Гибридная силовая установка – «Представлен макет гибридно-электрической силовой установки для электрического самолета» в блоге «Перспективные разработки, НИОКРы, изобретения»

Содержание

Гибридная силовая установка - принцип работы

В поисках современных решений существующих проблем производители создают новые виды двигателей, совершенствуют конструкции автомобилей и внедряют улучшенные технологии. Результатом подобной работы стало появление гибридного автомобиля. Сейчас многие с большой уверенностью говорят, что именно так будут выглядеть машины на дорогах в ближайшем будущем.

Термин "гибридный" обозначает автомобиль, который имеет больше одного источника энергии. Мы привыкли к тому, что все автомобили используют двигатель внутреннего сгорания на бензиновом или дизельном топливе. Также раньше были известны так называемые электромобили. Сейчас же производители стараются привлечь покупателей, повышая экономию топлива, поэтому они объединяют двигатель внутреннего сгорания и электромотор в одном автомобиле.

Особенности конструкции

Гибридная силовая установка действительно обладает рядом преимуществ перед традиционными автомобилями.

Главная особенность гибридного двигателя заключается в том, что благодаря ему удается избежать работы двигателя при малых нагрузках, что в сочетании с рекуперацией кинетической энергии заметно повышает эффективность расхода топлива.

Если рассмотреть такой автомобиль более детально, то удастся выделить несколько основных элементов:

  • бензиновый мотор;
  • электрогенератор;
  • гибридная трансмиссия;
  • электродвигатель задних и передних колес;
  • батарея высокой емкости;
  • блок управления силовой системой.

Подобные идеи уже появлялись раньше в том числе в СССР в 70-х годах, часть из них даже находила свое воплощение в различных видах железнодорожного транспорта, карьерной техники и прототипах городских автомобилей. В частности это касается генератора и других. Используя преимущества электромоторов и ДВС гибридный автомобиль способен показать более высокий коэффициент полезного действия, что собственно и является главной целью создания подобных машин. Данные идеи стали особенно актуальны в наше время в условиях повышения цен на топливо.

Подробнее о новинке Российского рынка — автомобиле с гибридной силовой установкой "Ё-мобиль":

Преимущества и недостатки

Среди основных преимуществ отмечают следующие черты:

  • экономичность;
  • экологическая чистота;
  • улучшенные ходовые характеристики;
  • увеличенная дальность пробега;
  • возможность повторного использования энергии движения.

В то же время на данный момент имеются свои недостатки. В частности это высокая сложность конструкции, вследствие чего увеличивается себестоимость. Из-за этого многие мировые автомобильные компании отказываются или откладывают на неопределенный срок создание подобных образцов. Также усложняется техническое обслуживание, возникают трудности с утилизацией аккумуляторных батарей и т.д.

Принцип работы

Электромотор используется для того, чтобы тронуться с места и дальнейшей езды на малых скоростях. При первичном разгоне батарея начинает отдавать свою энергию, направляя ее на блок управления электропитанием и затем непосредственно на электрические двигатели.

Во время движения в обычном режиме используется одновременно бензиновый двигатель и электромотор. Нагрузка распределяется между ними равномерно. Генератор производит зарядку батареи во время движения, когда в работу вступает ДВС.

Во время разгона основная нагрузка ложится на бензиновый двигатель. Если требуется улучшить динамику, то в дело вступает электромотор. В этом режиме вновь происходит зарядка батареи за счет энергии движения.

Во время торможения гибридная силовая установка использует кинетическую энергию и преобразует ее в электрическую, которая в свою очередь направляется на блок управления электропитанием. Бензиновый двигатель функционирует в нормальном режиме. За счет преобразования кинетической энергии торможения происходит зарядка высоковольтной батареи.

Отсюда можно понять, что гибридные автомобили гораздо более эффективны в работе, хотя бы за счет того, что используется кинетическая энергия, которая до этого просто расходовалась впустую. Кроме того производители устанавливают на свои машины самые современные двигатели внутреннего сгорания и сложные компьютерные системы.

Используя только электрические моторы, можно проехать порядка 100 километров, что также является одним из преимуществ.

Многие специалисты сейчас достаточно уверенно говорят, что это современная система расходования топлива и энергии, в которой так нуждались автомобили. В ближайшее время гибридные установки будут продолжать развиваться и совершенствоваться. Если удастся устранить существующие недостатки — сложность конструкции и более высокую стоимость — то подобные машины завоюют лидерство буквально за несколько лет. Остается только подождать новых шагов от мировых автомобильных компаний и посмотреть своими глазами, что же у них получится.

Фото

Toyota Yaris Hybrid

Toyota FT-Bh концепт гибрид

Toyota FT-Bh концепт гибрид 2

Салон Toyota FT-Bh на гибридной силовой установке

Концепт автомобиля будущего

Видео

Также вам будет интересно посмотреть следующее видео о гибридной силовой установке:

Как работает гибридный двигатель: принцип работы

Главный силовой агрегат современных машин – двигатель внутреннего сгорания. Но в условиях истощения залежей нефти, роста требований к экологической чистоте топлива инженеры прибегают к новым технологиям. Полный отказ от углеводородного топлива или снижение его расхода обеспечивают электрический мотор или гибридный машинный двигатель. Последнюю деталь устанавливают на современных авто.

История гибридных двигателей

Гибридный автомобильный двигатель – это система из бензинового мотора внутреннего сгорания и электродвигателя. Впервые выпуском подобного транспорта занялся бренд Parisienne des Voitures Electriques в 1897 году. Американская компания General Electric приступила к производству гибридов с 1900 году. Инженеры корпорации создали машину с четырехцилиндровым двигателем на бензине. Абсолютно новый вид транспорта был экономически нецелесообразным по причинам низкой мощности и дешевизны топлива.

Интересно знать! Грузовики-гибриды несерийно выпускались в Чикаго до 1940-х годов.

Ввиду ухудшения экологической обстановки, подорожания топлива для ДВС идея создания смешанных силовых агрегатов стала актуальной в наше время. Серийное производство гибридов практически первыми наладил бренд Тойота. Авто Toyota Prius liftback были выпущены в 1997 году. В 1999 Хонда презентовала модель Insight. На 2014 год количество гибридов составило более 7 млн.

Принцип работы и устройство гибридных двигателей

Современные инженеры подробно объясняют, что же такое мотор-гибрид в машине.  Двигатель представляет собой систему из бензиновой (дизельной) и электрической силовых установок. Для полноценной работы цепи задействуются другие узлы с компьютерным управлением.

Полная конструкция гибрида

Понять, как же работает современный гибридный автомобильный двигатель, поможет описание его устройства. Мотор состоит из:

  • двигателя внутреннего сгорания. Конструкция детали разрабатывалась так, чтобы облегчить вес, минимизировать затраты топлива и количество вредных выбросов;
  • электрического двигателя. Он сгенерирован с топливным баком и может вырабатывать энергию для заряда АКБ. Деталь встраивается в силовую систему или располагается отдельно. Есть модели с двумя вариантами размещения;
  • трансмиссии. В зависимости от типа гибрида существуют интегрированные коробки передач, КПП с механикой или автоматическим управлением. Некоторые детали работают по принципу плавной нагрузки;
  • топливного бака. Обеспечивает подачу топлива в ДВС;
  • аккумуляторы. В гибридных машинах устанавливаются две батареи – высоковольтная для работы мотора и на 12 В для запитки бортовой системы. Системы запускаются от аккумулятора стандартного типа – высоковольтный и инвертор функционируют только при постоянном охлаждении;
  • инвертор. Нужен для преобразования тока, идущего от высоковольтного аккумулятора в переменный трехфазный для электромотора, регулировки распределения энергии;
  • генератор. Работает по принципу электрического агрегата, производит электроэнергию.

Интересно знать!

При сгорании 1 л бензина и от работы аккумулятора массой 4,5 ц получается одинаковое количество энергии.

Функционирование двигателя-гибрида

Принцип бесперебойной работы современного гибридного двигателя основывается на отдельном или одновременном функционировании ДВС и электромотора. Для управления системой применяется бортовой компьютер. Прибор по режиму движения определяет вид активного силового агрегата:

  • на городских дорогах требуется электродвигатель с небольшой мощностью;
  • при езде на загородном шоссе задействуется топливный мотор;
  • в смешанном режиме (периодические остановки и ускорения) агрегаты работают вместе.

Важно! В процессе работы ДВС происходит зарядка электрического мотора.

Схемы взаимодействия мотора и ДВС

Развитие технологии гибридных двигателей привело к реализации нескольких вариантов взаимодействия электроагрегата и стандартного мотора.

Последовательная схема

В схеме series hybrid ДВС активирует генератор, вырабатывающий энергию для запитки электрического двигателя, вращающего колеса. Последовательный автомобиль-гибрид задействует маломощный ДВС, но только в условиях максимального КПД. Модели-малолитражки выпускаются с большой АКБ.

Параллельная схема

Оснащение машины системой parallel hybrid обеспечивает вращение колес от бензинового и электрического мотора. Электрическая установка также выполняет функции стартера и генератора, располагается между коробкой передач и ДВС.  Дополнительная мощность создается электродвигателем в зависимости от режима езды. Аккумуляторные батареи отличаются компактностью, заряжаются при движении машины.

Подробное описание параллельной схемы для гибридной силовой моторной установки современного автомобиля отмечает ее недостаток. Электрический двигатель не выполняет одновременное вращение колеса и зарядку батареи.

Последовательно-параллельная схема

Смешанный гибрид совмещает последовательную и параллельную схему работы. Электрические агрегаты работают как генератор, создавая электроэнергию и как мотор, создавая тягу. Для объединения двигателей используется планетарный редуктор. ДВС вырабатывает минимум мощности при цикле Аткинсона, что обеспечивает экономию топлива. Устройство параллельно-последовательной схемы и принцип для работы смешанного гибридного двигателя предполагают:

  • работу в эконом-режиме. На электрической тяге ДВС выключен, запитка электромотора происходит от аккумулятора;
  • поддержку скорости движения. Мощность ДВС распределяется по колесной системе и генератору. В это время выполняется одновременная запитка параллельного электроагрегата и дозарядка АКБ;
  • интенсивное ускорение. При высоких нагрузках ДВС и электрическая часть функционируют параллельно. Электромотор подпитывается от батареи без утраты мощности генератором.

Важно! Наиболее эффективно принцип комбинированной тяги реализован у бренда Тойота и называется Hybrid Synergy Drive.

Преимущества и недостатки гибридных авто

Транспорт с гибридной силовой установкой расходует на 30 % меньше топлива по сравнению со стандартными моделями. На этом преимущества использования гибридного автомобильного двигателя не заканчиваются:

  • минимальное количество вредных выбросов за счет технологий рекуперативного торможения, наличия емкой АКБ;
  • согласованность функций ДВС и электромотора;
  • полезные инновации – опции стоп-старта, рециркуляции отработанных газовых смесей (подогревают тосол), изменение фазы распределения газов;
  • наличие водяного насоса с электроприводом, системы климат-контроля и усиления руля, улучшенного качения покрышек;
  • эффективность при работе на холостом ходу в городских условиях;
  • возможность продолжительной поездки без дозарядки аккумулятора – заправляется бак;
  • поддержка выбранного режима за счет компьютерного управления;
  • низкий уровень шума работающего мотора.

К недостаткам моделей с гибридными установками относятся:

  • необходимость регулярной нагрузки на АКБ;
  • батарея может разряжаться до критического состояния при низкой температуре;
  • проблемы с самостоятельным ремонтом машины;
  • дорогая цена запчастей, которые не всегда есть в наличии в сервисных центрах.

Минусом для некоторых пользователей является высокая цена транспорта – даже недорогие японские гибридные автомобили Toyota Yaris стоят около 18 тыс. евро.

Типы гибридных агрегатов

Гибридный современный двигатель – экономичный и экологичный агрегат, но полностью разобраться, что же это такое, поможет обзор вариантов исполнения основной конструкции:

  • микрогибридный силовой агрегат. Электрическим компонентом привода является стартер или генератор, отвечающий за функции старта и стопа. Кинетическая энергия используется по принципу рекуперации, то есть переходит в электрическую. Привода исключительно для электротяги нет. АКБ с наполнителем из стекловолокна – на 12 Вольт, адаптирована к частым стартам;
  • среднегибридный силовой агрегат. Что значит в этом случае гибридный машинный двигатель? Деталь поддерживает функции ДВС, но транспорт не ездит на электротяге. Средние гибриды могут регенерировать часть кинетической энергии при торможении. Она переходит в электрическую и накапливается в АКБ. Батарея и электроузлы работают на высокой мощности. В режиме смещения точки нагрузки при помощи электрического генератора у теплового мотора повышается эффективность;
  • полногибридный силовой агрегат. Высокомощный генератор интегрируется с ДВС. Есть функция движения при электрической тяге при маленькой скорости авто. Электрогенератор запитывает двигатель внутреннего сгорания с функцией старт-стоп в рабочем режиме. Высоковольтный аккумулятор заряжается в процессе рекуперации. Разделительное сцепление ДВС и электромотора обеспечивает быстрое отсоединение одной системы от другой.

Интересно знать!

Микрогибридные силовые агрегаты впервые сконструировал и выпустил бренд Тойота.

Классификация по степени электрификации

В зависимости от электрификации существует несколько видов гибридных машин.

Микрогибрид

У моделей есть функции рекуперации энергии во время торможения, автоматика типа стоп-старт. Микрогибриды подразделяются на три типа:

  • машины с системой старт-стоп;
  • транспорт со старт-стопом и рекуперативным торможением;
  • модели, объединяющие две технологии, со свинцово-кислотным AGMаккумулятором и объединенным блоком стартера/генератора.

При экономичности топлива и экологичности, электрического воздействия на привод не происходит.

Важно! Данный транспорт нельзя назвать гибридными машинами на 100 %.

Мягкий гибрид

Что же такое мягкий двигатель типа гибрид? Электрическая силовая установка обеспечивает поддержку ДВС, работа в режиме чистого электричества не осуществляется. Рекуперация происходит только при торможении. Конструкция моделей не предусматривает маховика, на его месте находится стартер-генератор. Мягкие гибриды отличаются небольшой мощностью, которая компенсируется электрической частью только при ускорении или разгоне.

Интересно знать! Система Kinetic Energy Recovery мягкогибридных машин также используется в Формуле-1.

Полный гибрид

Электрическая часть задействуется в режиме поездок по городу, на высоких скоростях работает стандартный ДВС. Схема соединения электромотора с двигателем внутреннего сгорания реализуется последовательным, комбинированным или разветвленным способом.

Транспортное средство не заряжается от сети, а только в процессе рекуперации. При разрядке литий-ионного аккумулятора можно переключиться на ДВС.

Гибриды-плагины

Что такое plug-in и надежный ли это гибридный автомобильный двигатель? Электрическая часть осуществляет сбор энергии для заряда батареи, совместно с двигателем внутреннего сгорания обеспечивает вращение колес.

Инновационные модели двигаются при задействовании усилий двух моторов, отличаются объемной мощной батарей (от 70 до 100 лошадей). Рядом с люком бензобака расположен порт для зарядки от розетки. Особенность плагинов – преодоление расстояния до 50 км только на электрической тяге.

Привод дополнительных аксессуаров в автомобилях с полным гибридным приводом

Конструкционные доработки привода дополнительных агрегатов заключались в том, чтобы компоненты работали не от ДВС, а от электричества. Приводная часть полногибридных моделей включает следующие элементы:

  • вакуумный насос электрического типа. Деталь служит для понижения давления усилителя тормоза и поддерживает подачу низкого давления при старте и остановке;
  • электрогидравлический усилитель управления рулем. Используется, чтобы во время автоматической остановки двигателя рассоединить ДВС и усилитель. Технология позволяет оптимизировать топливные затраты;
  • компрессорный кондиционер с электрическим приводом. Отвечает за охлаждение салона при автоостановке. Деталь обеспечивает отсоединение компрессорного привода кондиционера и ДВС. Электрокомпрессор всасывает, сжимает фреоновый газ и направляет его в систему для прокачки;
  • электроблок управления кондиционером. Регулирует температуру испарения от 800 до 9000 мин.

Важно!

Полный гибридный привод – единственный вариант гибридов, объединяющий функции старт-стопа, рекуперации, режим электротяги и систему E-Boost.

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.

Устройство гибридного автомобиля

Прототип автомобиля с гибридным двигателем появился еще в конце 19 столетия. Сегодня он представляет собой транспортное средство, способное при небольшой скорости не использовать топливо, а осуществлять движение за счет электрической энергии.

Гибридный двигатель – это система, состоящая из электрического и топливного двигателей. При этом, в период работы каждый может быть задействован как по отдельности, так и оба в независимых циклах.

Устройство и принцип работы

Самый распространенный режим работы гибридного двигателя заключается в том, что при движении авто на небольшой скорости, например, в черте города, используется его электрический блок.  При движении машины по трассе – в работу включается двигатель внутреннего сгорания (ДВС). В случае большой нагрузки, например, при резких подъемах в гору, в работу включаются оба двигателя.

Безусловно, к плюсам такого устройства можно отнести то, что при использовании электрического двигателя, значительно сокращается расход топлива, так как он работает от постоянно восполняемой энергии аккумулятора.

Возможность, хотя бы отчасти, снизить количество выбрасываемых вредных веществ в воздух – еще один плюс гибридной системы автомобиля.

Гибриды характеризуются малой мощностью, которую помогает компенсировать ДВС.

Двигатели в гибридах могут быть как бензиновые, так и дизельные. Более того, производители газобаллонного оборудования (ГБО) разработали системы способные работать на этих автомобилях.

Пример конструкции гибрида

Устройство гибрида включает в себя:

— Двигатель внутреннего сгорания. Его устройство и размеры сконструированы таким образом, что позволяет снизить вес, вредные выбросы и расход топлива.

— Электродвигатель разработан с учетом особенностей гибрида. Его сделали не только сгенерировано работающим с топливным блоком, но и уделили особое внимание показателям мощности. Параллельно он вырабатывает энергию для подзарядки АКБ автомобиля. Может быть выполнен встроенным в силовую установку или размещаться отдельно от неё, в некоторых моделях используются сразу оба варианта.

— Трансмиссия. Работа трансмиссии гибрида фактически совпадает с ее устройством на обычных автомобилях. Но, в зависимости от вида гибридного двигателя, они могут отличаться. Коробки передач в них бывают, как гибридные с интегрированным электродвигателем, так и обычные механического и автоматического исполнения. Например, трансмиссия автомобиля Toyota устроена с разветвлением потоков мощности. Двигатель такого типа работает в режиме плавных нагрузок, что помогает значительно экономить расход топлива.

— Топливный бак. Необходим для питания топливом ДВС. Для наглядности того, что топливная система имеет ряд преимуществ, хотелось бы привести один факт в пользу этого: энергия, получаемая при сгорании 1 литра бензина сопоставима с энергией, вырабатываемой аккумулятором весом около 450 кг.

— Аккумулятор. Его главная функция – выработка достаточного уровня энергии для работы электродвигателя. В авто используется две батареи, высоковольтная и обычная на 12 (В) для питания бортовой сети. Изначально до запуска всех систем питание идет только от стандартного аккумулятора, так как для работы высоковольтной батареи и инвертора необходимо постоянное охлаждение.

-Инвертер преобразует постоянный ток высоковольтной батареи в переменный трехфазный для электродвигателя и наоборот. Также регулирует распределение энергии и управляет электродвигателем.

— Генератор. Его принцип работы такой же как у электродвигателя, но направлен на вырабатывание электрической энергии.

3 типа гибридных агрегатов

Как было уже отмечено ранее, гибридная система автомобиля представляет собой комбинирование моторов, своего рода, две разных скрещенных технологии. Технику гибридного привода характеризуют в двух направлениях – это двухтопливный или бивалентный и гибридный силовой агрегат.

Данное разделение на две комбинации силовых агрегатов определено для их классификации по разному принципу работы.

Устройство гибридного силового агрегата включает в себя двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель-генератор. Таким образом, электродвигатель это и генератор энергии, и тяговый электродвигатель, и стартер для пуска ДВС.

Существует три типа гибридного силового агрегата. Главным критерием для классификации служит исполнение основной конструкции. Следовательно, выделяют: микрогибридный силовой агрегат, среднегибридный силовой агрегат и полногибридный силовой агрегат.

Микрогибридный силовой агрегат

Концептуальная особенность данного типа привода заключается в его электрической части, которая необходима только для выполнения функции «старт-стоп». При этом, часть выработанной кинетической энергии повторно используется как электроэнергия (процесс рекуперации).


Привод исключительно за счет работы электрической тяги не возможен. Рабочие характеристики 12-вольтного аккумулятора гибрида с наполнителем из стекловолокна приспособлены к частым пускам двигателя. Также для накопления энергии от рекуперации может использоваться накопитель в виде электрохимического конденсатора.

Микрогибрид от компании Mazda

Среднегибридный силовой агрегат

Электрический привод помогает работе двигателя внутреннего сгорания. При этом, движение гибрида лишь за счет электротяги не осуществляется. У данного типа гибридного мотора электрическая энергия регенерируется при торможении, а затем накапливается в высоковольтной аккумуляторной батарее.


Устройство высоковольтной АКБ гибрида и всех его электрических частей отвечает необходимому уровню напряжения, что позволяет вырабатывать достаточно высокую мощность. В итоге, благодаря поддержке ДВС электродвигателем, его работа характеризуется максимальной эффективностью.

Полногибридный силовой агрегат

Работа двух моторов: электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания, в данном типе комбинируется между собой. Полногибридный тип позволяет машине двигаться только за счет электрической тяги и достаточно большое расстояние. При определенных условиях силовой агрегат функционирует как среднегибридный.


В этих автомобилях устанавливаются достаточно мощный электродвигатель и высоковольтные АКБ большего объема, что и позволяет им выдавать такие характеристики. Основой подзарядки батареи выступает также процесс рекуперации энергии.

Функция «старт-стоп» реализована для двигателя внутреннего сгорания, который запускается только при необходимости. А разъединение ДВС с электродвигателем осуществляется за счет установленного сцепления между ними, поэтому они могут функционировать независимо друг от друга.

Схемы взаимодействия работы электродвигателя и ДВС

Автомобили-гибриды сконструированы по трем схемам взаимодействия двигателей. Рассмотрим каждую из них.

Последовательная схема взаимодействия

Данный принцип устройства представляет собой самый простой вариант автомобильного двигателя-гибрида. Его схема работы такая: крутящий момент от двигателя внутреннего сгорания идет к генератору. Затем генератор вырабатывает необходимое для работы электричество и передает его в аккумулятор. Дополнительно подзаряд аккумулятора осуществляется и путем процесса рекуперации кинетической энергии. В этой схеме движение автомобиля осуществляется лишь за счет электрической тяги.


Данная схема характеризуется последовательным преобразованием энергии, т.е. энергия, поступающая от сгораемого топлива в двигателе внутреннего сгорания, превращается в механическую, далее трансформируется в электрическую за счет генератора, и затем вновь преобразуется в механическую энергию.

Положительные стороны последовательной схемы:

  1. Работа двигателя внутреннего сгорания осуществляется на неизменных оборотах.
  2. Не возникает необходимости в двигателе с большой мощностью и потреблением топлива.
  3. Коробка передач, как и сцепление здесь не нужны.
  4. Электрическая энергия высоковольтной АКБ гибрида позволяет двигаться автомобилю с заглушенным ДВС.

Отрицательные стороны последовательной схемы:

  1. На этапах преобразования энергии происходит ее потеря.
  2. Габариты и стоимость АКБ достаточно высокие.

Самый яркий представитель гибридного автомобиля с последовательной схемой взаимодействия Chevrolet Volt

Если говорить о самом подходящем варианте движения автомобиля с последовательной схемой взаимодействия, то это городской трафик с частыми остановками, когда постоянно в работу включается система рекуперации энергии.

Параллельная схема взаимодействия

Такое название эта схема получила потому что, двигатели авто работают постоянно вместе. Принцип работы данного типа взаимодействия двух модулей происходит за счет электроники авто, электродвигателя и ДВС. Оба двигателя соединены с коробкой передач по средствам планетарной передачи.


Чисто на электрической энергии такие гибриды способны ехать не продолжительное время, при этом ДВС отключается от трансмиссии сцеплением.

Блок управления распределяет крутящий момент от обоих двигателей в зависимости от режима движения автомобиля. Двигателю внутреннего сгорания отведена более важная роль, а электродвигатель запускается при необходимости дополнительной тяги, например, когда авто резко ускоряется. При торможении или плавном движении электромотор работает как генератор электроэнергии.

Электромотор внедрен в коробку передач BMW 530E iPerformance

Существуют модификации с электродвигателем отдельно от ДВС, они представляют собой сложную систему, но в тоже время эффективную. Этот модуль состоит из двух электромоторов, тягового соединенного через планетарную передачу со вторым, который служит генератором и стартером.

В такой схеме ДВС не связан напрямую с колесами, что позволяет постоянно передавать часть момента генератору и подзаряжать батарею.

Силовая установка параллельного гибрида с независимыми электромоторами

Положительные стороны параллельной схемы:

Так как основная работа отведена ДВС, то не возникает необходимости в установке мощной высоковольтной батареи. Двигатель внутреннего сгорания напрямую связан с ведущими колесами, поэтому потери энергии значительно меньше.

Отрицательные стороны параллельной схемы:

Самый главный минус данной схемы – это больший расход топлива в сравнении с другими схемами взаимодействия двигателей. Получается, что сэкономить на городском трафике не получится, наиболее удачным вариантом будет движение по трассе.

Последовательно-параллельная схема взаимодействия

Уже само название этой схемы указывает на то, что данный тип – это вариант совмещения двух ранее рассмотренных схем: последовательной и параллельной. Движение автомобиля на низкой скорости и его старт с места осуществляется только за счет силы электрической части.  ДВС поддерживает работу генератора авто, как при последовательной схеме взаимодействия. Передача крутящего момента от ДВС на колеса происходит при движении на большой скорости.

При высоких нагрузках, требующих повышенной мощности, генератор автомобиля может не выдать нужное количество энергии, и в таком случае электродвигатель питается дополнительно от аккумулятора, как при параллельной схеме взаимодействия.

В данной схеме предусмотрен дополнительный генератор, он подзаряжает АКБ. Электродвигатель необходим только для привода ведущих колес и для обеспечения рекуперативного торможения.

Часть крутящего момента, переходящая от двигателя внутреннего сгорания, уходит на ведущие колеса, а некоторая его часть – для работы генератора, который в свою очередь питает электродвигатель и заряжает АКБ.

За направление крутящего момента на колеса, генератор или электродвигатель и его соотношении отвечает планетарный механизм – распределитель мощности. Регулировкой подачи мощности из генератора и батареи занимается электронный блок управления автомобиля.

Также эта технология применяется и на гибридных полноприводных авто. На передней оси установлен ДВС с электродвигателем по параллельной схеме, а на задней только электродвигатель имеющий связь с ДВС по последовательной схеме.

Полноприводный гибрид от компании Mitsubishi

Положительные стороны последовательно-параллельной схемы:

Не сложно догадаться, что неоспоримым плюсом данной схемы гибрида является его большая экономичность топлива в сочетании с хорошими мощностными характеристиками. Ценители природы оценят ее экологичность.

Отрицательные стороны последовательно-параллельной схемы:

Среди отрицательного – это более сложная конструкция по сравнению с предыдущими схемами, и как следствие, большая цена. Поскольку необходим дополнительный генератор, емкая АКБ и сложная электронная схема управления.

Заключение

Мы рассмотрели все типы гибридов и схемы их взаимодействия, но в целом существует множество видов, которые сложно отнести к одной из них, поскольку с течением времени технологии все больше смешиваются и дорабатываются.

На одних используют гидромуфты с редуктором вместо планетарной передачи, на других экспериментируют с задним расположением ДВС или вообще разносят по двум осям ДВС и электродвигатель. Конструкторы не останавливаются на достигнутом и все больше развивают это направление.

Гибридная силовая установка принцип работы

Первый в мире бензоэлектрический автомобиль Lohner Electric Chaise был создан Фердинандом Порше ещё в 1899 году. В годы XX века интерес к гибридам возобновился вследствие роста цен на топливо и ужесточения экологических норм.

Гибридная силовая установка сочетает двигатель внутреннего сгорания и электромотор, что обеспечивает меньший расход топлива и снижает токсичность выхлопных газов. Однако чем экономичнее гибридный автомобиль, тем более ёмкие аккумуляторы ему требуются и, следовательно, тем выше его цена.

В зависимости от того, какую роль в силовой установке играет электромотор, гибриды делятся на умеренные (mild hybrids) и полные (full hybrids). У первых электромотор служит помощником двигателю внутреннего сгорания, как, например, у хэтчбека Honda Insight. Вторые способны проехать некоторое расстояние на одной электротяге, как Lexus RX 400h. Есть ещё якобы микрогибриды — придуманный маркетологами термин для рекламы системы start/stop. Но последняя по сути — генератор с расширенными функциями. А мы говорим о схемах, где электродвигатели передают крутящий момент на колёса.

В 1997 году на японском рынке дебютировал первый гибрид — Toyota Prius (вверху). А в фирма Honda представила американцам свой Insight.

Последовательная гибридная схема

Существует также три основные схемы устройства гибридных силовых установок: последовательная, параллельная и смешанная. Последовательная гибридная схема появилась первой (её придумал в 1899 году сам Фердинанд Порше), но в легковых автомобилях распространена меньше. По ней, например, построены силовые агрегаты карьерных самосвалов, некоторых автобусов и локомотивов. В последовательной схеме колёса приводит в движение электромотор, а малолитражный ДВС крутит генератор, вырабатывающий электроэнергию. Тут отсутствует необходимость в коробке передач и мощном двигателе внутреннего сгорания. Зато требуются аккумуляторы, как правило, никель-металлогидридные, большой ёмкости.

Chevrolet Volt построен по последовательной схеме. Его ещё называют электромобилем с увеличенным запасом хода. На электротяге автомобиль делает бросок длиной 64 км. А при использовании вспомогательного турбомотора, заряжающего батареи, пробег на одной заправке может превышать 1024 км.

Параллельная гибридная схема

Самая распространённая сейчас схема — параллельная. Она запатентована ещё в 1905 году немцем Генри Пипером. Ей отвечают почти все умеренные гибриды. Они оснащаются мощным электромотором ( кВт), который помогает двигателю внутреннего сгорания при разгоне, а при торможении запасает рекуперативную энергию. В качестве трансмиссии, как правило, используются вариатор или планетарная передача.

Хондовская гибиридная силовая установка IMA (Integrated Motor Assist) — пример параллельной схемы: на коленчатом валу двигателя вместо маховика размещён компактный электромотор-генератор.

Один из последних образцов параллельной схемы — гибридная силовая установка седана BMW ActiveHybrid 7.

Параллельные гибриды могут быть не только умеренными, но и полными, как, например, Audi Duo (1998). Эта модель могла проехать 50 км только на электромоторе, приводящем в движение задние колёса.

Но компания Honda нашла возможным оснастить своё бензоэлектрическое купе шестиступенчатой «механикой». В качестве источника питания используются литиево-ионные или литиево-полимерные аккумуляторы. Умеренные гибриды не требуют ёмких батарей на борту, благодаря чему доступны по цене. Однако некоторые автопроизводители присматриваются к дорогущим суперконденсаторам, которые способны кратковременно отдавать ток очень высокой мощности.

Последовательно-параллельная гибридная схема

Распространены также смешанные, или, как их ещё называют, последовательно-параллельные гибриды. Классические представители этого семейства — хэтчбек Toyota Prius и Лексусы с индексом h, оснащённые фирменным «синергитическим» приводом HSD (Hybrid Synergy Drive). Чтобы объяснить принцип его работы мы приводим ниже наглядную демонстрацию.

Благодаря планетарной передаче и возникает синергия — взаимодействие двигателя внутреннего сгорания и электромотора. Тут ДВС крутит колёса в паре с электромотором, одновременно вращая генератор. В традиционной коробке передач нет необходимости: электроника регулирует обороты моторов и генератора, превращая такую систему в бесступенчатую трансмиссию ECVT.

У BMW Active Hybrid X6 с бесступенчатой коробкой передач ECVT с несколькими планетарными рядами два электромотора. Один работает на малых скоростях. А другой запускает ДВС и затем служит генератором. Полноприводная трансмиссия xDrive сохранена.

А вот у гибридного кроссовера Lexus RX 450h за привод на задние колёса отвечает дополнительный электромотор.

Новое поколение Тойоты Prius научилось бегать на одной электротяге, правда, недалеко — всего два километра. Кроме того, в компании работают над подзаряжаемой plug in версией гибрида с литиево-ионными батареями вместо никель-металлогидридных и увеличенным до 20 км пробегом на батареях.

Большинство двигателей, установленных на гибридах, — бензиновые. Многие работают по циклу Аткинсона с более коротким тактом сжатия и более эффективным рабочим процессом. Это обеспечивает лучшие экологические и экономические показатели. Распространение, казалось бы, более экономичных дизельэлектрических силовых установок сдерживает прежде всего то, что большинство гибридов продаются в не знакомой с дизелем Америке. Кроме того, дизельный мотор дороже бензинового, а это лишь увеличивает немалую цену гибрида.

Прототип автомобиля с гибридным двигателем появился еще в конце 19 столетия. Сегодня он представляет собой транспортное средство, способное при небольшой скорости не использовать топливо, а осуществлять движение за счет электрической энергии.

Гибридный двигатель – это система, состоящая из электрического и топливного двигателей. При этом, в период работы каждый может быть задействован как по отдельности, так и оба в независимых циклах.

Устройство и принцип работы

Самый распространенный режим работы гибридного двигателя заключается в том, что при движении авто на небольшой скорости, например, в черте города, используется его электрический блок. При движении машины по трассе – в работу включается двигатель внутреннего сгорания (ДВС). В случае большой нагрузки, например, при резких подъемах в гору, в работу включаются оба двигателя.

Безусловно, к плюсам такого устройства можно отнести то, что при использовании электрического двигателя, значительно сокращается расход топлива, так как он работает от постоянно восполняемой энергии аккумулятора.

Возможность, хотя бы отчасти, снизить количество выбрасываемых вредных веществ в воздух – еще один плюс гибридной системы автомобиля.

Гибриды характеризуются малой мощностью, которую помогает компенсировать ДВС.

Двигатели в гибридах могут быть как бензиновые, так и дизельные. Более того, производители газобаллонного оборудования (ГБО) разработали системы способные работать на этих автомобилях.

Устройство гибрида включает в себя:

— Двигатель внутреннего сгорания. Его устройство и размеры сконструированы таким образом, что позволяет снизить вес, вредные выбросы и расход топлива.

— Электродвигатель разработан с учетом особенностей гибрида. Его сделали не только сгенерировано работающим с топливным блоком, но и уделили особое внимание показателям мощности. Параллельно он вырабатывает энергию для подзарядки АКБ автомобиля. Может быть выполнен встроенным в силовую установку или размещаться отдельно от неё, в некоторых моделях используются сразу оба варианта.

— Трансмиссия. Работа трансмиссии гибрида фактически совпадает с ее устройством на обычных автомобилях. Но, в зависимости от вида гибридного двигателя, они могут отличаться. Коробки передач в них бывают, как гибридные с интегрированным электродвигателем, так и обычные механического и автоматического исполнения. Например, трансмиссия автомобиля Toyota устроена с разветвлением потоков мощности. Двигатель такого типа работает в режиме плавных нагрузок, что помогает значительно экономить расход топлива.

— Топливный бак. Необходим для питания топливом ДВС. Для наглядности того, что топливная система имеет ряд преимуществ, хотелось бы привести один факт в пользу этого: энергия, получаемая при сгорании 1 литра бензина сопоставима с энергией, вырабатываемой аккумулятором весом около 450 кг.

— Аккумулятор. Его главная функция – выработка достаточного уровня энергии для работы электродвигателя. В авто используется две батареи, высоковольтная и обычная на 12 (В) для питания бортовой сети. Изначально до запуска всех систем питание идет только от стандартного аккумулятора, так как для работы высоковольтной батареи и инвертора необходимо постоянное охлаждение.

-Инвертер преобразует постоянный ток высоковольтной батареи в переменный трехфазный для электродвигателя и наоборот. Также регулирует распределение энергии и управляет электродвигателем.

— Генератор. Его принцип работы такой же как у электродвигателя, но направлен на вырабатывание электрической энергии.

3 типа гибридных агрегатов

Как было уже отмечено ранее, гибридная система автомобиля представляет собой комбинирование моторов, своего рода, две разных скрещенных технологии. Технику гибридного привода характеризуют в двух направлениях – это двухтопливный или бивалентный и гибридный силовой агрегат.

Данное разделение на две комбинации силовых агрегатов определено для их классификации по разному принципу работы.

Устройство гибридного силового агрегата включает в себя двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель-генератор. Таким образом, электродвигатель это и генератор энергии, и тяговый электродвигатель, и стартер для пуска ДВС.

Существует три типа гибридного силового агрегата. Главным критерием для классификации служит исполнение основной конструкции. Следовательно, выделяют: микрогибридный силовой агрегат, среднегибридный силовой агрегат и полногибридный силовой агрегат.

Микрогибридный силовой агрегат

Концептуальная особенность данного типа привода заключается в его электрической части, которая необходима только для выполнения функции «старт-стоп». При этом, часть выработанной кинетической энергии повторно используется как электроэнергия (процесс рекуперации).


Привод исключительно за счет работы электрической тяги не возможен. Рабочие характеристики 12-вольтного аккумулятора гибрида с наполнителем из стекловолокна приспособлены к частым пускам двигателя. Также для накопления энергии от рекуперации может использоваться накопитель в виде электрохимического конденсатора.

Микрогибрид от компании Mazda

Среднегибридный силовой агрегат

Электрический привод помогает работе двигателя внутреннего сгорания. При этом, движение гибрида лишь за счет электротяги не осуществляется. У данного типа гибридного мотора электрическая энергия регенерируется при торможении, а затем накапливается в высоковольтной аккумуляторной батарее.


Устройство высоковольтной АКБ гибрида и всех его электрических частей отвечает необходимому уровню напряжения, что позволяет вырабатывать достаточно высокую мощность. В итоге, благодаря поддержке ДВС электродвигателем, его работа характеризуется максимальной эффективностью.

Полногибридный силовой агрегат

Работа двух моторов: электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания, в данном типе комбинируется между собой. Полногибридный тип позволяет машине двигаться только за счет электрической тяги и достаточно большое расстояние. При определенных условиях силовой агрегат функционирует как среднегибридный.


В этих автомобилях устанавливаются достаточно мощный электродвигатель и высоковольтные АКБ большего объема, что и позволяет им выдавать такие характеристики. Основой подзарядки батареи выступает также процесс рекуперации энергии.

Функция «старт-стоп» реализована для двигателя внутреннего сгорания, который запускается только при необходимости. А разъединение ДВС с электродвигателем осуществляется за счет установленного сцепления между ними, поэтому они могут функционировать независимо друг от друга.

Схемы взаимодействия работы электродвигателя и ДВС

Автомобили-гибриды сконструированы по трем схемам взаимодействия двигателей. Рассмотрим каждую из них.

Последовательная схема взаимодействия

Данный принцип устройства представляет собой самый простой вариант автомобильного двигателя-гибрида. Его схема работы такая: крутящий момент от двигателя внутреннего сгорания идет к генератору. Затем генератор вырабатывает необходимое для работы электричество и передает его в аккумулятор. Дополнительно подзаряд аккумулятора осуществляется и путем процесса рекуперации кинетической энергии. В этой схеме движение автомобиля осуществляется лишь за счет электрической тяги.


Данная схема характеризуется последовательным преобразованием энергии, т.е. энергия, поступающая от сгораемого топлива в двигателе внутреннего сгорания, превращается в механическую, далее трансформируется в электрическую за счет генератора, и затем вновь преобразуется в механическую энергию.

Положительные стороны последовательной схемы:

  1. Работа двигателя внутреннего сгорания осуществляется на неизменных оборотах.
  2. Не возникает необходимости в двигателе с большой мощностью и потреблением топлива.
  3. Коробка передач, как и сцепление здесь не нужны.
  4. Электрическая энергия высоковольтной АКБ гибрида позволяет двигаться автомобилю с заглушенным ДВС.

Отрицательные стороны последовательной схемы:

  1. На этапах преобразования энергии происходит ее потеря.
  2. Габариты и стоимость АКБ достаточно высокие.

Самый яркий представитель гибридного автомобиля с последовательной схемой взаимодействия Chevrolet Volt

Если говорить о самом подходящем варианте движения автомобиля с последовательной схемой взаимодействия, то это городской трафик с частыми остановками, когда постоянно в работу включается система рекуперации энергии.

Параллельная схема взаимодействия

Такое название эта схема получила потому что, двигатели авто работают постоянно вместе. Принцип работы данного типа взаимодействия двух модулей происходит за счет электроники авто, электродвигателя и ДВС. Оба двигателя соединены с коробкой передач по средствам планетарной передачи.


Чисто на электрической энергии такие гибриды способны ехать не продолжительное время, при этом ДВС отключается от трансмиссии сцеплением.

Блок управления распределяет крутящий момент от обоих двигателей в зависимости от режима движения автомобиля. Двигателю внутреннего сгорания отведена более важная роль, а электродвигатель запускается при необходимости дополнительной тяги, например, когда авто резко ускоряется. При торможении или плавном движении электромотор работает как генератор электроэнергии.

Электромотор внедрен в коробку передач BMW 530E iPerformance

Существуют модификации с электродвигателем отдельно от ДВС, они представляют собой сложную систему, но в тоже время эффективную. Этот модуль состоит из двух электромоторов, тягового соединенного через планетарную передачу со вторым, который служит генератором и стартером.

В такой схеме ДВС не связан напрямую с колесами, что позволяет постоянно передавать часть момента генератору и подзаряжать батарею.

Положительные стороны параллельной схемы:

Так как основная работа отведена ДВС, то не возникает необходимости в установке мощной высоковольтной батареи. Двигатель внутреннего сгорания напрямую связан с ведущими колесами, поэтому потери энергии значительно меньше.

Отрицательные стороны параллельной схемы:

Самый главный минус данной схемы – это больший расход топлива в сравнении с другими схемами взаимодействия двигателей. Получается, что сэкономить на городском трафике не получится, наиболее удачным вариантом будет движение по трассе.

Последовательно-параллельная схема взаимодействия

Уже само название этой схемы указывает на то, что данный тип – это вариант совмещения двух ранее рассмотренных схем: последовательной и параллельной. Движение автомобиля на низкой скорости и его старт с места осуществляется только за счет силы электрической части. ДВС поддерживает работу генератора авто, как при последовательной схеме взаимодействия. Передача крутящего момента от ДВС на колеса происходит при движении на большой скорости.

При высоких нагрузках, требующих повышенной мощности, генератор автомобиля может не выдать нужное количество энергии, и в таком случае электродвигатель питается дополнительно от аккумулятора, как при параллельной схеме взаимодействия.

В данной схеме предусмотрен дополнительный генератор, он подзаряжает АКБ. Электродвигатель необходим только для привода ведущих колес и для обеспечения рекуперативного торможения.

Часть крутящего момента, переходящая от двигателя внутреннего сгорания, уходит на ведущие колеса, а некоторая его часть – для работы генератора, который в свою очередь питает электродвигатель и заряжает АКБ.

За направление крутящего момента на колеса, генератор или электродвигатель и его соотношении отвечает планетарный механизм – распределитель мощности. Регулировкой подачи мощности из генератора и батареи занимается электронный блок управления автомобиля.

Также эта технология применяется и на гибридных полноприводных авто. На передней оси установлен ДВС с электродвигателем по параллельной схеме, а на задней только электродвигатель имеющий связь с ДВС по последовательной схеме.

Положительные стороны последовательно-параллельной схемы:

Не сложно догадаться, что неоспоримым плюсом данной схемы гибрида является его большая экономичность топлива в сочетании с хорошими мощностными характеристиками. Ценители природы оценят ее экологичность.

Отрицательные стороны последовательно-параллельной схемы:

Среди отрицательного – это более сложная конструкция по сравнению с предыдущими схемами, и как следствие, большая цена. Поскольку необходим дополнительный генератор, емкая АКБ и сложная электронная схема управления.

Заключение

Мы рассмотрели все типы гибридов и схемы их взаимодействия, но в целом существует множество видов, которые сложно отнести к одной из них, поскольку с течением времени технологии все больше смешиваются и дорабатываются.

На одних используют гидромуфты с редуктором вместо планетарной передачи, на других экспериментируют с задним расположением ДВС или вообще разносят по двум осям ДВС и электродвигатель. Конструкторы не останавливаются на достигнутом и все больше развивают это направление.

Гибридная силовая установка Lexus RX400h

Содержание:

В гибридной силовой установке сочетается работа современного ДВС и электромотора. Всем комплексом управляет электронная система, в том числе расходом топлива (в зависимости от выбранного способа вождения).

Начало движения

Движение начинает электромотор, который также работает при небольших скоростях. С увеличением скорости энергия направляется батарей на блок управления электропитанием, который ее распределяет на электромоторы. Электромоторы позволяют гибридам трогаться с места очень плавно. Весь принцип работы гибридной силовой установки демонстрирует гибридный автомобиль Lexus RХ400h.

При движении машины в нормальном режиме энергия распределяется между колесами и генератором, генератором, который в движение приводит электромоторы. Контролирует энергию, в целях ее максимальной экономии, электронная система. Генератор, в случае необходимости, отдает излишек энергии батареи, заряжая ее.

При разгоне гибрида, работает ДВС, а для того, чтобы улучшить динамику, существует электродвигатель. При торможении происходит преобразование энергий — кинетической в электрическую. Ее направляют электромоторы на блок управления электропитанием, который, в свою очередь, возвращает ее на высоковольтную батарею. При этом, в обычном режиме работает двигатель бензиновый.

Задача гибридных силовых установок:

  • Обеспечить хорошие эксплуатационные характеристики и быстрый набор скорости за счет мгновенной подачи энергии.
  • Сохранить при торможении часть энергии, частично преобразовав ее в электрическую, а частично – в тепловую (в отличие от автомобилей обычных, где она 100% превращается в тепловую).
  • Обеспечить гибрид современной системой управления расходуемой энергией.
  • Снизить размеры и массу компонентов.

«То есть, гибридные силовые установки в автомобилях должны объединить желание защитить окружающую среду с высокой безопасностью вождения и максимально получаемым от этого удовольствием». Это высказывание главного инженера Lexus RХ400h, который так же сообщил, что новая гибридная система, созданная компанией, отлично подходит для автомобилей большого и среднего размера.

Гибридная трансмиссия

Ее целью в гибридной силовой установке является перераспределение потока мощности туда, где она нужна больше. Но, помимо обеспечения максимально экономного расходования мощности, она также управляет совместной работой двух двигателей, откликаясь на потребность водителя в большей мощности мгновенно.

Два источника энергии – электрический и бензиновый, которые RX400h (как и любой другой автомобиль) приводят в движение, являются прекрасным дополнением друг друга. Моментально обеспечивая дополнительную мощность, электрические моторы не расходуют топливо, сохраняя при этом чистоту атмосферы. Каждый из источников работает в системе в оптимальном режиме, обеспечивая топливную экономичность автомобилю и прекрасные качества ходовые.

Восстановление энергии в гибридной силовой установке

Энергию, безвозвратно теряемую в обычных условиях, гибридные технологии силовой установке позволяют частично использовать, т.е. это и является одним из источников экономии. В частности гибридные технологии Lexus обеспечивают высокую производительность благодаря высокопроизводительному основному источнику энергии, в качестве которого используется современный двигатель внутреннего сгорания V6 и электромотору с большим крутящим моментом, обеспечивающему дополнительную мощность. При этом не возникает никаких вибраций, снижается уровень шума, расход бензина и количество СО2, выбрасываемых в атмосферу. Водитель только чувствует, как мгновенно двигатель реагирует на команды. Сложная и компактная одновременно гибридная силовая установка, к которой относится высоковольтный мотор электрический, обеспечивает плавный разгон и максимальный комфорт во время движения.

При торможении автомобиля также используется генератор, что при поездках по городу особенно эффективно. В гибридной силовой установке практически отсутствует трения благодаря тому, что нет коробки передач, что и позволяет сохранить энергию кинетическую, преобразовав ее в электрическую.

Инвертор в гибридной силовой установке

Постоянный ток преобразуется в переменный, который и питает электромотор, благодаря инвертору. В Lexus RХ400h используется высоковольтная схема, повышающая напряжение, за счет чему при том же значении тока растет электрическая мощность, повышается производительность и кутящий момент привода двигателя электрического.

VDIM, или система интегрированного управления динамикой машины

Повышение качества управления обеспечивает еще и модифицированная подвеска, электронная система управления, современная система контроля устойчивости и собственно VDIM, разработана которая, была с целью объединения систем, которые до этого имели тенденцию отдельного развития, даже, если установлены они были в одном авто: ABS — антиблокировочная система тормозов, TRC – система антипробуксовочная, VCS – система устойчивости курсовой, ЕРS – электроусилитель руля. Это и характеристики гибрида улучшило, и безопасность, как и позволило сделать более предсказуемым и мягким поведение авто. VDIM не только все их объединяет, получая с многочисленных датчиков информацию о текущем состоянии транспортного средства, но и управляет системой полного привода и гибридной силовой установкой. А оптимизация работы систем, благодаря VDIM, положительно отражается на характеристиках динамических. Эта силовая установка намного эффективнее и менее «навязчива» в сравнении с обычными системами контроля устойчивости. Система управления динамикой при помощи высокоскоростной технологии управления трансмиссией, тормозами и двигателем, полностью контролирует гибридную силовую установку, систему торможения и полный привод на все колеса, управляя одновременно обоими двигателями в соответствии с конкретными условиями движения.

Запуск системы

Включается система подачи энергии, получив подтверждение от электронного ключа, означающее, что водитель находится внутри авто. Как только включается зажигание, осуществляется проверка системой исправности всех датчиков, мотора бензинового и электрического, батареи и генератора. Затем включаются различные компоненты системы высоковольтной – авто готово к работе.

Отключение системы

До того, как салон покинет водитель, отключивший зажигание, все компоненты силовой утсановки отключаются – последним отключается компьютер, удостоверившись, что отключение компонентов завершено.

Контроль торможения в гибридной силовой установке

Система регенеративного торможения, которой управляет электроника, для оптимизации количества сохраняемой энергии, самостоятельно принимает решение о том, когда необходимо использовать тормоза гидравлические, а в каких случаях производить регенеративное торможение, которое она (система) по возможности применяет чаще.

Управление мощностью

Контроль за потребляемой энергией силовая установка осуществляет по всему автомобилю, определяя, отталкиваясь от текущего состояния гибрида, какой из двух моторов нужно включить в работу. То есть, исходит она из того, требуется ли ускорение, а также на подаваемых компьютером сигналах от батареи. Если заряда батареи достаточно, а температура не слишком низкая, то при первом запуске авто работает от электромотора, для чего вначале запускается от генератора мотор (сразу производится расчет энергии, которая нужна для всего авто). Далее производится расчет условий движения исходя из обеспечения максимальной эффективности, требующейся для выработки необходимой энергии. После этого, сигнал направляется к двигателю, чтобы получить требуемое количество оборотов, дальнейший контроль за которыми производит генератор.

Типы гибридных силовых установок - Автоцентр.ua

Установкой гибридных силовых установок автопроизводители добиваются нескольких целей. Во-первых, это снижение выбросов углекислого газа (СО₂), который является источником парникового эффекта на планете и ведет к глобальному потеплению. Во-вторых, уменьшение расходов на топливо, которые несут на себе автовладельцы. И в-третьих, повышение динамики разгона автомобиля благодаря двум источникам крутящего момента.

Два первых преимущества достигаются за счет возможности перемещения на электротяге (особенно в режимах, когда КПД у ДВС низкий), режима рекуперации энергии торможения (торможение электродвигателем, который работает в режиме генератора, вырабатывая электроэнергию для подзарядки АКБ), разгона с помощью ДВС и электродвигателя, выключения ДВС при кратких остановках (системы start-stop).

Конструктивно все это происходит по-разному, поэтому получаемый эффект тоже отличается.

Классификация гибридов

Общепринятая классификация гибридов подразумевает три их типа: последовательный, параллельный и последовательно-паралельный.

 Последовательный гибрид  – конструкция, в которой двигатель внутреннего сгорания (бензиновый или дизельный) приводит в действие только генератор. ДВС в этой схеме работает в режиме максимальной экономии топлива. Электроэнергия, вырабатываемая генератором, поступает или на тяговый электродвигатель, или в аккумуляторную батарею. Электродвигатель в этой схеме через трансмиссию передает на колеса требуемый крутящий момент, а в режиме торможения работает как генератор, подзаряжая АКБ (режим рекуперации энергии торможения). Такие гибриды маркируются аббревиатурой REEV (range-extended electric vehicle) или EREV (extended-range electric vehicle).

Подобная конструкция имеет свои преимущества и недостатки. Плюсы этой схемы – постоянная работа ДВС в самом экономичном режиме, простота управления и отсутствие сложной трансмиссии. Из минусов следует отметить малый КПД механизма передачи энергии от ДВС к ведущим колесам автомобиля. Такая конструкция используется в модели BMW i3 REx, спорткупе Cadillac ELR и Chevrolet Volt 2015 модельного года, а также в автобусах с гибридными силовыми установками, например Toyota Coaster Hybrid.

 Параллельная конструкция  вооружена ДВС и тяговым электромотором, которые связаны с ведущими колесами автомобиля. Электромотор здесь питается от аккумуляторной батареи. Поскольку крутящий момент от первичного вала может быть напрямую передан на колеса авто, коэффициент полезного действия такого гибрида выше. В этой схеме используется один или два электромотора (гене-ратор+тяговый мотор). В первом случае электромотор может работать и в режиме генератора, и в режиме тягового двигателя. Но в такой схеме довольно сложная конструкция трансмиссии, потому что крутящий момент нужно передавать на колеса и от ДВС, и от электромотора. Помимо этого, ДВС не может все время работать в эконом-режиме. Такую конструкцию силовых агрегатов имеют модели Honda – Civic Hybrid, Insight и CR-Z.

 Последовательно-параллельная конструкция  гибридной силовой установки сочетает в себе обе вышеупомянутые схемы. Благодаря такой комбинированной схеме удалось получить преимущества обеих систем. В данной случае имеется и ДВС, и электромотор, и в зависимости от условий движения машина может ехать либо только на электротяге (до 1,5–2,0 км), либо только на тяге от ДВС, либо движущую энергию колеса могут получать и от ДВС, и от электромотора. У компании Toyota в силовой установке Toyota Hybrid System использован планетарный делитель силового потока (крутящего момента), который поступает от двигателя внутреннего сгорания и может гибко изменяться, передавая часть энергии на генератор, а часть – на колеса автомобиля. Вырабатываемая при этом электроэнергия может сразу идти как для питания силового электродвигателя, так и для подзарядки аккумуляторных батарей. Данная конструкция внедрена в ряде моделей Toyota, в числе которых Prius, Yaris Hybrid, Auris Hybrid, Camry Hybrid, Avalon Hybrid, а также в моделях Lexus – CT 200h, IS 300h, GS 300h, GS 450h.

Комбинированный гибрид применяется и в полноприводных моделях. Но в них колеса передней оси приводятся в действие вышеописанной комбинированной системой, как у переднеприводных моделей, а для привода колес задней оси используется отдельный электродвигатель. Такая конструкция значительно проще, без сложной трансмиссии с карданными передачами и редукторами. Ее применяют в полноприводных внедорожниках, например в Toyota Highlander Hybrid и RAV4 Hybrid.

Подзаряжаемые гибриды

Раньше считалось, что гибриды могут подзаряжать себя только сами, когда электромотор работает в режиме генератора (при рекуперации энергии торможения, при движении в режиме торможения двигателем и т.д.). Но Toyota в числе первых пошла дальше и сделала модель Prius подзаряжаемой. Эти гибриды получили название plug-in hybrid (Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV). Они имеют на борту АКБ повышенной емкости (у Toyota литий-ионные вместо никель-металлгидридных), которые можно подзаряжать от бытовой электросети. Поэтому plug-in hybrid может передвигаться только на электротяге на большие расстояния – не 1,5–2,0 км. а от 20 до 80 км и более.

Гибриды Toyota в Украине

На сегодняшний день лидер в производстве моделей с гибридными силовыми установками компания Toyota представляет в Украине модель Auris Hybrid с гибридной силовой установкой. А в ближайшее время будет презентована гибридная версия нового Toyota RAV4 Hybrid.

Фото Toyota

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Гибридная силовая установка - принцип работы

гибридная силовая установка Lexus RХ400h

Гибридная силовая установка Lexus RX400h

Содержание:

В гибридной силовой установке сочетается работа современного ДВС и электромотора. Всем комплексом управляет электронная система, в том числе расходом топлива (в зависимости от выбранного способа вождения).

Начало движения

Движение начинает электромотор, который также работает при небольших скоростях. С увеличением скорости энергия направляется батарей на блок управления электропитанием, который  ее распределяет на электромоторы. Электромоторы позволяют гибридам трогаться с места очень плавно. Весь принцип работы гибридной силовой установки демонстрирует гибридный автомобиль Lexus RХ400h.

гибридная силовая установка Lexus RХ400h

При движении машины в нормальном режиме энергия распределяется между колесами и генератором, генератором, который в движение приводит электромоторы.  Контролирует энергию, в целях ее максимальной экономии, электронная система. Генератор, в случае необходимости, отдает излишек энергии батареи, заряжая ее.

При разгоне гибрида, работает ДВС, а для того, чтобы улучшить динамику, существует электродвигатель. При торможении происходит преобразование энергий — кинетической в электрическую. Ее  направляют электромоторы на блок управления электропитанием, который, в свою очередь,  возвращает ее на высоковольтную батарею. При этом, в обычном режиме работает двигатель бензиновый.

Задача гибридных силовых установок:

  • Обеспечить хорошие эксплуатационные характеристики и быстрый набор скорости за счет мгновенной подачи энергии.
  • Сохранить при торможении часть энергии, частично преобразовав ее в электрическую, а частично – в тепловую (в отличие от автомобилей обычных, где она 100% превращается в тепловую).
  • Обеспечить гибрид современной системой управления расходуемой энергией.
  • Снизить размеры и массу компонентов.

«То есть, гибридные силовые установки в автомобилях должны объединить желание защитить окружающую среду с высокой безопасностью вождения и максимально получаемым от этого удовольствием». Это высказывание главного инженера Lexus RХ400h, который так же сообщил, что новая гибридная система, созданная компанией, отлично  подходит для автомобилей большого и среднего размера.

Гибридная трансмиссия

Ее целью в гибридной силовой установке является перераспределение потока мощности туда, где она нужна больше. Но, помимо обеспечения максимально экономного расходования мощности, она также управляет совместной работой двух двигателей, откликаясь на потребность водителя в большей мощности мгновенно.

Два источника энергии – электрический и бензиновый, которые  RX400h (как и любой другой автомобиль) приводят в движение, являются прекрасным дополнением друг друга. Моментально  обеспечивая дополнительную мощность, электрические моторы не расходуют топливо, сохраняя при этом чистоту атмосферы. Каждый из источников работает в системе в оптимальном режиме, обеспечивая топливную экономичность автомобилю и прекрасные качества ходовые.

Восстановление энергии в гибридной силовой установке

Энергию, безвозвратно теряемую в обычных условиях, гибридные технологии силовой установке позволяют частично использовать, т.е. это и является одним из источников экономии. В частности гибридные технологии Lexus обеспечивают высокую производительность благодаря  высокопроизводительному основному источнику энергии, в качестве которого используется современный двигатель внутреннего сгорания V6 и электромотору с большим крутящим моментом, обеспечивающему дополнительную мощность. При этом не возникает никаких вибраций, снижается уровень шума, расход бензина и количество СО2, выбрасываемых в атмосферу. Водитель только чувствует, как мгновенно двигатель реагирует на команды. Сложная и компактная одновременно  гибридная силовая установка, к которой относится высоковольтный мотор электрический, обеспечивает плавный разгон и максимальный комфорт во время движения.

При торможении автомобиля также используется генератор, что при поездках по городу особенно эффективно. В гибридной силовой установке практически отсутствует трения благодаря тому, что нет коробки передач, что  и позволяет сохранить энергию кинетическую, преобразовав ее в электрическую.

Инвертор в гибридной силовой установке

Постоянный ток преобразуется в переменный, который и питает электромотор, благодаря инвертору. В Lexus RХ400h используется высоковольтная схема, повышающая напряжение, за счет чему при том же значении тока растет электрическая мощность, повышается производительность и кутящий момент привода двигателя электрического.

VDIM, или система интегрированного управления динамикой машины

Повышение качества управления обеспечивает еще и модифицированная подвеска, электронная система управления, современная система контроля устойчивости и собственно VDIM, разработана которая, была с целью объединения систем, которые до этого имели тенденцию отдельного развития, даже, если установлены они были в одном авто: ABS — антиблокировочная система тормозов, TRC – система антипробуксовочная, VCS – система устойчивости курсовой, ЕРS – электроусилитель руля. Это и характеристики гибрида улучшило, и безопасность,  как и позволило сделать более предсказуемым и мягким поведение авто.  VDIM не только все их объединяет, получая с многочисленных датчиков информацию о текущем состоянии транспортного средства, но и  управляет системой полного привода и гибридной силовой установкой. А оптимизация работы систем, благодаря VDIM, положительно отражается на характеристиках динамических. Эта силовая установка намного эффективнее и менее «навязчива» в сравнении с обычными системами контроля устойчивости. Система управления динамикой при помощи высокоскоростной технологии управления трансмиссией, тормозами и двигателем, полностью контролирует  гибридную силовую установку, систему торможения и полный привод на все колеса, управляя одновременно обоими двигателями в соответствии с конкретными условиями движения. 

Запуск системы

Включается система подачи энергии, получив подтверждение от электронного ключа, означающее, что водитель находится внутри авто. Как только включается зажигание, осуществляется проверка системой исправности всех датчиков, мотора бензинового и электрического, батареи и генератора. Затем включаются различные компоненты системы высоковольтной – авто готово к работе.

Отключение системы

До того, как салон покинет водитель, отключивший зажигание,  все  компоненты силовой утсановки отключаются – последним отключается компьютер, удостоверившись, что  отключение компонентов завершено.

Контроль торможения в гибридной силовой установке

Система регенеративного торможения, которой управляет электроника, для оптимизации количества сохраняемой энергии, самостоятельно принимает решение о том,  когда необходимо использовать тормоза гидравлические, а в каких случаях производить регенеративное торможение, которое  она (система) по возможности применяет чаще.

Управление мощностью

Контроль за потребляемой энергией силовая установка осуществляет по всему автомобилю, определяя, отталкиваясь от текущего состояния гибрида, какой из двух моторов нужно включить в работу. То есть, исходит она из того,  требуется ли ускорение, а также на подаваемых компьютером сигналах от батареи. Если заряда батареи  достаточно, а температура не слишком низкая, то при первом запуске авто работает от электромотора, для чего вначале запускается от генератора мотор (сразу производится расчет энергии, которая нужна для всего авто). Далее производится расчет  условий движения исходя из обеспечения максимальной эффективности, требующейся для выработки  необходимой энергии. После этого, сигнал направляется к двигателю, чтобы получить требуемое количество оборотов, дальнейший контроль за которыми производит генератор.

гибридная силовая установка Lexus RХ400h двигатель

Гибридная силовая установка



Гибридная силовая установкаГибридная силовая установка (на примере автомобиля Lexus RХ400h) сочетает в себе современный двигатель внутреннего сгорания, технологически совмещенный с электромоторами. Весь комплекс управляется электронной системой. Гибридная силовая установка управляет расходом энергии в зависимости от условий движения автомобиля.

Гибридная силовая установка

1. Бензиновый двигатель 2. Гибридная трансмиссия 3. Генератор 4. Электрический двигатель задних колес 5. Блок управления силовой системой 6. Электрических двигатель передних колес 7. Батарея высокого напряжения

Начало движения

Для начала движения и при движении на малых скоростях используется только электромотор.

1. При наборе скорости батарея направляет свою энергию на блок управления электропитанием.

2. Блок управления направляет энергию на электромоторы, расположенные в передней и задней частях автомобиля.

3. Передний и задний электромоторы позволяют автомобилю плавно трогаться с места.

Движение

При движении автомобиля в нормальном режиме привод колес осуществляется за счет бензинового двигателя и электромоторов; энергия двигателя распределяется между колесами и электрическим генератором, который в свою очередь приводит в движение электромоторы. генератор также осуществляет зарядку батареи, отдавая ему излишки энергии.

Разгон

1. Бензиновый двигатель разгоняет автомобиль, работая в нормальном режиме.

2. Для улучшения динамики дополнительная энергия поступает от электромотора.

3. При работе в нормальном режиме бензиновый двигатель также снабжает энергией генератор.

4. Генератор может направлять излишки энергии на блок управления электропитанием.

Торможение

1. При торможении кинетическая энергия преобразуется в электричество.

2. Электромоторы направляют его на блок управления электропитанием.

3. Блок управления электропитанием возвращает энергию на высоковольтную

[spoiler]батарею. Бензиновый двигатель автомобиля работает в обычном режиме.
Задачи гибридной силовой установки

1. Обеспечение высоких эксплуатационных характеристик и набора скорости за счет мгновенной подачи энергии.

2. Сохранение энергии при торможении: часть энергии преобразуется в электричество, остальное – в тепловую энергию (в сравнении с обычным автомобилем, у которого на «тепло» уходят все 100%).

3. Обеспечение автомобиля самой современной системой управления расходом энергии.

4. Снижение массы и размеров компонентов.

Задачи гибридной силовой установки
Гибридная трансмиссия

Делитель мощности в гибридной трансмиссии направляет поток мощности туда, где она больше всего нужна. Обеспечивая максимально экономное расходование энергии, он не только направляет всю необходимую мощность, но и управляет совместной работой бензинового и электрического двигателей. Бесступенчатая трансмиссия мгновенно откликается, когда водителю нужна большая мощность.

Гибридная трансмиссия
Электрический и бензиновый источники энергии

Термин «гибридный» подразумевает сочетание бензинового и электрического двигателей, которые приводят в движение автомобиль. Эти два источника энергии прекрасно дополняют друг друга. Электродвигатели моментально обеспечивают дополнительную мощность, не расходуя топливо и не загрязняя окружающую среду. Бензиновый двигатель позволяет развить высокую скорость на уровне современных автомобилей. Работа в системе позволяет каждому источнику энергии работать в оптимальном режиме, обеспечивая автомобилю прекрасные ходовые качества и топливную экономичность.



Электрический и бензиновый источники энергии
Восстановление энергии

Один из источников экономии – снижение потребляемой энергии. Однако гибридные технологии Lexus позволяют возвращать энергию, которая в обычных условиях теряется безвозвратно. В частности, при торможении электродвигатели действуют как генераторы, и с подачи блока управления силовой установкой энергия движения «перекачивается» обратно в батарею высокого напряжения.

Большая производительность благодаря двум источникам энергии

Гибридная силовая установка использует в своей работе два источника энергии: бензиновый двигатель, соединенный с генератором, и электромотор, обладающий большим крутящим моментом.

Высокопроизводительный двигатель

В качестве основного источника энергии в гибридной силовой установке используется самый современный двигатель внутреннего сгорания. Сложная компьютерная система осуществляет непрерывное изменение забора воздуха в целях обеспечения оптимальных условий работы двигателя. Это не только обеспечивает двигателю дополнительную мощность, но и способствует значительной экономии топлива и уменьшению выбросов выхлопных газов. При этом не увеличивается уровень шума и не возникает никаких вибраций. Все, что чувствует водитель, – это чутко реагирующий на команды двигатель.

Высоковольтный мотор

Усовершенствованный электромотор-генератор, соединенный с бензиновым двигателем, обеспечивает исключительно плавный разгон, когда вы нажимаете на педаль газа до упора. Высоковольтный электромотор гибридной силовой установки представляет собой сложную и одновременно компактную комбинацию электромотора и электрогенератора.

Гибридная технология

Немного подробнее о принципах работы гибридной силовой установки.

1. Начало движения

При трогании с места и движении на малых скоростях используются лишь электромоторы.

2. Нормальный режим движения

На трассе двигатель и электромотор работают вместе; мощность двигателя делится между колесами и электрогенератором, который приводит в движение электромотор. Распределение мощности корректируется для обеспечения максимальной эффективности. При необходимости генератор подзаряжает батарею за счет избыточной мощности двигателя.

3. Разгон

Батарея дает энергию, дополняющую мощность двигателя; двигатель и электромоторы обеспечивают плавный разгон.

4. Торможение

При торможении электромоторы работают как генераторы. Они преобразуют кинетическую энергию в электрическую, накапливающуюся в батарее.

5. Остановка

При остановке двигатель автоматически выключается для экономии топлива и обеспечения максимальной эффективности.

6. Начало движения

Работают только электромоторы.

Устройство распределения электроэнергии

Сердцем устройства распределения энергии является компактный механизм планетарной передачи. Этот планетарный механизм управляет процессом взаимодействия бензинового двигателя, электромотора и генератора. Механизм планетарной передачи объединяет двигатель, электрогенератор и электромотор. Все это снижает потери на трение и обеспечивает более тихую работу, а также более длительный срок службы автомобиля.

Энергетический центр

Гибридный «энергетический центр» является уникальной системой, которая создает и управляет запасом электрической энергии, хранящейся в высокотехнологичной батарее. Процесс производства и управления расходом электроэнерг