Чем гибрид двигатель отличается от гибрида - Авто журнал "Гараж"
8 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Чем гибрид двигатель отличается от гибрида

Чем гибридные автомобили отличаются друг от друга

Железная логика: чем больше в мире машин, тем меньше нефти. Сей скорбный факт плюс глобальные проблемы экологии заставляют производителей обратить взоры к гибридным силовым агрегатам и альтернативным источникам энергии.

Первые патенты на самодвижущиеся экипажи, в которых использовались два источника энергии, двигатель внутреннего сгорания (ДВС) и электромотор, были выданы еще в конце XIX века. Среди пионеров этой области был и молодой, тогда еще только подающий надежды австриец Фердинанд Порше, работавший инженером на фирме Людвига Лохнера. В 1900 году на автошоу в Париже он представил легкий экипаж Lohner-Porsche с двумя электромоторами мощностью 2,5 л.с., расположенными в ступицах (!) передних колес. Автомобиль оснащался аккумулятором, позво­лявшим двигаться 3 часа без под­зарядки со скоростью 50 км/ч. В том же году Порше сконструировал гоночный электромобиль с четырьмя мотор-колесами, став заодно и первооткрывателем полного привода, а также установил на электромобиль вспомогательный ДВС, который приводил в действие генератор, в свою очередь, обеспечивающий зарядку АКБ для питания мотор-колес. Компания Lohner предлагала различные варианты машин: с двумя или четырьмя мотор-колесами, с ДВС или без него.

В конце 1960-х первыми серийными гибридами стали большегрузные карьерные самосвалы БелАЗ, Caterpillar, Terex и другие. Об экономии горючего, а тем более экологии в данном случае никто не думал — необходимо было передать колоссальную мощность от двигателя к задним ведущим колесам. И ее решили «железнодорожным» способом: как на тепловозах, мощный дизельный мотор приводил в действие генератор, а вырабо­танная им электроэнергия передавалась к электромоторам, установленным в огромных колесах. Такая конструкция позволяет удовлетворить специфические требования, но малоэффективна с точки зрения рационального использования энергии. Причина — многократное преобразование энергии и, следовательно, ее потери на каждом этапе. Поэтому использовать подобную конструкцию на массовых легковых автомобилях было нецелесообразно. Но с развитием технологий, уже в 1990-е годы, эта идея начала обретать реальные формы, появились различные конструктивные схемы.

Агрегаты успеха

КПД бензинового или дизельного мотора оставляет желать лучшего. Так как для интенсивного разгона нужна большая отдача, чем для езды с постоянной скоростью, конструкторы вынуждены создавать мотор с «запасом» мощности для работы в различных режимах. В результате большую часть времени ДВС работает при частичной нагрузке, которая характеризуется повышенным расходом топлива. К тому же в городе работающий мотор выбрасывает в атмосферу массу вредных веществ. Поэто­му для улучшения топливной экономичности и экологичности была создана система старт‑стоп, которая автоматически отключает мотор при кратковременных остановках и запускается при нажатии на педаль газа. Для этого вместо обычного стартера устанавливают более эффективный стартер-генератор. Его тоже в какой-то мере можно считать частью гибридной системы. Но настоящие современные гибриды включают двигатель внутреннего сгорания, работающий на бензине, дизтопливе или газе (в том числе водороде), электрический мотор (моторы) и генератор (или мотор-генератор), аккумуляторную батарею, трансмиссию и систему управления.

Последовательно…

В различных схемах гибридного привода электродвигатели и ДВС используются по-разному. Так называемый последовательный гибрид (HEV) представляет собой электромобиль, в котором ДВС не имеет механической связи с колесами. В этом случае ДВС приводит в действие генератор, который вырабатывает электроэнергию, направляемую к электромотору, а ее избыток используется для зарядки аккумулятора. При разгоне, когда электроэнергии от генератора не хватает, на помощь приходит АКБ. По этому принципу реализована гибридная система таких автомобилей, как Chevrolet Volt, Opel Ampera, Fisker Carma и др. Недостаток последовательной схемы — необходимость использования дополнительного генератора. Зато в качестве ДВС можно использовать компактный и экономичный мотор небольшого рабочего объема, так как он работает на постоянных оборотах и в оптимальном режиме.

…или параллельно?

Другая схема носит название «параллельная» (PHEV). В этом случае ДВС и электромотор могут работать как одновременно, так и самостоятельно. Электромотор установлен между двигателем и сцеплением и напрямую связан с коленчатым валом двигателя. C места автомобиль трогается на электротяге, а бензиновый мотор запускается после разгона до определенной скорости или для зарядки аккумуляторной батареи.

В «параллельных» гибридах крутящий момент передается к ведущим колесам через согласующий редуктор. Момент включения моторов и другие процессы регулируются бортовым компьютером. Чтобы обеспечить полный привод, инженеры используют второй тяговый электромо­тор, приводящий в движение колеса задней оси.

Недостатки параллельной схемы — наличие традиционной коробки передач с неизбежными механическими потерями, а также неравномерными нагрузками на ДВС при движении. Среди досто­инств схемы PHEV — разнообразие вариантов компоновки и возможность использования более мощных моторов.

Читать еще:  Что экономнее бензиновый или дизельный двигатели

Подключись и зарядись

Дальнейшим развитием гибридной технологии стали так называемые подзаряжаемые гибриды — Plug-in Hybrid. И здесь вновь впереди оказалась Toyota, которая представила такую модификацию Prius в 2011 году на автосалоне во Франкфурте. Если ранее никель‑металлгидрид­ные аккумуляторы заряжались исключительно от генератора, то в какой-то момент это можно сделать с помо­щью специального зарядного устройства — функциональные возможности автомобиля резко улучшились, вырос запас хода на электротяге.

Ну а следующим шагом эволюции автомобилестроения уже становятся чистые электромобили, хотя и их корни уходят в более чем столетнюю историю. К тому же, альтернативой электричеству некоторые производители видят водород, поэтому в прогнозах на будущее все очень неоднозначно. На данный же момент гибриды, особенно подключаемые, можно считать оптимальным решением по соотношению цены, возможностей и пользы.

Підпишіться на наш Telegram-канал або читайте нас в Google News, щоб нічого не пропустити.

Чем гибридный автомобиль отличается от «обычного» и какими они бывают

Слово «гибрид» происходит из латинского языка и означает нечто, имеющее смешанное происхождение или сочетающее разнородные элементы. Применительно к автомобильным технологиям оно обозначает автомобиль с двумя типами силового агрегата. Обычно это — двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель.

В облегченных гибридных установках электродвигатель используется лишь как вспомогательный для двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Но в полноценной гибридной установке ДВС более эффективно спарен с электродвигателем. Причем электродвигатель используется довольно мощный, способный самостоятельно приводить автомобиль в движение на небольших скоростях.

Для современных автопроизводителей «гибридный автомобиль» означает нечто большее, чем простое интегрирование электромотора в силовую установку. Это — «интеллектуальное» управление потоками энергии в автомобиле. Эффективное сочетание ДВС с электродвигателями снижает расход топлива, токсичность выхлопов, улучшает динамику и комфорт при движении. Хороший пример тому — роскошный BMW 7 ActiveHybrid, о котором мы рассказывали в заметке «Активные гибриды». Сегодня автоконструкторы развивают пять основных разновидностей гибридных автомобилей.

Последовательный. В такой гибридной системе ДВС работает в максимально экономичном режиме, исключительно для того чтобы заряжать батарею электродвигателя. Сам автомобиль приводится в движение электромотором.

Параллельный. В таком гибриде ДВС и электродвигатель работают независимо друг от друга, и, в зависимости от типа (мягкий или полный гибрид), могут приводить автомобиль в движение одновременно или по очереди.

Мягкий. Здесь традиционный стартер и генератор полностью заменены на электродвигатель, который используется для запуска двигателя и его поддержки. Это помогает увеличить динамику автомобиля и снизить потребление топлива примерно на 15%. Электромотор и батареи не предназначены для того, чтобы самостоятельно приводить автомобиль в движение. Зато это дает возможность значительно их облегчить и удешевить, в сравнении с компонентами полного гибрида. BMW 7 ActiveHybrid использует как раз концепцию мягкого гибрида.

Полный. В полностью гибридных системах автомобиль может приводиться в движение электромотором на любом этапе движения: и при ускорении, и в движении с постоянной скоростью. Например, в «городском цикле» автомобиль может использовать один только электродвигатель. Компоненты системы такой концепции заметно больше, массивнее, их гораздо сложнее установить, чем в случае с «мягким» гибридом. Тем не менее, они могут значительно улучшить динамику автомобиля. Кроме того, использование только электроэнергии при движении в городе может снизить расход топлива на 20%. Полным гибридом является автомобиль BMW X6 ActiveHybrid.

Аккумуляторный. Емкость, размер и масса аккумулятора зависят от его назначения. В последние годы новые разработки в этой области значительно расширили возможность применения батарей в автомобилях. Высокая емкость и долговечность делают Li-Ion и Ni-MH источники питания полностью пригодными для использования в гибридных автомобилях.

LEXUS RX С ГИБРИДНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКОЙ ПРЕВЫСИЛ ОТМЕТКУ В 475 000 ПРОДАННЫХ АВТОМОБИЛЕЙ

  • 15 лет назад был представлен первый в мире гибридный премиальный кроссовер — Lexus RX 400h.
  • С момента выхода RX 400h во всем мире продано более 475 000 гибридных моделей серии RX. В России с 2005 года было продано 10 844 автомобиля.
  • В премиальном кроссовере мощность и плавность хода сочетаются с низким расходом топлива благодаря технологии самостоятельной зарядки аккумуляторов.
  • Гибриды Lexus предлагают все преимущества экологичного транспорта и отличаются прекрасной динамикой и управляемостью.

15 лет назад был представлен первый в мире гибридный автомобиль премиум-класса. Сочетание инновационных экологичных технологий, призванных снизить расход топлива, и опций премиального автомобиля определили успех Lexus RX 400h в России с момента выхода на рынок в 2005 году. На сегодняшний день это самая популярная модель премиальных гибридных автомобилей на российском рынке: за 15 лет Lexus реализовал более 10 840 кроссоверов. В мире же было продано более 475 000 экземпляров данной модели.

Читать еще:  Гольф 3 двигатель сколько лошадиных сил

После успеха первого поколения RX 400h бренд расширил линейку гибридных версий в России — были предложены модификации среднеразмерного NX и компактного UX. В общей сложности с 2005 года по сегодняшний день на российском рынке было реализовано 16 900 гибридных автомобилей.

МОЩНОСТЬ ГИБРИДНОГО ПРИВОДА

Инновационная гибридная система, которая впервые появилась на RX 400h, соединила 3,3-литровый бензиновый двигатель и два электромотора. Более того автомобиль обладал подключаемым полным приводом. Общая мощность достигла 211 л.с. В современном поколении модели Lexus RX 450h место предшественника занял 3,5-литровый двигатель V6, увеличив мощность гибридной системы до 313 л.с. Несмотря на это, показатель экономичности улучшился: расход топлива RX 450h в смешанном цикле составляет всего 5,3 л. на 100 км. При этом автомобиль смог сохранить и свою динамику, набирая скорость 100 км/ч всего за 7,7 сек.

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ ЗАРЯДКА

Гибридный привод Lexus отличает интеллектуальная система, которая комбинирует энергию электричества и бензинового двигателя. Она позволяет достичь максимально эффективного расхода топлива, а при движении на малой скорости в условиях города — снизить выбросы автомобиля почти до нуля. Заряд электрического аккумулятора гибрида Lexus происходит не только во время движения, но и во время торможения: система рекуперации превращает тепло от трения колодок о тормозные диски в еще больший заряд энергии.

УПРАВЛЯЕМОСТЬ — ПРИОРИТЕТ

В рамках презентации RX 400h в 2004 году ведущий инженер проекта Lexus Осаму Садаката подчеркнул: «Я думаю, что гибридные технологии будут развиваться и все шире использоваться на рынке. На данный момент самая большая проблема состоит в том, чтобы понять, как использовать топливо максимально эффективно и одновременно добиться еще более высокой мощности. Именно этот принцип стал основой RX 400h и позволил сделать процесс вождения таким приятным».

Данный принцип обеспечивает успех модели и по сей день. Lexus RX 450h предлагает все преимущества экологичного транспорта, при этом автомобиль отличается прекрасной управляемостью как в городе, так и на загородных трассах. Постоянное улучшение подобных качеств гибридов является приоритетной задачей Lexus. Система интегрированного управления динамикой автомобиля (VDIM) объединяет все системы, отвечающие за контроль движения, включая систему полного привода и гибридную силовую установку. Помимо превосходной управляемости данный подход обеспечивает низкий расход топлива, позволяя владельцам самозаряжающихся гибридов совершать комфортные путешествия на дальние расстояния.

ШАГ В БУДУЩЕЕ АВТОМОБИЛЕЙ

Создание RX 400h сыграло большую роль и в разработке транспортных технологий будущего. Появление самозаряжающихся гибридов Lexus связано с растущей необходимостью улучшать экологические показатели автомобилей. Инженеры бренда непрерывно совершенствуют уникальные силовые системы с наименьшим количеством выбросов CO2 в природу. За 15 лет Lexus стал одним из технологических лидеров в области альтернативных двигателей, представив помимо гибридных силовых установок концепцию автомобилей на водородных топливных элементах (LF-FC) и концепцию электромобилей будущего (Lexus Electrified). Все новые технологии Lexus объединяет многолетний опыт бренда в разработке экологичных гибридов, первым из которых стал уже легендарный RX 400h.

НАСТОЯЩИЙ УСПЕХ — ПРИЗНАНИЕ КЛИЕНТОВ

Lexus RX остается одной из самых продаваемых моделей Lexus, она же стала источником вдохновения для создания среднеразмерного NX и компактного UX, которые тоже имеют модификации с гибридной силовой установкой.

Гибридный автомобиль

Гибридным автомобилем называется транспортное средство, приводимое в движение с помощью гибридной силовой установки. Отличительной особенностью гибридной силовой установки является использование двух и более источников энергии и соответствующим им двигателей, преобразующих энергию в механическую работу. В некоторых источниках информации используется термин «гибридный двигатель», который с технической точки зрения неверен.

Несмотря на многообразие источников энергии (тепловая энергия бензина или дизельного топлива, электроэнергия, энергия сжатого воздуха, энергия сжатого сжиженного газа, солнечная энергия, энергия ветра и др.) в промышленном масштабе на гибридных автомобилях используется комбинация двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя.

Главное преимущество гибридного автомобиля заключается в существенном сокращении расхода топлива и выбросов вредных веществ в атмосферу, которое достигается:

  • согласованной работе ДВС и электродвигателя;
  • применением аккумуляторов большой емкости;
  • использованием энергии торможения, т.н. рекуперативное торможение, преобразующее кинетическую энергию движения в электроэнергию.

Вместе с тем, в гибридных автомобилях используется множество других инновационных разработок, позволяющих экономить топливо и беречь атмосферу, в том числе: система изменения фаз газораспределения; система стоп-старт; система рециркуляции отработавших газов; система подогрева охлаждающей жидкости отработавшими газами; улучшенная аэродинамика; электропривод вспомогательных устройств (водяного насоса, климатической установки, усилителя руля и др.); шины с пониженным сопротивлением качению.

Читать еще:  Датчик температуры двигателя на панели 2107

Необходимо отметить, что больший эффект от гибридных автомобилей наблюдается при движении в городском цикле, который характеризуется частыми остановками, работой в режиме холостого хода. При движении с постоянной высокой скоростью (загородный цикл) гибриды не так эффективны.

В зависимости от характера взаимодействия двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя различают следующие схемы гибридных силовых установок: последовательная, параллельная, последовательно-параллельная.

Последовательная схема гибридного автомобиля

При последовательной схеме автомобиль приводится в движение от электродвигателя. Двигатель внутреннего сгорания соединен только с генератором, который в свою очередь питает электродвигатель и заряжает аккумуляторную батарею.

В гибридном автомобиле с последовательной схемой силовой установки, как правило, предусматривается возможность подключения к электрической сети по окончании поездки. Такие автомобили носят название Plug-in Hybrid (дословно — подключаемый гибрид). Реализация данной функции предполагает использование аккумуляторов увеличенной емкости (литий-ионные аккумуляторы), приводит к сокращению использования ДВС и соответственно снижению вредных выбросов.

Представителями Plug-in Hybrid являются автомобили Chevrolet Volt, Opel Ampera. Их еще называют электромобилями с увеличенным радиусом действия (Extended Range Electric Vehicle, EREV). Эти автомобили имеют возможность движения до 60 км на энергии аккумуляторов и до 500 км на энергии генератора, приводимого в действие ДВС.

Параллельная схема гибридного автомобиля

В параллельной схеме электродвигатель и двигатель внутреннего сгорания устанавливаются таким образом, что могут работать как самостоятельно, так и совместно. Это достигается путем соединения ДВС, электродвигателя и коробки передач с помощью автоматически управляемых муфт.

Гибридные автомобили, использующие параллельную схему, носят название Mild Hybrid (дословно — умеренный или мягкий гибрид). В них используется электродвигатель малой мощности (порядка 20 кВт), который обеспечивает, как правило, дополнительную мощность при ускорении автомобиля. В большинстве конструкций электродвигатель, расположенный между ДВС и коробкой передач, выполняет также функцию стартера и генератора.

Известными гибридными автомобилями с параллельной схемой являются Honda Insight, Honda Civic Hybrid, BMW Active Hybrid 7, Volkswagen Touareg Hybrid, Hyundai Elantra Hybrid. Пионером в данной области является Honda и ее система Integrated Motor Assist, IMA (дословно – интегрированный помощник двигателя).

При работе системы IMA можно выделить следующие характерные режимы:

  1. Работа от электродвигателя.
  2. Совместная работа ДВС и электродвигателя.
  3. Работа от ДВС с одновременной зарядкой аккумулятора от электродвигателя в режиме генератора.
  4. Зарядка аккумуляторной батареи в режиме рекуперативного торможения.

Последовательно-параллельная схема гибридного автомобиля

При последовательно-параллельной схеме двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель соединены через планетарный редуктор. При этом мощность каждого из двигателей может передаваться на ведущие колеса одновременно в соотношении от 0 до 100% от номинальной мощности. В отличие от параллельной схемы в последовательно-параллельную схему добавлен генератор, обеспечивающий энергией работу электродвигателя.

Гибридные автомобили, использующие последовательно-параллельную схему, носят название Full Hybrid(дословно — полный гибрид). Известными полными гибридами являются автомобили Toyota Prius, Lexus RX 450h, Ford Escape Hybrid. В этом сегменте рынка гибридных автомобилей господствует компания Toyota и ее система Hybrid Synergy Drive, HSD.

Силовая установка системы HSD представляет собой двигатель внутреннего сгорания (соединенный с водило планетарного редуктора), электродвигатель (соединенный с коронной шестерней планетарного редуктора), генератор (соединенный с солнечной шестерней планетарного редуктора).

Двигатель внутреннего сгорания работает по циклу Аткинсона, при котором реализуются посредственные мощностные показатели на низких оборотах, соответственно достигается большая топливная экономичность и меньшие вредные выбросы.

В работе системы Hybrid Synergy Drive выделяются следующие режимы:

  1. Режим электромобиля, при котором ДВС выключен, а аккумуляторная батарея питает электродвигатель.
  2. Режим движения с постоянной (крейсерской) скоростью, при котором мощность от ДВС распределяется между ведущими колесами и генератором. Генератор в свою очередь питает электродвигатель, мощность которого суммируется с мощностью ДВС. При необходимости производится зарядка аккумуляторной батареи.
  3. Форсированный режим, при котором к ДВС присоединяется электродвигатель, питающийся от аккумуляторной батареи, обеспечивая импульс мощности.
  4. Экономичный режим, при котором аккумуляторная батарея питает генератор. Генератор преобразует электрическую энергию в механическую, замедляя вращение ДВС. При этом крутящий момент двигателя не уменьшается, а достигается топливная экономичность.
  5. Режим торможения, при котором электродвигатель работает как генератор, а электроэнергия используется для вращения солнечной шестерни в противоположную сторону, замедляя скорость движения автомобиля.
  6. Режим зарядки аккумулятора, осуществляющийся с помощью ДВС и генератора.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector