Гібридний двигун історія. Що таке гібридний автомобіль

Гібридний автомобіль (hybrid) є транспортом, який оснащується не звичним двигуном внутрішнього згоряння, а так званим гібридним силовим агрегатом. Головною відмінністю гібридних автомобілів є те, що транспортні засоби даного типу наводяться в рух за допомогою декількох джерел енергії: теплової та електричної. Іншими словами, гібридна машина має на борту кілька типів двигунів, які рухають автомобіль.

Що стосується самого поняття гібридного двигуна, то цей термін багатьма помилково сприймається як особлива силова установка. Насправді під «гібридом» слід розуміти кілька двигунів різного типу, які об'єднані в комплексну єдину систему перетворення різних джерел енергії в корисну роботу. У сучасному автомобілебудуванні машини гібриди оснащуються двома типами силових агрегатів: електродвигун працює у парі із двигуном внутрішнього згоряння.

Читайте у цій статті

Основні переваги та недоліки гібридних авто

Однією з перших розробок була схема, де кожна з силових установок задіюється за певних умов. Якщо машина простоює чи рух відбувається на малій швидкості, тоді колеса крутить електродвигун. Для прискорення та подальшої підтримки швидкості підключається бензиновий двигун. Подальший розвиток технології призвело до того, що на гібридах зустрічається кілька варіантів реалізації взаємодії звичного двигуна та електричного двигуна. Така взаємодія може бути:

• послідовним;
• паралельним;
• послідовно-паралельним;

Послідовна взаємодія

Послідовна схема нагадує електромобілі, оскільки рух транспортного засобу реалізується у вигляді роботи електромотора. ДВЗ у такій конструкції підключається до генератора, від генератора живлення надходить на сам електродвигун, а також паралельно відбувається заряд акумуляторної батареї. На одному заряді літій-іонного акумулятора із збільшеною ємністю найчастіше можна пройти близько 50 км. шляхи, після чого задіяно ДВС, який продовжує зазначений відрізок до 10 разів (близько 500 км.)

Паралельна взаємодія

Гібриди з паралельною взаємодією установок передбачають можливість як окремої роботи ДВЗ та електромотора, так і одночасне функціонування. Дана конструкція реалізується шляхом об'єднання за допомогою спеціальних муфт електричного агрегату, двигуна внутрішнього згоряння та трансмісії. Подібні автомобілі гібридного типу одержують малопотужний електродвигун, який не тільки рухає автомобіль, а й віддає потужність при розгоні. Найчастіше такий електромотор є стартером та автомобільним генератором, конструктивно займаючи проміжне положення між ДВС та КПП.

Послідовно-паралельна взаємодія

У зазначеній конструкції двигун внутрішнього згоряння та електромотор з'єднуються за допомогою планетарного редуктора. Особливістю даної схеми реалізації є те, що кожна силова установка може задіятися та відключатися, віддаючи при цьому мінімум чи максимум потужності на колеса. Більш того, вказана потужність віддається окремо або одночасно. У пристрої такої схеми є генератор, який живить електромотор гібрида.

Лідером на ринку гібридних автомобілів сьогодні є корпорація Toyota, яка використовує послідовно-паралельну реалізацію під назвою Hybrid Synergy Drive.

Електричний двигун, ДВС та генератор об'єднані у загальну систему за допомогою планетарного редуктора. Двигун внутрішнього згоряння віддає мінімум потужності на низах (цикл Аткінсона), дозволяючи економити паливо. Гібридний автомобіль з такою схемою взаємодії передбачає:

1. Економічний режим руху лише на електротязі з відключеним ДВС, під час якого електродвигун живиться від акумулятора.
2. Підтримка заданої швидкості шляхом розподілу потужності ДВС на колеса і генератор, від якого живиться електродвигун, що паралельно працює. Також здійснюється дозаряджання акумулятора.
3. Режим інтенсивного прискорення та серйозних навантажень, коли ДВЗ та електромотор працюють паралельно. У цьому режимі електричний двигун живиться від батареї без відбору потужності у генератора.

Експлуатація гібридів: руйнуємо міфи

• Гібридні авто є новинкою, яка до кінця не вдосконалена і має багато недоробок. Це міф, оскільки бренд Toyota займається повномасштабним серійним виробництвом гібридних моделей майже 20 років.
• У гібридах розряджаються акумулятори, що призводить до проблем. Це правда, але лише частково. На початкових етапах розвитку технології подібні випадки траплялися, але сьогодні високоточна електроніка не допускає глибокого розряду батареї.
• Гібридні авто частіше ламаються, їх дорого та складно ремонтувати. Це міф, оскільки гібридні автомобілі не менш надійні в експлуатації порівняно із звичайними дизельними та бензиновими ДВС. Більшість СТО комплексно обслуговують гібриди нарівні зі звичайними авто. Більше того, КПП у гібридах виключає наявність фрикціонів, що робить таку трансмісію простою та надійною, чого не скажеш про різні типи АКПП. Щодо ДВС, мотор на гібридах частіше працює на низьких оборотах, не виходить на пікові навантаження. Якщо врахувати цикл Аткінсона, тоді моторесурс двигуна на гібриді набагато більше звичайного мотора.
• ДВЗ гібрида має меншу потужність, такі авто втрачають у динаміці порівняно з аналогами. Так, потужність ДВС на гібридах менша, але за рахунок додавання електромотора сумарна потужність установок значно перевищує потужність звичайних аналогів з одним бензиновим мотором.
• Витрата гібридної машини практично не сильно відрізняється від звичайного авто. Частково це правда, оскільки показник витрати гібридних автомобілів залежить від режимів їзди. Для досягнення максимальної економічності необхідно змінити стиль водіння на повільний, спокійний та плавний, уникаючи розгонів, активного дроселювання тощо. Іншими словами, сильні натискання на педаль газу даватимуть команду системі управління до того, що необхідно завести ДВЗ.

Ідея економії пального в гібридних авто полягає в тому, щоб при зарядженому акумуляторі якомога довше рухатися лише на електротязі на швидкостях до 60 км/год., чого найчастіше вистачає у щільному міському потоці. Також необхідно додати, що система враховує велику кількість факторів: зовнішню температуру, ступінь прогріву ДВЗ і заряд батареї, рух під ухил або на гірку і т.д. У різних умовах гібрид може використовувати ДВС, а може пересуватися тільки на електричній енергії.

• Акумулятор для гібрида важко знайти у вільному продажу, а також батарея займає багато місця у багажнику автомобіля. Це міф, тому що акумулятори для гібридів завжди доступні для замовлення в авто магазинах, а також представлений широкий вибір на різних Інтернет-ресурсах. Що стосується вільного місця, батарея практично не займає корисного простору в багажному відсіку.
• На гібридну машину не можна поставити газ. Це міф, оскільки світові виробники виготовляють обладнання, сумісне із гібридним авто.

Читайте також

Як самостійно помити і висушити двигун підручним засобами. Основні поради та рекомендації для безпечного миття двигуна своїми руками.

Прототип автомобіля із гібридним двигуном з'явився ще наприкінці 19 століття. Сьогодні він є транспортним засобом, здатним при невеликій швидкості не використовувати паливо, а здійснювати рух за рахунок електричної енергії.

Гібридний двигун – це система, що складається з електричного та паливного двигунів. При цьому в період роботи кожен може бути задіяний як окремо, так і обидва в незалежних циклах.

Пристрій та принцип роботи

Найпоширеніший режим роботи гібридного двигуна полягає в тому, що при русі авто на невеликій швидкості, наприклад, у межах міста, використовується його електричний блок. Під час руху машини трасою – в роботу включається двигун внутрішнього згоряння (ДВС). У разі великого навантаження, наприклад, при різких підйомах в гору, в роботу включаються обидва двигуни.

Безумовно, до плюсів такого пристрою можна віднести те, що при використанні електричного двигуна, значно скорочується витрата палива, так як він працює від енергії акумулятора, що постійно поповнюється.

Можливість, хоча б частково, знизити кількість шкідливих речовин, що викидаються в повітря, - ще один плюс гібридної системи автомобіля.

Гібриди характеризуються малою потужністю, що допомагає компенсувати ДВС.

Двигуни у гібридах можуть бути як бензинові, так і дизельні. Більш того, виробники газобалонного обладнання (ГБО) розробили системи, здатні працювати на цих автомобілях.

Приклад конструкції гібриду

Пристрій гібрида включає:

Його пристрій та розміри сконструйовані таким чином, що дозволяє знизити вагу, шкідливі викиди та витрату палива.

Електродвигун розроблений з урахуванням особливостей гібриду. Його зробили не тільки згенеровано працюючим із паливним блоком, а й приділили особливу увагу показникам потужності. Паралельно він виробляє енергію для заряджання АКБ автомобіля. Може бути виконаний вбудованим у силову установку або розміщуватися окремо від неї, в деяких моделях використовуються відразу обидва варіанти.

Трансмісія. Робота трансмісії гібрида фактично збігається із її пристроєм на звичайних автомобілях. Але, залежно від виду гібридного двигуна, вони можуть відрізнятись. Коробки передач у них бувають як гібридні з інтегрованим електродвигуном, так і звичайні механічного та автоматичного виконання. Наприклад, трансмісія автомобіля Toyota влаштована із розгалуженням потоків потужності. Двигун такого типу працює у режимі плавних навантажень, що допомагає значно економити витрати палива.

Паливний бак. Необхідний для живлення паливом ДВЗ. Для наочності того, що має ряд переваг, хотілося б навести один факт на користь цього: енергія, що отримується при згорянні 1 літра бензину, порівнянна з енергією, що виробляється акумулятором вагою близько 450 кг.

Акумулятор. Його головна функція - вироблення достатнього рівня енергії для роботи електродвигуна. В авто використовується дві батареї, високовольтна та звичайна на 12 (В) для живлення бортової мережі. Спочатку до запуску всіх систем живлення йде лише від стандартного , оскільки для роботи високовольтної батареї та інвертора необхідне постійне охолодження.

Інвертер перетворює постійний струм високовольтної батареї в трифазний змінний для електродвигуна і навпаки. Також регулює розподіл енергії та керує електродвигуном.

Генератор. Його принцип роботи такий самий як у електродвигуна, але спрямований на розвиток електричної енергії.

3 типи гібридних агрегатів

Як було вже зазначено раніше, гібридна система автомобіля є комбінуванням моторів, свого роду, дві різних схрещених технології. Техніку гібридного приводу характеризують у двох напрямках – це двопаливний або бівалентний та гібридний силовий агрегат.

Даний поділ на дві комбінації силових агрегатів визначено для їхньої класифікації за різним принципом роботи.

Пристрій гібридного силового агрегату включає двигун внутрішнього згоряння і електродвигун-генератор. Таким чином, електродвигун це генератор енергії, і тяговий електродвигун, і стартер для пуску ДВС.

Існує три типи гібридного силового агрегату. Головним критерієм для класифікації є виконання основної конструкції. Отже, виділяють: мікрогібридний силовий агрегат, середньогібридний силовий агрегат та повногібридний силовий агрегат.

Мікрогібридний силовий агрегат

Концептуальна особливість даного типу приводу полягає в його електричній частині, яка необхідна лише для виконання функції старт-стоп. При цьому частина виробленої кінетичної енергії повторно використовується як електроенергія (процес рекуперації).

Привід виключно за рахунок роботи електричної тяги неможливий. Робочі характеристики 12-вольтного гібридного акумулятора з наповнювачем зі скловолокна пристосовані до частих пусків двигуна. Також для накопичення енергії від рекуперації може використовуватися накопичувач як електрохімічного конденсатора.

Мікрогібрид від компанії Mazda

Середньогібридний силовий агрегат

Електричний привід допомагає роботі двигуна внутрішнього згоряння. При цьому рух гібрида лише за рахунок електротяги не здійснюється. У даного типу гібридного мотора електрична енергія регенерується при гальмуванні, а потім накопичується у акумуляторній високовольтній батареї.

Пристрій високовольтної АКБ гібриду та всіх його електричних частин відповідає необхідному рівню напруги, що дозволяє виробляти досить високу потужність. У результаті завдяки підтримці ДВС електродвигуном його робота характеризується максимальною ефективністю.

Повногібридний силовий агрегат

Робота двох моторів: електродвигуна та двигуна внутрішнього згоряння, в даному типі комбінується між собою. Повногібридний тип дозволяє машині рухатися тільки за рахунок електричної тяги та досить великої відстані. За певних умов силовий агрегат функціонує як середньогібридний.

У цих автомобілях встановлюються досить потужний електродвигун і високовольтні АКБ більшого обсягу, що дозволяє їм видавати такі характеристики. Основою підзарядки батареї є також процес рекуперації енергії.

Функція "старт-стоп" реалізована для двигуна внутрішнього згоряння, який запускається лише за необхідності. А роз'єднання ДВС з електродвигуном здійснюється з допомогою встановленого зчеплення з-поміж них, тому можуть функціонувати незалежно друг від друга.

Схеми взаємодії роботи електродвигуна та ДВС

Автомобілі-гібриди сконструйовані за трьома схемами взаємодії двигунів. Розглянемо кожну їх.

Послідовна схема взаємодії

Даний принцип пристрою є найпростішим варіантом автомобільного двигуна-гібрида. Його схема роботи така: момент, що крутить, від двигуна внутрішнього згоряння йде до генератора. Потім генератор виробляє необхідне роботи електрику і передає їх у акумулятор. Додатково підзаряд акумулятора здійснюється шляхом процесу рекуперації кінетичної енергії. У цій схемі рух автомобіля здійснюється лише за рахунок електричної тяги.

Ця схема характеризується послідовним перетворенням енергії, тобто. енергія, що надходить від палива, що згоряється в двигуні внутрішнього згоряння, перетворюється в механічну, далі трансформується в електричну за рахунок генератора, і потім знову перетворюється в механічну енергію.

Позитивні сторони послідовної схеми:

1. Робота двигуна внутрішнього згоряння складає постійних оборотах.
2. Не виникає потреби у двигуні з великою потужністю та споживанням палива.
3. Коробка передач, як і зчеплення, тут не потрібні.
4. Електрична енергія високовольтної АКБ гібрида дозволяє рухатися автомобілю із заглушеним ДВЗ.

Негативні сторони послідовної схеми:

1. На етапах перетворення енергії відбувається її втрата.
2. Габарити та вартість АКБ досить високі.

Найяскравіший представник гібридного автомобіля із послідовною схемою взаємодії Chevrolet Volt

Якщо говорити про відповідний варіант руху автомобіля з послідовною схемою взаємодії, то це міський трафік з частими зупинками, коли постійно в роботу включається система рекуперації енергії.

Паралельна схема взаємодії

Таку назву ця схема отримала тому, що двигуни авто працюють постійно разом. Принцип роботи цього типу взаємодії двох модулів відбувається за рахунок електроніки авто, електродвигуна та ДВС. Обидва двигуни з'єднані з коробкою за допомогою планетарної передачі.

Чисто на електричній енергії такі гібриди здатні їхати не тривалий час, при цьому ДВЗ відключається від трансмісії зчепленням.

Блок управління розподіляє момент, що крутить, від обох двигунів в залежності від режиму руху автомобіля. Двигуну внутрішнього згоряння відведено важливішу роль, а електродвигун запускається за необхідності додаткової тяги, наприклад, коли авто різко прискорюється. При гальмуванні чи плавному русі електромотор працює як генератор електроенергії.

Електромотор впроваджений у коробку передач BMW 530E iPerformance

Існують модифікації з електродвигуном окремо від ДВЗ, вони є складною системою, але в той же час ефективною. Цей модуль складається з двох електромоторів, тягового з'єднаного через планетарну передачу з другим, який є генератором і стартером.

У такій схемі ДВС не пов'язаний безпосередньо з колесами, що дозволяє постійно передавати частину моменту генератору і зарядити батарею.

Силова установка паралельного гібрида із незалежними електромоторами

Позитивні сторони паралельної схеми:

Так як основна робота відведена ДВС, то не виникає потреби в установці потужної високовольтної батареї. Двигун внутрішнього згоряння безпосередньо пов'язаний із провідними колесами, тому втрати енергії значно менші.

Негативні сторони паралельної схеми:

Найголовніший мінус даної схеми - це більша витрата палива в порівнянні з іншими схемами взаємодії двигунів. Виходить, що заощадити на міському трафіку не вийде, найвдалішим варіантом буде рух трасою.

Послідовно-паралельна схема взаємодії

Вже сама назва цієї схеми вказує на те, що цей тип – це варіант поєднання двох раніше розглянутих схем: послідовної та паралельної. Рух автомобіля на низькій швидкості та його старт з місця здійснюється лише за рахунок сили електричної частини. ДВС підтримує роботу генератора авто, як із послідовної схемою взаємодії. Передача моменту, що крутить, від ДВС на колеса відбувається при русі на великій швидкості.

При високих навантаженнях, що вимагають підвищеної потужності, генератор автомобіля може не видати потрібну кількість енергії, і в такому випадку електродвигун живиться додатково від акумулятора, як при паралельній схемі взаємодії.

У цій схемі передбачений додатковий генератор, він заряджає АКБ. Електродвигун необхідний лише для приводу провідних коліс та для забезпечення рекуперативного гальмування.

Частина моменту, що крутить, переходить від двигуна внутрішнього згоряння, йде на провідні колеса, а деяка його частина - для роботи генератора, який у свою чергу живить електродвигун і заряджає АКБ.

За напрям крутного моменту на колеса, генератор або електродвигун та його співвідношенні відповідає планетарний механізм – розподільник потужності. Регулюванням подачі потужності з генератора та батареї займається електронний блок керування автомобіля.

Також ця технологія застосовується і на повнопривідних гібридних авто. На передній осі встановлений ДВЗ з електродвигуном за паралельною схемою, а на задній тільки електродвигун має зв'язок з ДВЗ за послідовною схемою.

Повнопривідний гібрид від компанії Mitsubishi

Позитивні сторони послідовно-паралельної схеми:

Не складно здогадатися, що незаперечним плюсом даної схеми гібрида є його велика економічність палива у поєднанні з хорошими характеристиками потужності. Цінителі природи оцінять її екологічність.

Негативні сторони послідовно-паралельної схеми:

Серед негативного - це складніша конструкція в порівнянні з попередніми схемами, і як наслідок, велика ціна. Оскільки необхідний додатковий генератор, ємна АКБ та складна електронна схема керування.

Висновок

Ми розглянули всі типи гібридів і схеми їхньої взаємодії, але в цілому існує безліч видів, які складно віднести до однієї з них, оскільки з часом технології все більше поєднуються і допрацьовуються.

На одних використовують гідромуфти з редуктором замість планетарної передачі, на інших експериментують із заднім розташуванням ДВЗ або взагалі розносять по двох осях ДВЗ та електродвигун. Конструктори не зупиняються на досягнутому та все більше розвивають цей напрямок.

Autoleek

Автомобіль з гібридним двигуном – це не новий винахід. Перший крок у напрямку створення гібридних транспортних засобів, був зроблений в 1665 році, коли Фердинанд Verbiest, Єзуїтський священик, почав роботу над планами будівництва простих чотирьох колісних транспортних засобів, які могли б працювати на парі або кінній тязі. Перші автомобілі з гібридним двигуном з'явилися на рубежі XIX-XX століть. Більше того, деяким розробникам вдалося перейти від проектів до дрібносерійного виробництва. Починаючи з 1897 року та протягом 10 наступних років, французька Compagnie Parisienne des Voitures Electriques випустила партію електромобілів та машин з гібридними двигунами. У 1900 році General Electric сконструювала гібридний автомобіль із 4-циліндровим бензиновим мотором. А з конвеєра Walker Vehicle Company of Chicago гібридні вантажівки сходили до 1940 року.
Звичайно все це були лише прототипи та дрібносерійні автомобілі. Однак нині гостра нестача нафти та економічна криза спричинили розробку гібридних двигунів. А тепер давайте докладно розберемося що таке гібридний двигун і який від нього користь? Гібридний двигун - це система з двох двигунів -електричного та бензинового. Залежно від режимів роботи може включатись і бензиновий та електричний одночасно або окремо. Цей процес управляється потужним комп'ютером, який приймає рішення, що зараз має працювати. Так при пересуванні трасами включається бензиновий двигун, так як акумулятора на трасі на довго не вистачить. Якщо автомобіль рухається у міському режимі, то тут уже використовується електродвигун, при розгоні або великих навантаженнях працюють обидва. Поки працює бензиновий двигун, заряджається акумулятор. Такий двигун навіть з урахуванням того, що в системі використовується бензиновий двигун, дозволяє скоротити шкідливі викиди в атмосферу на 90% і при цьому суттєво знижується споживання бензину в місті (на трасі працює тільки бензиновий двигун, тому економії там немає).

Почнемо з того, як автомобіль рушає з місця. На початку руху та на малих швидкостях задіяні лише акумуляторна батарея та електродвигуни. Енергія, запасена в батареї, надходить в енергетичний центр, який, у свою чергу, направляє її до електромоторів, що змушують автомобіль плавно і безшумно рушити з місця. Після набору швидкості до роботи підключається двигун внутрішнього згоряння і момент на провідні колеса надходить одночасно від електродвигунів і ДВС. При цьому частина енергії ДВС надходить до генератора, і тепер він живить електродвигуни, а надлишки своєї енергії віддає акумуляторній батареї, що втратила частину запасу енергії на початку руху. Під час руху в нормальному режимі автоматично використовується тільки передній привід, у решті — повний. У режимі розгону момент на колеса надходить переважно від бензинового двигуна, а електромотори за необхідності збільшення динаміки доповнюють ДВС. Один із найцікавіших моментів — гальмування. Електронні "мозки" автомобіля самі вирішують, коли потрібно задіяти гідравлічну гальмівну систему, а коли рекуперативне гальмування, віддаючи перевагу останньому. Тобто в момент натискання педалі гальма вони переводять електродвигуни в "генераторний" режим роботи, і ті створюють гальмівний момент на колесах, виробляючи електроенергію та підживлюючи акумуляторну батарею через енергетичний центр. У цьому полягає родзинка “гібриду”.

У класичних автомобілях енергія гальмування втрачається повністю, йдучи як тепло через гальмівні диски та інші деталі. Використання енергії гальмування особливо ефективне в міських умовах, коли часто доводиться гальмувати на світлофорах. Система інтегрованого керування динамікою автомобіля (VDIM) поєднує та керує роботою всіх систем активної безпеки.
Одним з перших вдалих автомобілів оснащених гібридним двигуном, який пішов у маси, став розроблений компанією Toyota "Toyota Prius", що витрачає 3,2 літра бензину на 100 км (у місті). Також компанія Toyota випустила і позашляховик із гібридним двигуном Lexus RX400h. Вартість такого автомобіля в залежності від комплектації коливається від 68 до 77 тис. доларів. Слід зазначити той факт, що перші версії Toyota Prius поступалися автомобілям такого ж класу і в швидкості і потужності, а ось Lexus RX400h вже не поступається своїм однокласникам ні в швидкості ні в потужності.

Провідні автомобільні концерни світу, також звернули свою увагу на гібридні двигуни, як на вирішення проблеми економії палива та забруднення навколишнього середовища. Так компанія Volvo Group оголосила про створення гібридного двигуна для вантажівок, тягачів, напівпричепів та автобусів. Розробники компанії розраховують, що їх дітище дозволить отримати 35% економію палива.
При всьому цьому треба сказати, що гібридні автомобілі "на Ура", поки що, пішли тільки в Північній Америці (Канада і США). І в Америці ж все більше на них зростає попит, тому що там до останніх років були популярні автомобілі, які споживали багато палива, а так як паливо різко і круто почало дорожчати американці різко задумалися про його економію і як вирішення проблеми почали використовувати саме автомобілі з гібридними двигунами. У Європі до появи гібридних двигунів поставилися спокійно, тому що там у них кермує економний і екологічніший, ніж бензиновий двигун, старий добрий дизель. На відміну від США, понад 50% машин у Європі оснащені дизелями. До того ж дизельні автомобілі дешевші за гібридні, простіше і надійніше. Адже всім відомо, що складніша система, тим вона менш надійна! І ось саме через свою складність та примхливість, гібридних автомобілів практично немає на пострадянському просторі. Офіційні ділери їх сюди не завозять. І будь-який власник такого авто у нас неминуче зіткнеться із проблемою СТО. Немає у нас СТО, які б займалися гібридними автомобілями. А вже сам таку машинку не полагодиш!

Переважна більшість сучасних автомобілів як силовий агрегат використовують двигун внутрішнього згоряння. На тлі поступового виснаження запасів нафти, а також зростаючих вимог до екологічності автоінженери розробляють нові технології, що дозволяють відмовитися від використання вуглеводнів як паливо або, як мінімум, знизити витрату.

Вирішити цю проблему можна двома способами: встановити замість ДВЗ електромотор чи гібридний двигун. До останнього вдаються багато автомобільних марок.

Як видно з назви, подібний силовий агрегат є класичний двигун внутрішнього згоряння і одночасно електродвигун, об'єднані в одне ціле. З багатьох причин таке рішення краще однієї тільки електричної тяги.

На сьогоднішній день електромобіль має серйозні мінуси. Найбільш значущі з них – відсутність розвиненої мережі електрозаправок, а також недостатня дальність поїздки без дозарядки (у різних моделей електромобілів вона становить від 80 до 160 км).

До того ж на те, щоб повністю зарядити батареї, потрібно кілька годин, а значить, мобільність такого авто обмежується поїздками від дому до роботи і назад.

Тим не менш, не можна забувати і про плюси електромотора, серед яких вищий ККД (у ДВС максимальний ККД досягається тільки на певних оборотах), відсутність будь-яких викидів, великий момент, що крутить.

Електричний двигун, на відміну від працюючого на нафтопродуктах, не потребує постійної подачі палива. Він може перебувати у вимкненому стані як завгодно довго, поки на нього не буде подано напругу. При подачі електрики він моментально передає колесам максимальну тягу.


Гібридний двигун поєднав переваги обох моторів, завдяки чому досягається економічність, екологічність та непогані динамічні характеристики.

Принцип роботи гібридних двигунів

Гібридний двигун влаштований таким чином, що обидва двигуни працюють, умовно кажучи, один на одного.Двигун внутрішнього згоряння крутить генератор і постачає електроенергію, а той дозволяє «напарнику» працювати в оптимальному режимі без різких коливань і навантажень. До того ж, гібриди зазвичай оснащуються системою рекуперації кінетичної енергії KERS (аналогічну до тієї, що застосовується на болідах Формули-1).

Ця система дозволяє заряджати акумуляторні батареї під час гальмування та під час руху машини накатом. Принцип її роботи в тому, що при гальмуванні колеса приводять в дію електромотор, який у цьому випадку сам відіграє роль генератора та заряджає акумулятори. Особливо корисна KERS при їзді містом в режимі «рушив-зупинився».

За ступенем гібридизації силові агрегати розділилися три типи: "помірні", "повні" та plug-in. В «помірних» постійно працює двигун внутрішнього згоряння, а електромотор включається лише тоді, коли потрібна додаткова потужність.

Автомобіль із «повним» гібридом здатний рухатися на одній електротязі, не витрачаючи пального.

Plug-in, як і повний гібрид, може пересуватися тільки на електриці, але може заряджатися від розетки, поєднуючи таким чином всі переваги електромобіля, і позбавляючись його головного недоліку - обмеженого пробігу без підзарядки. Коли батарея закінчується, plug-in працює як звичайний гібрид.

Схеми взаємодії електромотора та ДВС

Інженери різних компаній по-різному підходять до питання гібридного двигунобудування. Сучасні машини оснащуються гібридними двигунами, побудованими за однією із трьох схем взаємодії паливної та електричної складової, які будуть розглянуті нижче.

Послідовна схема

Це найпростіший варіант. Принцип його роботи полягає в наступному: момент, що крутить, від ДВС в даному випадку передається виключно генератору, який виробляє електрику і заряджає акумулятори. Автомобіль при цьому рухається лише на електротязі.

Також для заряджання акумуляторної батареї застосовується система рекуперації кінетичної енергії. Своєю назвою дана схема зобов'язана послідовним перетворенням енергії: енергія згоряння палива двигуном внутрішнього згоряння перетворюється на механічну, потім електричну за допомогою генератора і знову в механічну.


Плюси такої конструкції полягають у наступному:

• ДВС завжди працює на постійних оборотах, з максимальним ККД;
• немає необхідності оснащувати автомобіль потужним та ненажерливим двигуном;
• не потрібно зчеплення та коробка передач;
• автомобіль здатний пересуватись і з вимкненим двигуном внутрішнього згоряння за рахунок енергії, запасеної акумуляторною батареєю.

Проте є послідовна схема і свої мінуси:

1. втрати енергії у процесі перетворень;
2. великий розмір, вага та висока вартість акумуляторних батарей.

Найбільша ефективність такої схеми досягається під час руху з частими зупинками, коли активно працює KERS. Тому вона знайшла застосування у міському транспорті. Також гібридні двигуни з послідовною схемою застосовуються в кар'єрних самоскидах, яким для роботи важливий великий момент, що крутить, і не потрібна висока швидкість.

Паралельна схема

Принцип роботи "паралельного" гібридного двигуна повністю відрізняється від вищеописаного. Автомобілі з гібридним двигуном, побудованим за паралельною схемою, їздять із використанням і ДВЗ, і електромотора. Електродвигун у разі має бути оборотним, тобто. здатним працювати як генератор. Узгоджена робота обох двигунів досягається за допомогою комп'ютерного керування.

Залежно від режиму їзди блок управління розподіляє момент, що крутить, що надходить від обох елементів гібрида. Основну роботу виконує двигун внутрішнього згоряння, електромотор підключається коли потрібна додаткова потужність (при торканні, прискоренні), при гальмуванні і уповільненні він працює як генератор.


Плюси подібного компонування в тому, що немає необхідності встановлювати акумуляторну батарею великої ємності, втрати енергії набагато менші, ніж при послідовній схемі, оскільки ДВС безпосередньо пов'язаний з провідними колесами, а крім того, конструкція досить проста, а значить, дешева.

Основні мінуси схеми – менша паливна економічність у порівнянні з іншими варіантами та низька ефективність у міських умовах. Машини з гібридним двигуном, побудованим за паралельною схемою, найбільш ефективні під час руху трасою.

За цією схемою побудовано гібридні автомобілі марки Хонда. Головний принцип керівництва компанії: схема гібридного двигуна має бути якомога простішою і дешевшою, а функція електромотора полягає лише у допомозі ДВС заощадити максимально можливу кількість палива. У цієї марки існує дві гібридні моделі – Civic (знятий з виробництва у 2010 році) та Insight.

Послідовно-паралельна схема

Послідовно-паралельна схема є поєднанням перших двох. У паралельну схему додано додатковий генератор та дільник потужності. Завдяки цьому автомобіль при торканні та на малих швидкостях рухається тільки на електричній тязі, ДВЗ тільки забезпечує роботу генератора (як за послідовної схеми).

На високих швидкостях момент, що крутить, на провідні колеса передається і від двигуна внутрішнього згоряння. При підвищених навантаженнях (наприклад, підйомі в гору), коли генератор не в змозі забезпечити необхідний струм, електромотор отримує додаткове живлення від акумулятора (паралельна схема).


Оскільки в системі є окремий генератор, що заряджає акумуляторну батарею, електромотор використовується тільки для провідних коліс і під час рекуперативного гальмування . Через планетарний механізм (він же дільник потужності), частина моменту, що крутить, від ДВС частково передається на колеса і частково відбирається для роботи генератора, який живить або електромотор, або акумуляторну батарею. Електронний блок управління постійно регулює подачу потужності з обох джерел.

Плюси послідовно-паралельного гібридного двигуна даної схеми, максимальної паливної економічності і високої екологічності. Мінуси системи – складність конструкції та висока вартість, оскільки потрібний додатковий генератор, досить ємна акумуляторна батарея та складний електронний блок керування.

Застосовується послідовно-паралельна схема на автомобілях марки Toyota (Prius, Camry, Highlander Hybrid, Harrier Hybrid), а також на деяких моделях Лексус. Подібними гібридними двигунами оснащуються машини Ford Escape Hybrid та Nissan Altima Hybrid.

Дорогі співвітчизники, сьогодні поговоримо, що таке гібридний двигун на автомобілі, як він працює, з чого складається, про плюси та мінуси нових розробок.

У більшості як силова установка використовується двигун внутрішнього згоряння, але враховуючи виснаження запасів нафти, і зростаючі вимоги до екологічності двигунів, автокорпорації зайнялися розробкою нових технологій, які дозволили б відмовитися від вуглеводнів як від основного палива або хоча б знизити їх споживання.

Замість двигуна внутрішнього згоряння встановлювати електромотори поки не ефективно, тому що енергоємність акумуляторів пов'язана з великою вагою і відповідно до їх високої вартості.

Однак вже майже всі найбільші світові автовиробники почали випускати свої моделі гібридних автомобілів. Вони поєднують двигун внутрішнього згоряння та електричну енергоустановку.

Визнаний лідер у розробці та випуску гібридних автомобілів залишається Toyota. Цей концерн випустив у серію перший гібрид ще 1997 року і продовжує випускати ще кілька моделей надійних автомобілів.

Гібрид - перекладається російською як схрещування. Поєднання цих двох різних технологій успішно виконують основне завдання - рухи автомобіля.

Функція гібридного двигуна полягає в тому, що двигун внутрішнього згоряння приводить в рух, який віддає енергію на енергоустановку: акумуляторна батарея-електродвигун. А енергоустановка у свою чергу через трансмісію передає крутний момент на колеса.

Таким чином досягається оптимальний режим руху та створюється додаткове зусилля. Крім того, згладжуються пікові навантаження і коливання, внаслідок чого зростає продуктивність і ККД.

Гібридний двигун. Пристрій

Існує кілька варіантів гібридного двигуна:

• Паралельний. Бензиновий двигун живиться від паливного бака, а електродвигун від акумуляторної батареї. У результаті два двигуни обертають трансмісію, яка потім передає момент, що крутить, на колеса.
• Мікрогібридний. Цей варіант розробили спеціалісти компанії "Тойота". Їхній гібридний автомобіль стартує та рухається на малих швидкостях тільки за допомогою електричної тяги. А ось на підвищеній швидкості починає працювати двигун внутрішнього згоряння. При цьому на складних ділянках дороги - підйоми, пісок, бруд, інші навантаження, електродвигун живиться ще й від акумуляторної батареї для паралельної роботи та посилення тяги. Усі ці режими контролює електроніка.
  
• Середньогібридний. У такого авто своїх особливостей – на електричному двигуні їзда не передбачено. Але електротяга помітно збільшує ефективність завдяки отриманню вищої напруги, ніж дає акумуляторна батарея, а це відповідно підвищує потужність силової установки в цілому.
  
• Повногібридний. Тут електрика першому місці ‒ за рахунок забезпечується рух. Батарея заряджається завдяки рекуперації. А роздільне зчеплення між двома двигунами забезпечує можливість роз'єднання цих систем. В результаті бензиновий двигун підключається лише у разі нагальної потреби.
  
• Роздільний. Містить пару двигун-генератор та бензиновий мотор. За допомогою планетарної передачі момент, що крутить, надходить на коробку передач. Якась частина енергії використовується для забезпечення руху машини, а інша прямує у високовольтну батарею.
  
• Послідовний. Тут схема наступна: бензиновий двигун обертає генератор, який заряджає акумуляторну батарею, а з неї енергія надходить до електродвигуна, а той уже обертає трансмісію і, власне, колеса.

Плюси та мінуси гібридного двигуна автомобіля

Звісно, ​​плюси переважують, але є й мінуси, як у всіх новинках. Наприклад, найчастіше зустрічається бензиновий гібридний двигун, хоча не піддається сумніву.

Але так вже склалося – технологію розробляли в Америці, а там солярка не в пошані. Та й гібридний дизельний агрегат коштував би дорожче, а враховуючи, що ціна і так далеко вища за середню, то питання можна вважати закритим.

Найбільше автолюбителів бентежить гібридний двигун через акумуляторну батарею. Це дуже примхливий компонент, тому що вимагає постійної експлуатації, інакше термін її служби значно знизиться.

Також акумулятори бояться перепадів температур, саморозряджаються. Плюс до всього висока вартість запчастин та ремонту. Причому самому його навряд чи вийде.

Але давайте про приємне. Однією з головних переваг гібридного двигуна є низька витрата палива та мінімальні викиди шкідливих речовин в атмосферу, а все це завдяки:

• узгодженої роботи та електродвигуна;
• застосування батареї великої ємності;
• використання енергії гальмування (рекуперативне гальмування), яке перетворює кінетичну енергію руху на електрику.

Крім того, гібридний двигун зібрав у собі масу інших інновацій, які дозволять заощадити паливо і зберегти атмосферу. Серед них:

• зміна фаз газорозподілу;
• стоп-старт;
• рециркуляція відпрацьованих газів;
• підігрів тосолу відпрацьованими газами;
• електропривод водяного насоса, клімат-контролю та ;
• шини з покращеним коченням.

Помітний ефект спостерігається під час використання гібридного автомобіля у міському циклі, коли відбуваються часті зупинки, двигун працює на холостому ходу.

А ось на трасі, при русі з високою швидкістю, гібридний двигун уже не такий ефективний.
З іншого боку, та ж батарея дає можливість більш тривалий час їздити без заправки. До того ж батарею можна не заряджати, а заправляти авто лише паливом.

Двигун, завдяки комп'ютерному управлінню, завжди працює в оптимальному режимі, хоч би як ви намагалися його перевантажити.

Часто такі гібридні автомобілі можуть пересуватися без палива. А ще вони відрізняються тим, що двигун працює ледве чутно.

Сподіваюся, що стаття допоможе вам знайти правильне рішення, якщо постане питання вибору автомобіля з гібридною силовою установкою.

До нових зустрічей.