Электродвигатель эффективнее двигателя внутреннего сгорания в режиме частых стартов и стопов (т.е., при езде в городском цикле). Двигатель внутреннего сгорания, наоборот, более эффективен на постоянных, оптимальных для данного двигателя оборотах.

В гибриде оба двигателя работают друг на друга. ДВС крутит генератор и питает энергией электромотор. Тот, в свою очередь, позволяет ДВС работать без резких разгонных нагрузок, в наиболее благоприятных режимах. Практически все современные гибриды имеют систему рекуперации или, по-русски, «возврата энергии». Суть ее в том, что при торможении или при движении машины накатом, электродвигатели начинают крутиться от колес и работать как генераторы, заряжая батарею. Отсюда – меньший износ, экологичность и экономичность (особенно в городском цикле.)

Итак, перед нами технологичный прогрессивный автомобиль, в котором нивелируются недостатки и объединяются достоинства двух моторов. Но.., рано хлопать в ладоши, и послушаем, что говорят скептики.

Гибридные автомобили сложнее и дороже традиционных автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Аккумуляторные батареи имеют небольшой диапазон рабочих температур, не любят морозов, подвержены саморазряду, срок службы их ограничен несколькими годами. А «экономность» гибрида прямо связана с состоянием АКБ. Кроме того, существует проблема утилизации отработанных батарей. Гибриды дороже в ремонте, да и за сам ремонт возьмется далеко не каждый. Кроме того, высокую экологичность и экономичность гибридов многие тоже ставят под сомнение. Так, ряд тестов, проведенных авторитетными автомобильными изданиями, показал, что гибриды дают заметную экономию топлива только в городе, при движении же в смешанном цикле незначительно, а за городом существенно проигрывают современным дизелям. Почетное звание «Самый экологичный автомобиль года» в 2007 и 2008 годах присуждалась также автомобилям с дизельными моторами.

Рассмотрим подробнее, какими бывают и как устроены гибриды.

По степени гибридизации их делят на «умеренные»,«полные» и plug-in. «Полный» в состоянии двигаться лишь на электричестве, не потребляя топлива. «Умеренный» всегда задействует ДВС, а электромотор подключается, если требуется дополнительная мощность. Гибрид с подзарядкой (plug-in hybrid) — такой гибрид можно включать в розетку для подзарядки. В результате обладатель подобного гибрида получает все преимущества электрического автомобиля, без самого большого недостатка: ограниченного пробега на одном заряде. Когда электрический заряд заканчивается, подключается ДВС и автомобиль превращается в обычный гибрид.

По принципу взаимодействия электрической и топливной составляющих авто, гибридные приводы принято разделять на три вида: последовательный, параллельный и последовательно-параллельный.

Принципы работы

Схема параллельная Подобные автомобили одновременно используют оба двигателя постоянно, а электродвигатель используется как генератор для бензинового. Согласовывает работу двух двигателей компьютер, а блок управления помимо основных функций ещё и распределяет крутящий момент от обоих двигателей. Основным источником тяги является ДВС, а электрическая тяга появляется только при необходимости, например для резкого ускорения. При торможении электродвигатель работает как генератор. В данной компоновке потребитель не переживает об обслуживании большой батареи, а общая конструкция проста и недорогая в создании. Но минусами в данной системе является топливная экономичность в сравнении с другими схемами, помимо этого в городском потоке гибридная составляющая не эффективна. Такой автомобиль лучше всего раскрывается при движении по магистралям.

Последовательная схема Самый простой вариант гибридного автомобиля. Момент с ДВС уходит напрямую в генератор, который вырабатывает электричество и заряжает аккумуляторы. Автомобиль этой компоновки движется только на электрической тяге. Данная схема является классическим примером последовательного преобразования энергии, при котором топливо, сгорающее в ДВС, будет превращаться в механическую, после этого в электрическую для генератора, и снова в механическую, но уже для колёс. Такие автомобили всегда работают «на максимуме», то есть двигатель показывает максимальный КПД. Кроме этого, нет необходимости в установке мощного двигателя, а также можно смело отказываться от коробки передач. А если в ДВС закончится бензин – аккумуляторы могут подзаряжаться при торможении и автомобиль спокойно сможет добраться до заправки.
Однако минусами тут будет являться большая энергопотеря от преобразований энергии и большая стоимость аккумуляторов вместе с их габаритами. Такой автомобиль идеально можно использовать в городском транспорте, ну или для промышленных машин, которым важен крутящий момент, а не скорость.

Параллельно-последовательная схема Как вы понимаете, это квинтэссенция прошлых двух типов двигателя, получившая в свою схему работы дополнительный генератор и делитель мощности. Начинает движение такой автомобиль только на электротяге, и продолжает двигаться на малых скоростях тоже без привлечения своего неэкологичного «коллеги», который может обеспечивать только работу генератора. Если вам будет нужно ускориться – бензиновый агрегат с радостью вам поможет, и включится в работу, дав отдохнуть электромотору. В случае повышенной нагрузки электромотор всегда может получить дополнительное питание от аккумулятора. Поскольку в системе имеется отдельный генератор, заряжающий аккумуляторную батарею, электромотор используется только для привода ведущих колес и во время рекуперативного торможения. Через планетарный механизм (он же делитель мощности), часть крутящего момента от ДВС частично передается на колеса и частично «отбирается» для работы генератора, который питает либо электромотор, либо аккумуляторную батарею. Электронный блок управления все время регулирует подачу мощности из обоих источников.
Плюсы последовательно-параллельного гибридного двигателя данной схемы – в максимальной топливной экономичности и высокой экологичности. Минусы системы – сложность конструкции и высокая стоимость, поскольку требуется дополнительный генератор, достаточно емкая аккумуляторная батарея и сложный электронный блок управления.

Основные преимущества и недостатки гибридных авто

Главным плюсом от использования тандема ДВС и электромотора стало заметное снижение расхода горючего. Показатель расхода топлива у современных гибридных машин до 30 % меньше по сравнению с обычными авто. Сжигание меньшего количества бензина или солярки одновременно позволило снизить уровень токсичности гибридов. Получается, гибридные авто являются более экономичными и дружелюбными к окружающей среде сравнительно с традиционными аналогами, которые оснащаются только ДВС. Также гибриды производят меньше шума в процессе работы.

Что касается электромобилей, гибридные решения сравнительно с электрокарами имеют больший запас хода, а также являются «универсальными» с точки зрения повседневной эксплуатации. Гибрид не требует обязательной зарядки от электросети и заправляется простым бензином. После сжигания топлива часть энергии накапливается в аккумуляторе, от которого приводится в действие электродвигатель. Дополнительным источником питания для заряда аккумулятора выступает рекуперация торможения, то есть преобразование кинетической энергии движущегося авто в электричество.

Также гибридные авто имеют целый ряд конструктивных решений и максимум вспомогательных систем для высокой экономичности и снижения уровня вредных выбросов: система старт-стоп, изменение фаз ГРМ, система EGR, подогрев ОЖ отработавшими газами и т.д.

К недостаткам гибридов эксперты относят высокую начальную стоимость, а также определенные сложности в процессе ремонта и обслуживания подобных машин. Еще одним минусом является возможный критический разряд аккумулятора гибрида и быстрый выход из строя данного элемента в условиях значительных колебаний температур.

Стоит добавить, что хотя гибридные машины демонстрируют высокие показатели экономичности в городском потоке (постоянные остановки, работа в режиме холостого хода, движение на малых скоростях), на трассе эффективность гибридной силовой установки не так заметна. Дело в том, что в основе работы гибридов лежит определенное распределение нагрузок между агрегатом на электротяге и двигателем на углеводородах. Для поддержания высокой скорости основная нагрузка ложится именно на ДВС, в результате чего расход топлива закономерно возрастает.

Основные преимущества и недостатки гибридных авто

Положительные стороны гибридных двигателей

Основное достоинство гибридов заключается в его экономичности. Минимальная экономия топлива составляет 20%, что в условиях роста цен довольно ощутимое преимущество.
Совместное использование двух двигателей снижает количество выбросов СО2.
Отличные ходовые характеристики, которые достигнуты благодаря рациональному накоплению и последующему перераспределению мощностей, выработанных совместно двумя двигателями.
В сравнении с традиционным автомобилем гибрид обладает ощутимым запасом хода, то есть он может продолжать движение даже с пустым баком.
Характеристики гибридных двигателей полностью идентичны традиционным моделям с ДВС, вопреки сложившимся стереотипам, а с учетом других преимуществ порой даже превосходит их.
Электродвигатели практически бесшумны, что добавляет комфорта при эксплуатации автомобиля.
В сравнении с электромобилем, АКБ гибрида заряжается от топливного двигателя, что увеличивает запас его хода.
Заправка автомобиля осуществляется тем же бензином, что и традиционные авто.

Минусы гибридных автомобилей

Наряду с перечисленными плюсами «гибриды» имеют и ряд негативных сторон, к которым можно отнести:

Очень высокая стоимость самого автомобиля.
Высокая сложность в конструкции влечет за собой высокую стоимость обслуживания.
Недостаточно развитая система автосервисов. Сложность гибридной конструкции требует хороших знаний и высококлассных специалистов в автомастерских, что не всегда возможно, особенно в удаленных населённых пунктах.
При выходе из строя батарей хозяину авто придётся довольно долго искать место доступной утилизации.

Механика

Любой сложный агрегат имеет в своём «арсенале» принцип своей работы или действия. В случае и с гибридными моторами нужно знать о том, что двигателя, формально, в таком автомобиле два: бензиновый и электрический. Меняются эти «братья-близнецы» в своей работе в зависимости от режима работы силовой установки, а иногда и работают парно. Управляет такой сменой двигателей электронная система, определяя какой из двигателей нужно включать в данный момент. К примеру, на трассах нужен бензиновый, ведь ёмкости аккумулятора может не хватить, а вот в пробках как раз можно и «катиться» на электротяге. Если углубиться в механику, то есть три принципа работы таких «гибридов».

Как устроена гибридная Honda

Сразу и не скажешь, что гибрид

Сегодня рассказ сегодня будет о традиционном «параллельном» гибриде Honda Civic Hybrid 2009 года выпуска.

Автомобиль произведен для Европы и ввезен из Нидерландов после 5 лет эксплуатации, но уже 4 года радует нового владельца, второго в России.

Итоговая цена: чуть больше 400 тыс. рублей. Немного с учетом минимального пробега (50 тыс.) и комплектации: «люкс», родная и очень забавная электроника, полный набор опций и документов.

Двигатель Honda Civic Hybrid объемом 1.34 литра (с одним распредвалом и восемью клапанами) вместо маховика оснащен плоским электромотором — этот «гибрид» бензо- и электродвигателя развивает мощность 115 л.с.

Привод компрессора кондиционера так же является гибридным — и от двигателя, и от встроенного электромотора.

За стенкой огромная батарея, которая заставила изменить подвеску. Тяжела

Собственная мощность ДВС составляет «всего» 75 л.с., поэтому динамика на трассе довольно своеобразная — без участия электрического двигателя будет грустно.

За жестко зафиксированной спинкой заднего дивана Honda Civic Hybrid находится тяговая батарея на 15 кВт, которая состоит из 132-х никельметаллгидридных аккумуляторов и блока преобразователей.

Собственная масса узла — 55 кг, поэтому о легком демонтаже (чтобы зимой домой занести) даже и мечтать не стоит.

Классификация по степени электрификации

Разбираясь в особенностях гибридных двигателей, поговорим и о различном применении электромоторов. Степень электрификации машины указывает на возможности электрической установки. В одном случае, она идёт как приложение, в другом — позволяет полноценно передвигаться на электротяге. Чтобы понять насколько прогресс ушёл вперёд, рассмотрим этапы электрификации последовательно.

Микрогибрид

Двигатель-микрогибрид представляет собой простейшую форму гибридизации. Автомобиль оснащается системой «Старт-Стоп», в которой электрическая установка используется, как стартер и генератор, но не передаёт энергию колёсам. Во время работы машины на холостом ходу блок управления глушит бензиновый двигатель, позволяя сэкономить топливо. В среднем расход в городе снижается на 10%.

Энергия, сохранённая от рекуперативного торможения, питает систему «Старт-Стоп» и бортовые устройства.

В силовую установку микрогибрида устанавливают штатную коробку передач с импульсным масляным насосом. В режиме «Старт-Стоп», пока двигатель не работает, необходимо сохранить элементы переключения включенными. Насос поддерживает давление масла в каналах КПП, чтобы после запуска двигателя, автомобиль был готов ехать спустя 0,3 с.

Мягкий гибрид

Термин «мягкий» или «умеренный» гибрид означает, что электромотор используется в автомобилях как лёгкая «поддержка» ДВС. Основную работу в режиме ускорения и штатного движения выполняет бензиновый двигатель. Суть использования электрической установки — помощь при трогании и ускорении автомобиля, а также для подзарядки батареи во время торможения. Мощность электродвигателя не превышает 50 кВт.

Похожая статья Технические характеристики двигателя ВАЗ 21116

К гибридам подобного действия относятся: BMW 7 ActiveHybrid, Honda Civic Hybrid, Suzuki Smart Hybrid, Mercedes S 400 Hybrid.

Полный гибрид

Полноценный гибридный автомобиль способен работать на одном тяговом электромоторе при выключенном ДВС. Электрический двигатель заменяет сцепление, работает как генератор для заряда аккумуляторных батарей, в том числе в режиме рекуперативного торможения. В отличие от умеренного гибрида, здесь применяется электромотор мощностью 60 — 250 кВт.

Принцип полного гибрида реализован в Audi A1 и BMW X6 ActiveHybrid. В такие гибриды устанавливают мощные литий-ионные аккумуляторные батареи. Однако, при ёмкости в 12кВт/ч, накопитель электроэнергии сможет обеспечить пробег автомобиля не более 60 км. При низком уровне заряда ДВС подключается автоматически, но чтобы снизить потребление топлива и увеличить пробег электрического мотора, инженеры разработали Plung-In.

Гибриды плагины

Plung-In или гибрид-плагин по принципу работы схож с полным гибридом. Разница заключается в возможности подзарядки аккумулятора от внешней сети. Расстояние, которое может проехать машина на одной электрической тяге, характеризуется показателем PHEV.

Чтобы превратить гибридный двигатель в Plung-In, необходимо поставить дополнительное оборудование: зарядное устройство, дополнительный блок управления и блок батарей. Розетка для заряда располагается возле лючка для заправки топливного бака. Для подпитки батареи можно использовать домашнюю электросеть, учитывая рекомендации производителя.

Почему не электрический двигатель?

Honda Civic Hybrid (I). Самый простой, доступный и эффективный при длительных поездках гибрид

Очевидно, что при текущей стоимости бензина электромобиль должен быть выгоднее. Но электрокар без подзарядки столько не ездит.

Электрозаправочных станций нет. И на трассах, и в Ульяновске: их всего 3, каждая лежит вне основного маршрута следования потока.

Дешёвые японские автомобили с пробегом из Владивостока немногим лучше, поскольку имеют свои особенности: низкую остаточную ёмкость аккумулятора, низкий клиренс, малую ёмкость салона и багажника.

Фактически, популярные старые электрические «японцы» подходят только для движения по городу: в среднем они способны проехать до 100-140 км летом. То есть есть шанс домой не приехать.

Тем не менее, «японки» в Поволжье дешевы, за ними не нужно ехать ни в Москву, ни во Владивосток. Ремонт и обслуживание проводится на месте в полном объеме, есть официальный сервис. Кроме того, на месте в наличии можно найти любые запчасти: оригинальные и с разбора.

Новые модели с большим запасом хода будут вдвое дороже, да и покупка «Теслы» за МКАДом тот ещё квест. Тем не менее, и они не дают возможность доехать до Самары или Казани, так как предлагают не больше 400 км хода. Это только в одну сторону — а нужно еще вернуться.

Проблемы гибридных автомобилей

Большинство людей полагают, что гибридные автомобили обладают меньшей мощностью, чем обычные автомобили, что делает их не идеальными транспортными средствами при движении по горам или буксировке. Но это самое главное заблуждение. Недостатки будут зависеть от того, какой тип гибридного топлива используется вашим автомобилем. Ниже перечислены некоторые недостатки:

Меньше мощности. Гибридные автомобили используют два независимых двигателя, причем бензиновый двигатель выступает в качестве основного источника энергии. Два двигателя в автомобиле означают, что ни бензиновый двигатель, ни электродвигатель не будут такими же мощными, как в обычных бензиновых или электрических транспортных средствах. В результате получается меньше мощности, что делает автомобили непригодными для динамичного ускорения.

Дорогая покупка. Первым сдерживающим фактором для многих людей является высокая цена гибридных автомобилей, стоимость которых в среднем на пять-десять тысяч долларов больше, чем у обычных автомобилей. Тем не менее, это одноразовая инвестиция, которая оправдает себя на протяжении длительного времени.

Сложные в обращении. Гибридные автомобили располагают большим количеством узлов, чем обычное авто. Дополнительный вес в транспортных средствах снижает топливную экономичность. Поэтому в гибридах приходится идти на компромисс и снижать объем двигателя и уменьшать батареи.

Высокие эксплуатационные расходы. Ремонт и техническое обслуживание этих автомобилей может оказаться громоздким из-за двойных двигателей, непрерывного развития технологий и высоких затрат на техническое обслуживание. Поскольку использование гибридных автомобилей в качестве потребительских автомобилей является довольно новым, это может быть не самая простая задача — найти механика с необходимым опытом.

Батареи под высоким напряжением. В случае аварии высокое напряжение, содержащееся в батареях, может оказаться смертельным. Наличие такого высокого напряжения увеличивает риск того, что пассажиры могут сильно пострадать от электричества. Кроме того, также усложняется работа спасателей в случаи аварии.