Так работает гибридный двигатель, гибридный автомобиль

Простыми словами о сложном

Что такое гибридный двигатель? Гибридный двигатель представляет собой систему, состоящую из двух взаимосвязанных узлов: электрического и бензинового. Они могут работать как по отдельности, так и одновременно. Эта система управляется бортовым компьютером автомобиля. Он определяет в зависимости от режима движения, какой тип силового агрегата необходимо активировать в определенное время.

Для городской езды, когда двигатель не нужен для выработки большой мощности, используется электродвигатель. Во время движения по шоссе компьютер выключает электродвигатель и включает топливный блок.

В смешанном режиме движения, когда двигатель автомобиля работает под нагрузкой с периодическими ускорениями и остановками, оба устройства работают совместно. Также при работе топливного двигателя он заряжает электрический. Отдельного внимания заслуживают водородные двигатели.

Принцип работы и устройство гибридных двигателей

Принцип работы гибридных двигателей основан на сочетании характеристик двигателя внутреннего сгорания и электрического двигателя. Бензиновый агрегат развивает максимальный крутящий момент на высоких оборотах, а электродвигатель — на низких. Совокупность устройств позволяет исключить из конструкции механизмы преобразования механической энергии, повысить КПД силового агрегата и снизить расход топлива.

Полная конструкция

Автомобиль с гибридным двигателем сконструирован иначе, чем обычные автомобили с двигателями внутреннего сгорания. Вот внизу внизу:

• двигатель внутреннего сгорания;
• один или несколько электродвигателей;
• аккумуляторная батарея.
• установлен электронный блок с инвертором для управления и преобразования энергии.

Источником энергии в гибридном двигателе является двигатель внутреннего сгорания, работающий на бензине или дизельном топливе. Энергия, преобразованная генератором, запускает тяговый двигатель и заряжает аккумуляторы. Именно от аккумуляторной батареи электродвигатель получает дополнительную мощность, если энергии генератора не хватает.

Читайте также: График труда и отдыха водителя в 2023 году: график работы водителя

Инвертор преобразует постоянный ток от высоковольтной батареи в трехфазный переменный ток с более высоким напряжением. Энергия используется для:

• управление электродвигателем;
• обратное преобразование мощности от генератора для зарядки аккумулятора;
• блок питания на борту.

Конструктивно преобразователь представляет собой корпус с набором электронных плат и транзисторных блоков.

Общий принцип работы гибридного автомобиля рассмотрим подробнее.

Функционирование двигателя

Режим совместной работы двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя зависит от конструкции гибридной силовой установки и режима движения автомобиля. Так что в начале движения бензиновый двигатель не всегда нужно запускать. Автомобиль будет двигаться за счет работы электродвигателя, работающего от аккумулятора.

Внешний аккумулятор большой емкости может снизить расход топлива до нуля, если суточный пробег автомобиля невелик.

Электродвигатель держит машину на холостом ходу: при парковке на светофоре, временная остановка. В этот момент двигатель внутреннего сгорания отключается, пока есть достаточно электроэнергии. Обычно бензиновый двигатель подключается на скорости 60 км/ч.При большой нагрузке, например, чтобы заехать в гору, нужно двойное усилие обоих агрегатов. В таком режиме машина может проехать более 500 км.

Своеобразно работает гибридный двигатель при торможении. Тормозная система обычного автомобиля с ДВС преобразует кинетическую энергию в тепло, рассеивая его в воздухе. Гибриды оснащены системой восстановления, т.е возвращаются. Когда движение замедляется, электродвигатель переходит в режим генератора, обеспечивая электроэнергией аккумуляторную батарею.

Пройти техосмотр для ОСАГО: основные требования к автомобилю и где можно купить

Это классический двигатель внутреннего сгорания, то есть двигатель внутреннего сгорания, и электрический двигатель. Главным преимуществом такой комбинации по праву считается улучшенная экономия топлива. При этом гибриды значительно снижают вредные выбросы. Они не могут конкурировать с электромобилями. А вот обычные автомобили с классическими двигателями внутреннего сгорания значительно опережают. Экономия достигается за счет совместной работы двух двигателей, использования специальных аккумуляторов и других технологий.

В современных гибридах реализовано множество систем и устройств, работа которых направлена ​​на экономию топлива, улучшение технических характеристик, улучшение работы системы управления, торможения и т д.

Если изучить каталоги современных производителей автомобилей, почти у каждого из них есть хотя бы один гибридный автомобиль.

Пока не все автомобильные компании заинтересованы в импорте гибридов в Россию из-за низкого спроса.

Среди популярных автомобилей с гибридом под капотом можно выделить следующие:

• Тойота Приус;
• Порше Панамера;
• Хонда Фит;
• Хонда Цивик;
• Ниссан Х-Трейл;
• Лексус РХ450х;
• Форд Эскейп;
• Тойота Камри;
• Фольксваген Туарег;
• Хендай Элантра и др.

Кроме того, в основе разных автомобилей лежат разные технологии.

Все используемые в настоящее время гибридные схемы можно разделить на 3 категории:

• последовательно-параллельные или смешанные;
• параллельно;
• последовательный.

А теперь предлагаю рассказать, что означает каждое из них.

Последовательная схема

При покупке гибрида важно понимать, что в машине сохраняется обычный двигатель, а к нему добавляется электроустановка. Но технологии разные.

Обычно такие проблемы, как перегрев двигателя, или необходимость замены цепи ГРМ, а также детонация двигателя, в меньшей степени, но продолжают появляться на автомобиле.

От замены масла тоже нельзя отказываться. Это вам не электромобиль, где рабочие жидкости собственно и не нужны.

Экономия электроэнергии в гибридных двигателях

Известно, что на движение автомобиля тратится огромное количество энергии. В связи с этим возникает закономерный вопрос: как электродвигатель даже в условиях малой нагрузки может долго работать без дополнительного прицепа с аккумуляторами. Чтобы понять принцип работы электродвигателя автомобиля, нужно проследить весь процесс от начала движения до остановки.

Когда автомобиль заводится или движется на малых скоростях, всю работу выполняет электродвигатель, который питается от аккумулятора. Кроме того, его задача — разогнать автомобиль до максимально возможной для электродвигателя скорости. После этого ЭБУ дает команду на включение топливного двигателя. При этом двигатель внутреннего сгорания отдает часть энергии генератору, который заменяет аккумулятор и продолжает питать электродвигатель вместо него, одновременно заряжая аккумулятор. Автомобиль работает одновременно на двух силовых агрегатах одновременно.

При движении со средней скоростью электродвигатель отключается, работает только ДВС, пополняя запас энергии аккумуляторной батареи. При увеличении нагрузки на ДВС на помощь снова приходит электродвигатель. Но электричество восполняется не только за счет работы двигателя внутреннего сгорания. Тормозной механизм автомобиля с гибридным двигателем устроен таким образом, что энергия, вырабатываемая при торможении, преобразуется в электрическую и также идет на привод электродвигателя. Такое торможение называется «рекуперативным».

Рассмотренный выше алгоритм работы описывает общую картину работы гибридной силовой установки автомобиля. На сегодняшний день существует три типа таких двигателей: последовательные, параллельные и смешанные.

Последовательная схема гибрида

Принцип работы такой схемы можно считать самым простым из гибридов. Двигатель внутреннего сгорания этого типа является вспомогательным элементом и предназначен для привода генератора. Генератор, получающий энергию от двигателя внутреннего сгорания, преобразует ее в электрическую энергию и питает электродвигатель, приводящий автомобиль в движение.

Такая компоновка обычно используется в автомобилях с малой мощностью (автомобили малолитражки). Но используемый аккумулятор имеет большую емкость, с возможностью зарядки от обычной розетки. Большая емкость аккумулятора позволяет свести к минимуму использование двигателей внутреннего сгорания, то есть автомобиль может передвигаться на электродвигателе, питающемся только от аккумуляторной батареи. Chevrolet Volt — одна из моделей автомобилей, использующих серийную гибридную схему

Параллельная схема гибридного автомобиля

Принцип работы параллельной схемы заключается в том, что двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель устанавливаются таким образом, что появляется возможность использовать их как вместе, так и по отдельности. Но все же основная функция электродвигателя в такой системе — создание дополнительной мощности для двигателя внутреннего сгорания при разгоне. Кроме того, электродвигатель выполняет функции стартера и генератора. Аккумуляторы с такой компоновкой не требуют дополнительной подзарядки, им достаточно энергии, вырабатываемой во время движения.

Honda Insight, Honda Civic Hybrid, BMW Active Hybrid 7, Volkswagen Touareg Hybrid — модели с параллельным гибридным двигателем.

Последовательно – параллельная схема гибрида

В этой компоновке двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель соединены планетарным редуктором, посредством которого мощность от обоих двигателей передается на ведущие колеса.

Смешанная схема отличается от параллельной наличием генератора, создающего энергию для электродвигателя.

Toyota Prius, Lexus RX 450h, Ford Escape Hybrid — полные гибриды.

Как работает гибридный мотор на примере Тойота Приус

Этот автомобиль сейчас находится в третьем поколении и достиг определенной степени совершенства, хотя конкурирующие гибриды продолжают увеличивать сложность и эффективность конструкции.

В основе привода здесь лежит принцип синергии, согласно которому двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель могут участвовать в любой комбинации для создания крутящего момента на колесах. Параллельность в их работе обеспечивает сложный механизм планетарного типа, где потоки мощности смешиваются и передаются через дифференциал на ведущие колеса.

Старт и стартовый разгон осуществляются электродвигателем. Если электроника определяет, что ее возможностей недостаточно, включается экономичный бензиновый двигатель, работающий по циклу Аткинсона.

Примечание: Как проверить дизельные форсунки

В обычных автомобилях с двигателями Отто такой термический цикл не может быть использован из-за переходных режимов. Но здесь они питаются от электродвигателя.

Режим холостого хода исключен, если Тойота Приус автоматически запускает ДВС, для него тут же находится работа, помочь с разгоном, зарядить аккумулятор или обеспечить кондиционирование.

Постоянно имея нагрузку и работая на оптимальных оборотах, он минимизирует расход топлива, и находится в наиболее выигрышной точке по своей внешней скоростной характеристике.

Традиционного стартера нет, так как такой двигатель можно запустить, только раскрутив его до значительной скорости, что и делает реверсивный генератор.

Аккумуляторы имеют разную емкость и напряжение, в самой сложной аккумуляторной версии PHV это уже вполне обычные для электромобилей 350 вольт на 25 Ач.

Типы гибридных агрегатов

• «Умеренная» или легкая. ДВС работает постоянно. Электродвигатель дополняет, поддерживает его. Основная цель – увеличение мощности и экономичности двигателя. Примеры: Mercedes S 400 HYBRID, Honda-IMA.
• «Полный». В движение их приводит электродвигатель на любом этапе движения: при поддержании стабильной скорости, при разгоне. На электрической тяге транспортное средство способно передвигаться на довольно большое расстояние. Аккумулятор нельзя заряжать от сети. Примером может служить BMW X6 ActiveHybrid.
• Подключаемый, двигается как комбинация: от ДВС + электротяга, и только электричество. Ходить могут только аккумуляторы, в основном на средние дистанции. Вопросов о том, как заряжать гибридный автомобиль такого типа, не возникает: автомобиль легко заряжается от розетки, как электромобиль, а бензин из подключаемого топливного бака активно преобразуется в электричество и накапливается в аккумуляторах. Примеры: Toyota Prius PHV, Mitsubishi Outlander PHEV, Chevrolet Volt, Opel Ampera.

Отдельным типом является E-REVS (Электромобили с увеличенным радиусом действия). Это промежуточный вариант между чистым гибридом и электромобилем. У них есть двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель. Но двигатель внутреннего сгорания используется не для движения, а для зарядки. Расход гибридного автомобиля E-REVS самый минимальный. Гибриды иногда просто делятся на HEV (гибридный электромобиль) и PHEV (подключаемый гибридный автомобиль). Второй вариант отличается от первого наличием в исходной версии такого автомобиля дополнительного аккумулятора. То есть за PHEV стоят гибриды, которые в первой типологии называются Plug-in, а за термином HEV стоят «умеренные» и «полные» гибриды.

Плюсы и минусы гибридного автомобиля

Во-первых, следует учитывать мощность электропривода как такового:

• очень высокий КПД, доходящий до 90%;
• запускается и останавливается мгновенно;
• не требует переключения передач;
• работает одинаково в обе стороны;
• очень динамичный — быстро разгоняет машину;
• полное отсутствие шума и грязного выхлопа.

Конечно, в гибридных автомобилях эти преимущества раскрываются не в полной мере. Автомобили с секвентальной схемой, где электродвигатель только запускает и поддерживает двигатель внутреннего сгорания, практически полностью лишены всех этих достоинств. Такие «гибриды» могут похвастаться лишь быстрым и легким стартом, низким расходом топлива и немного улучшенной динамикой. Но конкретных минусов нет — это фактически улучшенная версия традиционного автомобиля.

Гораздо более экономичная и динамичная альтернатива, где двигатель внутреннего сгорания питает аккумулятор только от электродвигателя. Для этого не требуется большой мощности, поэтому можно обойтись двумя-тремя баллонами очень небольшого объема. Такая последовательная схема прекрасно раскрывает потенциал электропривода. Есть и минусы – такие машины не бесшумны и все же загрязняют природу выхлопными газами, хоть и в незначительной степени.

Параллельные и последовательно-параллельные типы «гибридов» сочетают в себе достоинства и недостатки двигателей внутреннего сгорания и электродвигателей весьма разнообразно, в зависимости от конкретных моделей машин и применяемых технологий. Например, некоторые производители автомобилей ориентируются на использование автомобилей в городских условиях. Здесь преимущества электропривода очевидны:

• нулевой расход бензина или дизельного топлива;
• полное отсутствие вредных выбросов;
• мотор не издает шума и вибраций;
• нет необходимости часто менять режим передачи;
• машина может очень быстро разогнаться.

Недостатки гибридных автомобилей почти идентичны традиционным автомобилям и электромобилям, но они не столь ярко выражены. В первую очередь это сложность и дороговизна «гибридов», причем дороги они не только в покупке, но и в обслуживании. Аккумуляторы очень чувствительны к ударам и высоким температурам, что может привести к взрывам и серьезным пожарам. Тишина электропоезда опасна для пешеходов, они просто не слышат приближающуюся машину.

До сих пор не решены трудности использования электродвигателей в условиях холодного климата с морозными зимами и условиями местности. Здесь, как правило, полностью исчезают главные преимущества гибридных автомобилей — высокая экономичность и экологичность. Но даже в холодные зимы «гибриды» неплохо чувствуют себя в городских условиях, которые можно назвать их естественной средой обитания.

Эксплуатация гибридов: разрушаем мифы

• Гибридные автомобили — это новинка, которая до конца не усовершенствована и имеет множество недостатков. Это миф, так как бренд Toyota занимается полномасштабным серийным производством гибридных моделей уже почти 20 лет.
• В гибридах разряжаются аккумуляторы, что приводит к проблемам. Это правда, но только отчасти. На начальных этапах развития технологий такие случаи случались, но сегодня высокоточная электроника не допускает глубокого разряда аккумулятора.
• Гибридные автомобили чаще ломаются, дороги и сложны в ремонте. Это миф, так как гибридные автомобили не менее надежны, чем обычные дизельные и бензиновые автомобили с ДВС. Большинство АЗС проводят комплексное обслуживание гибридов наравне с обычными автомобилями. Более того, коробка передач в гибридах исключает наличие трений, что делает такую ​​коробку передач простой и надежной, чего нельзя сказать о разных типах автоматических коробок передач. Что касается двигателя внутреннего сгорания, то двигатель в гибридах часто работает на малых оборотах, не достигая пиковых нагрузок. Если еще принять во внимание цикл Аткинсона, срок службы гибридного двигателя намного больше, чем у обычного двигателя.
• ДВС гибрида имеет меньшую мощность, такие автомобили проигрывают в динамике по сравнению с аналогами. Да, мощность двигателей внутреннего сгорания у гибридов меньше, но за счет добавления электродвигателя суммарная мощность устройств значительно превышает мощность обычных аналогов с бензиновым двигателем.
• На практике расход гибридного автомобиля мало чем отличается от обычного автомобиля. Отчасти это правда, так как норма расхода гибридных автомобилей находится в прямой зависимости от режимов движения. Для достижения максимальной экономии необходимо изменить стиль вождения на медленный, спокойный и плавный, избегать ускорений, активного дросселя и т д. Другими словами, сильное нажатие на педаль газа даст команду системе управления запустить двигатель внутреннего сгорания.

Идея экономии топлива в гибридных автомобилях заключается в том, чтобы как можно дольше ездить на электротяге со скоростью до 60 км/ч с заряженным аккумулятором, чего часто бывает достаточно в плотном городском потоке. Стоит также добавить, что система учитывает широкий спектр факторов: температуру наружного воздуха, степень нагрева ДВС и охлаждающей жидкости, заряд аккумулятора, езду под уклон или в гору и т д. В различных условиях гибрид будет способен использовать двигатель внутреннего сгорания, а передвигаться может только на электрической энергии.

• Гибридный аккумулятор трудно найти в продаже, и он занимает много места в багажнике автомобиля. Это миф, так как аккумуляторы для гибридов всегда доступны для заказа в автомагазинах, а также есть широкий выбор на различных интернет-ресурсах. Что касается свободного места, то аккумулятор практически не занимает полезного места в багажнике.
• Вы не можете залить бензин в гибридный автомобиль. Это миф, так как мировые производители ГБО выпускают оборудование, совместимое с электронным блоком управления гибридного автомобиля.

Преимущества и недостатки гибридных авто

Гибридные автомобили потребляют до 30% меньше топлива, чем стандартные автомобили. На этом преимущества использования гибридного автомобильного двигателя не заканчиваются:

• минимальное количество вредных выбросов за счет технологий рекуперативного торможения, наличие вместительной аккумуляторной батареи;
• согласование функций ДВС и электродвигателя;
• полезные нововведения – опции стоп-старт, рециркуляция смесей выхлопных газов (подогрев антифриза), изменение фазы газораспределения;
• наличие электрического водяного насоса, системы климат-контроля и гидроусилителя руля, улучшенный прокат шин;
• экономичность на холостом ходу в городских условиях;
• возможность длительной поездки без подзарядки аккумулятора – бак заправляется;
• поддержка выбранного режима за счет компьютерного управления;
• низкий уровень шума работающего двигателя.

К недостаткам моделей с гибридными установками можно отнести:

• необходимость регулярной нагрузки на аккумулятор;
• аккумулятор может разрядиться до критического состояния при низких температурах;
• проблемы с самостоятельным ремонтом автомобиля;
• дорогая цена запчастей, которые не всегда есть в наличии в сервисных центрах.

Недостатком для некоторых пользователей является высокая цена перевозки — даже доступные японские гибридные автомобили Toyota Yaris стоят около 18 тысяч евро.

Описание режимов работы гибридной силовой установки

Перезаряжаемый Приус Прайм

В этом разделе мы рассмотрим, как работает гибридная установка Toyota Prius в разных режимах. Среди них:

начало движения с запуском двигателя внутреннего сгорания;

трогаться с места на электротяге и двигаться на высокой скорости;

вождение 2ZR-FXE на ходу;

задний ход.

Начало движения с запуском ДВС

Приус 10

Этот режим используется, когда заряда аккумулятора недостаточно для запуска от Toyota Prius. В этом случае гибрид работает так:

• За счет действия мотор-генератора №1 вращается планетарный механизм, запускающий двигатель внутреннего сгорания;
• Силовой агрегат внутреннего сгорания начинает разгонять мотор-генератор №1, что сопровождается переходом последнего в генераторный режим. Затем вырабатывается необходимое количество электрической энергии для заряда аккумуляторной батареи и обеспечения работы второго двигателя-генератора;
• 2ZR-FXE может работать исключительно для обеспечения работы первого двигателя-генератора и поддержания необходимого напряжения в электрической сети Toyota Prius.

Старт на электротяге и езда на высокой скорости

Электротяга гибридной установки Toyota Prius работает при запуске автомобиля с места в следующем порядке:

• Поездка начинается с выключенным бензиновым агрегатом;
• Электродвигатель №2 приводит в движение колеса, а электродвигатель №1 через зубчатую передачу на планетарный механизм. Этот процесс обеспечивается запасенной энергией аккумулятора. При этом напряжение преобразуется из постоянного в переменное.

Чтобы поддерживать движение Prius на высоких скоростях, когда двигатель номер 1 достигает предела оборотов, используется следующий принцип:

• Мотор-генератор № 2 переключается посредством редуктора на вращение первого с кратностью 2,6;
• Это приводит к снижению скорости вращения электродвигателя №1 в 2,6 раза по сравнению со вторым. Максимально допустимое число оборотов первого электродвигателя составляет шесть тысяч, набираемых при скорости 64 км/ч.

Запуск ДВС на ходу

Принцип работы гибрида Toyota Prius с запуском 2ZR-FXE во время движения следующий:

• Бензиновый силовой агрегат включается в момент остановки двигателя-генератора №1, который затормаживается за счет изменения направления электромагнитного тока в направлении, противоположном вращению ротора. При этом запуск двигателя происходит за счет снятия крутящего момента с колес автомобиля;
• После набора оборотов ДВС направления вращения всех агрегатов в гибридной установке совпадают. При равном числе оборотов будет наблюдаться равномерное распределение сил на вращение колес;
• При увеличении оборотов ДВС, по сравнению с электродвигателем №2, будет наблюдаться увеличение электроэнергии, вырабатываемой мотор-генератором №1. Он разворачивается для зарядки аккумулятора и поддержания дальнейшего движения, передавая энергию электродвигателю №2.

Из указанного режима гибридного привода ясно видно, что двигатель напрямую не связан с приводом на колеса. Он передает энергию на вращение колес только при равенстве числа оборотов колес и оси двигателя. Основная задача бензинового агрегата – работа электрогенератора. Это позволяет поддерживать необходимую емкость аккумулятора.

Обслуживание и эксплуатация гибрида

Неприятных сюрпризов для автовладельца не будет, если он обратится в сервис, специализирующийся именно на заправках, где гибриды являются не случайными, а постоянными объектами обслуживания. Такие АЗС целенаправленно оснащают своими сканерами, тестерами, газоанализаторами, которые лучше всего подходят для гибридов, проводят обучение персонала, в том числе через симуляторы типовых отказов.

Распространенные проблемы, с которыми владельцы гибридов обращаются на АЗС:

• Автомобиль плохо заводится или вообще не заводится.
• Есть проблемы с разгоном.
• Ощущаются плавные обороты, «тройки» двигателя.
• Увеличивается расход топлива.
• Замечено превышение уровня СО.
• сломанная рулевая рейка.
• Турбины не работают. Техническое обслуживание рекомендуется для поддержания гибридного автомобиля в рабочем состоянии. Экспресс-диагностика гибрида включает в себя:
  • Проверьте состояние высоковольтной батареи.
  • Проверьте параметры двигателя.
  • Выявление неисправностей с помощью компьютерной диагностики.

  В этом случае, даже при отсутствии неисправностей после определенного периода эксплуатации, рекомендуются следующие замены:

  • циркуляционный насос системы охлаждения нейтрализатора (помпа) – каждые 120 тыс км пробега;
  • антифриз — каждые 2 года.

  Требуется регулярный визуальный осмотр охладителя инвертора. В случае засорения требуется немедленная чистка, так как это довольно уязвимая деталь. Если автомобиль длительное время стоит на холостом ходу, необходимо через равные промежутки времени запускать двигатель. Не менее 15 минут раз в месяц.

  Стоимость ремонта зависит от объема работ. Самый дорогой ремонт производится при выходе из строя электроники. Самая дорогая запчасть это аккумулятор. Особого внимания автовладельцев заслуживает эксплуатация гибрида зимой. Эксплуатация автомобиля на морозе не запрещена, но необходима подготовка: перед зимним сезоном обязательно провести диагностику аккумулятора. Держите аккумулятор заряженным не менее чем на 70 процентов во время работы.

Что нужно знать о прицепах палатках на легковушку — обзор конструкции

Последовательное расположение заметно отличается от конкурентов. После реализации автомобиль движется именно за счет электродвигателя. Здесь ДВС подключается исключительно к генератору. Последний за счет двигателя внутреннего сгорания обеспечивает питание электродвигателя, вовремя заряжая аккумуляторы. При таком расположении можно подключиться к электросети в конце поездки, т.е использовать бытовую розетку для зарядки, или посетить электромобильную станцию ​​для подзарядки аккумулятора. Автомобиль с такой технологией обычно называют Plug In, т.е подключаемый гибрид.

При использовании такой схемы необходимо использовать аккумулятор повышенной емкости. Это снижает интенсивность использования двигателей внутреннего сгорания и положительно влияет на окружающую среду.

К популярным автомобилям с такой системой относятся Chevrolet Volt и Opel Ampera. Они могут проехать со скоростью до 60 км на электрической тяге от одной аккумуляторной батареи и до 500 км на одной зарядке от генератора.

Параллельная схема

Здесь принцип работы несколько иной.

Основной особенностью параллельной схемы является способность двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя работать раздельно или вместе.

Для реализации этого используются автоматически управляемые муфты. С их помощью двигатель, электродвигатель и коробка передач объединяются в единую систему.

Параллельные гибриды обычно называют мягкими гибридами. Здесь используются двигатели малой мощности. Это около 20 кВт. Электродвигатель часто обеспечивает дополнительную мощность при ускорении автомобиля. Чаще всего электрический блок располагается в зазоре между обычным двигателем и коробкой передач. Также выполняет функции стартера и генератора на машине. К популярным автомобилям с такой компоновкой относятся модели BMW 7, Volkswagen Tuareg, Honda Inside, Honda Civic и Hyundai Elantra. Следовательно, в комплектациях с гибридным двигателем.

Основателем этой схемы является японская компания Honda.

Их технология IMA предусматривает несколько режимов работы:

• работа от электродвигателя;
• совместная работа двигателя и электродвигателя;
• работа от ДВС с параллельной зарядкой аккумулятора от электродвигателя (генераторный режим);
• зарядка аккумулятора при включении режима рекуперативного торможения.

Довольно интересная и распространенная схема, реализованная на большом количестве современных гибридов.

Смешанная схема

В заключение мы имеем смешанную или последовательно-параллельную гибридную схему.

При этом соединение электродвигателя и ДВС происходит посредством специального планетарного редуктора.

Мощность от каждого агрегата может подаваться на ведущие колеса в различных соотношениях, от 0 до 100% располагаемой номинальной мощности. Здесь, по сравнению с параллельной альтернативной схемой, также добавлен автогенератор, который подает энергию и позволяет работать электродвигателю.

Такие автомобили называются полными гибридами. Самые популярные автомобили включают Toyota Prius, Ford Escape и Lexus RX450h. Доминирующая технология в этом сегменте принадлежит Toyota.

Возможны несколько режимов работы:

• Двигатель внутреннего сгорания выключен, аккумулятор приводит в действие электродвигатель, только электрическая тяга;
• совместная работа двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя, мощность суммируется, реализуется при постоянной высокой скорости;
• форсированный режим, необходимый для быстрого и резкого ускорения (электротяга подключается к двигателю внутреннего сгорания);
• экономичный режим, когда аккумулятор питает генератор, последний преобразует электроэнергию в механическую энергию, замедляет вращение ДВС и расход топлива падает;
• торможение (электродвигатель работает в особом генераторном режиме);
• режим зарядки аккумулятора, когда заряд восполняется генератором и двигателем внутреннего сгорания.

Да, это не так просто. Но если вникнуть в него, все станет яснее. Кроме того, рекомендую посмотреть видео на эту тему.

Электромотор автомобиля Тойота

В конструкции гибридного синергетического привода предусмотрено использование тягового двигателя. Мощность электродвигателя Toyota Prius – 56 кВт, 162 Нм. Это устройство обеспечивает движение автомобиля от старта до набора с постоянной скоростью, включается при проезде автомобиля и участвует в торможении. Вся система Toyota Prius продумана до мелочей. Гибридный автомобиль заряжается во время движения от двигателя внутреннего сгорания через управляющий генератор.

Проверка и обслуживание гибридных автомобилей

Батареи обычно требуют замены через 15-20 лет, а на электродвигатель может быть пожизненная гарантия. Техническое обслуживание гибридных автомобилей рекомендуется проводить только в официальных сервисных центрах, оснащенных специальным оборудованием и где работают специалисты, обученные принципам обслуживания данного вида автомобилей. Проверка гибридного автомобиля включает в себя:

• диагностические коды неисправностей;
• гибридная батарея;
• изоляция батареи;
• производительность системы;
• система охлаждения.

Классификация по степени электрификации

В зависимости от электрификации существует несколько типов гибридных автомобилей.

Микрогибрид

Модели имеют функции рекуперации энергии при торможении, автоматический стоп-стартовый тип. Микрогибриды делятся на три типа:

• автомобили с системой старт-стоп;
• транспорт со старт-стоп и рекуперативным торможением;
• модели, в которых сочетаются две технологии: свинцово-кислотная батарея AGM и комбинированный блок стартера/генератора переменного тока.

При экономии топлива и экологичности отсутствует электрическое воздействие на вождение.

Важно! Этот транспорт нельзя назвать 100% гибридными автомобилями %.

Мягкий гибрид

Что такое мягкий гибридный двигатель? Электродвижение обеспечивает поддержку двигателя внутреннего сгорания, работа в чисто электрическом режиме не осуществляется. Восстановление происходит только при торможении. В конструкции моделей не предусмотрен маховик, вместо него имеется стартер-генератор. Мягкие гибриды отличаются малой мощностью, которая компенсируется только электрической частью при разгоне или разгоне.

Интересно знать! Система рекуперации кинетической энергии для автомобилей с мягким гибридом также используется в Формуле-1.

Полный гибрид

Электрическая часть активируется в режиме для поездок по городу, стандартный ДВС работает на высоких оборотах. Схема подключения электродвигателя к двигателю внутреннего сгорания реализуется последовательно, комбинированно или разветвленно.

Транспортное средство заряжается не от сети, а только в процессе восстановления. Когда литий-ионный аккумулятор разрядится, можно переключиться на ДВС.

Гибриды-плагины

Что такое плагин и надежный ли это гибридный автомобильный двигатель? Электрическая часть собирает энергию для зарядки аккумулятора, вместе с двигателем внутреннего сгорания обеспечивает вращение колес.

Инновационные модели передвигаются, когда используют усилия двух моторов, для них характерна большая мощная батарея (от 70 до 100 лошадей). Рядом с лючком бензобака находится порт для зарядки от розетки. Функция плагинов — преодолевать расстояние до 50 км только на электричестве.

Схемы взаимодействия электромотора и ДВС

Инженеры разных компаний по-разному подходят к вопросу гибридных силовых установок. Современные автомобили оснащаются гибридными двигателями, построенными по одной из трех схем взаимодействия топливной и электрической составляющих, о которых речь пойдет ниже.

Последовательная схема

Это самый простой вариант. Принцип работы следующий: в этом случае крутящий момент от двигателя внутреннего сгорания передается исключительно на генератор, который вырабатывает электроэнергию и заряжает аккумуляторы. При этом машина движется только на электротяге.

Кроме того, для зарядки аккумулятора используется система рекуперации кинетической энергии. Эта схема обязана своим названием последовательным преобразованиям энергии: энергия от сгорания топлива двигателем внутреннего сгорания преобразуется в механическую энергию, затем в электрическую энергию с помощью генератора и снова в механическую энергию.

Преимущества данной конструкции заключаются в следующем:

• Двигатель внутреннего сгорания всегда работает с постоянной скоростью с максимальной эффективностью;
• нет необходимости оснащать автомобиль мощным и прожорливым двигателем;
• нет необходимости в сцеплении и коробке передач;
• автомобиль способен двигаться даже при выключенном двигателе внутреннего сгорания за счет энергии, запасенной аккумуляторной батареей.

Однако у последовательной компоновки есть и свои недостатки:

1. потеря энергии в процессе трансформации;
2. большие габариты, вес и высокая цена аккумуляторов.

Наибольшая эффективность такой схемы достигается при движении с частыми остановками, когда активно работает KERS. Именно поэтому он нашел применение в городском транспорте. Серийные гибридные двигатели также используются в карьерных самосвалах, которые требуют высокого крутящего момента и не требуют для работы высокой скорости.

Параллельная схема

Принцип работы «параллельного» гибридного двигателя совершенно отличается от вышеописанного. Параллельные гибридные автомобили работают как с двигателем внутреннего сгорания, так и с электродвигателем. При этом электродвигатель должен быть реверсивным, т.е может функционировать как генератор. Согласованная работа обоих двигателей достигается за счет компьютерного управления.

В зависимости от режима движения блок управления распределяет крутящий момент, поступающий от обоих элементов гибрида. Основную работу выполняет двигатель внутреннего сгорания, а электродвигатель подключается при необходимости дополнительной мощности (при пуске, разгоне), при торможении и торможении выполняет роль генератора.

Преимущества такой компоновки в том, что нет необходимости устанавливать батарею большой емкости, потери энергии гораздо меньше, чем при секвентальной схеме, так как двигатель внутреннего сгорания напрямую связан с ведущими колесами, и, кроме того, сама конструкция довольно просто, а значит дешево.

Основными недостатками схемы являются более низкая топливная экономичность по сравнению с другими альтернативами и низкая эффективность в городских условиях. Автомобили с гибридным двигателем, построенным по параллельной схеме, наиболее эффективны при движении по шоссе.

По этой схеме строились гибридные автомобили марки Honda. Главный принцип руководства компании: устройство гибридного двигателя должно быть максимально простым и дешевым, а функция электродвигателя — лишь помогать двигателю внутреннего сгорания экономить максимально возможное количество топлива. У этой марки есть две гибридные модели — Civic (снят с производства в 2010 году) и Insight.

Последовательно-параллельная схема

Последовательно-параллельная схема представляет собой комбинацию первых двух. К параллельной схеме добавляются дополнительный генератор и делитель тока. Из-за этого при трогании с места и на малых скоростях автомобиль движется только на электрической тяге, ДВС только обеспечивает работу генератора (как в секвентальной схеме).

На высоких скоростях крутящий момент также передается на ведущие колеса от двигателя внутреннего сгорания. При повышенных нагрузках (например, при подъеме в гору), когда генератор не в состоянии обеспечить требуемый ток, электродвигатель получает дополнительный ток от аккумулятора (параллельная схема).

Поскольку в системе есть собственный генератор переменного тока, который заряжает аккумулятор, электродвигатель используется только для привода ведущих колес и во время рекуперативного торможения. Через планетарный механизм (он же делитель мощности) часть крутящего момента от двигателя внутреннего сгорания частично передается на колеса, а часть отводится на работу генератора, который питает либо электродвигатель, либо аккумулятор. Электронный блок управления непрерывно регулирует подачу питания от обоих источников.

Преимущества последовательно-параллельного гибридного двигателя в такой компоновке — максимальная топливная экономичность и высокая экологичность. Недостатками системы являются сложность конструкции и дороговизна, так как требуется дополнительный генератор, батарея достаточной емкости и сложный электронный блок управления.

Последовательно-параллельная схема используется на автомобилях Toyota (Prius, Camry, Highlander Hybrid, Harrier Hybrid), а также на некоторых моделях Lexus. Ford Escape Hybrid и Nissan Altima Hybrid оснащены аналогичными гибридными двигателями.

Мне нравится1 не нравится

Положительные стороны гибридных двигателей

1. Самым большим преимуществом гибридов является экономичность. Минимальная экономия топлива составляет 20%, что является вполне ощутимой выгодой в условиях роста цен.
2. использование двух двигателей снижает выбросы CO2.
3. Отличные ходовые качества, которые достигаются благодаря рациональному накоплению и последующему перераспределению мощности, вырабатываемой совместно двумя двигателями.
4. По сравнению с обычным автомобилем гибрид имеет значительный запас хода, а значит, может продолжать движение даже с пустым баком.
5. Характеристики гибридных двигателей полностью идентичны традиционным моделям с двигателями внутреннего сгорания, вопреки сложившимся стереотипам, и учитывают другие преимущества, иногда даже превосходя их.
6. Электродвигатели практически бесшумны, что обеспечивает комфорт при эксплуатации автомобиля.
7. По сравнению с электромобилем батарея гибрида заряжается от двигателя, работающего на топливе, что увеличивает запас хода.
8. Автомобиль заправляется тем же бензином, что и традиционные автомобили.