Що таке гібридна система автомобіля?

Останнім часом більшу популярність завойовують транспортні засоби, що працюють на електротязі. Однак повноцінні електромобілі мають істотний недолік - невеликий запас ходу без підзарядки. З цієї причини багато провідні автовиробники оснащують деякі свої моделі гібридними установками.

По суті, автомобіль-гібрид цей транспортний засіб, основний силовий агрегат якого - двигун внутрішнього згоряння, але він посилено електричною системою з одним або декількома електромоторами і додатковим акумулятором.

На сьогоднішній день застосовується кілька категорій гібридів. Одні лише допомагають ДВС на старті, інші дозволяють їздити, використовуючи електротягу. Розглянемо особливості таких силових установок: у чому їх різниця, як вони працюють, а також основні плюси і мінуси гібридів.

Історія гібридних двигунів

Ідея в створенні гібридних автомобілів (або помісі між класичним авто і електромобілем) обумовлена ​​подорожчанням палива, посиленням норм на автомобільні викиди і забезпеченням більшого комфорту при управлінні ТЗ.

Розробкою змішаної силової установки вперше зайнялася французька компанія Parisienne de voitures electriques. Однак першим працездатним гібридним автомобілем виявилося творіння Фердинанда Порше. У силовій установці Lohner Electric Chaise двигун внутрішнього згоряння служив в якості генератора для електрики, від якого працювали передні два електромотора (встановлені безпосередньо на колеса).

Транспортний засіб було представлено публіці в 1901р. Всього було продано близько 300 примірників таких автомобілів. Модель виявилася дуже практичною, але дорогою у виробництві, тому пересічному автолюбителю такий транспортний засіб було не по кишені. Більш того, в той час з'явився дешевший і не менш практичний автомобіль, розроблений конструктором Генрі Фордом.

Класичні бензинові силові агрегати змусили розробників на багато десятиліть залишити ідею в створенні гібридів. Інтерес до «зеленого» транспорту зріс з прийняттям Законопроекту про заохочення у використанні електротранспорту жителями Сполучених Штатів. Він був прийнятий в 1960 р.

За збігом обставин в 1973 році вибухнув всесвітній нафтова криза. Якщо закони США не заохотили виробників замислитися над розробкою доступних екологічних авто, то криза змусила їх це зробити.

Перша повноцінна гібридна система, основний принцип якої використовується до сих пір, була розроблена компанією TRW в 1968р. Згідно з концепцією, разом з електромотором можна було використовувати ДВС меншого обсягу, але при цьому потужність машини не губилася, а робота стала набагато плавнів.

Прикладом повноцінного гібридного автомобіля є GM 512 Hybrid. Він працював від електромотора, який розганяв ТЗ до 17 км / ч. На цій швидкості активувався ДВС, посилюючи продуктивність системи, завдяки чому швидкість авто підвищувалася до 21 км / ч. Якщо була необхідність їхати швидше, електромотор відключався, і машина розганяла вже на бензиновому моторі. Межею швидкості був показник в 65 км / ч.

VW Taxi Hybrid - ще один успішний екземпляр гібридного авто, був представлений громадськості в 1973р.

До сих пір автовиробники намагаються вивести гібридні і повністю електричні системи на рівень, що зробило б їх конкурентно здатними в порівнянні з класичними ДВС. Хоча цього ще не сталося, багато розробки виправдали витрачені на їх розробку мільярди доларів.

З початком третього тисячоліття людство побачило новинку під назвою Toyota Prius. Дітище японського виробника стало синонімом поняття «гібридний автомобіль». Багато сучасні розробки запозичені у даної розробки. На сьогоднішній день створено велику кількість модифікацій комбінованих установок, що дозволяє покупцеві вибрати для себе оптимальний варіант.

Принцип роботи гібридних автомобілів

Не варто плутати гібридний мотор з повноцінним електромобілем. Електроустановка задіюється в деяких випадках. Наприклад, в міському режимі, коли машина стоїть в пробці, використання двигуна внутрішнього згоряння призводить до його перегріву, а також до підвищення рівня забруднення повітря. Для подібних ситуацій активують електричну установку.

За конструкцією гібрид складається з:

• Основний силовий агрегат. Це бензиновий або дизельний двигун.
• Електричного мотора. Залежно від модифікації їх може бути кілька. За принципом дії вони теж можуть бути різними. Наприклад, одні можуть використовуватися в якості додаткового приводу для коліс, а інші - як помічник двигуну при старті машини з місця.
• Додатковою батареї. У деяких автомобілях вона має невелику ємність, запасу енергії якої достатньо для активації на нетривалий період електроустановки. В інших цей елемент живлення має велику ємність, щоб транспорт міг вільно пересуватися від електрики.
• Електронної системи управління. Складні датчики контролюють роботу ДВС і аналізують поведінку машини, на підставі чого активується / деактивується електромотор.
• Інвертора. Це перетворювач потрібної енергії, що йде від акумулятора на трифазний електромотор. Даний елемент також розподіляє навантаження на різні вузли в залежності від модифікації установки.
• Генератора. Без цього механізму неможлива підзарядка основної або додаткової батареї. Як і в звичайних автомобілях, генератор приводиться в рух завдяки роботі ДВС.
• Системи рекуперації. Більшість сучасних гібридів оснащуються такою системою. Вона «збирає» додаткову енергію від таких вузлів автомобіля, як гальмівна система і шасі (коли авто рухається накатом, наприклад з гірки, перетворювач збирає вивільняється енергію в батарею).

Силові агрегати гібридної установки можуть працювати як окремо, так і в парі.

схеми роботи

Існують кілька успішних схем роботи гібридів. Розрізняють три основні:

• послідовна;
• паралельна;
• послідовно-паралельна.

послідовна схема

В даному випадку ДВС використовується як генератор електрики для роботи електромоторів. По суті, бензиновий або дизельний двигун не має прямого зв'язку з трансмісією авто.

Дана система дозволяє встановлювати в підкапотний простір малопотужні двигуни з невеликим об'ємом. Їх основне завдання - приводити в дію генератор напруги.

Такі автомобілі часто оснащуються системою рекуперації, завдяки якій механічна і кінетична енергія перетворюється в електричний струм для підзарядки батареї. Залежно від розмірів АКБ авто може долати деяку відстань виключно на електротязі без використання ДВС.

Найвідоміший приклад гібридів даної категорії - Chevrolet Volt. Його можна заряджати, як звичайний електромобіль, але завдяки наявності мотора, що працює від бензину, запас ходу значно збільшується.

паралельна схема

У паралельних установках ДВС і електромотор працюють в парі. Завдання електричного двигуна - зменшувати навантаження на основний агрегат, що призводить до значної економії палива.

Якщо відключити ДВС від трансмісії, машина здатна долати деяку відстань від електротяги. Але основне завдання електричної частини - забезпечувати плавність прискорення ТС. Основним силовим агрегатом в таких модифікаціях є бензиновий (або дизельний) мотор.

Коли авто сповільнюється або рухається від роботи ДВС, електромотор виступає в ролі генератора для підзарядки батареї. Завдяки роботі від двигуна внутрішнього згоряння в таких автомобілях не потрібно високовольтна АКБ.

На відміну від гібридів з послідовною схемою, дані установки мають більший витрата палива, так як електромотор не використовується в якості окремого силового агрегату. У деяких моделях, наприклад, в BMW 350E iPerformance електромотор інтегрований в коробку передач.

Особливістю даної схеми роботи є високий показник крутного моменту при невеликих оборотах коленвала.

Послідовно-паралельна схема

Дана схема була розроблена японськими інженерами. Називається вона HSD (Hybrid Synergy Drive). По суті, вона поєднує в собі функції перших двох типів роботи силових установок.

Коли автомобілю потрібно стартувати або повільно рухатися в тягучці, задіюється електромотор. Для економії енергії на високій швидкості підключається бензиновий мул дизельний (в залежності від моделі ТЗ) двигун.

Якщо потрібно різко прискоритися (наприклад, при обгоні) або авто їде в гору, силова установка працює в паралельному режимі - електромотор допомагає ДВС, що знижує навантаження на нього, і, як наслідок - заощаджує витрати палива.

Планетарне з'єднання автомобільного двигуна внутрішнього згоряння частина потужності передає на головну передачу трансмісії, а частина - на генератор для підзарядки акумулятора або електроприводу. У такій схемі встановлюється складна електроніка, яка розподіляє енергію відповідно до ситуації.

Найяскравіший представник гібрида з послідовно-паралельною схемою силового агрегату є Toyota Prius. Однак, деякі модифікації відомих моделей японського виробництва вже отримали такі установки. Прикладом тому служить Toyota Camry, Toyota Highlander Hybrid, Lexus LS 600h. Дану технологію також купили деякі американські концерни. Наприклад, розробка отримала своє застосування в Ford Escape Hybrid.

Типи гібридних агрегатів

Всі гібридні силові агрегати поділяються на три типи:

• мягкогібрідний;
• среднегібрідний;
• повногібридний.

Кожен з них має свою функцію, а також унікальні характеристики.

Реставраційний силовий агрегат

Такі силові установки нерідко оснащуються системою рекуперації, щоб кінетична енергія перетворювалася в електричну і поверталася в батарею.

Приводний механізм в них - стартер (може також виконувати функцію генератора). Електричного приводу коліс в таких установках немає. Схема використовується при частих стартах ДВС.

Среднегібрідний силовий агрегат

Такі машини теж не пересуваються за рахунок електромотора. Електромотор в даному випадку служить в якості помічника головного силовому агрегату при збільшенні навантаження.

Такі системи теж оснащуються системою рекуперації, збираючи вільну енергію назад в акумулятор. Среднегібрідние агрегати забезпечують більшу ефективність теплового двигуна.

Повногібридний силовий агрегат

У таких установках є генератор високої потужності, який приводиться в рух від ДВС. Система активується на малих швидкостях транспортного засобу.

Ефективність системи проявляється при наявності функції «Start / Stop», коли машина повільно пересувається в пробці, але на світлофорі потрібно різко прискоритися. Особливістю повногібридної установки є можливість відключити ДВС (вимикається зчеплення) і їхати на електромоторі.

Класифікація за ступенем електрифікації

У технічній документації або в назві моделі автомобіля можуть бути присутніми такі терміни:

• мікрогібрід;
• м'який гібрид;
• повний гібрид;
• plug-in гібрид.

Мікрогібрід

У таких автомобілях встановлюється звичайний двигун. Вони не мають електричного приводу. Такі системи або оснащуються функцією «старт / стоп», або оснащуються рекуперативної гальмівною системою (при гальмуванні відбувається додаткова підзарядка акумулятора).

Деякі моделі оснащуються обома системами. Деякі фахівці вважають, що такий транспорт не вважається гібридним транспортом, тому що в ньому використовується тільки бензиновий або дизельний силовий агрегат без інтеграції в систему електроприводу.

м'який гібрид

Такі машини теж не пересуваються за рахунок електрики. У них теж використовується тепловий двигун, як і в попередній категорії. За одним винятком - ДВС підтримується електричною установкою.

У таких моделях немає маховика. Його функцію виконує електричний стартер-генератор. Електросистема збільшує віддачу малопотужного мотора при різкому прискоренні.

повний гібрид

Під даними транспортними засобами маються на увазі машини, здатні долати деяку відстань на електротязі. У таких моделях може використовуватися будь-яка схема підключення, згадана вище.

Такі гібриди не заряджається від мережі. Батарея поповнюється енергією за рахунок роботи рекуперативної гальмівної системи і генератора. Відстань, яку можна подолати на одному заряді, залежить від ємності батареї.

Гібриди-плагіни

Такі автомобілі можуть функціонувати, як електромобіль, так і працювати від ДВС. Завдяки сукупності двох силових установок забезпечується пристойна економія палива.

Так як фізично неможливо встановити об'ємний акумулятор (в електромобілях він займає місце бензобака), на одному заряді такий гібрид може подолати до 50 км без підзарядки.

Переваги та недоліки гібридних авто

На даний момент гібрид можна вважати перехідною ланкою від теплового мотора до екологічно чистому електричному аналогу. Хоча кінцева мета ще не досягнута, завдяки впровадженню сучасних інноваційних розробок спостерігається позитивна тенденція у розвитку електротранспорту.

Так як гібриди є перехідним варіантом, то вони мають як позитивні, так і негативні моменти. До плюсів відносяться:

• Економія пального. Залежно від схеми роботи силової пари цей показник може збільшитися до 30% і більше.
• Підзарядка без використання електромережі. Це стало можливим завдяки системі рекуперації кінетичної енергії. Хоча, повна зарядка не відбувається, якщо інженери зможуть удосконалити перетворення, то електромобілі взагалі перестануть потребувати в розетці.
• Можливість встановлювати мотор меншого обсягу і потужності.
• Електроніка набагато економічніше, ніж механіка, розподіляє паливо.
• Менше перегрівається двигун, а також витрачається паливо при русі в пробках.
• Сукупність бензинового / дизельного і електричного двигунів дозволяє продовжити рух, якщо високопотужний акумулятор розрядився.
• Завдяки роботі електромотора ДВС може працювати більш стабільно і менш шумно.

У гібридних установок є також пристойний список недоліків:

• АКБ швидше приходить в непридатність через великої кількості циклів заряду / розряду (навіть в системах м'якого гібрида);
• Батарея нерідко повністю розряджається;
• Деталі на такі автомобілі досить дорогі;
• Самостійний ремонт практично неможливий, так як для цього потрібно складне електронне устаткування;
• У порівнянні з моделями на бензиновому або дизельному двигуні гібриди коштують на кілька тисяч доларів дорожче;
• Регулярне техобслуговування більш дороге;
• Складна електроніка вимагає уважного поводження, а виникли помилки іноді можуть перервати тривалу подорож;
• Складно знайти фахівця, який зміг би правильно налаштувати роботу силових установок. Через це доводиться вдаватися до послуг дорогих професійних ательє;
• АКБ не переносять значних температурних коливань і самі розряджаються.
• Незважаючи на екологічність в процесі роботи електромотора, виробництво і утилізація батарей сильно забруднює навколишнє середовище.

Щоб гібриди і електромобілі склали справжню конкуренцію двигунів внутрішнього згоряння, потрібне вдосконалення джерел живлення (щоб вони накопичували більше енергії, але при цьому були не сильно об'ємними), а також систем швидкої підзарядки без шкоди для АКБ.

Питання та відповіді:

Що таке гібридний транспортний засіб? Це такий транспортний засіб, в якому для його руху задіяно більше одного силового агрегату. В основному це суміш електрокара та авто з класичним ДВС.

Чим відрізняється гібрид від звичайної машини? Гібридне авто має переваги електрокара (безшумна робота мотора та їзда без залучення палива), але коли заряд батареї падає, задіюється основний силовий агрегат (бензиновий).