Как работает, рассмотрим на примере Touareg, с гибридным силовым агрегатом.

Что означает понятие «техника гибридного привода»?

Термин «гибрид» берет свое начало от латинского слова hybrida, и означает нечто скрещенное, или смешанное. В технике гибридом называют систему, в которой комбинируются друг с другом две разных технологии. В связи с концепциями привода термин технология гибридного привода применяется для обозначения двух направлений: бивалентный (или двухтопливный) силовой агрегат гибридный силовой агрегат

В случае гибридной технологии привода речь идет о комбинации из двух разных силовых агрегатов, работа которых основана на разных принципах действия. В настоящее время под технологией гибридного привода подразумевают комбинацию двигателя внутреннего сгорания и электродвигателягенератора (электромашины). Эта электромашина может использоваться как генератор для выработки электрической энергии, тяговый электродвигатель для движения автомобиля, и стартер для запуска двигателя внутреннего сгорания. В зависимости от исполнения основной конструкции различают три вида гибридного силового агрегата: т.н. «микрогибридный» силовой агрегат, т.н. «среднегибридный» силовой агрегат, т.н. «полногибридный» силовой агрегат.

"Микрогибридный" силовой агрегат

В этой концепции привода электрический компонент (стартер/генератор) служит исключительно для реализации функции Стартстоп. Часть кинетической энергии можно снова использовать в качестве электрической энергии (рекуперация). Привод только от электрической тяги не предусмотрен. Параметры 12 вольтной АКБ со стекловолоконным наполнителем адаптированы к частым запускам двигателя.

«Среднегибридный» привод

Электрический привод поддерживает работу двигателя внутреннего сгорания. Движение автомобиля только на электрической тяге невозможно. У «среднегибридного» привода большая часть кинетической энергии при торможении регенерируется, и в виде электрической энергии накапливается в высоковольтной батарее. Высоковольтная батарея, а также электрические компоненты сконструированы для более высокого электрического напряжения и, таким образом, более высокой мощности. Благодаря поддержке электродвигателягенератора режим работы теплового двигателя может быть смещен в область максимальной эффективности. Это обозначается как смещение точки нагрузки.

«Полногибридный» силовой агрегат

Мощный электродвигательгенератор комбинируется с двигателем внутреннего сгорания. Возможно движение только на электрической тяге. Электродвигательгенератор, если только позволяют условия, поддерживает работу двигателя внутреннего сгорания. Движение с малой скоростью осуществляется только на электрической тяге. Реализована функция Стартстоп для двигателя внутреннего сгорания. Рекуперация используется для зарядки высоковольтной батареи. Благодаря разделительному сцеплению между двигателем внутреннего сгорания и электродвигателемгенератором можно обеспечить разъединение обеих систем. Двигатель внутреннего сгорания подключается в работу только при необходимости.

Основы гибридной техники

Системы полного гибридных силовых агрегатов делятся на три подгруппы: параллельный гибридный силовой агрегат, раздельный силовой агрегат (с разделёнными потоками мощности), последовательный гибридный силовой агрегат.

Параллельный гибридный силовой агрегат

Параллельное исполнение гибридного силового агрегата отличается простотой. Он используется в случае, когда необходимо «гибридизировать» существующий автомобиль. Двигатель внутреннего сгорания, электромоторгенератор и коробка передач располагаются на одной оси. Обычно в системе параллельного гибридного силового агрегата используется один электродвигатель генератор. Сумма единичной мощности двигателя внутреннего сгорания и мощности электродвигателягенератора соответствует полной мощности. Эта концепция обеспечивает высокую степень заимствования узлов и деталей прежнего автомобиля. У полноприводных автомобилей со схемой параллельного гибридного силового агрегата привод всех четырех колёс реализован с помощью дифференциала Torsen и раздаточной коробки.

Раздельный гибридный привод

В системе раздельного гибридного привода помимо двигателя внутреннего сгорания имеется электродвигательгенератор. Оба двигателя располагаются под капотом. Крутящий момент двигателя внутреннего сгорания, также как и от электродвигателягенератора, через планетарную передачу подаётся на коробку передач автомобиля. В противоположность параллельному гибридному приводу, снять таким образом сумму отдельных мощностей для привода колёс невозможно. Вырабатываемая мощность частично тратится на приведение автомобиля в движение, частично, в виде электрической энергии, накапливается в высоковольтной батарее.

Последовательный гибридный силовой агрегат

Автомобиль оборудован двигателем внутреннего сгорания, генератором и электродвигателем генератором. Однако в отличие от обеих описанных ранее концепций, двигатель внутреннего сгорания не имеет возможности самостоятельно приводить автомобиль в движение валом, или через коробку передач. Мощность от двигателя внутреннего сгорания на колеса не передаётся. Основной привод автомобиля осуществляет электродвигатель генератор. Если ёмкость высоковольтной батареи слишком низкая, запускается двигатель внутреннего сгорания. Через генератор двигатель внутреннего сгорания заряжает высоковольтную батарею. Электродвигательгенератор снова может получать энергию от высоковольтной батареи.

Раздельный последовательный гибридный силовой агрегат

Раздельный последовательный гибридный силовой агрегат представляет собой смешанную форму двух описанных выше гибридных приводов. Автомобиль оборудован одним двигателем внутреннего сгорания и двумя электродвигателями генераторами. Двигатель внутреннего сгорания и первый электродвигательгенератор размещены под капотом. Второй электродвигательгенератор расположен на задней оси. Эта концепция используется для полноприводных автомобилей. Двигатель внутреннего сгорания и первый электродвигательгенератор через планетарную передачу могут приводить коробку передач автомобиля. И в этом случае действует правило, согласно которому одиночные мощности привода не могут отбираться для привода колёс в виде суммарной мощности. Второй электродвигатель генератор на задней оси активируется при необходимости. В связи с таким конструктивным исполнением привода высоковольтная батарея располагается между обеими осями автомобиля.

Другие термины и определения Здесь будут кратко разъяснены другие термины и определения, часто используемые в связи с технологией гибридного привода.

Рекуперация. В общем случае этот термин в технике означает способ возврата энергии. При рекуперации имеющаяся энергия одного вида преобразуется в другой, используемый в последующем вид энергии. Потенциальная химическая энергия топлива преобразуется в трансмиссии в кинетическую энергию. Если автомобиль затормаживается обычным тормозом, то избыточная кинетическая энергия посредством трения тормозов превращается в тепловую энергию. Возникающее тепло рассеивается в окружающем пространстве, и поэтому использовать его в дальнейшем невозможно.

Если же напротив, как при использовании технологии гибридного привода, дополнительно к классическим тормозам генератор используется в качестве моторного тормоза, то часть кинетической энергии преобразуется в электрическую энергию, и таким образом становится доступной для последующего использования. Энергетический баланс автомобиля улучшается. Этот вид регенеративного торможения называют рекуперативным тормозом.

Как только в режиме принудительного холостого хода скорость автомобиля снижается путем торможения нажатием педали тормоза или автомобиль движется накатом или автомобиль движется под уклон cистема гибридного привода включает электродвигатель - генератор, и использует его в режиме генератора.

В этом случае он заряжает высоковольтную батарею. Таким образом в режиме принудительного холостого
хода появляется возможность «заправлять» автомобили с электрическим гибридным приводом электроэнергией.
При движении автомобиля накатом электродвигатель генератор, работающий в режиме генератора,
преобразует из энергии движения в электрическую энергию только такое количество энергии, которое
требуется для работы 12 вольтной бортовой сети.

Электродвигатель-генератор (электромашина)

Термин электродвигатель-генератор, или электромашина, используется вместо терминов генератор, электродвигатель и стартер. В принципе, любой электродвигатель можно применять и в качестве генератора. Если вал электродвигателя приводится от внешнего привода, то электродвигатель, подобно генератору, вырабатывает электрическую энергию. Если к электромашине подводится электрическая энергия, то она работает как электродвигатель. Таким образом, электродвигательгенератор автомобилей с электрическим гибридным приводом заменяет обычный стартер двигателя внутреннего сгорания, а также обычный генератор (осветительный генератор).

Электрический ускоритель (E-boost)

По аналогии с функцией Kickdown двигателей внутреннего сгорания, которая делает доступной максимальную мощность двигателя, гибридный привод располагает функцией электрического ускорителя E-Boost. При использовании функции электродвигатель-генератор и двигатель внутреннего сгорания выдают свои максимальные индивидуальные мощности, которые складываются в более высокое значение суммарной мощности. Сумма индивидуальных мощностей обоих видов двигателей соответствует суммарной мощности трансмиссии.

Вследствие потерь мощности в электродвигателе-генераторе, его мощность в режиме генератора ниже, чем в режиме тягового электродвигателя. Мощность электродвигателя-генератора в режиме двигателя составляет 34 кВт. Мощность электродвигателя-генератора в режиме генератора равна 31 кВт. У Touareg с гибридным приводом двигатель внутреннего сгорания имеет мощность 245 кВт, а электродвигатель-генератор мощность 31 кВт. В режиме тягового электродвигателя электродвигатель-генератор выдаёт мощность 34 кВт. Вместе двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель-генератор в режиме тягового электродвигателя развивают суммарную мощность 279 кВт.

Функция Старт-стоп

Аргументы в пользу гибридной техники

Почему мы комбинируем электродвигатель-генератор с двигателем внутреннего сгорания? Для отбора крутящего момента частота вращения двигателя внутреннего сгорания должна быть не ниже частоты вращения холостого хода. При остановке двигатель не может отдавать крутящий момент. При увеличении частоты вращения двигателя внутреннего сгорания его крутящий момент увеличивается. Электромоторгенератор с первыми оборотами выдает максимальный крутящий момент. Для него не существует частоты вращения холостого хода. При увеличении частоты вращения его крутящий моментуменьшается. Благодаря работе электродвигателя-генератора у двигателя внутреннего сгорания исключен наиболее сложный режим работы: в диапазоне ниже оборотов холостого хода. Благодаря поддержке электродвигателягенератора двигатель внутреннего сгорания может эксплуатироваться в более эффективных режимах. Это смещение точки нагрузки повышает КПД силового агрегата.

Почему применяется полный гибридный силовой агрегат (привод)?

Полный гибридный агрегат, в отличие от остальных вариантов гибридного привода, объединяет функцию встроенной системы Стартстоп, систему E-Boost, функцию рекуперации и возможность движения только на электродвигателе (режим электрической тяги).

Электродвигатель-генератор

Электродвигатель-генератор размещён между двигателем внутреннего сгорания и АКП. Он представляет собой синхронный двигатель трехфазного тока. С помощью силового электронного модуля постоянное напряжение 288 В преобразуется в трёхфазное переменное напряжение. Три фазы напряжение создают в электродвигателегенераторе трёхфазное электромагнитное поле.

Высоковольтная батарея

Доступ к высоковольтной батарее обеспечивается через напольное покрытие багажного отсека. Она выполнена в виде модуля и включает различные компоненты высоковольтной системы Touareg. Модуль высоковольтной батареи имеет массу 85 кг и может заменятьсятолько в сборе.

Высоковольтную батарею нельзя сравнивать с обычной аккумуляторной батареей с напряжением 12 В. В нормальном режиме эксплуатации высоковольтная батарея задействуется в свободном диапазоне уровня зарядки от 20% до 85%. Переносить такие нагрузки в течение длительного времени обычная 12 вольтная АКБ неспособна. Поэтому высоковольтную батарею следует рассматривать как оперативное устройство накопления энергии для электрического привода. Подобно конденсатору она может накапливать и снова отдавать электрическую энергию. В принципе, рекуперацию, регенерацию энергии, можно рассматривать как возможность заправки автомобиля энергией во время движения. Применение высоковольтной батареи в автомобиле с гибридным приводом отличается чередование циклов зарядки (рекуперация) и разрядки (движение на электрическом приводе) высоковольтной батареи.

Пример: Если сравнить энергию высоковольтной батареи с энергией, образующейся при сжигании топлива, то количество энергии, которую может выработать батарея, будет соответствовать примерно 200 мл топлива. Этот пример демонстрирует, что на пути к созданию электромобилей, аккумуляторные батареи, с точки зрения способности накапливать энергию, должны быть существенно модернизированы.

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:

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 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 , 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.

Автомобиль должен быть не роскошью, а ежедневным средством передвижения, эта истина давно покорила сердца водителей. Для реализации этой мечты Остапа Бендера владельцы прикладывают громадные усилия, чтобы свести к минимуму на любимого «друга». На что-то можно влиять самому: аккуратно ездить - меньше будет , покупать качественные детали - реже придётся менять, заправляться дорогим, качественным бензином - сводятся к минимуму поломки двигателя. Но самая затратная часть эксплуатации - это всё же заправка топливом. Цены от нас не зависят. Именно поэтому в настоящее время гибридный двигатель в автомобилях начинает приобретать большую популярность.

Причин этому несколько и можно разделить автолюбителей на два лагеря. Для первых главная и наиболее распространённая причина - цена топлива. Мы не живём в Венесуэле, Саудовской Аравии или Кувейте, где бензин дешевле воды. А четырёхколёсного «друга» «кормить» нужно регулярно. Для вторых жизненно важна охрана природной среды и всё, что с этим связано.

Почему возникла идея создания таких двигателей? Рассмотрим принцип работы, преимущества и недостатки автомобилей, работающих на , и . Двигатели внутреннего сгорания более мощные, но при этом полностью исключить выбросы углекислого газа в окружающую среду у разработчиков не получается. Этот фактор, сокращение мировых запасов нефти и, как результат, - регулярное и планомерное подорожание такого источника энергии.

Электроэнергия имеет свои неоспоримые преимущества, прежде всего, она экологически чистая и более дешёвая. Но при этом электромобили в настоящее время не могут приобрести большую популярность, поскольку необходима, образно говоря, «инфраструктура»: станции для зарядки автомобилей, специализированные СТО, ориентированные на ремонт и обслуживание этого вида двигателей. Но важнейшим фактором является мощность, которая значительно уступает двигателям внутреннего сгорания. И как результат - скорость желает лучшего (попросту «лошадок» под капотом не хватает).

Эти факторы заставили производителей задуматься об альтернативе и разработать автомобили с гибридным двигателем, которые будут совмещать преимущества и сводить к нулевым отметкам недостатки этих двух видов средств передвижения.

Особенности гибридных автомобилей

Разработчики подошли комплексно к этому вопросу. В этом случае были решены несколько задач: снижены к минимуму , что положительно влияет на экологическую обстановку не только в городах, но и на Земле в целом; за счёт совмещения двух видов энергии снижаются затраты при эксплуатации; недостатки электродвигателя (малая мощность) компенсируются преимуществами бензинового в сторону увеличения. По сути, такие автомобили в скоростном режиме не отличаются от бензиновых. В отличие от вышеописанных автомобили с гибридным двигателем имеют два источника питания, состоят из двух силовых агрегатов и нескольких элементов:

• Топливного бака. Бензин, в отличие от , имеет большую энергетическую плотность. Чтобы понять, приведём пример - энергия 1 л бензина приравнивается к аккумуляторной батарее весом порядка 450 кг;
• Бензинового двигателя. Как правило, они меньшего размера и модернизированные по последнему слову техники, что значительно снижает общий вес автомобиля и повышает мощность;
• Электродвигателя - не только более мощного, но и созданного для работы во взаимодействии с бензиновым. Также он может работать как генератор для зарядки аккумулятора;
• Аккумуляторов, главная функция которых накапливать энергию для электродвигателя, который, в свою очередь, может взаимно их подпитывать;
• Генератора - работающего по принципу электродвигателя, но на выработку электроэнергии.
• Трансмиссии - функции практически те же, что и у обычных авто. Но при этом в зависимости от вида гибрида могут быть различными. Трансмиссия марки Toyota характеризуется разветвлением потоков мощности. Мотор в таком случае работает в наиболее комфортном диапазоне нагрузок и оборотов. А это, в свою очередь, способствует значительной экономии топлива.

Принцип работы

Само слово гибрид означает скрещивание. В нашем случае две различные технологии и два источники энергии совмещены для выполнения одной задачи - движения вперёд. Работа гибридного двигателя заключается в том, что двигатель внутреннего сгорания вращает и обеспечивает энергией электродвигатель, который, в свою очередь, вращает трансмиссию, чем помогает своему «партнёру» работать в оптимальном режиме, создавая добавочное усилие. В результате исключаются резкие колебания и нагрузки, а производительность значительно увеличивается.

Существует несколько вариантов:

Параллельный . Бензиновый двигатель работает от топливного бака, а электродвигатель от аккумуляторов. В результате оба двигателя производят вращение трансмиссии, которая, в свою очередь, приводит в движение колёса.

Микрогибридный. Этот принцип разработан компанией «Тойота». «Гибрид» двигается на малых скоростях и стартует исключительно благодаря электродвигателю. При переходе на повышенную скорость подключается ДВС (двигатель внутреннего сгорания). Но при этом во время подъёмов, езды на сложных участках дороги (песок, грязь), увеличения других нагрузок электрический двигатель дополнительно подпитывается от аккумулятора для параллельной работы и увеличения тяги. Всё это контролируется электроникой и не требует вмешательства водителя.

Среднегибридный. Такое авто с гибридным двигателем имеет свои особенности - на электродвигателе езда невозможна. Но при этом электротяга значительно увеличивает эффективность работы теплового двигателя благодаря выработке напряжения несколько выше, чем могут дать аккумуляторы, что, в свою очередь, повышает мощность основного двигателя.

Полногибридный. В этом варианте на первое место выходит электричество. Движение идёт только за его счёт. Зарядка высоковольтной батареи идёт благодаря рекуперации. Существующее раздельное сцепление между двумя видами двигателя обеспечивает разъединение этих систем. В результате ДВC подключается только в случае необходимости.

Раздельный. Имеет двигатель-генератор и бензиновый. Через планетарную передачу крутящий момент передаётся на . Часть мощности используется непосредственно для движения машины, другая аккумулируется в высоковольтной батарее в виде чистой электрической энергии.

Последовательный. Работа гибридного двигателя заключается в том, что бензиновый приводит в действие генератор, который заряжает аккумуляторы, а они, в свою очередь, дают энергию электродвигателю, вращающему трансмиссию и, как результат, колёса.

Преимущества

Если проанализировать цены на гибриды, то можно заметить, что они дороже привычных машин. Стоит ли бояться «кусающихся» сумм? Необходимо, прежде всего, проанализировать, что же вы получаете в итоге при покупке такого варианта. И только после этого решать, готовы ли к вложению капитала (даже если это покупка в кредит), который в итоге превратится в ежедневную экономию. И чем сильнее будут повышаться цены на бензин, тем больше станет ваш чистый доход.

Но начнём немного с другого. Авто с гибридным двигателем способствует уменьшению выбросов углекислого газа в атмосферу, которые снижаются в десять раз. Как результат, жизнь в городе становится более комфортной и вы вносите свой вклад в оздоровление планеты. Вдобавок экономите на штрафах за превышение выбросов в атмосферу.

Батареи подзаряжаются от бортовой энергетической установки, в итоге не нужен внешний источник для постоянной зарядки, как в электродвигателях. По сути, вы приобретаете дополнительный источник энергии, что повышает эффективность двигателя внутреннего сгорания.

Благодаря разработкам опытных специалистов масса бензинового двигателя значительно снижается, как результат, - и общий вес автомобиля. Каждый автолюбитель знает, что это значит. Расход бензина на 100 км «Оки» никак нельзя сравнить с . И это зависит прежде всего от массы. В результате идёт комплексная экономия за счёт заправки и использования электроэнергии.

Для изготовления всех деталей, в том числе и кузова, применяют лёгкие материалы. При этом они прочные и надёжные: из металлов (алюминиевые сплавы, магний), а также углепластик. Для общей информации: всего 56 кг весит двигатель Insight объёмом 1 л, при этом мощность достаточно приличная (67 лошадиных сил) и обороты в минуту (5 700). «Помощь» электродвигателя на старте позволяет обеспечить разгон с 0 вплоть до 100 км/ч.

В таких авто отпала необходимость в коробке передач. Происходит автоматическое изменение силы тяги ведущих колёс, которое обеспечивает электродвигатель.

Благодаря постоянным разработкам дизайнеров повышается аэродинамика. Это то, за что борются все конструкторы. Именно сопротивление силе воздуха и ветра не позволяет «съедать» значительные ресурсы внутреннего «сердца», помноженное на помощь параллельной системы энергии.

Ещё одним из ресурсов экономии является установка специальных, более жёстких, в сравнении с обычными, шин. Они накачиваются под относительно высоким давлением. Это способствует снижению сопротивляемости дорожному покрытию.

Перспективы развития этого направления машиностроения возможны только при комплексном подходе: разработка облегчённых кузовов, ёмких, но в то же время компактных аккумуляторов (чтобы они не занимали много места под капотом); усовершенствование более простой, быстрой и доступной зарядки аккумуляторных батарей; улучшение системы «повторного» использования энергии.

Рассмотрев все особенности авто с гибридным двигателем, можно прийти к выводу: конечно же, это не вечный двигатель, о котором мечтают любой автомобилист и борцы за чистоту окружающей среды. Скорее, это очередной шаг по пути модернизации моторов, борьба за экономию истощающихся природных ресурсов. Но они помогают значительно экономить средства на каждой заправке. Поэтому, если вы стоите перед выбором нового автомобиля, подумайте о том, что покупка такой модели в итоге подарит значительные бонусы: по сути, каждые сто километров поездки будут «откладывать» в ваш кошелёк дополнительные деньги в сравнении с двигателями внутреннего сгорания.

Гибридный двигатель (или гибрид) – силовая установка, которая использует несколько видов топлива (два и более источника) и синергетический эффект от их совместного применения. Это может быть бензин и электроэнергия, бензин и газ, дизель и электроэнергия, водород, бензин и электроэнергия, а также множество других сочетаний. Благо, современная техника позволяет это делать.

История гибридных двигателей.

Считать гибридный двигатель каким-то суперсовременным изобретением – небольшое заблуждение. Да, современные гибриды – это высокотехнологичный инженерный проект, но если разобраться, то гибридный двигатель ведет свою историю еще с XIX-XX веков. Так, в 1897 году французская компания Parisienne des Voitures Electriques начала производить автомобили с гибридными двигателями.

Чуть позже в 1900 году производство гибридов начала осваивать и знаменитая американская корпорация General Electric. Интересно, что гибридные грузовики изготовлялись в Чикаго до 1940 года, хотя, в целом, это было несерийное производство.

Не прижилась гибридная технология в то время в силу нескольких причин. Во-первых, цены на топливо и энергоресурсы в те годы были настолько низкими, что отбивали любую экономическую целесообразность производства гибридов. Во-вторых, мощность обычного бензинового двигателя тогда была, однозначно, намного большей.

Энергетический кризис последних лет, связанный со стремительным ростом цен на энергоносители, а также ужесточение экологических норм подстегнули производителей к разработке и производству эффективных гибридных двигателей нового поколения. Современный гибрид – это, как правило, система из двух основных силовых установок: бензиновой (или дизельной) и электрической. Кроме них, в цепи задействовано еще несколько обеспечивающих узлов. Например, ими могут быть: электрогенератор, аккумуляторная батарея (накапливает заряд), инвертор (преобразует постоянный ток в переменный) и электронный вариатор. Все это контролируется и управляется современным мощнейшим компьютером, который повышает эффективность использования энергоресурсов в десятки раз по сравнению с традиционным ручным или аналоговым управлением. Топливная часть системы может работать одновременно с электрической, но предусмотрены и раздельные циклы. Важно, что во время работы топливной системы, электрическая не простаивает, а накапливает (аккумулирует) энергию.

Устройство, принцип работы гибридного двигателя. На сегодняшний день существует несколько типов гибридов:

• Последовательный (series hybrid). При такой схеме двигатель внутреннего сгорания приводит в движение генератор, электроэнергия от которого запитывает электродвигатель. Последний, в свою очередь, вращает колеса автомобиля. Такой подход позволяет использовать бензиновый двигатель малой мощности при условии, что он будет постоянно работать при максимальном КПД. Автомобили с такой схемой, как правило, малолитражные и имеют крупную батарею (например, Chevrolet Volt);
• Параллельный (parallel hybrid). В этом случае колеса автомобиля приводит в движение и бензиновый двигатель, и электрический. В зависимости от условий движения электродвигатель может создать дополнительную мощность. Такая схема встречается очень часто. Аккумуляторы в этом случае компактные и заряжаются прямо во время движения транспортного средства. Главный недостаток тут в том, что электродвигатель не может одновременно вращать колеса и заряжать батарею. Подобная схема реализована на автомобилях Civic Hybrid и Volkswagen Touareg Hybrid;
• Последовательно-параллельный (смешанный). Из названия легко предположить, что третий тип совмещает в себе два предыдущих. На данный момент это наиболее эффективная схема гибрида. Для вращения колес может использоваться комбинированная тяга (бензиновый двигатель плюс электродвигатель). Кроме того, электродвигатель может одновременно вырабатывать электроэнергию (работать в качестве генератора) и создавать тягу (как мотор). Недостаток схемы в ее очень высокой стоимости.

В пример смешанной схемы можно привести гибридную силовую установку Hybrid Synergy Drive от Lexus (Toyota). Тут бензиновый двигатель объемом 3.3 литра, 2 электродвигателя и аккумуляторная батарея. Для связи между тремя этими элементами конструкции используется устройство распределения энергии с компактной планетарной передачей, которая снижает потери энергии на трении. Для управления потоками энергии имеется блок управления и полупроводниковое устройство переключения. Инвертор в установке HSD преобразует постоянный ток батареи в переменный ток для электродвигателя.

Для движения автомобиля на небольших скоростях и для старта используется электродвигатель. Это позволяет сэкономить бензин и плавно тронуться с места. При переходе в нормальный режим езды включается бензиновый двигатель, который работает параллельно с электромоторами. Излишки энергии отдаются на аккумулятор. Во время разгона активно работает двигатель внутреннего сгорания. В режиме торможения используется так называемая рекуперативная система торможения, когда электродвигатели работают в генераторном режиме, подзаряжая аккумулятор. Т.е. в основных режимах работы используется бензиновый двигатель, а в промежуточных (переходных) электрический.

Преимущества и недостатки гибридного двигателя. Конечно же, несмотря на высокий уровень технологий, гибридная установка имеет как неоспоримые преимущества, так и некоторые недостатки, над которыми продолжают работать ведущие инженеры. Начнем с достоинств:

• эффективный расход топлива и его экономия до 35%;
• низкий уровень токсичности выхлопных газов;
• низкий шум;
• отличная управляемость и более плавный разгон автомобиля;
• полный контроль установки при помощи бортового компьютера и электронных систем;
• компоненты батареи гибридных автомобилей легко утилизировать и перерабатывать;
• система рекуперативного торможения помогает сохранить энергию;
• длительный срок службы батареи у гибридного транспортного средства.

Среди недостатков гибридов стоит упомянуть такие:

• высокая стоимость автомобилей с гибридной силовой установкой;
• большая стоимость комплектующих запчастей и ремонта. Самостоятельно ремонтировать вряд ли получится, а полноценный сервис подобным автомобилям пока могут предоставить только в очень крупных городах. Кроме того, могут возникнуть заминки с поставкой нужных запчастей;
• электрическая система плохо переносит значительные перепады температур.

Популярным заблуждением относительно гибридных двигателей является миф о потере мощности и эффективности силовой установки. Это не так, с мощностью у гибрида полный порядок. Кроме того, не требуется какое-либо специальное топливо для заправки.

Ведущие мировые автопроизводители уже по достоинству оценили преимущества гибридных двигателей. С каждым годом количество гибридных автомобилей растет, завоевывая все большую популярность у водителей. Рынки расширяются. Гибридный двигатель – настоящий шедевр инженерной мысли, суперсовременное экономичное и экологичное устройство, за которым ближайшее будущее мирового автопрома. В виду удорожания углеводородного топлива можно смело предсказать, что уже через 5-10 лет гибридные силовые установки будут широко распространены по всему миру.

Автомобили с гибридным двигателем медленно, но уверенно продолжают отвоевывать позиции на мировом рынке автопрома. Росту популярности и объемов производства таких моделей способствуют вполне объективные факторы - стабильно повышающиеся цены на дизельное топливо и бензин, введение все более жестких требований к показателям экономичности и новых экологических стандартов двигателей.

Гибридный автомобиль: что это?

«Гибрид» в переводе с латыни - объект, полученный в результате соединения элементов разнородного происхождения. В мире автомобильных технологий в это понятие входит сочетание двух типов силовых агрегатов. Речь идет о двигателе внутреннего сгорания (ДВС) и электродвигателе (альтернативный вариант - мотор, работающий на сжатом воздухе). При этом современные автопроизводители уделяют первоочередное внимание интеллектуальной системе управления энергией.

Различают два вида силовых установок автомобильных гибридов - полноценную (full hybrids) и облегченную (mild hybrids). Первый вариант подразумевает оснащение автомобиля мощным электродвигателем, эффективно спаренным с ДВС и способным самостоятельно обеспечивать движение машины на небольшой скорости. В облегченной версии электродвигателю отводится только вспомогательная роль.

Короткий экскурс в историю

Первые серийные гибридные Prius liftback) сошли с конвейера почти два десятилетия назад, в 1997 году. Спустя два года "Хонда" вывела на рынок модель Insight, а через некоторое время к японским производителям присоединились европейские и американские автогиганты - "Форд", "Ауди", "Вольво", "БМВ". К 2014 году общая численность автопарка проданных гибридов перешагнула 7-миллионный рубеж.

Однако не стоит думать, что ДВС и электродвигатель заработали в паре только в конце XX века. Первенцем среди автогибридов в нашем нынешнем понимании стал Lohner-Porshe Semper Vivus - автомобиль, созданный легендарным австрийским конструктором Фердинандом Порше в далеком 1900 году.

Схемы гибридных силовых установок

Параллельная

Для автомобилей, в которых реализована параллельная схема, ведущим является двигатель внутреннего загорания. Мощный электромотор играет вспомогательную роль, включаясь при разгоне либо торможении и запасая рекуперативную энергию. Согласованность работы ДВС и электродвигателя обеспечивается системой компьютерного управления.

Последовательная

Самая простая схема гибридного автомобиля. Её принцип действия основан на передаче крутящего момента от ДВС генератору, вырабатывающему электроэнергию и заряжающему аккумулятор. Движение машины происходит за счет электротяги.

Смешанная

Вариант одновременной реализации последовательной и параллельной схемы. Трогаясь с места и двигаясь на малых скоростях, автомобиль использует электрическую тягу, а ДВС обеспечивает работу генератора. Движение на большой скорости происходит благодаря передаче крутящего момента от двигателя внутреннего сгорания на ведущие колеса. При наличии повышенных нагрузок снабжение электромотора дополнительным питанием берет на себя аккумулятор. Взаимодействие электродвигателя и ДВС достигается за счет планетарной передачи.

Преимущества

Гибридный автомобиль объединил в себе достоинства двигателей электромобиля и машины с ДВС. Преимущества электромотора - выдающиеся моментные характеристики, а двигателя внутреннего сгорания - жидкое топливо и удобный энергоноситель. Первый эффективен в режиме частых остановок и стартов, характерном для езды по городу, второй - на постоянных оборотах. Бесспорные плюсы такого тандема:

• экономичность (при равном пробеге расход топлива гибрида на 20-25% меньше, чем у классической модели);
• большой запас хода;
• экологичность (сниженный объем вредных выбросов в атмосферу за счет рационального расхода топлива);
• минимальный износ тормозных колодок (обеспечивается благодаря рекуперативному торможению);
• улучшенные показатели ходовых характеристик;
• возможность сохранять и повторно использовать служат аккумуляторы и специальные конденсаторы).

Недостатки

• Высокая стоимость, обусловленная сложностью конструкции силовой установки.
• Дорогостоящий ремонт гибридных автомобилей и проблемы с утилизацией аккумуляторов.
• Относительно большой вес.
• Подверженность к саморазрядке.

Что говорят автовладельцы?

Автолюбители всего мира активно обмениваются опытом покорения дорог и впечатлениями о машинах, анализируя плюсы и минусы хорошо знакомых им моделей. Не остались без внимания и гибридные автомобили. Отзывы их владельцев красноречиво свидетельствуют о надежности таких машин и возможности существенно сэкономить часть семейного бюджета, идущую на приобретение топлива. Последнее достоинство очень важно для любителей дальних поездок. В числе минусов отмечается высокая стоимость технического обслуживания гибридов и худшая, в сравнении с классическими автомобилями, устойчивость на поворотах.

Топ лучших моделей

Toyota Prius ("Тойота Приус")

Первопроходец семейства гибридов, оснащенный двумя электродвигателями (мощность 42 кВт и 60 кВт) в сочетании с ДВС объемом 1,8 литра (мощность 98 л. с.). Максимальная скорость - 180 км/ч. Благодаря доступной цене и исключительным показателям экономии топлива, Toyota Prius на протяжении многих лет занимает лидирующие позиции по объемам продаж среди конкурентов в своем сегменте.

Toyota Camry Hybrid ("Тойота Камри")

Гибридный автомобиль, отличающийся значительной экономичностью, привлекательным дизайном, комфортностью и высокой технологичностью. Еще одно достоинство, выделяющее Toyota Camry среди собратьев-гибридов, - быстрое ускорение (за 7,4 секунды данная модель может разогнаться до 100 км/ч).

Chevrolet Volt ("Шевроле Вольт")

Практичный четырехместный хэтчбек с отличными ходовыми характеристиками. Подзаряжаемый гибрид (plug-in hybrid vehicle). Оснащен бензиновым двигателем (объем 1,4 литра, мощность 84 л. с.), блоком литий-ионных аккумуляторных батарей, имеющих значительный срок службы, и электродвигателем, приводящим в движение автомобиль. Пробег на электротяге в городском цикле - порядка 54-60 км.

Volvo V60 Plug-in ("Вольво V60 Plug-in")

Первая среди автогибридов модель с турбодизельным двигателем (объем 2,4 литра, мощность 215 л. с., средний расход дизельного топлива на 100 км составляет 1,9 литра). Возможности электродвигателя этого дизель-универсала позволяют пройти на электротяге 50 км пути.

Honda Civic Hybrid ("Хонда-Цивик")

Разработчики автомобиля сделали ставку на такие важные для потребителя характеристики, как комфорт, экономия топлива и практичность. Главные составляющие популярности Honda Civic Hybrid - компактность, поразительно сочетающаяся с вместимостью гибрида благодаря особым конструктивным решениям, экономичность и привлекательный дизайн.

Перспективы, или Короткое обращение к скептику

Гибридные технологии имеют своих сторонников и противников. Одни убеждены в их актуальности и эффективности, другие не устают указывать на недостатки. Если вы уже являетесь владельцем классического авто с дизельным или бензиновым двигателем, вас устраивает его дизайн, низкий расход топлива, технические и ходовые характеристики, то, возможно, не стоит торопиться с приобретением гибрида. Подождите, пока производители выведут на рынок более совершенные версии.

Только не стоит слишком растягивать процесс ожидания, чтобы не пришлось сожалеть об упущенном времени и удивляться, почему вы так долго откладывали покупку. По мнению экспертов, гибридный автомобиль уже в ближайшие годы станет вполне обычным явлением на улицах мегаполисов и маленьких городков. При этом прогнозируется значительное расширение существующей линейки моделей. Гибриды займут достойное место в каждом сегменте автомобильного ряда - от кроссоверов и суперкаров до тружеников-минивэнов.