Гибридный двигатель принцип работы: Как устроены гибридные автомобили — ДРАЙВ

alexxlabLeave a comment

Содержание

Как устроены гибридные автомобили — ДРАЙВ

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 1999-м 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 (10–15 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 CR-Z 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.

Принцип работы гибридных автомобилей

Несмотря на то, что гибридный транспорт или HEV (гибридное электрическое транспортное средство) сейчас – объект пристального внимания, а количество таких транспортных средств стремительно растет, не все понимают что значит гибридный автомобиль. Гибридный автомобиль – это транспортное средство, которое оснащено гибридным двигателем. Он представляет собой комбинацию двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и электромотора. Работать ДВС и электромотор могут вместе и автономного (по отдельности в независимых циклах).

Многие считают, что появление гибрида произошло в 21-м веке, но на самом деле гибриды существуют с самого начала машиностроения. Ещё в начале 20-го века гибридные авто сконструировали инженеры Генри Пайперу, Фердинанд Порше. Конструкция была очень перспективная, но дорогостоящая. В силу того, что в это же время Генри Форд поставил на конвейерный поток выпуск машин с топливным баком, интерес на рынке к машинам с гибридным мотором было сложно поддержать.
На некоторое время интерес к конструкции был утерян, но в начале 70-х годов интерес к гибридам снова возвратился. Стимулом стало повышение требований к экологическим характеристикам транспорта. Особенно активно над конструированием, выпуском автомобилей с гибридной установкой стали думать в Германии, Японии. 
И первый массовый выпуск автомобилей c агрегатом, который сейчас и принято называть устройством гибрида, был сделан в Японии. Но произошло это не в семидесятых, а уже в девяностых годах прошлого века. Первым транспортным средством, представляющим автомобили с гибридным двигателем, стала легковая машина Toyota Prius.   Определённая аудитория с настороженностью отнеслась к тому, что бензиновый двигатель транспортного средства имел ограниченный диапазон оборотов. Однако по факту проблемой это не стало. Ведь при необходимости автомобилист получил возможность подключать электродвигатель для тяги. А вот батареи с низкой ёмкостью оказались проблемой, впрочем, как  и стимулом для дальнейшего развития. Теперь, когда на рынке авто присутствует уже 4 поколения гибридных авто, те же Toyota Prius с гибридной установкой оснащаются емкими эффективными никель-металлогидридными батареями.

Устройство и принцип работы

Стандартный гибрид составляют:
  • ДВС. Его вес и объём традиционно меньше, чем у классических авто с топливной системой. Дефорсирована (уменьшена) и мощность. Большинство моделей работает не по традиционному циклу Отто, а по мягкому циклу Аткинсона или Миллера. У ДВС с мягким циклом эффективно сжигается топливо, улучшен газообмен в цилиндрах, уменьшено детонационное сгорание в режиме полной нагрузки, уменьшено разрежение (соответственно, меньше насосные потери).
    Цикл Миллера популярен у двигателей Volkswagen.  Цикл Аткинсона активно используют концерн Toyota, Mazda, Lexus. Если  в цикле Отто впускной клапан закрывается почти сразу, то в мягких циклах Аткинсона и Миллера клапан закрывается на половине пути при направлении к верхней мертвой точке. Сжатие происходит значительно позже нежели чем при цикле Отто у традиционных ДВС. Это благоприятно сказывается на экологических нормах.  Казалось бы, почему тогда мягкий цикл не хотят использовать не на гибридах. Дело в том, что  этот цикл плохо подходит при работе двигателя на малых оборотах. ДВС может элементарно заглохнуть. Для обычного – не гибридного транспортного средства это недопустимо. Но у гибридов два мотора. И легко подстраховаться.
  • Электромотор. Не просто способен запустить машину, а открывает возможности для того, чтобы получить электроэнергию, которая будет использоваться для подзарядки АКБ. Может быть выполнен встроенным в силовую установку или размещаться автономно.
  • Трансмиссия. Передает крутящий момент от двигателя к ведущим колесам.  Компоненты такие же,  как у иного автомобиля: главная и карданная передачи, полуоси, дифференциал для распределения крутящего момента, сцепление, коробка передач. Конкретное количество элементов трансмиссии зависит от схемы гибридной установки. Например, у решения с последовательной схемой не полностью отсутствует сцепление и коробка передач. Если же  коробка передач – в наличии, то в  трансмиссии  гибрида может быть механического, автоматического, гибридного исполнения. Последний вариант распространен, например, у машин Toyota. В этом случае есть полное разветвление потоков мощности. Благодаря трансмиссии с такой коробкой нагрузки на двигатель снижаются, расход топлива ДВС – меньше. Если вам нужен практический опыт по работе с трансмиссией, то на базе LCMS есть специальный полезный модуль “Анализ ситуации: гибридная и электрическая трансмиссия”.
  • Топливный бак . На небольших легковых гибридах стоят баки с объёмом до 50 л, на кроссоверах и бизнес-седанах – 60- 70 мл.
  • Аккумулятор. На транспортное средство монтируется высоковольтная и обычная батарея на 12 (В) для питания бортовой сети. До запуска всех систем транспортного средства питание идет от 12-Вой батареи, и только потом в работу включается высоковольтная батарея (она может функционировать только при создании условий полного охлаждения).
  • Генератор. Вырабатывает электроэнергию. Минимизируя нагрузку на ДВС.
  • Инвертор. Плавно изменяет величину напряжения.  Используется для распределения энергии, для выработки высоковольтной батареей трехфазного тока.

    • Принцип работы гибридного автомобиля

    При отсутствии бензина машина способна работать только от электромотора, при разрядке – от ДВС, но в обычном режиме задействованы оба двигателя. Работа осуществляется за счет синхронной работы бензинового и электрического двигателей. При совместной работе топливный двигатель выполняет основную работу по созданию вращательного момента, выработке энергии для аккумуляторной батареи, а электромотор снимает с ДВС нагрузки, минимизирует резкие колебания, снижает количество вредных выхлопов, увеличивают запас хода. При одновременной работе ДВС и электромотор помогают работать друг другу.  ДВС заставляет двигаться генератор, за счёт этого электромотор получает дополнительную энергию. Электромотор, в свою очередь, снижает разгонные нагрузки ДВС, позволяя работать без резких разгонных нагрузок.

    Особенности гибридных автомобилей

    Одна из главных особенностей гибридов – компромиссность. Автомобилисты отмечают эффективное объединение преимуществ автомобилей с ДВС и транспортных средств с мотором. Транспортные средства помогают сэкономить на топливе. Сильно экономия ощутима при езде в условиях интенсивного городского трафика, наличия пробок. Особенно это заметно у транспортных средств с системой рекуперации.  А она есть у большинства современных гибридов. С помощью системы рекуперации можно возвращать энергию. Например, когда авто постоянно тормозит, мотор выполняет функцию генератора, осуществляет зарядку батареи. Пользователи, испытывающие опасение из-за оснащённости транспортного средства высоковольтными батареями, приобретая современные гибридные автомобили могут быть уверены в безопасности: производители оснащают машины многоуровневыми автоматическими системами защиты (от поражения электротоком). Силовые конструкции, крепления транспортных средств делают из композитных материалов (углеродное волокно, карбон), лёгких металлов (магний, алюминий). Снижение общего веса машины благоприятно сказывается на его технических характеристиках, создаются лучшие условия для движения. При ускорении на подъемах затрачивается меньше энергии. Максимальная длина пробега достигается при езде на небольших и постоянных скоростях. В этом случае – наименьшее аэродинамическое сопротивление и наибольшая эффективность расхода топлива.

    Типы гибридных агрегатов

    • «Умеренные» или мягкие. Постоянно работает ДВС. Электромотор дополняет, поддерживает его. Главная цель – усилить мощность и эффективность двигателя. Примеры – Mercedes S 400 HYBRID, Honda-IMA.
    • «Полные». Приводятся в движение электромотором на любом этапе движения: при поддержании стабильной скорости, при ускорении. На электрической тяге транспортное средство способно двигаться на достаточно большое расстояние. Аккумуляторную батарею от сети подзарядить нельзя. Пример – BMW X6 ActiveHybrid.
    • Plug-in, передвигается как комбинированно: от ДВС + электротяги, так и только электричества. Только на батареях могут ездить, преимущественно, на средние расстояния. Как заряжать гибридный автомобиль такого типа, вопросов не возникает: авто легко подзарядить от розетки, как электрокар, а бензин из топливного бака у Plug-in  активно преобразуется в электричество и сохраняется в батареях. Примеры — Toyota Prius PHV, Mitsubishi Outlander PHEV, Chevrolet Volt, Opel Ampera.
    Отдельный тип составляют E-REVS (Extended-Range Electric Vehicles). Это промежуточный вариант между сугубо гибридом и электрокаром. У них есть ДВС и электромотор. Но ДВС используется не для движения, а именно для зарядки. Расход гибридного автомобиля E-REVS наиболее минимальный. Иногда гибриды делят просто на HEV (гибридное электрическое транспортное средство) и PHEV (подключаемое гибридное транспортное средство). Второй вариант от первого отличается наличием дополнительной батареи в первоначальном варианте такого автомобиля. То есть за PHEV стоят гибриды, которые в первой типологии называются  Plug-in, а за термином HEV стоят «умеренные» и «полные» гибриды.

    Схемы взаимодействия работы электродвигателя и ДВС

    Взаимодействие электромотора и двигателя внутреннего сгорания может быть налажено по последовательной, параллельной и последовательно-параллельной схемам.

    Последовательная схема

    • Крутящий момент от ДВС передается генератору.
    • Генератор вырабатывает электричество и заряжает аккумуляторы.
    • Транспортное средство движется на электротяге.
    ДВС работает только на генератор, электрический мотор установлен таким способом, что он является главной силой, которая приводит в движение ведущую колёсную пару. Авто с последовательной схемой – это, главным образом, транспортные средства с портом подключения к электросетям.

    Коробка передач у транспортных средств с последовательной схемой отсутствует. Батареи ставятся чаще всего никель-металлогидридные. При отключении ДВС авто хватает мощности и заряда для движения самостоятельно.

    Схема хорошо подходит для техники, которая требует небольшой скорости передвижения, частого торможения. Это, например, городской транспорт, спецтехника в логистических комплексах. Схема хорошо совместима с  технологией Kinetic energy recovery system (KERS) — системой восстановления кинетической энергии. Во время торможения транспортного средства она накапливается, при необходимости ускорения объекта — расходуется на эту цель. Последовательная схема популярна и у производителей карьерных самосвалов. Для них не принципиальна высокая скорость, но крайне важный большой крутящий момент.
    Последовательная схема обеспечивает возможность ДВС стабильно работать на неизменяемых оборотах, не требует от автопроизводителя установки коробки передач и сцепления. Ограничение использования последовательных схем на практике обусловлено тем, что в процессе преобразования – достаточно большие потери энергии. Компоновка создаёт необходимость устанавливать аккумуляторную батарею большой емкости, а аккумуляторные батареи достаточно крупногабаритные и высокие по стоимости. Для легковых автомобилей – это не самое удачное решение. Поэтому в данный момент последовательная схема наиболее интересна производителям большегрузного коммерческого транспорта. Впрочем, у некоторых легковых компактных авто такую схему также можно встретить. Характерный пример — Chevrolet Volt.

    Параллельная схема

    Эта схема характерна для гибридов, которые ездят с использованием и ДВС, и электромотора (то есть используется на «умеренных» или мягких гибридах). Основную работу выполняет двигатель внутреннего сгорания, электромотор же подключается, когда нужна дополнительная мощность (то есть когда ДВС трудно справляться с нагрузкой). Электромотор способен работать в качестве генератора. Блок управления распределяет крутящий момент, поступающий от ДВС и мотора гибрида.


    Компоновка исключает необходимость устанавливать аккумуляторную батарею большой емкости. ДВС напрямую связан с ведущими колесами, и потери энергии небольшие. Топливная экономичность решения незначительная (в сравнении с транспортными средствами с последовательной и параллельно-последовательной схемой). Когда транспортное средство начинает тормозить, сохраненная энергия торможения запасается в аккумуляторной  батарее. При ускорении энергия аккумулятора уходит на раскрутку электромотора,  при этом расход топлива уменьшается на столько, сколько энергии удаётся аккумулировать  при предыдущих торможениях. Недостаток схемы – отсутствие возможности одновременно осуществлять подзарядку АКБ и приводить в движение колёса посредством мотора с электроприводом. Параллельная схема удачна для транспортных средств, активно движущихся по трассе с малым количеством остановок.
    Параллельная схема любима такими производителями как Honda, Hyundai, BMW, Volkswagen.
    Взаимодействие электромотора и двигателя внутреннего сгорания может быть налажено по последовательной, параллельной и последовательно-параллельной схемам.

    Последовательно-параллельная схема

    Если использована последовательно-параллельная (комбинированная) схема, автомобиль при старте и на малых скоростях движется только на электрической тяге. Как и при последовательной схеме ДВС в этом случае работает на генератор. При сильных разгонах, большой скорости крутящий момент на ведущие колеса передается одновременно от электромотора и ДВС. При подъеме транспортного средства электромотор получает от АКБ дополнительное питание и минимизирует генератор от сверхнагрузок.


    Часть крутящего момента от ДВС благодаря планетарному механизму передается на колёса. Подачу мощности от ДВС и электромотора регулирует ЭБУ.
    Последовательно-параллельная схема обеспечивает отличную топливную экономичность.
    Функционально последовательно-параллельная схема одна из наиболее практичных. Но её берут в помощь далеко не все производители (хотя Ford, Nissan, Toyota Prius, Lexus прибегают к этой схеме весьма активно).
    Не самая большая популярность к схеме при её отличных достоинствах связана с тем, что при выпуске транспортных средств требуется устанавливать дополнительный генератор. Требуется ёмкая аккумуляторная АКБ. Сложности есть и в электронике (особенно сложен электронный блок управления).

    Преимущества использования гибридных автомобилей

    Плюсы гибридных автомобилей:
    • Независимость. Есть возможность ездить от топлива или электротяги.
    • Существенное снижение расхода топлива даже в комбинированном режиме работы мотора.
    • Существенно меньше вpeдныx выбpocoв в атмосферу по сравнению с машинами, оснащенными только ДВС.
    • Возможность подстраховаться, если электромотор невозможно подзарядить от сети. Машина начинает ездить как обычное транспортное средство, заправленное топливом.
    • Высокая эффективность при paбoтe нa xoлocтoм xoду и экономичность. Особенно это ощутимо при передвижении в условиях плотного трафика по городу (при правильном выборе гибрида под эти условия).
    • Малошумность. Наиболее низкий уровень шума достигается во время движения на электрической тяге при езде на средней скорости.
    • В холодное время года гибридный автомобиль (в отличие от  транспортных средств, которые работают на дизтопливе) при корректном режиме эксплуатации (подробнее о нём — чуть ниже) нечувствительны к температуре окружающей среды.

      • Недостатки владения гибридными авто

      Одна из ключевых проблем – зависимость от АКБ и регулярные нагрузки на неё. Необходимо постоянно помнить о том, что батарея может paзpяжaтьcя дo кpитичecкoгo cocтoяния. Рынок АКБ развивается, но большинство батарей располагает небольшим диапазоном рабочих температур. 
      Часто можно услышать, что гибридный автомобиль сложнее в сервисе и ремонте по сравнению с традиционным в обслуживании. Ведь, чтобы  его обслужить нужны знания и автомеханики, и автоэлектрики. С кадрами по обслуживанию гибридов, увы, пока часто возникают проблемы. Впрочем, на практике ряд гибридов благодаря их конструктивным особенностям (например, многокомпонентной  трансмиссии)  сервис может оказаться даже дешевле нежели сервис авто с ДВC

      Обслуживание и эксплуатация гибрида

      Неприятных сюрпризов для автовладельца не будет, если они обратятся на сервис, который специализируется именно на СТО, где гибриды – не случайные, а постоянные объекты обслуживания. Такие станции техобслуживания целенаправленно оснащаются их сканерами, тестерами, газоанализаторами, максимально подходящими для гибридов, проводят обучение персонала, в том числе посредством симуляторов типичных неисправностей.
      Распространенные проблемы, с которыми на СТО обращаются владельцы гибрида:
      • Автомобиль плохо или вообще не заводится.
      • Есть проблемы с разгоном.
      • Ощутимы плавающие обороты, «троение» двигателя.
      • Растёт расход топлива.
      • Замечено превышение уровня СО.
      • Сломаны рулевые рейки.
      • Вышли из строя турбины.
        • Для поддержания гибридного авто в полном порядке рекомендуется выполнять техническое обслуживание. Экспресс-диагностика гибрида включает:
        • Проверку состояния высоковольтной батареи.
        • Проверку параметров ДВС.
        • Выявление ошибок посредством компьютерной диагностики.
        При этом даже если неисправностей нет через определённый промежуток эксплуатации рекомендованы следующие замены:
        • циркуляционный насос системы охлаждения инвертора (помпы) — каждые 120 тыс. км пробега;
        • антифриз — каждые 2 года.
        Регулярно требуется визуальный осмотр радиатора охлаждения инвертора. В случае его засорения требуется немедленная чистка, так как это достаточно уязвимая деталь. Если авто долго простаивает, периодически необходимо производить запуск мотора. Хотя бы на 15 минут 1 раз в месяц.
        Стоимость ремонта зависит от объёма работ. Наиболее дорогостоящий ремонт получается, если из строя выходит электроника. Наиболее дорогостоящая запасная часть — аккумуляторная батарея. Отдельного внимания заслуживает эксплуатация гибрида автовладельцами в зимний период. Использование авто в холода не запрещено, но нужна подготовка: перед зимним сезоном обязательно продиагностируйте батарею. Во время эксплуатации поддерживайте зарядку АКБ на уровне не менее 70 процентов.

        Каковы перспективы HEV и PHEV?

        Развитие гибридных электромобилей – как HEV и PHEV  в настоящий момент нацелено на:
        • Снижения веса батареи и автомобиля. Решение вопроса с батареей некоторые производители видят в переходе от  никель-металл-гидридных и биполярных никель-водородных аккумуляторов.
        • Увеличение  пробега при работе на электротяге.
        • Улучшение уровня поглощения ударных нагрузок.
        При этом для автопрома наиболее дешёвый вариант – классический HEV, PHEV  более сложен в производстве. Классический HEV – это гораздо более дешевое решение для производства, чем гибридный автомобиль со штепсельным соединением. Он позволяет очень эффективно снизить расход топлива во время ежедневного вождения, особенно в городских условиях. Эффективность HEV зависит от условий, в которых водитель едет. При обсуждении различий между этими типами автомобилей также важно, как они функционируют в сознании потребителя и как различия в дизайне выражаются в отношении потребителей к этим решениям. Среди производителей, которые активно сосредоточили свои силы на HEV и PHEV  —  Toyota Hyundai, Ford, Subaru, Lexus, Ford, Volvo.
        Развитие гибридов, а особенно PHEV, как и электрокаров связано с развитием инфраструктуры. Особенно развитие гибридов и электрокаров актуально для мегаполисов, и курортных районов, где наиболее остра проблема городского шума и требованиям к уровню загазованности.

    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.

    Toyota Hybrid: принцип работы гибридной системы

    Сегодня компания Toyota является одним из крупнейших производителей гибридных автомобилей в мире. Этот тип автомобилей становится все более популярным из-за высокую производительность, надежность, экологичность и низкие эксплуатационные расходы. Но чем основной принцип работы гибридной системы автомобилей Toyota отличается от бензиновых и электрических автомобилей?

    Гибридная система Toyota использует бензиновый двигатель и электромотор. Это «полный» гибрид — автомобиль может передвигаться как по принципу совместного использования двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и HV-батареи, так и исключительно на электроэнергии. Этим Toyota Hybrid отличается от других «мягких» гибридных систем, в которых электромотор работает только для повышения производительности бензинового двигателя и исключительно вместе с ним.

    Система Toyota Hybrid состоит из:

    • бензинового двигателя, который работает по циклу Аткинсона. Самый эффективный ДВС при средних и высоких оборотах, имеет высокий КПД и низкие расход топлива и уровень шума
    • управляющего электромотора. Выполняет роль генератора энергии от ДВС для подзарядки высоковольтной батареи, а также роль стартера ДВС;
    • тягового электромотора. Предназначен для приведения автомобиля в движение. Также выполняет роль генератора при рекуперации;
    • гибридной трансмиссии. Представляет собой планетарную передачу, является делителем мощности и распределяет крутящий момент между тяговым электромотором и ДВС. Гибридная трансмиссия не является вариатором в классическом его понимании, поскольку в ней отсутствуют валы, фрикционы, ремни / цепи;
    • инвертора. Преобразует переменный ток (АС) с электродвигателя на постоянный (DC) для подзарядки батареи и наоборот. Также конвертирует напряжение 250В с HV-батареи в 650В для запуска и работы тягового электромотора;

    высоковольтной батареи. Имеет высокую плотность энергии. Никель-металл-гидридных батарея обеспечивает стабильное подзарядки / разрядки от 30% до 90% для наиболее эффективной работы батареи, идеально подходит для работы при низких температурах и не требует внешнего подзарядки.

    Toyota Hybrid может работать в трех режимах: CHARGE, ECO и POWER. В зависимости от режима движения и манеры управления водителя автомобиль определяет оптимальный режим и соответственно отображает его на индикаторе гибридной силовой установки.

    CHARGE — автоматическая зарядка HV-батареи гибридной системы автомобиля происходит при плавном и стабильном торможении за счет рекуперации кинетической энергии. HV-батарея также автоматически заряжается при движении накатом. Накопленный заряд используется электромотором для дальнейшего движения, позволяет экономить на топливе. В режиме ECO гибридный привод используется максимально эффективно. Во время движения в городе в режиме ECO система часто позволяет двигаться исключительно на электротяге. POWER — при ускорении, обгоне или движении на высокой скорости автомобиль использует синергию мощности ДВС и гибридной системы для получения высоких динамических показателей.

    Гибридная система в Toyota Camry HybridГибридна система в Toyota Camry Hybrid Description:

    Применяя такой эффективный принцип совместного использования бензинового двигателя и электрических компонентов, автомобиль может преодолевать расстояния, и подзарядка не нужна. Благодаря этому гибридный автомобиль Toyota является оптимальным выбором как для передвижения по городу, так и для длительных путешествий. Современный водитель стремится стать владельцем автомобиля, который бы отвечал требованиям нового smart-стиля жизни и повышенным стандартам качества. Самозарядные бензиново-электрические гибриды Toyota удовлетворяют современные критерии эффективности, надежности и прогрессивности.

    За дополнительной информацией о Toyota Hybrid, включая ценам на доступный модельный ряд, просим обращаться по телефону: (044) 537-54-54 или по адресу Харьковское шоссе 179.

    Устройство и принцип действия гибридного двигателя

    Как работает гибридный двигатель?

     

    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

     

    Технология гибридного привода позволяет реализовать в этой конструкции автомобиля функцию Стартстоп. В случае обычного автомобиля с системой Стартстоп, для отключения двигателя внутреннего сгорания автомобиль должен остановиться (пример: Passat BlueMotion).

    Однако автомобиль с полным гибридным приводом может двигаться и на электрической тяге. Эта особенность позволяет системе Стартстоп отключать двигатель внутреннего сгорания на движущемся, или катящемся накатом автомобиле. Двигатель внутреннего сгорания включается в зависимости от потребности. Это может происходить в случае быстрого разгона, при движении на высокой скорости, с высокой нагрузкой, или при высокой степени разряженности высоковольтной батареи. При высокой степени разряженности высоковольтной батареи система гибридного привода может использовать двигатель внутреннего сгорания в сочетании с электродвигателем-генератором, работающим в режиме генератора, для зарядки высоковольтной батареи.

    В других случаях автомобиль с полным гибридным приводом может двигаться на электрической тяге. Двигатель внутреннего сгорания при этом находится в режиме останова. Это действительно и в случае медленного движения транспортоного потока, остановки на светофоре, при движении в режиме принудительного холостого хода под уклон, или при движении автомобиля накатом.

    Когда двигатель внутреннего сгорания не работает, он не расходует топливо и не выбрасывает в атмосферу вредные вещества.

    Интегрированная в систему гибридного привода функция Старт-стоп повышает КПД и экологичность автомобиля.

    В то время, когда двигатель внутреннего сгорания находится в режиме останова, климатическая установка может продолжать работу. Компрессор климатической установки является элементом высоковольтной системы.

    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.

    Что такое гибридный двигатель автомобиля: схема и принцип работы

    Доброго дня! Сегодня мы разберем и расскажем о том, что такое гибридный автомобиль и его двигатель. Затронем принцип работы и взаимодействие с основным мотором.

    Гибридный двигатель современного авто

    Подавляющее большинство современных автомобилей работают от двигателей внутреннего сгорания. Но, учитывая мировые тенденции на снижение нефтяных запасов, а также необходимости бережного отношения к окружающей среде, подымается вопрос замены ДВС на что-то более экономичное, мощное. Это позволит полностью удовлетворить потребности человека комфортном и безопасном передвижении.

    Хорошей альтернативой автомобилям, работающим на энергии сгорания топлива, могут стать электромобили, питающиеся электричеством — это не гибридный вариант авто.

    Правда, сегодня они еще имеют определенные конструктивные недостатки. В частности это малый запас хода (не превышает 150 – 180 км), большой срок подзарядки (занимает несколько часов). Кроме прочего такие машины дорого стоят, поэтому рассчитывать, что они полностью придут на замену топливным машинам не стоит.

    Поэтому хорошей альтернативой, совмещающей достоинства обеих конструкций — это автомобиль с гибридным двигателем. Принцип работы заключается в использовании энергии сгорания топлива для подзарядки специальных аккумуляторов, которые питают тягу авто.

    Таким образом достигается минимизация использования топлива, снижение стоимости машины, повышение уровня мощности и экологической чистоты. При этом отсутствует потребность тратить время на длительную подзарядку батарей. Одной заправки бака топливом хватает на большее расстояние, даже при повышенной мощности или расходе горючего в городских условиях, чем в обычном автомобиле.

    Принцип работы гибридного мотора

    Чтобы понять, что представляют собой и как работают автомобили с гибридным двигателем, следует рассмотреть принцип их действия. Сегодня, учитывая степень гибридизации, выделяют три типа двигателей:

    • умеренные;
    • полные;
    • plug-in.

    Для первой категории гибридного автомобиля характерна постоянная работа ДВС. А установленный электродвигатель включается и работает в экстремальных условиях, когда автомобилю нужна мощность. Такой подход экономит топливо (ведь его расход при увеличении мощности возрастает), равномерно использовать ДВС и не допускать чрезмерных перегрузок.

    Для второго типа гибридного авто характерна работа в качестве тягового агрегата только электродвигателя. ДВС используется как источник постоянной подзарядки. Это дает выработать постоянный режим работы ДВС, что дает достигнуть максимального показателя КПД. При этом, учитывая, что не требуется снижение или увеличение тяговой нагрузки, расход топлива снижается.

    В третьем случае в автомобиле добавляется возможность прямой подзарядки от источника электрического питания. Такой тип машины полностью избавляется от главного недостатка электромобилей, а именно он может работать после окончания заряда батареи (в этом случае включается ДВС и машина начинает работать по принципу гибрида).

    Ко всему прочему современные гибридные автомобили еще и оснащаются системами KERS (осуществляют переработку кинетической энергии вращения). Суть системы сводится к дополнительной подзарядке аккумуляторных батарей за счет вращательной энергии колес. Это когда машина двигается накатом (свободным ходом), либо во время торможения. Такой подход позволяет еще больше снизить уровень потребления топлива.

    Немного о схемах взаимодействия и видах гибридных автомобилей

    Сегодня выделяют три схемы взаимодействия ДВС и электромоторов, устанавливаемых на гибридных двигателях:

    • последовательную;
    • параллельную;
    • последовательно-параллельную.

    В первом случае принцип взаимодействия прост. ДВС работает исключительно в качестве источника подзарядки аккумуляторной батареи и не привлекается как тяговая сила.

    Из положительных характеристик такой гибридной схемы следует выделить:

    • равномерность работы ДВС;
    • достижение максимального КПД;
    • снижение уровня потребления топлива;
    • отсутствие системы переключения передач;
    • передвижения даже при выключенном ДВС, за счет накопленной аккумуляторами энергии.

    Но есть и недостатки в гибридных машинах. В частности необходимость использования внушительных размеров аккумуляторов, а также потеря энергии в процессе преобразования.

    В следующей, параллельной схеме используются два двигателя одновременно. При этом основным тяговым агрегатом остается ДВС, а электромотор выступает как вспомогательный. Его сила используется, когда начинает требоваться дополнительная мощность. Это позволяет экономить расход горючего, при этом не требуется устанавливать громадных аккумуляторов.

    Гибридный автомобиль с такой схемой работы двигателя оптимален по стоимости и получения конечного результата. Отлично подходят для условий скоростной езды по трассам. А вот из минусов – в условиях городской езды, когда авто постоянно «дергается», они малоэффективны. Тут же стоит отметить незначительную, по сравнению с другими гибридными вариантами, экономию топлива. Большую продолжительность времени гибридная машина работает от двигателя внутреннего сгорания.

    Третий тип схемы предусматривает совмещение принципа работы двух предыдущих. Здесь, энергия тягового ДВС частично перенаправляется на генератор, заряжающий электродвигатель. В дальнейшем путем компьютерного регулирования оптимально синхронизируется работа двух двигателей. Это позволяет максимально использовать полезные моменты каждого из них.

    По сути на выходе получается универсальное транспортное средство, способное одинаково комфортно чувствовать себя как в городских условиях, так и на скоростных трассах. Но есть здесь и некоторые недостатки. В частности очень сложная конструктивная система, аккумулятор весьма внушительной мощности, компьютерное управление, необходимость установки дополнительного генератора.

    На сегодня это все, что мы хотели рассказать про гибридный двигатель.

    Удачи!

    Поделитесь информацией с друзьями:


    типы, нюансы, характеристики :: Autonews

    BMW i3 отметилась опцией под названием range extender, то есть увеличитель запаса хода — ДВС в большинстве случаев бездействует, но готов прийти на помощь, если у вас закончилось электричество. (Фото: BMW)

    Но в реальности этот метод приводит к двойным потерям энергии: сначала на преобразование топлива в электричество, а потом на передачу его к колесам. Поэтому в чистом виде такая схема не используется, зато отдельные модели вроде BMW i3 или Chevrolet Volt отметились опциями под названием range extender, то есть увеличитель запаса хода — ДВС в большинстве случаев бездействует, но готов прийти на помощь, если у вас закончилось электричество. Считайте, просто генератор, который всегда с собой.

    Последовательно-параллельные гибриды (parallel-series-hybrid)

    Особая категория, представленная, по сути, только запатентованными изобретениями компании Toyota и отдельными силовыми установками, сделанными по лицензии. Здесь ДВС и электричество работают как единое целое, постоянно и бесшовно распределяя энергию туда, где она нужна. Самое массовое применение технология нашла на Toyota Prius, где без особых изменений используется уже почти 15 лет.

    Называется этот уникальный привод Hybrid Synergy Drive, а примечателен он в первую очередь тем, что лишен обычной трансмиссии — в то время как в большинстве гибридов используются вариаторы, «роботы» или классические «автоматы». Здесь же два электромотора объединены с ДВС через хитрую планетарную передачу, которая вообще стирает границу между двумя мирами для конечного пользователя. Самый яркий пример — бензиновый двигатель здесь может одновременно работать на разгон и заряжать батареи, если вы не требуете от машины максимальной динамики.

    Подключаемые гибриды (plug-in hybrid, PHEV)

    Главный принцип здесь один: наличие отдельного разъема для зарядки аккумуляторов. При этом сам гибрид может быть как последовательным (тот же BMW i3 или Fisker Karma), так и параллельным (Porsche Cayenne e-Hybrid или Volvo XC60 Recharge). И если с первым случаем все понятно (по сути это электромобили с бензиновыми генераторами), то параллельные подключаемые гибриды интереснее. Идея заключается в том, что емкость батарей у таких автомобилей уже действительно солидная — например, у современного «Кайена» это 18 кВтч, то есть примерно треть от того, что можно найти в среднем электромобиле. Да и электромотор вполне самостоятелен: на многих подключаемых гибридах его мощность превышает 100 лошадиных сил.

    Иными словами, при определенных сценариях вы можете ездить на такой машине, как на настоящем электрокаре: запас хода составляет несколько десятков километров, разгоняться можно до сотни с лишним километров в час — но делать надо все плавно. Прикатили по пробкам в центр на работу, вечером вернулись домой, подзарядились от розетки — и никаких выбросов. При этом в вашем распоряжении остается и настоящий бензиновый двигатель — со всей своей мощностью, универсальностью и возможностью заправляться когда угодно и сколько угодно. Нажимаете акселератор посильнее, и он включается в работу.

    Как работают гибридные электромобили?

    Гибридные электромобили приводятся в движение двигателем внутреннего сгорания и электродвигателем, который использует энергию, запасенную в батареях. Гибридный электромобиль нельзя подключить для зарядки аккумулятора. Вместо этого аккумулятор заряжается за счет рекуперативного торможения и от двигателя внутреннего сгорания. Дополнительная мощность, обеспечиваемая электродвигателем, потенциально может позволить использовать двигатель меньшего размера. Аккумулятор также может питать вспомогательные нагрузки и снижать холостой ход двигателя при остановке.Вместе эти особенности приводят к лучшей экономии топлива без ущерба для производительности. Узнайте больше о гибридных электромобилях.

    Изображение в высоком разрешении

    Ключевые компоненты гибридного электромобиля

    Аккумулятор (вспомогательный): В транспортном средстве с электроприводом низковольтная вспомогательная аккумуляторная батарея обеспечивает электричеством для запуска автомобиля до включения тягового аккумулятора; он также приводит в действие автомобильные аксессуары.

    Преобразователь постоянного тока в постоянный: Это устройство преобразует мощность постоянного тока высокого напряжения от тягового аккумуляторного блока в мощность постоянного тока низкого напряжения, необходимую для работы аксессуаров автомобиля и зарядки вспомогательной аккумуляторной батареи.

    Электрогенератор: Вырабатывает электричество от вращающихся колес во время торможения, передавая эту энергию обратно в блок тяговых аккумуляторов. В некоторых автомобилях используются мотор-генераторы, которые выполняют как приводную, так и регенеративную функции.

    Тяговый электродвигатель: Используя мощность от тягового аккумулятора, этот электродвигатель приводит в движение колеса транспортного средства. В некоторых автомобилях используются мотор-генераторы, которые выполняют как приводную, так и регенеративную функции.

    Выхлопная система: Выхлопная система направляет выхлопные газы из двигателя через выхлопную трубу. Трехкомпонентный катализатор предназначен для уменьшения выбросов выхлопной системы при выходе из двигателя.

    Заливная горловина: Форсунка топливораздаточной колонки присоединяется к резервуару на транспортном средстве для заправки топливного бака.

    Топливный бак (бензин): В этом баке хранится бензин на борту транспортного средства до тех пор, пока он не понадобится двигателю.

    Двигатель внутреннего сгорания (с искровым зажиганием): В этой конфигурации топливо впрыскивается либо во впускной коллектор, либо в камеру сгорания, где оно смешивается с воздухом, а топливно-воздушная смесь воспламеняется искрой от свечи зажигания. .

    Контроллер силовой электроники: Этот блок управляет потоком электроэнергии, подаваемой тяговой батареей, регулируя скорость электрического тягового двигателя и создаваемый им крутящий момент.

    Тепловая система (охлаждение): Эта система поддерживает надлежащий диапазон рабочих температур двигателя, электродвигателя, силовой электроники и других компонентов.

    Тяговый аккумулятор: Накапливает электроэнергию для использования тяговым электродвигателем.

    Трансмиссия: Трансмиссия передает механическую мощность от двигателя и / или электрического тягового двигателя для привода колес.

    Каков принцип создания гибридного автомобиля?

    Гибридные автомобили — это первый шаг к переходу на электромобили, когда дело касается транспорта. Чтобы снизить уровень загрязняющих выбросов, производимых двигателями внутреннего сгорания, у них есть электродвигатель, который заменяет бензиновый или дизельный двигатель или поддерживает его в зависимости от того, как он используется. Существует несколько различных типов гибридных автомобилей со своими преимуществами и методами работы.

    Различные типы гибридных автомобилей

    Легкие гибридные автомобили

    Легкие гибридные автомобили являются лишь частично гибридными и могут снимать некоторую нагрузку со стороны двигателя внутреннего сгорания для снижения расхода топлива. В этих автомобилях есть небольшая батарея, которая может обеспечивать резервное копирование двигателя внутреннего сгорания, но эта технология не позволяет использовать электрическую езду.

    Поскольку при движении автомобиля требуется больше всего энергии, такая гибридизация низкого уровня может снизить расход топлива при движении по городу (на 5–10%).Он заряжается кинетической энергией, возникающей при торможении и замедлении, что делает его автономной системой, которую не нужно заряжать от розетки.

    Однако до сих пор он показал ограниченные характеристики, а экономия на выбросах CO2 невысока.

    Гибридные автомобили

    Гибридный автомобиль (или HEV, сокращенно от Hybrid Electric Vehicle) имеет аккумулятор с достаточной емкостью, чтобы проехать несколько километров в полностью электрическом режиме. Как и у мягкого гибрида, аккумулятор этого автомобиля заряжается за счет преобразования кинетической энергии, выделяющейся при торможении и замедлении.При езде по городу это позволяет электродвигателю регулярно заменять двигатель внутреннего сгорания. Таким образом, водитель экономит топливо, наслаждаясь поездкой без шума и вибрации двигателя — качества, уникальные для электромобиля.

    Модели последнего поколения предлагают более динамичные и гибкие характеристики, как новая линейка гибридных автомобилей Renault E-TECH с интеллектуальной многорежимной коробкой передач для легкого переключения между режимами.

    Например, новые гибриды Renault E-TECH могут ездить в полностью электрическом режиме до 80% их пробега в городе.А их расход топлива при езде по городу примерно на 40% ниже, чем у аналогичного автомобиля с бензиновым двигателем.

    Перезаряжаемые гибридные автомобили

    Перезаряжаемый гибридный автомобиль (или PHEV, сокращенно от Plug-in Hybrid Electric Vehicle), немного ближе к полностью электрическому транспортному средству с аккумулятором большей емкости (9,8 кВтч для Renault PHEV диапазон). Перезаряжаемый гибридный автомобиль подключается к подходящей домашней розетке или общественной точке зарядки, чтобы «заправиться» электричеством.Эта способность заряжаться от сети дает ему полный запас хода в несколько десятков километров.

    Перезаряжаемые гибридные автомобили идеально подходят, например, для всех поездок по городу в течение недели в полностью электрическом режиме, без использования ископаемого топлива и, следовательно, без выбросов *. Преимущества очевидны как для окружающей среды, так и для вашего кошелька! В длительных поездках перезаряжаемый гибридный двигатель ведет себя как обычный гибридный двигатель, поскольку автомобиль запускается от электричества и частично работает в электрическом режиме.

    Благодаря моделям PHEV и их способности заряжаться от сети, водители делают большой шаг к переходу на полностью электрические.

    Итак, как это работает в общих чертах? В отличие от мягкого гибрида, электродвигатель гибридного автомобиля или перезаряжаемого гибридного автомобиля фактически используется для поворота колес, чтобы обеспечить даже полностью электрическое вождение. Автомобили HEV и PHEV имеют тяговую батарею (в дополнение к обычной батарее автомобиля с двигателем внутреннего сгорания), которая используется только для питания электродвигателя.
    Во время пуска и разгона электродвигатель гибрида и перезаряжаемого гибрида с его мгновенным крутящим моментом заменяет двигатель внутреннего сгорания и делает транспортное средство более отзывчивым.

    Какой бы ни была степень гибридизации, электродвигатель действует как генератор, который заряжает аккумулятор, в то время как автомобиль замедляется во время замедления и торможения . Благодаря этой бесплатной энергии снижается расход топлива, что соответственно сокращает эксплуатационные расходы.
    Перезаряжаемые гибридные модели также имеют тяговую батарею большей емкости. Автомобиль можно подключить к электросети для зарядки аккумулятора и, таким образом, увеличить запас хода в полностью электрическом режиме.

    Преимущества гибридного автомобиля

    Комбинируя электродвигатель с двигателем внутреннего сгорания, гибридные автомобили могут снизить выбросы при использовании * и потребление ископаемого топлива от 5 до 40% в зависимости от уровня гибридизации. Гибридные и перезаряжаемые гибридные автомобили также имеют то преимущество, что они не имеют шума двигателя, а также обладают динамичным, но расслабляющим ощущением от вождения в электрическом режиме.
    Помимо этих основных качеств, мы можем добавить интеллектуальное управление энергопотреблением с помощью различных калькуляторов, которые оптимизируют урожайность автомобиля в режиме реального времени и обеспечивают наилучшую производительность в любых условиях.
    Кроме того, в гибридных автомобилях Renault используются все знания и ноу-хау номер 1 в Европе на рынке электромобилей.

    Сравнение гибридных автомобилей с электромобилями

    Помимо того, что гибриды в меньшей степени зависят от зарядных устройств для преодоления больших расстояний, они также оснащены высокопроизводительным газовым двигателем, отвечающим последним экологическим стандартам.
    Что касается полностью электрического автомобиля, в любой поездке на него можно положиться, поскольку он обладает полной мощностью при запуске, мощным устойчивым ускорением и динамичным плавным управлением, причем без шума двигателя.

    * Ни выбросы CO2 в атмосферу, ни загрязняющие вещества во время вождения (за исключением изнашиваемых деталей)

    Авторские права: He & Me, Жан-Брис ЛЕМАЛЬ, Оливье МАРТЕН-ГЕМБЬЕ.

    Читайте также

    Электромобиль

    Различные способы хранения энергии

    10 июня 2021

    Посмотреть больше

    Электромобиль

    Все, что нужно знать о подключаемом к сети гибридном автомобиле

    10 июня 2021

    Посмотреть больше

    Электромобиль

    Все, что нужно знать о зарядке гибридного автомобиля

    09 июня 2021

    Посмотреть больше

    Что такое гибридный автомобиль и как он работает?

    Гибридные электромобили входят в число всемирно известных автомобилей.Комбинация любых двух элементов называется гибридом. Двигатель очень важен для каждой машины. Потому что двигатель преобразует мощность топлива в движение автомобиля. Гибридный электромобиль зависит от двух источников энергии, и наиболее распространенным методом является использование двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и электродвигателя.

    В отличие от автомобилей с двигателем внутреннего сгорания, гибридный электромобиль имеет аккумуляторные батареи, обеспечивающие и приводящие в действие электродвигатели, в дополнение к топливному баку, который обеспечивает питание двигателя внутреннего сгорания.Есть несколько способов упаковать и зарядить аккумуляторную батарею двигателя. Еще один интересный аспект гибридного автомобиля — максимальная эффективность. Одним из способов достижения этой цели является замедление, торможение, восстановление питания и сохранение заряда в аккумуляторе.

    Два двигателя гибридного электромобиля вращают колеса согласованно друг с другом. Это улучшает топливную экономичность и снижает сжигание бензина. Гибридные автомобили обладают преимуществами более низких выбросов и лучшей топливной экономичности по сравнению с обычными автомобилями.Гибридный двигатель обеспечивает лучшую топливную экономичность и мощность по сравнению с другими типами двигателей. Когда гибридный автомобиль движется или тормозит, он создает избыточную энергию для зарядки аккумуляторной батареи двигателя. Во-вторых, этот процесс также помогает увеличить запас хода или эффективность топлива.

    Автомобильные инженеры разрабатывают и продают гибридные автомобили с конца 19 века. Однако он остается непопулярным на рынке из-за дороговизны серийного производства. Однако автопроизводители продолжают исследовать и разрабатывать новые гибридные технологии, чтобы соответствовать строгим стандартам выбросов.

    Принцип работы гибридного автомобиля

    Гибридные автомобили питаются как минимум от двух типов источников энергии. В первом гибридном автомобиле для питания генератора использовался стационарный газовый двигатель. Этот генератор передавал электрическую энергию на электродвигатель, установленный на ступице переднего колеса. В 1901 году Фердинанд Порше изобрел этот гибридный автомобиль.

    Этот принцип известен как «последовательный гибрид» и преобразует мощность одного источника в мощность другого, и эта мощность управляет автомобилем.

    Последовательные гибридные системы передачи энергии очень популярны на кораблях и локомотивах. Атомная подводная лодка — образец серийного гибридного автомобиля. Ядерные реакторы производят тепло, которое приводит в действие паровые турбины, которые в свою очередь приводят в действие генераторы. Тепловоз — это гибридный автомобиль. Дизельные двигатели приводят в движение генераторы, приводящие в действие электродвигатели в колесах. В настоящее время этот метод используется, потому что гораздо легче управлять транспортным средством на электроэнергии, чем получать чистую энергию от ядерного реактора или большого двигателя Дильса.Кроме того, в поездах ходят сотни тонн веса, и для их движения обязательно наличие безмуфтовой трансмиссии.

    В настоящее время почти все гибридные автомобили являются параллельными гибридами, а не серийными гибридными автомобилями. Трансмиссия гибридного автомобиля Toyota оснащена двигателем внутреннего сгорания (IC) и двумя электродвигателями, которые также можно использовать в качестве генератора. Эти электродвигатели двигателя заряжают аккумуляторные батареи двигателя. В противном случае энергия будет потрачена впустую, например, при поломке машины.Таким образом, эта энергия хранится в относительно небольшой батарее, которой достаточно для питания трансмиссии или проезда автомобиля примерно на милю по мере необходимости. Следовательно, гибридные автомобили Toyota могут работать только на электричестве; они также могут работать с двигателями внутреннего сгорания или и тем, и другим. Однако единственным источником энергии для автомобилей является топливо.

    Следовательно, для гибридных автомобилей требуется топливо. По сравнению с автомобилем, в котором используется только двигатель внутреннего сгорания, он может потреблять энергию торможения и расходовать меньше топлива. Гибридные автомобили могут оптимизировать двигатель внутреннего сгорания, который потребляет гораздо меньше топлива (и требует некоторых дополнений к нормальному вождению).

    Так называемый Plug-in Hybrid (PHEV) является расширением концепции параллельного гибрида. Он имеет большую батарею, которая позволяет транспортному средству проехать около 25 миль только на электричестве или со скоростью до 80 км / ч. Тормозное усилие не может зарядить аккумулятор этого автомобиля, поэтому его необходимо заряжать с помощью зарядного устройства переменного тока.

    Типы гибридных автомобилей

    Автопроизводители используют различные гибридные конструкции для достижения максимальной топливной экономичности или снижения цены гибридного автомобиля на минимально возможном уровне.Существуют разные типы гибридных автомобилей. Известные типы подробно описаны ниже.

    1) Параллельно-гибридный

    Parallel Hybrid входит в состав самых известных типов гибридных электромобилей. Этот дизайн очень известен. Параллельные гибриды используют как двигатель внутреннего сгорания, так и электрический двигатель для выработки мощности и управления автомобилем. Эти двигатели могут работать вместе или использоваться в качестве основного источника энергии, и другие силы могут действовать, если требуется дополнительная мощность, например, обгон, подъем на холм и т. Д.Оба источника питания называются «параллельными», потому что они подключены параллельно трансмиссии или коробке передач. Примеры параллельных гибридных автомобилей: Hyundai Sonata, Toyota Prius, Honda Accord, Toyota Camry и т. Д.

    2) Серия Гибрид

    В этом типе гибридных автомобилей в гибридной серии также используются электродвигатель и бензиновый / бензиновый двигатель. Но в этом случае двигатель внутреннего сгорания не управляет автомобилем, а вырабатывает электрическую энергию для зарядки аккумулятора.Этот заряженный аккумулятор автомобиля обеспечивает питание электродвигателя, который передает эту энергию колесам. Chevrolet Volt, Ford Fusion, Kia Optima и BMW i3 являются примерами серийных гибридных автомобилей.

    3) Подключаемый гибридный

    Подключаемый к сети гибридный автомобиль позволяет традиционным гибридным автомобилям иметь более мощные батареи, которые необходимо перезаряжать. Как правило, в этих гибридных автомобилях для зарядки аккумулятора используется розетка на 110 В, как и в случае с электромобилем.Эти гибридные автомобили используют двигатели внутреннего сгорания и могут работать после полной зарядки, что значительно повышает топливную экономичность автомобиля. Volvo XC40 Recharge Plug-in Hybrid, Hyundai Ioniq Plug-in Hybrid и BMW 330e являются примерами подключаемых гибридных электромобилей.

    4) Двухрежимные гибридные автомобили

    Эти типы гибридной конструкции работают двумя разными способами. В первом режиме он работает как обычный гибридный автомобиль. В режиме 2 nd вы можете адаптировать конструкцию к различным требованиям двигателя для конкретной задачи автомобиля.

    5) Мягкий гибрид

    В последние годы стоимость производства гибридных транспортных средств с высокой эффективностью стала очень высокой. Автомобильные компании разрабатывают новые планы по доведению гибридных технологий до обычного человека. Автомобильные компании приняли мягкую гибридную конструкцию, чтобы соответствовать стандартам выбросов и немного повысить эффективность топлива без значительного увеличения затрат. В этом типе гибридного транспортного средства электродвигатель помогает бензиновому или бензиновому двигателю повысить производительность, повысить топливную эффективность или и то, и другое.Он также используется в качестве стартера для функций автоматической остановки или запуска, которые снижают расход топлива за счет выключения двигателя на неподвижном автомобиле и уменьшения расхода топлива. Baleno, Ciaz и Maruti Suzuki Ertiga являются примерами мягких гибридных автомобилей.

    Компоненты гибридного электромобиля

    Трансмиссия: Этот компонент гибридного автомобиля приводит в движение колеса, передавая механическую энергию от тягового или электродвигателя.

    Тяговый аккумулятор: Это устройство экономит электроэнергию для использования тяговыми двигателями.

    Тепловая система (охлаждение): Эта система может поддерживать подходящий диапазон рабочих температур для силовой электроники, электродвигателей, гибридных двигателей и других деталей.

    Контроллер силовой электроники: Это устройство обеспечивает поток электроэнергии, подаваемый тяговой батареей, и регулирует скорость тягового двигателя и его крутящий момент.

    Двигатель внутреннего сгорания (принудительное зажигание): В двигателе внутреннего сгорания топливо впрыскивается внутрь камеры сгорания или во впускной коллектор, где оно смешивается с воздухом, и воздушно-топливная смесь воспламеняется искрой, создаваемой искрой. затыкать.

    Топливный бак (бензин): Топливный бак сохраняет бензин в автомобиле до тех пор, пока он не понадобится двигателю.

    Топливный фильтр: Дозирующая форсунка подключается к баку автомобиля для заполнения топливного бака.

    Выхлопная система: Выхлопная система отводит выхлопные газы двигателя из выхлопной трубы через выхлопную трубу. Разработайте трехкомпонентный каталитический нейтрализатор для уменьшения выбросов двигателя в выхлопные системы.

    Электрический тяговый двигатель: Эта часть автомобиля с гибридным двигателем использует мощность тяговой аккумуляторной батареи, и этот двигатель приводит в движение колеса автомобилей.В некоторых автомобилях используется мотор-генератор, который выполняет одновременно регенерацию и роль вождения.

    Генератор : Это устройство вырабатывает электроэнергию от колес, которые вращаются при торможении, и возвращает эту энергию тяговой батарее. В некоторых автомобилях используются мотор-генераторы, которые выполняют как привод, так и регенерацию.

    Преобразователь постоянного тока в постоянный: Этот компонент гибридного электромобиля заменяет источник постоянного тока высокого напряжения с тягового аккумулятора на источник постоянного тока низкого напряжения, необходимый для питания аксессуаров транспортного средства и зарядки вспомогательных аккумуляторов.

    Батарея (вспомогательная батарея): В электромобилях вспомогательная батарея обеспечивает питание для запуска транспортного средства перед активацией тягового аккумулятора и обеспечивает питание автомобильных аксессуаров.

    Лучшие гибридные автомобили 2021 года

    Ниже представлены лучшие гибридные автомобили 2021 года.

    1. Chevy Bolt EV
      2. Автомобиль
    2. Hyundai Kona Electric
    3. Тойота Королла
      4. Модель
    4. Honda Insight
      5. Автомобиль
    5. Hyundai Ioniq
    6. Hyundai Elantra
      7. — цена: + 0 руб. Автомобиль
    7. Honda CR-V
      8. Модель
    8. Honda Accord
      9. Хендай Соната
    10. Тойота Камри
    11. Тойота РАВ4
      12. Автомобиль
    12. Ford Mustang Mach-E

    1) Chevy Bolt EV

    Chevy Bolt EV 2021 не так привлекателен, как Tesla Model 3, и не так привлекателен, как Hyundai Kona Electric.Его популярные стандартные характеристики, вместительный салон и тихая езда делают его привлекательным вариантом для рядовых покупателей бренда. Этот гибридный автомобиль имеет запас хода около 417 километров, и его нельзя недооценивать. Функция быстрой зарядки может увеличить запас хода на 161 километр за 30 минут.

    2) Hyundai Kona Electric

    Чтобы не отставать от все большего количества электромобилей на рынке, Hyundai Motor заменила бензиновый двигатель внедорожника Kona аккумулятором и электродвигателем, создав «Kona Electric 2021».Этот компромисс делает электромобили привлекательными благодаря своим мощным характеристикам, привлекательному обаянию вождения и полностью электрическому запасу хода до 415 километров. Варианты стиля включают характерные колеса и решетку радиатора, но уникальный внешний вид Kona Electric ничем не уступает обычной версии. Конкурентные электромобили, такие как Kia Niro EV, Tesla Model 3 и Chevrolet Volt, предлагают те же функции. Тем не менее, начальные цены на автомобили Hyundai и непревзойденные гарантии делают их одними из самых разумных вариантов в этом секторе автомобильных соревнований.

    3) Honda Insight

    Honda Insight 2021 — это экономичный гибридный автомобиль, который функционирует и выглядит почти так же, как традиционный компактный автомобиль. Он имеет много общих частей с популярным седаном Honda Civic и предлагает такие же комфортные ощущения от вождения и просторный практичный салон. Основное отличие — комбинация электродвигателя и бензинового двигателя, которая обеспечивает нетрадиционную мощность во имя эффективности. Эти гибридные системы идеально подходят для повседневной езды, но при ускорении могут издавать шум.Тем не менее, Honda Insight 2021 с меньшим премиумом и меньшим расходом топлива по сравнению с Civic делает его хорошим вариантом для покупателя.

    4) Тойота Королла

    Цена модели Toyota Corolla 2021 все еще слишком низкая по сравнению с некоторыми другими гибридными автомобилями. Он по-прежнему сохраняет свои традиции создания хорошо оборудованных небольших автомобилей с заботой о безопасности. Эта маленькая Toyota, доступная в четырехдверных хэтчбеках или седанах, может предложить самые разные личности.Оба варианта кузова оснащены уникальным 4-цилиндровым двигателем, а также предлагают очень скромную гибридную трансмиссию. Corolla может быть оснащена механической коробкой передач и спортивной подвеской для желающих водить машину. Но он все еще не так интересен, как большинство его конкурентов (например, Mazda3 и Honda Civic).

    Toyota Corolla 2021 года — не самая привлекательная маленькая машина, но, тем не менее, это эффективный и стильный вариант.

    5) Hyundai Elantra

    Hyundai известен своим смелым дизайном и компактным седаном компании Elantra 2021 года.Это последняя новинка со смелым внешним видом. Новая Elantra отличается угловатыми деталями и кабиной премиум-класса, которые призваны отвлечь внимание от таких крупных автомобилей, как Nissan Sentra, Toyota Corolla и Honda Civic. В то время как стандартная трансмиссия представляет собой 4-цилиндровый двигатель мощностью 147 л.с., Hyundai также предлагает модель N-Line с турбонагнетателем на 201 л.с. и доступной гибридной трансмиссией.

    6) Hyundai Ioniq

    Hyundai Ioniq 2021 нельзя назвать ни захватывающим, ни ярким.В отличие от этого небольшой хэтчбек имеет дело с гибридными и подключаемыми гибридными приводами, в которых приоритет отдается эффективности.

    7) Honda CR-V

    автомобилей Honda CR-V 2021 входят в число самых привлекательных автомобилей 2021 года. Honda CR-V 2021 славится смелым дизайном. Автомобили Honda CR-V предлагают привлекательный и просторный салон, а их отличные решения для хранения делают идеальное решение для мышей и езды по дорогам.

    Разница между гибридными и электрическими автомобилями
    Технические характеристики Электромобили Гибридные автомобили
    Топливо Этим автомобилям для движения требуется электричество, которое обеспечивается аккумуляторной батареей (DC). Гибридный автомобиль использует для движения как топливо (бензин или дизельное топливо), так и электричество.
    Зарядка Аккумулятор необходимо заменить вручную. Батарею не нужно менять вручную.
    Цена У него завышенная цена. Цена гибридного автомобиля практически равна стоимости автомобилей с двигателем внутреннего сгорания.
    Выхлоп выхлопных газов. Эти автомобили выделяют меньше выхлопных газов, чем гибридные автомобили и автомобили с внутренним двигателем. Гибридные автомобили выделяют больше выхлопных газов, чем электромобили.
    Выбросы топлива Его топливная экономичность зависит от дальности действия аккумулятора. Его топливная эффективность зависит от комбинации диапазона аккумуляторной батареи и двигателя внутреннего сгорания.
    Двигатель В этих автомобилях используется только электрический двигатель. Эти автомобили используют как двигатели внутреннего сгорания, так и электрические двигатели.

    Что такое гибридный автомобиль и как он работает?

    Что такое гибрид?

    Проще говоря, гибрид сочетает в себе по крайней мере один электродвигатель с бензиновым двигателем для движения автомобиля, а его система восстанавливает энергию посредством рекуперативного торможения.Иногда всю работу выполняет электродвигатель, иногда газовый двигатель, а иногда они работают вместе. В результате сжигается меньше бензина и, как следствие, повышается экономия топлива. В некоторых случаях добавление электроэнергии может даже повысить производительность.

    В каждом из них электричество поступает от высоковольтной аккумуляторной батареи (отдельно от обычной 12-вольтовой аккумуляторной батареи автомобиля), которая восполняется за счет сбора энергии от замедления, которая обычно теряется на тепло, выделяемое тормозами в обычных автомобилях.(Это происходит через систему рекуперативного торможения.) Гибриды также используют газовый двигатель для зарядки и обслуживания аккумулятора. Автомобильные компании используют различные гибридные конструкции для выполнения различных задач — от максимальной экономии топлива до минимальной стоимости автомобиля.

    Тип гибридных автомобилей

    Параллельно-гибридный

    В этой наиболее распространенной конструкции электродвигатель (двигатели) и бензиновый двигатель соединены в общую трансмиссию, которая объединяет два источника энергии.Эта трансмиссия может быть автоматической, механической или бесступенчатой ​​(CVT). Одной из очень популярных гибридных трансмиссий является вариатор с разделением мощности, который используется в Toyota Prius и Chevrolet Volt. Тип трансмиссии и размер бензинового двигателя являются основными факторами, которые определяют, как параллельный гибрид будет ускоряться, звучать и ощущаться. Бренды, использующие параллельный дизайн, включают Toyota, Lexus, Hyundai, Kia, Ford, Honda, Lincoln, Nissan и Infiniti.

    Гибридная серия

    В этой конструкции электродвигатель (-ы) обеспечивает всю тягу, и между двигателем и колесами никогда не возникает физико-механического соединения.Бензиновый двигатель нужен только для подзарядки аккумулятора. В результате получаются более характерные для электромобиля впечатления от вождения с более плавным и мощным ускорением. Обычно при включении бензинового двигателя вибрации меньше. Однако это зацепление не всегда происходит в соответствии с тем, что делает ваша правая нога (помните, что это требует аккумулятор), поэтому двигатель может набирать обороты, пока машина движется с постоянной скоростью. Некоторых такое поведение смущает.BMW i3 с расширителем запаса хода является примером серийного гибрида.

    Подключаемый гибридный модуль

    Подключаемый гибридный модуль дополняет концепцию традиционного гибрида за счет гораздо большей аккумуляторной батареи, которую, как и у электромобиля, необходимо полностью заряжать от внешнего источника электричества — из вашего дома , офисная или общественная зарядная станция. Этот больший объем накопителя энергии похож на больший бензобак: он обеспечивает длительное вождение полностью на электричестве (от 15 до 55 миль в зависимости от модели) и может значительно снизить расход топлива.Фактически, если вам предстоит короткая поездка на работу и подзаряжаться каждую ночь, вы большую часть времени будете работать на электричестве. Если вы исчерпаете запас хода на полностью электрическом оборудовании, автомобиль в основном превратится в обычный параллельный гибрид. Подключаемый гибрид Chrysler Pacifica (показанный выше) является примером подключаемого модуля.

    В конце концов, ответ на вопрос «что такое гибрид?» вероятно будет «все».

    Подключаемые гибриды могут быть последовательными или параллельными.Никто не сказал, что это несложно.


     Варианты гибридной темы

    Двадцать лет развития делают еще более сложным ответ «что такое гибрид?» Например, новый гибридный дизайн Honda не вписывается в серию или параллельную работу. В этой конструкции двигатель большую часть времени вращает генератор, как последовательный гибрид, но в других случаях двигатель также может напрямую приводить в движение колеса, как параллельный гибрид. Кроме того, существуют так называемые внедорожные гибриды, такие как подключаемые гибриды от Volvo, в которых используется довольно обычный передний привод и трансмиссия в сочетании с задней осью с электрическим приводом.Суперкары Acura NSX, BMW i8 и Porsche 918 Spyder похожи, за исключением того, что их оси только с электроприводом находятся спереди.


    Мягкие гибриды

    Все вышеперечисленное считается «полными гибридами», что означает, что электродвигатель способен самостоятельно перемещать автомобиль, даже если это на короткое расстояние. В «мягком» гибриде — нет. Так же, как и в полном гибриде, электродвигатель мягкого гибрида помогает бензиновому двигателю с целью повышения экономии топлива, увеличения производительности или того и другого.Он также служит стартером для автоматической системы старт-стоп, которая выключает двигатель, когда автомобиль останавливается, для экономии топлива.

    Ram

    Первоначально задумывавшиеся как более простое и дешевое средство вывода гибридных технологий на рынок, мягкие гибриды не улучшают экономию топлива в той степени, в которой это могут делать полные гибридные системы. Таким образом, они никогда не пользовались такой же популярностью. Однако в последнее время мягкие гибридные силовые агрегаты возвращаются, о чем свидетельствует внедрение 48-вольтовых электрических подсистем в таких транспортных средствах, как Ram 1500, Mercedes-Benz E-class и Audi A6, A7 и A8.По сути, автомобильные компании теперь применяют мягкую гибридную технологию практически к каждой новой модели. В недалеком будущем ответ на вопрос «что такое гибрид?» вполне может быть «все».

    Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти дополнительную информацию об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

    Инфографика

    : как на самом деле работает двигатель гибридного автомобиля?

    Оценка Агентства по охране окружающей среды (EPA) на 51 милю на галлон в городе и 48 миль на галлон на шоссе, Toyota Prius долгое время была одним из самых популярных гибридных автомобилей в Соединенных Штатах.Мы знаем о гибридных автомобилях и их впечатляющих продажах за последние несколько лет, но как они на самом деле работают? Что же внутри этого автомобиля, что позволяет ему увеличить пробег — это то, чего мы все хотим, особенно летом, когда цены на бензин, кажется, всегда растут, — чем у традиционных автомобилей?

    AutoMD собрал воедино приведенную ниже инфографику, чтобы помочь пролить немного света на то, как работают гибридные двигатели. Сосредоточившись на третьем поколении Toyota Prius, которое дебютировало в 2010 году, AutoMD охватывает различные компоненты и объясняет, как все они работают вместе.

    Инфографика всегда представляет собой мешанину статистических данных, собранных из различных источников. Здесь мы разбираем беспорядок и выделяем некоторые из наших любимых фактов и цифр:

    • Цена на бензин — основная причина, по которой ожидается, что к 2016 году продажи экологичных автомобилей, включая гибриды, вырастут в четыре раза.
    • Семьдесят -Пять процентов тех, кто считает, что они рассматривают гибридный автомобиль, в качестве основной причины называют более низкие затраты на топливо.
    • Toyota Prius, самый популярный в мире гибридный автомобиль, использует комбинацию двигателя внутреннего сгорания и аккумуляторной системы электропривода для повышения экономии топлива и сокращения выбросов.
    • При трогании с места от остановки электродвигатель приводит в движение автомобиль, потребляя энергию от аккумулятора. На скорости до 15 миль в час автомобиль использует только электродвигатель. Это одна из причин, почему гибриды более эффективны при езде по городу, чем по шоссе.
    • В нормальном крейсерском режиме используется только бензиновый двигатель, поскольку именно в этот период он наиболее эффективен. Во время круиза бензиновый двигатель также может приводить в действие генератор, который вырабатывает электроэнергию и накапливает ее в батареях для последующего использования.
    • Во время резкого ускорения бензиновый двигатель и электродвигатель работают вместе, увеличивая мощность, передаваемую колесам. Совместное усилие двигателя и мотора, работающих вместе, возможно только благодаря трансмиссии с разделением мощности, которая объединяет крутящий момент, который каждый из них выдает. В это время бензиновый двигатель также приводит в действие генератор. Электродвигатель по мере необходимости использует электричество от батареи и генератора.
    • Prius достигает 51 миль на галлон в городе и 48 миль на галлон на шоссе.
    • Toyota Prius выделяет на 71% меньше CO2, чем Hummer h4, и на 20% меньше метана, чем взрослая овца.
    • Концепт-кар Volkswagen с дизельным двигателем L1 должен появиться на рынке в 2013 году и будет самым экономичным гибридом. L1 может добраться из Нью-Йорка в Лос-Анджелес всего на 11,8 галлона топлива. Он может проехать 100 км на одном литре топлива, что составляет 235 миль на галлон.

    Узнайте больше Инфографика на канале технологий.

    Что такое гибридный электромобиль (HEV)? — x-engineer.org

    Слово « гибрид » означает смесь двух разных вещей. В автомобильной промышленности гибрид используется для описания трансмиссии транспортного средства. Гибридный электромобиль (HEV) — это транспортное средство, которое использует два источника энергии для приведения в движение, по крайней мере, одним из источников энергии является электрическая энергия. В подавляющем большинстве гибридных электромобилей используется комбинация бензиновых (бензиновых) двигателей и электродвигателей.

    Существуют разные типы гибридных транспортных средств, например: гибридные воздушные транспортные средства, гибридные кинетические транспортные средства и т. Д., Но в этой статье мы сосредоточимся только на гибридных электромобилях .

    Изображение: Принцип гибридного автомобиля

    С точки зрения принципа работы, гибридный автомобиль использует 2 источника энергии с 2 преобразователями энергии. Эти законы регулируют работу гибридного электромобиля:

    • есть первичный источник энергии (1) и вторичный источник энергии (2)
    • есть первичный преобразователь энергии (1) и вторичный преобразователь энергии (2)
    • для HEV первичный источник энергии — это топливный бак и вторичный источник энергии — батарея
    • первичный источник энергии имеет гораздо большее энергосодержание, чем вторичный источник энергии
    • энергия может быть передана от первичного источника энергии к вторичному источнику энергии, но не наоборот
    • передача энергии от первичного источника к вторичному источнику осуществляется через преобразователи энергии
    • для HEV, преобразователь первичной энергии — это устройство внутреннего сгорания двигатель и преобразователь вторичной энергии — электрическая машина (двигатель / генератор)
    • часть из кинетической энергии транспортного средства может быть восстановлено во время торможения только вторичным преобразователем энергии и сохранено во вторичном источнике энергии
    • оба преобразователя энергии могут одновременно прикладывать тягового момента к колесу

    Гибрид электромобиль (HEV) использует как двигатель внутреннего сгорания, так и по крайней мере одну электрическую машину для движения.

    Существует три основных движущих силы развития гибридных электромобилей:

    • сокращение расхода топлива и выбросы CO 2
    • сокращение выбросов выхлопных газов
    • улучшение динамики автомобиля за счет увеличения крутящего момента и выходной мощности

    Типы гибридных Автомобили

    Степень улучшения расхода топлива или динамики автомобиля зависит от уровня гибридизации . Гибридный электромобиль представляет собой смесь транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания (ICEV) и электромобиля с аккумулятором (BEV).Уровень энергии, содержащейся в батарее, и мощность электрической машины определяют уровень (тип) гибридного электромобиля.

    Для более подробного сравнения типов гибридных электромобилей прочтите статью «Микро, легкие, полные и подключаемые гибридные электромобили».

    Соотношение между различными источниками энергии и соотношение между силовыми установками определяет тип гибридного транспортного средства .

    Изображение: Типы транспортных средств с функцией источника энергии и силовой установки

    Различные типы гибридных транспортных средств приведены в таблице ниже.

    Тип Источник энергии Силовая установка Характеристики
    ICEV
    (двигатель внутреннего сгорания / бензиновый двигатель)    		 — бензиновый двигатель — — 100% двигатель внутреннего сгорания — обычный автомобиль
    mHEV
    (микрогибридный электромобиль)    		 — 99% топлива (бензин / бензин, дизельное топливо)
    — 1% электроэнергии    		 — 100% внутренняя двигатель внутреннего сгорания — он может использовать энергию батареи для электрических систем без потребления энергии от генератора
    — может изменять профиль зарядки низковольтной батареи (12 В), увеличивая скорость заряда во время замедления транспортного средства
    MHEV
    (мягкий гибридный электромобиль)    		 — 80-90% топлива (бензин / бензин, дизельное топливо)
    — 10-20% избранных энергия    		 — 80-90% двигатель внутреннего сгорания
    — 10-20% электродвигатель    		 — электрическая машина может обеспечивать дополнительный крутящий момент во время фаз ускорения транспортного средства
    — электрическая машина может рекуперировать электрическую энергию во время замедления транспортного средства
    — имеет два электрические сети и батареи, низковольтная (12 В) и высоковольтная (48-150 В).
    — имеет преобразователь постоянного тока постоянного тока для обмена энергией между низковольтной и высоковольтной сетями.
    — имеет высоковольтную электрическую машину, обычно управляется трехфазным инвертором
    HEV
    (гибридный электромобиль)    		 — 70-80% топлива (бензин / бензин, дизельное топливо)
    — 20-30% электроэнергии    		 — 70-80% внутреннего сгорания двигатель
    — 20-30% электродвигатель    		 — дополнительно к характеристикам MHEV:
    — автомобиль может двигаться в режиме EV
    — система высокого напряжения может повышать напряжение до 300-400 В
    — высоковольтная батарея имеет привет повышенное энергосодержание
    — электрическая машина имеет более высокую выходную мощность
    PHEV
    (гибридный электромобиль)    		 — 60-70% топлива (бензин / бензин, дизельное топливо)
    — 30-40% электроэнергии    		 — 60-70% двигатель внутреннего сгорания
    — 30-40% электродвигатель    		 — дополнительно к характеристикам HEV:
    — высоковольтная батарея может заряжаться от сети
    — транспортное средство может двигаться в режиме EV до 50-60 км
    — высоковольтная батарея имеет более высокое содержание энергии
    — электрическая машина имеет более высокую выходную мощность
    REEV
    (электромобиль с расширителем диапазона)    		 — 80% электроэнергии
    — 20% топлива (бензин / бензин)    		 — 100% электрическая машина — может рассматриваться как серийный гибрид
    — двигатель внутреннего сгорания используется только как генератор энергии
    — имеет дополнительный электрический генератор, подключенный к двигателю внутреннего сгорания 9 0372
    BEV
    (аккумуляторный электромобиль)    		 — 100% электрическая энергия — 100% электрическая машина (и) — полностью аккумуляторный электромобиль
    FCEV
    (электромобиль на топливных элементах)    		 — 50% энергии батареи
    — 50% энергии водорода    		 — 100% электрическая машина — топливный элемент используется в качестве преобразователя энергии
    — использует водородный бак в качестве дополнительного источника энергии

    Наблюдение: электрическая машина может быть моторным или генератором, в зависимости от дорожной ситуации.Когда транспортное средство ускоряется и электрическая машина передает крутящий момент на колесо, оно становится электродвигателем . Во время замедления (торможения) транспортного средства электрическая машина действует как генератор и преобразует кинетическую энергию транспортного средства в электрическую, заряжая аккумулятор.

    В гибридном электромобиле, чем выше доступная электрическая энергия и мощность, тем ниже расход топлива и выбросы выхлопных газов. Это возможно благодаря тому факту, что электроэнергию можно использовать в течение более длительных периодов времени, а также на более высоких скоростях транспортного средства.

    Улучшение расхода топлива является минимальным для микрогибрида и максимальным для подключаемого гибрида.

    Изображение: Функция экономии топлива на уровне гибридизации
    Кредиты: [1]

    Гибридный электромобиль (HEV) также известен как полногибридный или самозарядный гибрид . Полный гибрид исходит из того факта, что HEV может управляться в чистом режиме EV по сравнению с MHEV. Самозарядный гибрид основан на том факте, что аккумулятор в HEV заряжается только на борту, от двигателя внутреннего сгорания или во время рекуперации энергии.Напротив, высоковольтная батарея в PHEV может заряжаться от электрической сети.

    Основные функции гибридного электромобиля приведены в таблице ниже в зависимости от уровня гибридизации [6].

    9036

    Функции Гибридный тип
    mHEV MHEV HEV , хол. • • •
    Рекуперация энергии • • • •
    Электрический привод крутящего момента • • • • • • • • • •
    Зарядка аккумулятора от сети •

    Гибридные электрические транспортные средства (HEV) Архитектура

    С точки зрения источника энергии и силовой установки, гибридный электромобиль представляет собой смесь обычного ICEV и BEV.

    В транспортном средстве с двигателем внутреннего сгорания вся энергия для движения хранится в топливном баке . По топливопроводу топливо подается в двигатель , который вместе с трансмиссией приводит в действие ведущие колеса.

    Изображение: Архитектура трансмиссии транспортного средства — ДВС

    Изображение: Архитектура трансмиссии транспортного средства — EV

    В электромобиле с чистым аккумулятором вся энергия для движения сохраняется в высоковольтной батарее .По линии электропитания энергия подается на электродвигатель , вместе с трансмиссией приводящий в действие ведущие колеса.

    Есть несколько способов комбинировать двигатель внутреннего сгорания, электрическую машину (двигатель / генератор) и высоковольтную батарею. Используются четыре базовых архитектуры гибридных электромобилей :

    • серия HEV
    • параллельный HEV
    • разделенный HEV
    • последовательно-параллельный HEV

    В HEV серии двигатель внутреннего сгорания никогда не приводит в действие транспортное средство напрямую.Вместо этого двигатель приводит в действие электрический генератор, который может либо заряжать батареи, либо приводить в действие электродвигатель, который передает мощность на колеса.

    Изображение: Архитектура силового агрегата транспортного средства — серия HEV

    Серия HEV — это более простой тип, в котором только электродвигатель обеспечивает всю тяговую мощность. Уменьшенный двигатель внутреннего сгорания на борту приводит в действие генератор, который дополняет высоковольтную батарею и может заряжать ее, когда уровень заряда (SOC) падает ниже минимального порога.Мощность, необходимая для движения транспортного средства, обеспечивается исключительно электродвигателем. Помимо двигателя внутреннего сгорания и электрического генератора, силовая установка такая же, как в BEV, поэтому требования к мощности электродвигателя такие же, как и в BEV.

    Преимущества серии HEV:

    • Гибкость в упаковке и размещении генераторной установки
    • Простые трансмиссии
    • Простые стратегии управления двигателем внутреннего сгорания (работающие на наиболее экономичных оборотах и ​​крутящем моменте)

    Недостатками серии HEV являются:

    • требуется дополнительная электрическая машина (генератор)
    • без помощи двигателя, электродвигатель должен быть рассчитан на максимальную устойчивую мощность, которая может потребоваться транспортному средству, например, при подъеме на высокий класс; тем не менее, автомобиль большую часть времени работает ниже максимальной мощности
    • , все три компонента трансмиссии должны быть рассчитаны на максимальную мощность для продолжительного движения на больших расстояниях с высокой скоростью; это необходимо, потому что батареи будут разряжаться довольно быстро, и двигатель будет обеспечивать всю мощность через генератор

    В параллельном HEV двигатель внутреннего сгорания подключается к трансмиссии, а также к электродвигателю.Таким образом, и двигатель, и электрическая машина (генератор / двигатель) могут подавать мощность на колеса, переключаясь вперед и назад при изменении условий движения.

    Изображение: Архитектура трансмиссии автомобиля — параллельный HEV

    В параллельном HEV двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель могут быть подключены к карданному валу через отдельные муфты. Требования к мощности электродвигателя в параллельном гибриде ниже, чем у BEV или последовательного гибрида, поскольку двигатель внутреннего сгорания дополняет общую требуемую мощность транспортного средства.Тяговая мощность может быть обеспечена двигателем внутреннего сгорания, электродвигателем или двумя параллельными системами.

    Преимущества параллельного HEV:

    • для него требуются только два компонента силовой установки: двигатель и электрическая машина (двигатель / генератор)
    • двигатель меньшего размера и двигатель меньшего размера могут использоваться для получения той же производительности, пока не будут заряжены батареи. истощены. Для коротких поездок оба могут быть рассчитаны на половину максимальной мощности, чтобы обеспечить полную мощность, при условии, что батареи никогда не разряжаются.Для дальних поездок двигатель может быть рассчитан на максимальную мощность, в то время как двигатель / генератор может быть рассчитан на половину максимальной мощности или даже меньше.

    Недостатки параллельного HEV:

    • Сложность управления значительно возрастает, потому что поток мощности должен регулироваться и смешиваться из двух параллельных источников
    • смешивание мощности от двигателя и электродвигателя требует сложной трансмиссии.

    В агрегате HEV с разделением на двигатель приводит в движение одну ось, а электродвигатель — другую.Нет никакой связи между двигателем и электрическими компонентами, кроме « через дорогу ».

    Изображение: Архитектура трансмиссии автомобиля — Split HEV

    В архитектуре HEV раздельного типа двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель могут приводить в действие транспортное средство одновременно на разных осях. Если аккумулятор нуждается в подзарядке, двигатель будет обеспечивать необходимый крутящий момент как для движения, так и для вращения электрической машины (генератора) на отдельной оси.

    По сравнению с параллельным HEV преимущество разделенного HEV состоит в том, что он имеет простую трансмиссию, поскольку электрическая машина находится на отдельной оси. Недостатком является то, что при зарядке аккумулятора много энергии теряется, так как она передается «по дороге», что снижает энергоэффективность.

    Для практичных дорожных транспортных средств лучшая архитектура — это комбинация последовательной и параллельной конфигураций HEV. В этой последовательно-параллельной архитектуре HEV двигатель также используется для зарядки аккумулятора и питания ведущего колеса.

    Изображение: последовательно-параллельный гибридный силовой агрегат

    В последовательно-параллельном HEV устройство разделения мощности (PSD) распределяет мощность от ДВС на передние колеса через карданный вал и электрический генератор, в зависимости от условий движения. Мощность генератора также используется для зарядки высоковольтной батареи. Электродвигатель также может передавать мощность на передние колеса параллельно с двигателем.

    Инвертор является двунаправленным и используется для зарядки аккумуляторов от генератора или для управления мощностью, выдаваемой электродвигателем.При коротких скачках скорости мощность передается на карданный вал от двигателя и электродвигателя. Центральный блок управления регулирует поток мощности для системы, используя множественные сигналы обратной связи от различных датчиков. Использование двигателя для зарядки высоковольтной батареи должно быть сведено к минимуму для достижения максимальной эффективности. Энергия всегда теряется во время зарядки и разрядки аккумулятора, а также во время прохождения энергии через инвертор.

    Изображение: Сравнение гибридных систем трансмиссии
    Предоставлено: [2]

    Последовательно-параллельная гибридная архитектура сочетает в себе преимущества последовательных и параллельных двигателей HEV.По этой причине это наиболее используемая архитектура для производства гибридных электромобилей.

    Преимущества гибридных электромобилей (HEV)

    По сравнению с обычным ICEV, гибридный электромобиль имеет следующие преимущества:

    • Снижение потерь энергии : гибридная система автоматически останавливает двигатель на холостом ходу (остановка на холостом ходу), таким образом снижается энергия, которая обычно теряется. помощь от электродвигателя : электродвигатель помогает двигателю во время переходных процессов (ускорение), тем самым улучшая динамический отклик и снижая выбросы выхлопных газов
    • высокоэффективная работа двигателя : за счет использования электрической машины (машин) в качестве двигателя или генератор, рабочая точка двигателя (крутящий момент и частота вращения) может поддерживаться в наиболее экономичном районе
    • чистый электрический привод : на низкой скорости автомобиль может двигаться в режиме EV, таким образом, имея нулевые выбросы выхлопных газов и потребление топлива

    По сравнению с двигателем внутреннего сгорания, электродвигатель может обеспечивать мгновенный крутящий момент и имеет высокую энергоэффективность .Благодаря этим преимуществам электродвигатель может помогать ДВС на фазах разгона, а также обеспечивать дополнительный крутящий момент на короткие периоды времени.

    Изображение: Влияние трансмиссии HEV на переходную скорость транспортного средства

    Изображение: Динамический отклик гибридной трансмиссии
    Кредит: [4]

    Двигатель внутреннего сгорания может работать в установившемся режиме ( постоянный крутящий момент и скорость) или переходное состояние (переменный крутящий момент и скорость).Переходный режим происходит во время разгона и замедления автомобиля. Фаза замедления обычно происходит при снятой педали акселератора, следовательно, в режиме прекращения подачи топлива (без сгорания). Фаза ускорения автомобиля требует от двигателя увеличения крутящего момента и скорости, что отрицательно сказывается на расходе топлива и / или выбросах выхлопных газов. В этой ситуации очень полезен электродвигатель, потому что он может передавать часть крутящего момента, требуемого водителем, и позволяет двигателю работать более эффективно.

    Toyota Hybrid System (THS)

    Одним из первых и наиболее знаковых гибридных электромобилей (HEV) является Toyota Prius, которая имеет архитектуру с последовательной параллельной гибридной трансмиссией . Гибридная трансмиссия Toyota называется Toyota Hybrid System (THS) и сочетает в себе двигатель внутреннего сгорания, две электрические машины, устройство разделения мощности (планетарную передачу) и редуктор.

    Изображение: Гибридная трансмиссия Toyota

    Изображение: Гибридная трансмиссия Toyota — компоненты

    Существует несколько версий THS, в этой статье мы сосредоточимся на THS II, объясняя компоненты и как это работает.Основными компонентами THS II являются:

    • высокоэффективный бензиновый двигатель (работающий по циклу Аткинсона, который представляет собой цикл с высокой степенью расширения)
    • Синхронный двигатель переменного тока с постоянным магнитом
    • Синхронный генератор переменного тока с постоянным магнитом
    • никель-металлогидридная (Ni-MH) батарея высокого напряжения
    • блок управления силовой электроникой
    • устройство разделения мощности (планетарный редуктор)
    • металлическая цепь и редуктор

    Этот блок управления силовой электроникой содержит -схема питания напряжения для повышения напряжения системы электропитания двигателя и генератора до высокого напряжения 500 В, в дополнение к инвертору AC-DC для преобразования между переменным током от двигателя и генератора и постоянным током ток от аккумулятора гибрида.Другие ключевые компоненты включают устройство разделения мощности, которое передает механический крутящий момент от двигателя, двигателя и генератора, распределяя и комбинируя их. Блок управления мощностью точно управляет этими компонентами на высоких скоростях, чтобы они могли совместно работать с высокой эффективностью.

    Режимы движения гибридных электромобилей (HEV)

    По сравнению с обычным ICEV, HEV имеет как минимум два источника крутящего момента для тяги. Кроме того, во время замедления транспортного средства кинетическая энергия транспортного средства может рекуперироваться и преобразовываться в электрическую энергию с помощью генератора.Все эти ситуации усложняют поведение HEV, в частности, управление бортовой энергией.

    Основные режимы движения Toyota Prius приведены в таблице ниже, но они являются стандартными для большинства автомобилей HEV. В зависимости от архитектуры HEV режим движения (работы) может быть разным, но не совсем.

    Поток мощности Описание

    Изображение: Режим работы THS — пусковой заряд

    		 Стартовый заряд
    В зависимости от состояния заряда аккумулятора при запуске автомобиля -вверху, ДВС может запуститься и зарядить аккумулятор.Этот режим доступен до передачи каламбура в режим Drive.

    Изображение: Рабочий режим THS — движение на электромобиле

    		 Езда на электромобиле
    ДВС выключен, а аккумулятор обеспечивает всю необходимую энергию для запуска и движения автомобиля. Этот режим доступен для ограниченного времени и скорости автомобиля менее 15-25 км / ч. Этот режим также доступен в обратном направлении.

    Изображение: Рабочий режим THS — двигатель и моторный привод

    		 Двигатель и моторный привод
    При низкой скорости автомобиля и потребности водителя в крутящем моменте двигатель обеспечивает частичный крутящий момент для ведущих колес и частичный крутящий момент для генератора .Электродвигатель также обеспечивает приводной крутящий момент, используя энергию, выходящую из генератора.

    Изображение: Рабочий режим THS — привод двигателя и зарядка аккумулятора

    		 Привод двигателя и зарядка аккумулятора
    При низкой скорости автомобиля и потребности в крутящем моменте, если уровень заряда аккумулятора низкий, двигатель обеспечивает крутящий момент как для приведения в движение транспортного средства, так и для зарядки аккумулятора. В этом режиме электродвигатель не выдает крутящий момент, чтобы сэкономить электроэнергию и зарядить аккумулятор.

    Изображение: Рабочий режим THS — двигатель и привод двигателя и зарядка аккумулятора

    		 Двигатель и привод двигателя и зарядка аккумулятора
    В этом режиме двигатель передает крутящий момент на ведущие колеса, крутящий момент для генератора для выработки электроэнергии для электродвигателя и для зарядки аккумулятора одновременно.

    Изображение: Рабочий режим THS — полная мощность

    		 Полное ускорение
    В сценарии с пониженной педалью ускорения двигатель передает крутящий момент на ведущее колесо и генератор, а аккумулятор питает электродвигатель.В этом режиме максимальный крутящий момент обеспечивается как двигателем, так и электродвигателем.

    Изображение: Рабочий режим THS — рекуперация энергии

    		 Рекуперация энергии
    Во время замедления транспортного средства (отрыв педали ускорения или легкое нажатие педали тормоза) электродвигатель становится генератором и преобразует кинетическую энергию двигателя. автомобиль в электрическую энергию, заряжая высоковольтную батарею.

    Резюме

    По определению, гибридное транспортное средство объединяет любые два источника энергии для движения транспортного средства.Особым случаем в рамках этого широкого определения является гибридный электромобиль (HEV) . Комбинация компонентов от чисто электрического транспортного средства (EV) и обычного транспортного средства с чистым двигателем внутреннего сгорания (ICEV) дает HEV.

    Ссылки

    [1] Джон М. Миллер, Гибридные силовые установки: сильный бензиновый электрический гибрид, 2005.
    [2] Гибридная система Toyota — THS II, Toyota Motor Corporation, 2002.
    [3] Крис Ми, Новые технологии гибридных электромобилей, Мичиганский университет — Дирборн.
    [4] Кристоф Луттерманн, Полно-гибридная трансмиссия нового BMW Active Hybrid 5, Коллоквиум в Аахене, Китай, 2011 г.
    [5] Икбал Хусейн, Основы проектирования электрических и гибридных транспортных средств, CRC Press, 2005.
    [6] Bosch Справочник по автомобилестроению, 9-е издание, Wiley, 2014.

    Все о трансмиссии | Союз неравнодушных ученых

    Что такое трансмиссия?

    Трансмиссия — это набор компонентов, которые передают мощность от двигателя транспортного средства на колеса транспортного средства.В гибридно-электрических автомобилях конструкция трансмиссии определяет, как электродвигатель работает вместе с обычным двигателем. Трансмиссия влияет на механическую эффективность автомобиля, расход топлива и закупочную цену.

    Гибриды, использующие трансмиссию серии получают механическую энергию только от электродвигателя, который приводится в действие аккумулятором или бензиновым генератором. В гибридах с параллельными трансмиссиями электродвигатель и двигатель внутреннего сгорания могут обеспечивать механическую мощность одновременно. Последовательная / параллельная трансмиссия позволяет двигателю и электродвигателю обеспечивать мощность независимо или совместно друг с другом.

    Как обычные гибриды, так и подключаемые гибриды имеют модели с последовательной, параллельной и последовательной / параллельной трансмиссией. Поскольку автомобили с аккумуляторной батареей и водородными топливными элементами не имеют двигателей внутреннего сгорания, они используют разные агрегаты трансмиссии (хотя некоторые компоненты являются общими).

    Трансмиссии серии

    Трансмиссии серии

    представляют собой простейшую гибридную конфигурацию.В серийном гибриде электродвигатель является единственным средством обеспечения мощности колес. Электродвигатель получает электроэнергию либо от аккумуляторной батареи, либо от генератора, работающего от бензинового двигателя. Компьютер определяет, сколько энергии поступает от аккумулятора или двигателя / генератора. И двигатель / генератор, и использование рекуперативного торможения заряжают аккумуляторную батарею.

    Гибриды серии

    демонстрируют наилучшие характеристики во время движения с частыми остановками, когда бензиновые и дизельные двигатели неэффективны.Компьютер транспортного средства может питать двигатель только от аккумуляторной батареи, что позволяет экономить двигатель в тех случаях, когда он более эффективен.

    Двигатель обычно меньше в серийной трансмиссии, потому что он должен удовлетворять только определенным требованиям мощности; аккумуляторная батарея, как правило, более мощная, чем у параллельных гибридов, чтобы обеспечить остаточную потребность в энергии. Эта более крупная батарея и двигатель, а также генератор увеличивают стоимость автомобиля, делая серийные гибриды более дорогими, чем параллельные гибриды.

    Параллельные трансмиссии

    В автомобилях с параллельной гибридной трансмиссией двигатель и электродвигатель работают в тандеме для выработки энергии, приводящей в движение колеса. Параллельные гибриды, как правило, используют меньший аккумулятор, чем последовательные трансмиссии, полагаясь на рекуперативное торможение, чтобы поддерживать его подзарядку. Когда потребляемая мощность низка, параллельные гибриды также используют двигатель в качестве генератора для дополнительной подзарядки, подобно генератору переменного тока в обычных автомобилях.

    Поскольку двигатель соединен напрямую с колесами в параллельных трансмиссиях, неэффективность преобразования механической энергии в электричество и обратно устраняется, что увеличивает эффективность этих гибридов на шоссе.Это снижает, но не устраняет преимущества эффективности использования электродвигателя и аккумулятора в непрерывном движении.

    Серия

    / параллельные трансмиссии

    Трансмиссии серии

    / параллельные объединяют в себе преимущества и сложности параллельной и последовательной трансмиссии. Комбинируя эти две конструкции, двигатель может приводить в движение колеса напрямую (как в параллельной трансмиссии) и эффективно отключаться, при этом только электродвигатель обеспечивает мощность (как в последовательной трансмиссии).Toyota Prius помогла сделать серию / параллельную трансмиссию популярной конструкцией.

    С опциями, работающими только на газе и только на электричестве, двигатель чаще работает с почти оптимальным КПД. На более низких скоростях он работает больше как серийный автомобиль, а на высоких скоростях, где последовательная трансмиссия менее эффективна, двигатель берет на себя управление и потери энергии сводятся к минимуму.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *