Что такое гибридная система автомобиля?

Современный автомобиль гибрид

Наибольшую популярность гибридные автомобили имеют сегодня в США и Канаде, но большинство западных стран так же начинают охотно проявлять интерес к этим автомобилям. Лидером по производству гибридных автомобилей на сегодня является компания Toyota. Эта компания серийно выпускает гибридные автомобили с 1997 года. Отцом всех сегодняшних гибридов принято считать Toyota Prius Hybrid. Современный автомобиль этой модели может похвастаться надежностью, а самое главное расходом топлива – 4 литра на 100 км!

Гибрид Toyota Prius 1997 года

Хотя на западе и растет спрос на гибридные автомобили, ситуация в РФ намного печальнее. По данным на 2018 год, в нашей стране доля гибридных автомобилей составляла меньше 1%, причем большинство из этих автомобилей б/у. Самый популярный гибрид у нас в стране тот же Приус, который поставляли в РФ с 2009 года. Такой маленький процент обусловлен тем, что у нас в стране не развита инфраструктура для таких автомобилей. Нет подзарядных станций, гибрид стоит немного дороже по сравнению с традиционным ДВС, нет автомобилей для среднего класса – стоимость нового гибрида начинается почти от 3 млн. ₽, нет специализированных станций техобслуживания. Все эти недостатки существенно отбивают желание приобрести гибрид в РФ.

Надо сказать, что гибридное будущее однозначно за автомобилями которые можно подзаряжать от внешней сети, именно они дают реальную экономию топлива. Однако, если у автовладельца нет возможности подзаряжать такой автомобиль, то выбор такого авто становиться бессмысленным.

Гибридный спорткар от BMW

С каждым годом гибриды становятся все доступнее. Это связанно с развитием технологий – на сегодня они развиваются просто с бешеной скоростью. Например, на момент написания статьи Toyota выпустила электромобиль с гарантией на батарею в 1 млн. км. Конструкции, которые разрабатываются и устанавливаются в гибриды, с каждым годом становятся всё более производительнее. Связано это с тем, что запас хода на электрической тяге растёт, масса конструкций уменьшается, да и во многих современных гибридах двигатель идет как опция – он никак не связан с колесами автомобиля, а лишь выступает в роли генератора.

Беспроводная зарядка автомобиля

Подписывайтесь на наш , мы собрали для Вас лучшую коллекцию семейных автомобилей!

1 130

2+

История разработок

Автомобиль Lohner-Porsche, 1900 год

Первым автомобилем с гибридным приводом считается Lohner-Porsche, разработанный конструктором Фердинандом Порше в 1900 — 1901 годах. В США гибридные автомобили начал разрабатывать Виктор Воук в 60-е — 70-е годы.

В 1980 году компания Volvo проводила эксперименты с маховиком, разгоняемым дизельным двигателем и электродвигателем, используемым для рекуперации тормозной энергии. Впоследствии от этого проекта отказались в пользу гидравлических аккумуляторов.

В СССР

В Советском Союзе работы по разработке гибридных автомобилей велись, в частности, под руководством Нурбея Гулиа. На созданном им прототипе на базе грузовика УАЗ-450, в котором накопителем энергии являлся маховик, а трансмиссией — ленточный вариатор, удалось достичь экономии топлива около 45 %.

В Курске в 1972-73 годах Н. В. Гулиа были проведены испытания городских автобусов с маховичными гибридными агрегатами и вариаторами. Также были построены и испытаны гибридные силовые агрегаты для автобусов на основе гидропривода, в которых роль накопителя энергии выполняли баллоны со сжатым азотом и маслом. Несмотря на различные принципы действия этих «гибридов» эффективность их оказалась близкой друг к другу — расход топлива снижался примерно вдвое, а токсичность выхлопа — в несколько раз. Однако эти технологии не были востребованы ни советской автомобильной промышленностью, ни мировой, поскольку уровень техники тех лет еще не позволял сделать такой привод достаточно надежным и гибким при умеренной цене.

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.

Перспективы автомобилей-гибридов

Новизна технологии совмещенного мотора приводит к неполному пониманию автолюбителями, что же такое и как работает гибридный двигатель на подобном автомобиле. С учетом 20-летних разработок бренда Тойота у гибридов есть множество перспектив развития. Машины с облегченным кузовом, емкими и компактными аккумуляторами, простой и быстрой зарядкой, усовершенствованным режимом рекуперации в ближайшем будущем завоюют рынок.

У гибридных авто ДВС не подвергается критическим нагрузкам, а с учетом цикла Аткинсона его моторесурс выше, чем у стандартного двигателя. Для сокращения расходов на топливо машины оснащаются ГБО, совместимыми с электронными блоками управления. При внешней схожести с бензиновой техникой автовладельцы сталкиваются со сложностью обслуживания и огромным разбегом стоимости. Даже при отсутствии поломок и значительном пробеге цена машины окупиться через 5 лет. Но минимальные затраты на горючее стоят таких вложений.

Однако, будущее гибридного транспорта – только за моделями plug-in, которые реально экономят топливо. Плагины привлекательны бесшумным плавным электродвигателем, динамикой бензинового мотора, обеспеченной массивным электрическим бустом. Чтобы использовать машину полноценно, необходимо развитие зарядной инфраструктуры – установка специальных розеток на АЗС.

Особенности гибридного двигателя

В  нем сочетаются два привода:

1. ДВС;
2. электродвигатель.
3. Они могут работать попеременно или одновременно.

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

И хотя мобильность электромобиля ограничена, у него высокий КПД, большой крутящий момент и нет вредных выбросов. 

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

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.

Преимущества и недостатки гибридных авто

Разобравшись, как работает гибридный автомобиль, подведём итог в виде объективной оценки. Сведём плюсы и минусы гибридного двигателя в таблицу.

Плюсы и минусы гибридного двигателя автомобиля

Конечно, плюсы перевешивают, но есть и минусы, как во всех новинках. К примеру, чаще встречается бензиновый гибридный двигатель, хотя экономичность дизелей не подвергается сомнению.

Но так уж сложилось – технологию разрабатывали в Америке, а там солярка не в почёте. Да и гибридный дизельный агрегат стоил бы дороже, а учитывая, что цена и так далеко выше средней, то вопрос можно считать закрытым.

Больше всего автолюбителей смущает гибридный двигатель из-за аккумуляторной батареи. Это весьма капризный компонент, так как требует постоянной эксплуатации, иначе срок её службы значительно снизится.

Также аккумуляторы боятся перепадов температур, саморазряжаются. Плюс ко всему высокая стоимость запчастей и ремонта. Причём самому его сделать вряд ли получится.

Но давайте о приятном. Одно из главных преимуществ гибридного двигателя низкий расхода топлива и минимальные выбросы вредных веществ в атмосферу, а все это благодаря:

• согласованной работе двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя;
• применению батареи большой емкости;
• использованию энергии торможения (рекуперативное торможение), которое преобразует кинетическую энергию движения в электричество.

Кроме того гибридный двигатель собрал в себе массу других инноваций, которые позволят сэкономить топливо и сберечь атмосферу. Среди них:

• изменение фаз газораспределения;
• стоп-старт;
• рециркуляция отработавших газов;
• подогрев тосола отработавшими газами;
• электропривод водяного насоса, климат-контроля и усилителя руля;
• шины с улучшенным качением.

Заметный эффект наблюдается при использовании гибридного автомобиля в городском цикле, когда происходят частые остановки, двигатель работает на холостом ходу.

А вот на трассе, при движении с высокой скоростью, гибридный двигатель уже не так эффективен.С другой стороны та же батарея даёт возможность более продолжительное время ездить без заправки. Притом батарею можно не заряжать, а заправлять авто лишь топливом.

Двигатель, благодаря компьютерному управлению, всегда работает в оптимальном режиме, как бы вы ни старались его перегрузить.

Часто подобные гибридные автомобили могут передвигаться без топлива. А ещё они отличаются тем, что мотор работает едва слышно.

Надеюсь что статья поможет вам найти правильное решение, если встанет вопрос выбора автомобиля с гибридной силовой установкой.

До новых встреч.

Что такое гибридный двигатель. Принцип работы энергоустановки

Гибрид — переводится на русский как скрещивание. Сочетание этих двух различных технологий благополучно выполняют основную задачу — движения автомобиля.

Функция гибридного двигателя состоит в том, что мотор внутреннего сгорания приводит в движение генератор, который отдаёт энергию на энергоустановку: аккумуляторная батарея-электродвигатель. А энергоустановка в свою очередь, через трансмиссию передает крутящий момент на колеса.

Таким образом достигается оптимальный режим движения и создаётся добавочное усилие. Кроме того сглаживются пиковые нагрузки и колебания, в следствии чего растёт производительность и КПД.

Принцип работы гибридных двигателей

При всём разнообразии конструкций у подобных машин есть и общие черты. Но отличия настолько велики с технической точки зрения, что фактически это разные автомобили со своими преимуществами и недостатками.

Устройство

В состав любого гибрида входят:

• двигатель внутреннего сгорания со своей трансмиссией, бортовой низковольтной сетью питания и топливным баком;
• тяговые электродвигатели;
• накопительные аккумуляторные батареи, чаще всего достаточно высоковольтные, состоящие из последовательно и параллельно соединённых аккумуляторов;
• силовая электропроводка с высоковольтной коммутацией;
• электронные блоки управления и бортовые компьютеры.

Обеспечение всех режимов работы комплексной механической и электрической трансмиссии обычно происходит автоматически, на водителя возложено только общее управление движением.

Схемы работы

Соединить между собой электрическую и механическую составляющие можно разными способами, со временем выделились устоявшиеся конкретные, часто применяемые схемы.

Это не относится к позже появившейся классификации привода по удельной доли электротяги в общем энергетическом балансе.

Последовательная

Самая первая схема, наиболее логичная, но сейчас мало используемая в легковых автомобилях.

Основной её задачей стала работа в тяжёлой технике, где компактные электрические узлы успешно заменили громоздкую механическую трансмиссию, которой к тому же очень трудно управлять. Двигатель, как правило это дизель, нагружен исключительно на электрогенератор и с колёсами прямо не связан.

Вырабатываемый генератором ток может использоваться для заряда тяговой батареи, а там, где она не предусмотрена, отправляется непосредственно к электромоторам.

Их может быть один или несколько, вплоть до установки на каждое колесо автомобиля по принципу так называемых мотор-колёс. Величину тяги регулирует силовой электрический блок, а ДВС может постоянно работать в самом оптимальном режиме.

Параллельная

Эта схема сейчас наиболее распространена. В ней электромотор и ДВС работают на общую трансмиссию, а электроника регулирует оптимальное соотношение расхода энергии каждым из приводов. Связь с колёсами имеют оба двигателя.

Поддерживается режим рекуперации, когда при торможении электромотор превращается в генератор и подзаряжает накопительную батарею. Некоторое время автомобиль может двигаться только на её заряде, основной ДВС заглушен.

В ряде случаев используется батарея значительной ёмкости, снабженная возможностью внешнего заряда от бытовой сети переменного тока или специализированной зарядной станции.

В целом роль аккумуляторов тут невелика. Зато упрощается их коммутация, здесь не нужны цепи опасного высокого напряжения, а масса батареи значительно меньше, чем у электромобилей.

Смешанная

В результате развития техники электропривода и ёмкости накопителей роль электромоторов в создании тягового усилия увеличилась, что привело к появлению наиболее продвинутых систем последовательно-параллельной схемы.

Здесь старт с места и движение на небольших скоростях производятся на электрической тяге, а ДВС подключается лишь, когда потребуется высокая отдача и при исчерпании аккумуляторов.

Оба мотора могут работать в режиме привода, а продуманный электронный блок сам выбирает куда и как направлять энергетические потоки. Водитель может следить за этим на графическом информационном дисплее.

Применяется дополнительный генератор, как в последовательной схеме, который может давать энергию электромоторам или заряжать аккумулятор. Рекуперация тормозной энергии происходит через реверс тягового электродвигателя.

Так устроены многие современный гибриды, в частности один из самых первых и известных – Toyota Prius

Заднеприводный гибридный электромобиль своими руками

Собрать заднеприводный гибрид также не составит труда. Достаточно поставить электрический мотор на карданный вал под днищем машины. В салоне размещается бортовой компьютер, связанный с системой в подкапотном механизме. Транспорт также дооборудуется контроллером, аккумулятором, разъемами и проводами.

Система работает просто: авто сначала трогается на электротяге и движется за счет аккумулятора, набирая скорость до 70 км/час. После достижения скоростной точки, блок автоматически переключает на запуск ДВС. Вся система работает автоматически под контролем блока управления, поэтому водителю не нужно задумываться о переключении режимов.

Минусы использования «гибрида»

Первым минусом, который стоит отметить, является дорогой ремонт гибридных моторов. Производители «гибрида» объясняют это тем, что силовой агрегат является конструктивно сложным, что в обслуживании, так и в восстановлении.

Аккумуляторные батареи гибридного движка, достаточно чувствительные к перепадам и снижению температуры, из-за чего при падении ниже -15 градусов Цельсия, они быстро разряжаются, и  эксплуатация проводится в основном на бензине.

Высокая стоимость самого транспортного средства с гибридным мотором. Не каждый автолюбитель способен позволить себе машину, которая стоит 20 000 $. Несмотря на это, ряд стран ввели льготные налоги на растаможивание, регистрацию и использование гибридных движков, чтобы стимулировать покупателей к покупке данных автомобилей. На территории стран СНГ это пока не сделалось.

Заключение

Тратятся миллионы долларов, десятки и сотни тысяч человек продолжают работу над новыми батареями, электромоторами, топливными элементами. Можно сказать, что именно сейчас происходит рождение транспортных средств будущего

Всё большее количество автопроизводителей обращают своё внимание на разработку и серийный выпуск транспортных средств с гибридными силовыми агрегатами. Заставляют их это делать несколько факторов, среди которых – ужесточающиеся с каждым годом экологические требования к выбросам вредных веществ, а также реальная угроза того, что запасы нефти рано или поздно иссякнут

С каждым годом гибридные автомобили совершенствуются. По количеству вредных выбросов и по экономичности они все больше приближаются к электромобилям, в то же время, по разгонной динамике, управляемости и ездовому комфорту ничем не отличаются от своих собратьев, потребляющих бензин или солярку. Главным минусом гибридов на сегодняшний день, таким образом, является высокая стоимость производства. Конечная цена такого транспортного средства также будет выше. У разных производителей разница стоимости между версиями с ДВС и гибридом одной и той же модели варьируется от 15 до 50 процентов.

Тем не менее владельцев гибридных авто становится всё больше и больше. Правительства большинства развитых и развивающихся государств разрабатывают и принимают законы, стимулирующие как производство, так и приобретение экологически чистого транспорта. Например, в Америке применяют «нематериальные методы стимулирования» экосознания владельцев машин: у некоторых офисных зданий парковки разделены на зоны. Места поближе к входу – для электромобилей и гибридов, а подальше – для обычных автомобилей. Разве самолюбие позволит боссу топать с дальнего паркинга, когда приезжающие на «Приусах» подчиненные встают прямо у дверей?

Для поршневого ДВС включен обратный отсчет, и, скорее всего, немощные и тихоходные сегодняшние электромобили означают для миллионов наших любимых пожирателей бензина и солярки то же, что значили маленькие теплокровные крысы для несметного числа динозавров, когда-то населявших Землю.