Что такое гибритный двигатель

Что такое гибридный автомобиль: характеристики, плюсы и минусы

Количество гибридных автомобилей в автосалонах и на улицах растет ежегодно, но большое количество потребителей все еще имеет об их сущности лишь приблизительное представление. Авто24 попытается «на пальцах» объяснить главные вещи о гибридах.

Автомобиль-гибрид – это автомобиль с силовой установкой, которая сочетает в себе источники механической энергии нескольких типов. В Украине (и в мире в целом) в продаже есть только серийные гибридные автомобили с сочетанием бензинового (иногда – дизельного – Mercedes и BMW) и электрического двигателей. Но между ними есть разница: ДВС и электромотор могут активироваться по-разному.

Большинство современных гибридов построены на базе классических авто, но есть исключения – прежде всего, это несколько поколений Toyota Prius.

Какой автомобиль называют «гибридом»

Силовой агрегат промежуточного этапа стал представлять собой комбинацию из уже отработанной конструкции ДВС и одного или нескольких электромоторов.

Электрическая часть тяговой установки получает питание от генераторов, связанных механически с бензомотором или дизелем, аккумуляторных батарей и системы рекуперации, возвращающих в накопитель энергию, выделяющуюся при торможении автомобиля.

Все многочисленные схемы практической реализации идеи получили название гибридов.

Иногда производители вводят в заблуждение клиентов, называя гибридами системы, где электропривод используется лишь для запуска основного мотора в режиме «старт-стоп».

Поскольку связи электродвигателей с колёсами и возможности движения на электротяге здесь нет, то такие машины к гибридным относить некорректно.

Как взаимодействует ДВС и электромотор в гибридах

Одной из первых разработок была схема, в которой каждая из силовых установок задействуется при определенных условиях. Если машина простаивает или движение происходит на малой скорости, тогда колеса крутит электродвигатель. Для ускорения и дальнейшего поддержания скорости подключается бензиновый двигатель. Последующее развитие технологии привело к тому, что на гибридах встречается несколько вариантов реализации взаимодействия привычного двигателя и электрического мотора. Такое взаимодействие может быть:

• последовательным;
• параллельным;
• последовательно-параллельным;

Последовательное взаимодействие

Последовательная схема напоминает электромобили, так как движение транспортного средства реализуется посредством работы электромотора. ДВС в такой конструкции подключается к генератору, от генератора питание поступает на сам электродвигатель, а также параллельно происходит заряд аккумуляторной батареи. На одном заряде литий-ионного аккумулятора с увеличенной емкостью зачастую можно пройти около 50 км. пути, после чего задействуется ДВС, который продлевает указанный отрезок до 10 раз (около 500 км.)

Параллельное взаимодействие

Гибриды с параллельным взаимодействием установок предполагают возможность как отдельной работы ДВС и электромотора, так и одновременное функционирование. Данная конструкция реализуется путем объединения при помощи специальных муфт электрического агрегата, двигателя внутреннего сгорания и трансмиссии. Подобные автомобили гибридного типа получают маломощный электродвигатель, который не только движет автомобиль, но и отдает мощность при разгоне. Зачастую такой электромотор является стартером и автомобильным генератором, конструктивно занимая промежуточное положение между ДВС и КПП.

Последовательно-параллельное взаимодействие

В указанной конструкции двигатель внутреннего сгорания и электромотор соединяются посредством планетарного редуктора. Особенностью данной схемы реализации является то, что каждая силовая установка может задействоваться и отключаться, отдавая при этом минимум или максимум мощности на колеса. Более того, указанная мощность отдается отдельно или одновременно. В устройстве такой схемы присутствует генератор, который питает электромотор гибрида.

Лидером на рынке гибридных автомобилей сегодня является корпорация Toyota, которая использует последовательно-параллельную реализацию под названием Hybrid Synergy Drive.

Электрический двигатель, ДВС и генератор объединены в общую систему посредством планетарного редуктора. Двигатель внутреннего сгорания отдает минимум мощности на «низах» (цикл Аткинсона), позволяя экономить топливо. Гибридный автомобиль с такой схемой взаимодействия предполагает:

1. Экономичный режим движения только на электротяге с отключенным ДВС, во время которого электромотор питается от аккумулятора.
2. Поддержание заданной скорости путем распределения мощности ДВС на колеса и генератор, от которого питается параллельно работающий электродвигатель. Также осуществляется дозарядка аккумулятора.
3. Режим интенсивного ускорения и серьезных нагрузок, когда ДВС и электромотор работают параллельно. В данном режиме электрический двигатель питается от батареи, без отбора мощности у генератора.

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.

Принцип работы гибридных автомобилей

Устройство автомобилей «нового поколения» безупречно и просто. Заправка осуществляется бензином. Когда загорается знак нулевого уровня топлива, то к работе подключается электродвигатель. При этом два мотора объединены конструкторами в единую систему, чтобы полноценно использовать два вида энергии – тепловую и электрическую.

Виды взаимодействий внутри отсека двигателя:

• Последовательный вид. (По этому принципу работают электромобили).

Последовательный вид работы гибридной установки применяется на набирающем популярность гибриде от компании Nissan — это Nissan Note.

• Параллельное взаимодействие. (В данном случае электромотор одновременно является стартером.)
• Последовательно-параллельное совмещение. (При этом варианте функционируют обе схемы).

Последовательно-параллельная вид работы гибридной установки применяется на самом популярном гибриде от компании Тойота — это Тойота Приус.

Простыми словами о сложном

Что же представляет собой гибридный двигатель? Гибридный двигатель – это система, состоящая из двух связанных между собой агрегатов: электрического и бензинового. Они могут работать как по отдельности, так и одновременно. Управляет этой системой бортовой компьютер автомобиля. Он решает, в зависимости от режима движения, какой тип силового агрегата нужно задействовать в конкретный момент времени.

Для движения по городу, когда от двигателя не требуется выработки большой мощности, используется электродвигатель. Во время движения по загородным трассам компьютер отключает электродвигатель и задействует топливный агрегат.

При смешанном режиме езды, когда двигатель автомобиля работает под нагрузкой с периодическими ускорениями и остановками – два агрегата работают в тандеме. Причем во время работы топливного двигателя, идет зарядка электрического. Отдельного внимания заслуживают двигатели, работающие на водороде.

Гибридные автомобили в России

В наших широтах официальные продажи гибридов невелики, причем часть ранее представленных вариантов выкосило кризисом — например, Nissan Murano, Mitsubishi Outlander и даже Toyota Prius. В строю пока остаются кроссоверы Lexus NX и RX, Porsche Cayenne и Panamera, несколько моделей Mercedes-Benz, «подключаемый» Volvo XC90 и россыпь Audi — но там речь идет о «мягком» гибриде.

Впрочем, есть и пополнения: внезапно на российский рынок вышел «мягкий» Geely Atlas Pro, а плюс к тому недавно началось серийное производство отечественного седана Aurus Senat, который по конструкции является самым настоящим параллельным гибридом.