Устройство, принцип работы и список гибридных автомобилей

Смешанная схема отличается от параллельной наличием генератора, создающего энергию для электродвигателя.

Toyota Prius, Lexus RX 450h, Ford Escape Hybrid – это представители полного гибрида.

Положительные стороны гибридных двигателей

1. Основное достоинство гибридов заключается в его экономичности. Минимальная экономия топлива составляет 20%, что в условиях роста цен довольно ощутимое преимущество.
2. Совместное использование двух двигателей снижает количество выбросов СО2.

3. Отличные ходовые характеристики, которые достигнуты благодаря рациональному накоплению и последующему перераспределению мощностей, выработанных совместно двумя двигателями.
4. В сравнении с традиционным автомобилем гибрид обладает ощутимым запасом хода, то есть он может продолжать движение даже с пустым баком.

5. Характеристики гибридных двигателей полностью идентичны традиционным моделям с ДВС, вопреки сложившимся стереотипам, а с учетом других преимуществ порой даже превосходит их.
6. Электродвигатели практически бесшумны, что добавляет комфорта при эксплуатации автомобиля.

7. В сравнении с электромобилем, АКБ гибрида заряжается от топливного двигателя, что увеличивает запас его хода.
8. Заправка автомобиля осуществляется тем же бензином, что и традиционные авто.

Недостатки гибридов

1. Высокая стоимость автомобиля.
2. Обслуживание автомобиля требует больших затрат. Ремонтировать такую машину самостоятельно вряд ли удастся, а квалифицированных мастеров найти большая сложность. С комплектующими также гарантированно будут проблемы.
3. Перепады климатических температур плохо влияют на АКБ и приводят к их саморазряду.

Внешне автомобили с гибридными силовыми агрегатами не отличаются от классических бензиновых собратьев. Конечно, если бы модели автомобилей с гибридными двигателями имели такую же стоимость, как аналоги с ДВС, а обслуживание не вызывало сложностей, вряд ли кто отказался бы от такой машины.

Но на данный момент реалии таковы, что разница в цене гибрида и аналога составляет в среднем 4000 долларов. Даже если взять в расчет все плюсы таких машин, включая экономию топлива, то разница все равно будет несоразмерная. Если не будет поломок, а пробег будет значительным, машина окупится в лучшем случае лет через пять. Такое положение вещей не вселяет оптимизма.

Но как говорится: «Сколько людей – столько и мнений», поэтому выбор всегда остается за конкретным человеком.

Источник - http://AutoLirika.ru/teoriya/kak-rabotaet-gibridnyj-dvigatel.html

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.

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.

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.

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.

Источник - http://autoleek.ru/dvigatel/gibridnaja-silovaja-ustanovka/ustrojstvo-gibridnogo-avtomobilya.html

Как устроены гибридные автомобили — ДРАЙВ

Первый в мире бензоэлектрический автомобиль Lohner Electric Chaise был создан Фердинандом Порше ещё в 1899 году. В 70-е годы XX века интерес к гибридам возобновился вследствие роста цен на топливо и ужесточения экологических норм.

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

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

В 1997 году на японском рынке дебютировал первый гибрид — Toyota Prius (вверху). А в 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

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.

Источник - https://www.drive.ru/technic/2009/10/30/2876201.html

Гибридный двигатель – схема, принцип работы, характеристика + видео

Почему мы хотим разобрать вместе с вами вопрос, как работает гибридный двигатель? Все дело в том, что в большинстве сфер нашей жизни сегодня наблюдается взаимодействие различных технологий, которые в результате дают более эффективные методы, приборы и механизмы. Не остались в стороне и моторы для нашего любимого транспортного средства. О принципах работы, плюсах и минусах таких агрегатов мы и поговорим на этой странице.

Если уж мы начали о смешении технологий, то следует пояснить, как это касается и затронутой нами темы. Гибридный мотор также сочетает в себе два вида: топливный (бензин/дизель) и электрический. Этот коктейль, конечно, несовершенен, но привнес в жизнь автомобилистов много положительного. Но об этом чуть ниже, а для начала следует разобрать принцип работы гибридного двигателя.

Топливная часть такого мотора может работать совместно с электрической, но возможно и осуществление совершенно независимых циклов.

Конечно, машины с гибридным двигателем снабжаются компьютерами, которые и распределяют правильно нагрузку на обе части.

А вот в городе преимущественно работает электрическая составляющая, потому что такой вариант чище и экономичнее. Автомобили с гибридным двигателем умеют сами себя обслуживать, касается это электрической части мотора. Электрический компонент не бездельничает, пока работает топливный, он аккумулирует вырабатываемую энергию, чтобы потом снова пустить ее в дело.

Не исключены ситуации, когда оба элемента двигателя работают одновременно, например, при разгоне, когда от автомобиля требуются большие силовые затраты.

Устройство гибридного двигателя – описание схемы

Что значит гибридный двигатель, мы вкратце разобрали. Теперь хотелось бы углубиться немного и рассмотреть его схему. Следует учесть, что их существует целых три.

Поэтому начнем с самой простой, которая для нас представляет наименьший интерес – это последовательный гибрид.

Электромотор является главным участником в запуске и движении колес транспорта, а вот двигатель внутреннего сгорания (ДВС) всего лишь находится у него на поддержке, раскручивает генератор.

Для сегодняшнего авто такое устройство гибридного двигателя не будет лучшим вариантом, ведь требуются емкие аккумуляторы, малолитражные ДВС, а сама машина будет медленная и неповоротливая.

Хотя все же есть некоторые представители среди легкового автопарка, например, Chevrolet Volt.

Но из-за главенствующего электро-компонента ему присущи все минусы электромобилей, взять хотя бы зависимость километража на одном заряде батареи, но это постепенно решают применением турбо-ДВС.

А вот привычная нам схема называется параллельной и встречается довольно часто. Электромотор тут является хоть и не ведущим, но незаменимым помощником, страхуя ДВС в случаях потребности в дополнительной мощности. Батареи не являются большими и емкими, отчего их легко зарядить прямо во время движения, и они всегда готовы отозваться по первому требованию.

Авто с гибридным двигателем – плюсы и минусы

Информация была бы неполной без указания положительных и отрицательных сторон гибридных моторов. Конечно, плюсов будет больше, но и минусы имеются, как во всем новом и малоизученном со стороны потребителя.

Например, почему-то чаще всего встречается гибридный бензиновый двигатель, хотя давно всем известна экономичность и большая мощность «дизелей». Но никакого секрета тут нет, потому что, во-первых, технологию разрабатывали за океаном, т.е. в Америке, а там с соляркой пока что знакомы слабо.

Во-вторых, гибридный дизельный двигатель стоил бы еще дороже, хотя цена на такие технологии уже далеко выше средней.

Небольшой скепсис вызывают гибриды из-за электромотора, т.е. его батареи. Это достаточно капризный элемент, требующий постоянной эксплуатации, иначе срок службы гибридного двигателя значительно снизится именно из-за нее.

 Она плохо переносит перепады температур, может саморазряжаться, в дальнейшем возникают неясности с ее утилизацией. Так же тень на репутацию смешанных моторов накладывает не только их дороговизна, но и большая стоимость комплектующих и ремонта, если он понадобится.

Причем самостоятельно его провести невозможно.

Ну, а теперь можно рассказать и о приятном. Про экологичность и экономичность можно говорить смело, это действительно так, хотя бы исходя из двойственной природы агрегата. Наличие батареи позволяет дольше ездить без заправки, сохраняя все технические показатели в актуальном состоянии.

Эту батарею не нужно заряжать, заправка авто осуществляется только топливом. Двигатель, благодаря компьютеру, работает всегда в оптимальном режиме, как бы вы ни пытались его «насиловать».

Источник: https://carnovato.ru/ustroistvo-avto-dizelniy-benzinoviy-gibridniy-dvigatel/

Устройство, принцип работы и список гибридных автомобилей

Гибридные автомобили: от истории до перспектив

Здесь список гибридных автомобилей с подробным описанием

История возникновения гибридных автомобилей от истоков до наших дней

Перед тем, как отправиться в прошлое нам необходимо дать определение гибридному автомобилю, чтобы знать, что искать.
Гибридный автомобиль – это средство передвижения. которое использует для привода ведущих колёс разнородную энергию.

Довольно часто понятие гибридного автомобиля включает в себя следующую схему: «двигатель внутреннего сгорания (ДВС) и электродвигатель (ТЭД)».
Самые первые гибридные автомобили (если такой агрегат можно было назвать автомобилем) появились ещё в середине девятнадцатого века.

Эти неуклюжие, примитивные конструкции развивали скорость не более 10 километровчас (чуть больше средней скорости человека). Основным источником энергии, которая приводила в движение это чудо инженерной мысли, была паровая установка. Первая версия гибрида, который использовал электрическую энергию в качестве двигательной силы, появилась в 1839 году.

Разработал эту модель основатель электромобилестроения Роберт Андерсон. Правда изобретение первого гибридного электромобиля так и осталось незамеченным широкой общественностью и вскоре о нём забыли. Минуло долгих 67 лет, в течение которых были изобретены двигатель внутреннего сгорания, электромотор, аккумуляторная батарея и многие другие устройства.

1905 год – бельгиец Генри Пайпер изобретает и патентует гибридную схему для автомобиля, которая работает по принципу «бензиновый мотор ДВС – электромотор».

Идею бельгийского изобретателя развил небезызвестный Фердинанд Порше. который знаком многим автолюбителям как конструктор переднеприводного автомобиля. Однако этот немецкий инженер отметился также и первым, серийно выпускаемым гибридным автомобилем.
Автомобиль носил имя Lohner-Porsche и был очень популярен в то время.

Фердинанд Порше в возрасте 20 лет работал инженером на заводе Джейкоба Лохнера в Вене (отсюда и двойное название первого гибрида) и планировал изначально спроектировать автомобиль на электротяге, но, немного поразмыслив над неудовлетворительными динамическими характеристиками электромотора, прибавил к нему двигатель внутреннего сгорания.

Так и появился первый в мире гибридный автомобиль, который сразу же окрестили Semper Vivus (в переводе означает «всегда живой»). В таком прозвище наметилась некоторая издёвка над проблемой дальности хода классических электромобилей, которую гибрид решил достаточно просто.

На выставке 1900 года в Париже гибридный переднеприводной автомобиль Lohner-Porsche произвёл настоящий фурор и стал основателем эры гибридных автомобилей.
Уже через год после удачной премьеры, компания Lohner-Porsche выпускает автомобиль, оборудованный четырьмя моторами. по одному на каждом колесе. Словом, это была первая полно-приводная машина 4х4.

Помимо электромотора и комплекта аккумуляторных батарей, автомобиль System Lohner-Porsche Mixte оснащался ДВС в качестве привода для генератора, который во время езды снабжал необходимой энергией аккумуляторы. Эта модель и стала по-настоящему первым гибридным автомобилем.

Компания Lohner-Porsche выпускала несколько разновидностей гибридных автомобилей самой разной направленности: грузовые, легковые, автобусы, пожарные машины и кареты скорой помощи. Всё же гибридные автомобили уступили место простым и дешевым машинам с ДВС.

Во время поездки электромотор вырабатывал энергию для аккумуляторов, а при движении в гору включался как дополнительная мощность. Деятельность бельгийской компании растянулась на шесть лет с 1906 по 1912 года, а потом производство было остановлено по тем же самым причинам, что и Lohner Coach.

В 1915 году американская компания внедрила, в раздираемую войной Европу, гибридный автомобиль Dual Power. который уже тогда использовал пониженный расход топлива: на 100 километров/ 4 литра. Но их производство было приостановлено тремя годами позже, даже учитывая феноменальную экономичность и производительность.

Почему?Все дело в том, что Генри Форд уже начал серийный выпуск автомобиля, покорившего весь мир – это «Модель Т». Машина на ДВС поставила жирную точку не только на развитие электромобилей, но и на производстве гибридов. Человечеству нужны были дешёвые, мощные и неприхотливые средства передвижения.

Новый виток интереса к электромобилям и их разновидности гибридам возник спустя 40 лет, в начале 60-х годов прошлого столетия. Инженеры TRW Automotive разработали небольшие по габаритам, но обладающие большой производительностью электродвигатели. Технические характеристики старых громоздких моторов и нового инновационного модуля были уравнены.

Подобные принципы, разработанные ещё в середине 20 века, используются и в современных гибридных установках, правда, с некоторыми модификациями. В эти годы такие гиганты автопромышленности как General Motors и Daimler-Benz выпускают электрокары на гибридной установке: GM 512 и электрический автобус OE 302 соответственно.

Уже в середине 60-х годов человечество стало замечать ухудшение экологической обстановки, вызываемое армией чадящих автомобилей ДВС. Начало 70-х годов отметилось повышением цен на бензин и дизельное топливо. Недовольных автолюбителей становилось всё больше…

Но это были только «цветочки», а вот горькие «ягодки» созрели к 1973 году, когда грянул первый нефтяной кризис.

Именно в этот период, когда бензин стоил дорого. а главной характеристикой при покупке автомобиля стало потребление им горючего, вспомнили об экономичных гибридных установках.

Первыми в работу по созданию гибридных автомобилей нового поколения включились инженеры из Volkswagen. Они предложили использовать параллельную систему гибридной установки, которая бы позволяла плавно переключаться с электромотора на ДВС. Также в гибридной гонке того времени участвовали такие мастодонты как General Motors, Mercedes-Benz. Однако их помыслам не суждено было осуществиться в виде серийной модели гибрида.
General Motors переключилась на разработку электромобилей, а Mercedes-Benz ушёл в сферу дизельных двигателей.В 90-е годы некоторые компании выпускали гибридные модели небольшим тиражом. Так, Audi Duo содержала гибридную установку, но из-за большого веса электромотора автомобиль показывал плохие характеристики при езде от ДВС. Со временем производство Audi Duo прекратили.

В 1997 году Toyota выпускает небольшой серией гибридную машину Toyota Prius. Этой модели улыбнулась автомобильная фортуна, и она стала самым продаваемым гибридом в мире. Только за первый год производства компания продала более 25 тысяч Toyota Prius.

В 1999 году ещё одна японская компания Honda выпускает гибридный автомобиль Insight, который покорил не только японский, но и американский рынок. С 2000 года Toyota Prius начинает экспансию на зарубежные рынки, в первую очередь США. Огромный успех гибрида Toyota Prius затмил Insight.

Правда в 2005 году случился скандал, вызванный бракованной партией гибридов Toyota Prius. Компания вынуждена была отозвать свыше 160 тысяч моделей для ремонта. В Европе интерес к электромобилям и гибридам возник совсем недавно.

Процесс «озеленения» модельного ряда мировых автоконцернов идёт полным ходом. Принцип работы гибридной установки Суть любой гибридной установки заключается в том, что обычный двигатель внутреннего сгорания, потребляющий топливо, приводит в движение электрогенератор, который обеспечивает подачу необходимого количества энергии к тяговым электродвигателям.

Такая система напоминает работу независимой электростанции для выработки энергии для передвижения. Естественно, в схему гибридной установки включена аккумуляторная батарея, только менее емкая и более легкая, чем на обычном электромобиле.

Суть работы гибридной установки более-менее понятна, но каковы мотивы её разработки и использования в транспорте? Главной причиной, побудившей инженеров разрабатывать гибриды, стало загрязнение окружающей среды выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. Гибридная установка позволяет сократить выброс сажи в атмосферу на 90-95%, оксидов азота – на 40-50%.

Также, подспудно, разработчики стремятся уменьшить количество потребляемого топлива в гибридах. Сейчас эта цифра достигает 60 % экономии топлива в отличие от ДВС на бензине и дизеле. В общем, если резюмировать данный раздел статьи, то можно составить следующую принципиальную схему работы гибридной установки.

Тяговый электродвигатель, приводящий колеса транспортного средства в движение, питается энергией от аккумуляторной батареи. Дизельный двигатель приводит во вращение генератор, который в свою очередь подзаряжает аккумуляторную батарею.

Ко всему прочему дизельный двигатель совмещён с трансмиссией и во время трогания с места часть своей энергии отдаёт колёсам. Благодаря такому устройству гибридной установки начало движение и выход на максимальное ускорение происходит без шума, топливных затрат и выхлопных газов.

Достоинства и недостатки гибридных автомобилей

Рассмотрим далее, в нашей обзорной статье преимущества и недостатки гибридных автомобилей.

Начнём, как полагается, с достоинств:

Экономия в эксплуатации гибридов. Это одно из ключевых преимуществ гибридных автомобилей. Чтобы найти «золотую середину» между экономией топлива и техническими характеристиками проводятся испытания моделей.

То есть, сохранить мощность, скорость, ускорение и при этом довести показатель использования топлива до минимальных значений – это и есть основная цель разработки и последующих модификаций гибридной установки.Экологически безвредная эксплуатация.

Возможность сократить выброс вредных веществ в атмосферу до минимальных количеств, полная остановка двигателя во время стоянки, небольшие размеры аккумуляторных батарей (меньше утилизировать) – все эти свойства способствуют улучшению экологической обстановки, особенно в крупных мегаполисах.Отличные ходовые характеристики.

Довольно часто гибридные установки используют во внедорожниках и спортивных карах. Дальность пробега. Решение извечной проблемы электромобиля в дальности хода на одной зарядке в гибриде достигнуто. Заправка бензином или дизельным топливом происходит в несколько раз реже, так как ДВС используется в основном для поддержания работы генератора энергии.

Словом, как тут не вспомнить название первого гибридного автомобиля Порше «Всегда живой».Заправка обычным топливом.

В отличие от электромобилей, которые необходимо заряжать значительное время: в домашних условиях – 6-8 часов, а на специальных станциях источником большого напряжения (50 кВт) – 15-20 минут, гибриды заправляются углеродным топливом, на самой обычной АЗС. Это большой плюс гибридов, так как после быстрой заправки бензином или дизтопливом можно сразу продолжать движение.

80/20. Этот золотой принцип заложен и в эксплуатации гибридных автомобилей в городском цикле. Так 80 процентов времени гибрид работает как электромобиль и только 20 % как ДВС.

К недостаткам гибридных автомобилей можно отнести следующие качества:

Сложность гибридной установки. Гибридные установки гораздо сложнее в ремонте и производстве, чем автомобили на ДВС.Утилизация аккумуляторных элементов.

Достаточно высокая стоимость моделей. Сложность производства гибридов и их непростой ремонт влечёт за собой увеличение стоимости на автомобили с гибридной установкой.

Производители гибридных автомобилей

Конечно же, первая компания – производитель гибридов, которая добилась серийного выпуска своих моделей – это Toyota. В модельном ряде японской компании шесть разновидностей гибридов: Toyota Prius, Lexus RX 400h, Toyota Highlander, минивэн Toyota Estima Hybrid, Toyota Crown, автобус Coaster.

В будущем планируют пополнить парк гибридов такие модели как Toyota Camry Hybrid и Lexus GS 450h.Далее в рейтинге следует Honda. Её модельный ряд гораздо скромнее и насчитывает всего три гибрида: Accord Hybrid, Insight и Civic Hybrid. Основным отличием от гибрида Toyota – последовательное включение ТЭД в силовую схему автомобиля.

Европейский коллега по гибридному цеху Ford может похвастаться только двумя моделями: Escape Hybrid и Mercury Mariner Hybrid .Audi выпускает гибрид-внедорожник Q7.DaimlerChrysle планирует производить Direc Hybrid, Blueteс Hybrid.General Motors выпускает гибриды: Chevrolet Silverado. GMC Sierra Hybrid, Opel Astra Diesel Hybrid .Mazda: Mazda Demio.Renault: Renault Kangoo.

В Америке гибридов гораздо больше потому, что японский производитель насыщает в, первую очередь, авторынок США. В Японии, Китае и Корее гибридизация идёт семимильными шагами, так как количество проживающих в этих странах людей достаточно большое и экономное использование топлива становиться приоритетной задачей.

И, конечно же, наличие в Японии крупнейших производителей гибридных моделей, таких как Toyota и Honda только способствует популярности данного вида транспорта.

В целом, несомненно, когда гибридные автомобили станут гораздо дешевле и доступнее, тогда можно будет говорить о серьезной конкуренции их с автомобилями на ДВС.

http://oprogresse.ru

Источник: http://legkoe-delo.ru/remont-avtomobilya/avto/86975-ustrojstvo-printsip-raboty-i-spisok-gibridnykh-avtomobilej

Гибридный автомобиль Тойота Приус: устройство, принцип работы

Благодаря своей экономичности и надежности гибридные автомобили Тойота вызывают огромный интерес у потребителя. Плавный ход и устойчивость на дороге, оказывается, далеко не все достоинства этого японского автомобиля.

Отличные ходовые качества машины удивительно сочетаются с экономичным расходом топлива.

Работу гибридного автомобиля Тойота Приус обеспечивают два источника мощности: электромотор и двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

Устройство гибридного автомобиля

Давайте попробуем разобраться, каким образом при повышении мощности машина может расходовать бензин на уровне малолитражки. Устройство гибридного автомобиля Тойота Приус состоит из:

• двигателя внутреннего сгорания (ДВС);
• электромотора;
• планетарного редуктора (делителя мощности);
• генератора;
• инвертора;
• аккумуляторной батареи.

ДВС и электромотор могут работать одновременно, поочередно и дополнять друг друга при необходимости. В гибридном устройстве, крутящий силовой момент на колеса может передаваться от электромотора и ДВС напрямую в различных пропорциях.

Это осуществляется с помощью планетарного редуктора (делителя мощности), который состоит из набора шестерней. Четыре из них присоединены к бензиновому двигателю, а наружная — к электромотору. Еще один сателлит присоединен к генератору, который при необходимости посылает энергию на электромотор или заряжает батарею.

Одним из главных достоинств Приуса можно считать то, что в отличие от электромобилей, для зарядки гибридного автомобиля не требуется подключение к сети питания. Процессор, управляющий всеми действиями машины, подзаряжает при необходимости аккумулятор от ДВС.

Принцип работы гибридного автомобиля

Основная задача инженеров Toyota состояла в том, чтобы создать экономичную машину, которая на трассе не уступала бы мощным «железным коням», но при этом имела бы небольшой расход двигателя. Для этого было использовано сочетание ДВС и электромотора. Чтобы достичь максимальной эффективности, в Тойоте Приус оба источника мощности могут работать отдельно, вместе и параллельно.

Итак, принцип работы гибридного Тойота Приус. Запуск двигателя и разгон автомобиля производится с помощью тягового электромотора. Он вращает внешний сателлит планетарного редуктора и передавая, таким образом, крутящий момент на колеса. Но на аккумуляторе далеко не уедешь. Поэтому, как только автомобиль набрал скорость, в дело включается ДВС.

Совместное использование электромотора и ДВС позволяют добиться максимального КПД (коэффициента полезного действия) всей системы, поскольку.

При нажатии на тормоз двигатель внутреннего сгорания отключается и происходит так называемое рекуперативное торможение (вся энергия от сопротивления преобразуется в электрическую), при котором электродвигатель, работая в режиме генератора, заряжает аккумуляторную батарею.

Схемы работы гибридных автомобилей были рассчитаны для увеличения экономичности авто и снижения выброса углекислого газа в атмосферу.

При повышении расхода топлива (при нажатии на педаль газа), управляющий компьютер посылает сигнал на делитель мощности и включает электрический источник, что позволяет ДВС работать в режиме без нагрузок.

Toyota обладают уникальной надежностью и гибкостью, поскольку управление движением производится большей частью по проводам, минуя использование сложных узлов и агрегатов. Кстати, в гибриде Тойота Приус генератор выполняет роль стартера, и помогает «раскрутить» ДВС до необходимых 1000 оборотов.

Режим работы двигателя

• Старт. Перемещение при помощи только электрической тяги.
• Движение с постоянной скоростью. В этом случае производится передача крутящего момента на генератор и колеса.
• Генератор, при необходимости, подзаряжает аккумулятор и передает энергию на электромотор.

  При этом происходит суммирование крутящих моментов обоих тяговых установок.

• Форсированный режим. Электромотор, получая дополнительное питание от генератора, усиливает мощность бензинового двигателя.
• Торможение. Гибрид тормозит большей частью при помощи электродвигателя.

  Однако при сильном нажатии на педаль, задействуются гидравлические узлы, и торможение происходит обычным способом.

Двигатель (ДВС)

Тип двигателя Тойота гибрид — Hybrid Synergy Drive (гибридный синергетический привод), позволяющий сочетать два источника мощности: ДВС и электромотор. Давайте выясним, какие топливные двигатели устанавливаются на Приус.

В середине 50 годов прошлого столетия инженер Ральф Миллер предложил усовершенствовать идею Джеймса Аткинсона. Суть идеи выражалась в повышении эффективности ДВС путем сокращенного хода сжатия. Именно этот принцип, который теперь часто именуют циклом Миллера/Аткинсона, используется в гибридных двигателях компании Тойота.

Итак, Тойота Приус гибрид, как работает двигатель этого автомобиля. В отличие от других моделей ДВС, процесс сжатия в цилиндре начинается не в момент начала движения поршня вверх, а несколько позже.

Поэтому перед закрытием впускных клапанов часть смеси из топлива и воздуха выходит обратно во впускной коллектор, что позволяет увеличить время, в которое используется энергия давления расширяющих газов.

Все это обуславливает значительное повышение КПД двигателя, увеличение экономичности агрегата, а также повышает крутящий момент.

Характеристики двигателя:

• Объем — 1794 куб см.
• Мощность (лс/Квт/об мин) — 97 / 73 / 5200.
• Крутящий момент (Нм/об мин) — 142/4000.
• Подача топлива — инжектор.
• Топливо — бензин АИ 95, АИ — 92.

Расход Тойота Приус гибрид на 100 км в городском цикле составляет 3,9 л, по трассе — 3,7 литров.

Электромотор автомобиля Тойота

Конструкция гибридного синергетического привода предусматривает использование тягового электродвигателя. Мощность электромотора Тойота Приус- 56 кВт, 162 Нм.

Этот агрегат обеспечивает движение автомобиля со старта и до набора постоянной скорости, включается, когда машина идет на обгон и участвует в торможении. Вся система Тойоты Приус продумана до мельчайших деталей.

Зарядка гибридного автомобиля осуществляется в процессе движения, от ДВС через управляющий генератор.

Аккумуляторная батарея

Гибрид оснащен двумя аккумуляторами (основным высоковольтным и вспомогательным), оба находятся в багажнике автомобиля.

Основное устройство аккумуляторной батареи автомобиля изготовлено из никель-металл-гидридного сплава и имеет емкость 6,5 А/ч, напряжение 201, 6 В. Этот агрегат имеет собственную систему охлаждения.

Расход и восстановление энергии аккумулятора контролирует управляющий процессор автомобиля. Аккумуляторная батарея Тойоты Приус не требует подзарядки от электрической сети, этот процесс осуществляется во время движения и торможения (большей частью) транспортного средства.
Вспомогательный аккумулятор: 12 В (35 А/ч, 45 А/ч, 51 А/ч).

Заключение

Несмотря на достаточно высокую стоимость, гибридные автомобили вызывают все больше интереса у покупателей. В сравнении с другими гибрид-автомобилями, Тойота Приус действительно потребляет значительно меньше топлива, и обладает низким уровнем выброса углекислого газа.



Источник: https://classcar.ru/gibridnyj-avtomobil-tojota-prius-ustrojstvo-princip-raboty.html