Что такое автомобиль гибрид?
Гибридный автомобиль (hybrid) представляет собой транспорт, который оснащается не привычным двигателем внутреннего сгорания, а так называемым гибридным силовым агрегатом. Главным отличием гибридных автомобилей является то, что транспортные средства данного типа приводятся в движение посредством использования нескольких источников энергии: тепловой и электрической. Другими словами, гибридная машина имеет на борту несколько типов двигателей, которые приводят в движение автомобиль.
Что касается самого понятия гибридного двигателя, то данный термин многими ошибочно понимается как особая силовая установка. На самом деле под «гибридом» следует понимать несколько двигателей разного типа, которые объединены в комплексную единую систему по преобразованию различных источников энергии в полезную работу. В современном автомобилестроении машины гибриды оснащаются двумя типами силовых агрегатов: электродвигатель работает в паре с двигателем внутреннего сгорания.
Читайте в этой статье
Основные преимущества и недостатки гибридных авто
Главным плюсом от использования тандема ДВС и электромотора стало заметное снижение расхода горючего. Показатель расхода топлива у современных гибридных машин до 30 % меньше по сравнению с обычными авто. Сжигание меньшего количества бензина или солярки одновременно позволило снизить уровень токсичности гибридов. Получается, гибридные авто являются более экономичными и дружелюбными к окружающей среде сравнительно с традиционными аналогами, которые оснащаются только ДВС. Также гибриды производят меньше шума в процессе работы.
Что касается электромобилей, гибридные решения сравнительно с электрокарами имеют больший запас хода, а также являются «универсальными» с точки зрения повседневной эксплуатации. Гибрид не требует обязательной зарядки от электросети и заправляется простым бензином. После сжигания топлива часть энергии накапливается в аккумуляторе, от которого приводится в действие электродвигатель. Дополнительным источником питания для заряда аккумулятора выступает рекуперация торможения, то есть преобразование кинетической энергии движущегося авто в электричество.
К недостаткам гибридов эксперты относят высокую начальную стоимость, а также определенные сложности в процессе ремонта и обслуживания подобных машин. Еще одним минусом является возможный критический разряд аккумулятора гибрида и быстрый выход из строя данного элемента в условиях значительных колебаний температур.
Стоит добавить, что хотя гибридные машины демонстрируют высокие показатели экономичности в городском потоке (постоянные остановки, работа в режиме холостого хода, движение на малых скоростях), на трассе эффективность гибридной силовой установки не так заметна. Дело в том, что в основе работы гибридов лежит определенное распределение нагрузок между агрегатом на электротяге и двигателем на углеводородах. Для поддержания высокой скорости основная нагрузка ложится именно на ДВС, в результате чего расход топлива закономерно возрастает.
Как взаимодействует ДВС и электромотор в гибридах
Одной из первых разработок была схема, в которой каждая из силовых установок задействуется при определенных условиях. Если машина простаивает или движение происходит на малой скорости, тогда колеса крутит электродвигатель. Для ускорения и дальнейшего поддержания скорости подключается бензиновый двигатель. Последующее развитие технологии привело к тому, что на гибридах встречается несколько вариантов реализации взаимодействия привычного двигателя и электрического мотора. Такое взаимодействие может быть:
- последовательным;
- параллельным;
- последовательно-параллельным;
Последовательное взаимодействие
Последовательная схема напоминает электромобили, так как движение транспортного средства реализуется посредством работы электромотора. ДВС в такой конструкции подключается к генератору, от генератора питание поступает на сам электродвигатель, а также параллельно происходит заряд аккумуляторной батареи. На одном заряде литий-ионного аккумулятора с увеличенной емкостью зачастую можно пройти около 50 км. пути, после чего задействуется ДВС, который продлевает указанный отрезок до 10 раз (около 500 км.)
Параллельное взаимодействие
Гибриды с параллельным взаимодействием установок предполагают возможность как отдельной работы ДВС и электромотора, так и одновременное функционирование. Данная конструкция реализуется путем объединения при помощи специальных муфт электрического агрегата, двигателя внутреннего сгорания и трансмиссии. Подобные автомобили гибридного типа получают маломощный электродвигатель, который не только движет автомобиль, но и отдает мощность при разгоне. Зачастую такой электромотор является стартером и автомобильным генератором, конструктивно занимая промежуточное положение между ДВС и КПП.
Последовательно-параллельное взаимодействие
В указанной конструкции двигатель внутреннего сгорания и электромотор соединяются посредством планетарного редуктора. Особенностью данной схемы реализации является то, что каждая силовая установка может задействоваться и отключаться, отдавая при этом минимум или максимум мощности на колеса. Более того, указанная мощность отдается отдельно или одновременно. В устройстве такой схемы присутствует генератор, который питает электромотор гибрида.
Лидером на рынке гибридных автомобилей сегодня является корпорация Toyota, которая использует последовательно-параллельную реализацию под названием Hybrid Synergy Drive.
Электрический двигатель, ДВС и генератор объединены в общую систему посредством планетарного редуктора. Двигатель внутреннего сгорания отдает минимум мощности на «низах» (цикл Аткинсона), позволяя экономить топливо. Гибридный автомобиль с такой схемой взаимодействия предполагает:
- Экономичный режим движения только на электротяге с отключенным ДВС, во время которого электромотор питается от аккумулятора.
- Поддержание заданной скорости путем распределения мощности ДВС на колеса и генератор, от которого питается параллельно работающий электродвигатель. Также осуществляется дозарядка аккумулятора.
- Режим интенсивного ускорения и серьезных нагрузок, когда ДВС и электромотор работают параллельно. В данном режиме электрический двигатель питается от батареи, без отбора мощности у генератора.
Эксплуатация гибридов: разрушаем мифы
- Гибридные авто являются новинкой, которая до конца не усовершенствована и имеет множество недоработок. Это миф, так как бренд Тойота занимается полномасштабным серийным производством гибридных моделей почти 20 лет.
- В гибридах разряжаются аккумуляторы, что приводит к проблемам. Это правда, но только частично. На начальных этапах развития технологии подобные случаи встречались, но сегодня высокоточная электроника не допускает глубокого разряда батареи.
- Гибридные авто чаще ломаются, их дорого и сложно ремонтировать. Это миф, так как гибридные автомобили не менее надежны в эксплуатации по сравнению с обычными дизельными и бензиновыми ДВС. Большинство СТО комплексно обслуживают гибриды наравне с обычными авто. Более того, КПП в гибридах исключает наличие фрикционов, что делает такую трансмиссию простой и надежной, чего не скажешь о различных типах АКПП. Что касается ДВС, мотор на гибридах чаще работает на низких оборотах, не выходит на пиковые нагрузки. Если также учесть цикл Аткинсона, тогда моторесурс двигателя на гибриде намного больше обычного мотора.
- ДВС гибрида имеет меньшую мощность, такие авто теряют в динамике сравнительно с аналогами. Да, мощность ДВС на гибридах меньше, но за счет добавления электромотора суммарная мощность установок значительно превосходит мощность обычных аналогов с одним бензиновым мотором.
- Расход гибридной машины на практике не сильно отличается от обычного авто. Частично это правда, так как показатель расхода гибридных автомобилей напрямую зависит от режимов езды. Для достижения максимальной экономичности необходимо изменить стиль вождения на медленный, спокойный и плавный, избегая разгонов, активного дросселирования и т.д. Другими словами, сильные нажатия на педаль газа будут давать команду системе управления к тому, что необходимо завести ДВС.
- Аккумулятор для гибрида трудно найти в свободной продаже, а также батарея занимает много места в багажнике автомобиля. Это миф, так как аккумуляторы для гибридов всегда доступны к заказу в авто магазинах, а также представлен широкий выбор на различных Интернет-ресурсах. Что касается свободного места, батарея практически не занимает полезное пространство в багажном отсеке.
- На гибридную машину нельзя поставить газ. Это миф, так как мировые производители ГБО производят оборудование, совместимое с электронным блоком управления гибридным авто.
Читайте также
Генератор в машине: что это такое?
Принцип работы и устройство автомобильного генератора. Составные элементы генератора переменного тока в автомобиле: ротор, статор, обмотки, регулятор.
krutimotor.ru
Виды гибридов: Что такое гибридные автомобили
«Гибридный автомобиль» — вещь очень модная, а для многих — еще и загадочная. Так что же это такое, какими они бывают? Расскажем вкратце.
Мягкий гибрид BMW 7 ActiveHybrid: электродвигатель помогает в работе двигателю внутреннего сгорания
Концепт полного гибрида: BMW X6 ActiveHybrid способен полностью положиться на свой электродвигатель
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.
www.popmech.ru
что это такое, принцип работы
В последние годы мир охвачен электромобильным ажиотажем, который вызван во многом небезызвестной компанией Tesla. Автомобили на электрической тяге это, конечно, прогрессивно, экологично, выгодно, только вот слишком радикально. Гибридные автомобили выглядят более взвешенным и оптимальным вариантом.
Что такое гибридный автомобиль
Нетрудно догадаться, что гибридный автомобиль это результат «скрещивания» двух видов авто — с двигателем внутреннего сгорания и с электромотором. Если продолжить аналогию с биологической эволюцией, то гибридный автомобиль это переходная форма от традиционных машин к машинам будущего. Компромиссное решение для тех людей, кого уже не устраивают двигатели, работающие по принципам позапрошлого века, но при этом ещё не готовы полностью перейти на электричество.
Автопроизводители пробуют различные комбинации двигателей внутреннего сгорания и электроприводов в поисках самого оптимального варианта гибридного автомобиля. В одних вариантах машина приводится в движение только электромотором, в других — только двигателем внутреннего сгорания. Есть и по-настоящему гибридные варианты, где ДВС и электромоторы могут трудиться попеременно или даже одновременно. Конечно, идеального решения на все случаи жизни не существует.
Принцип работы гибридного автомобиля
Все гибридные машины, которые выпускаются в настоящее время, можно условно разделить на 3 категории, в зависимости от того, как двигатели соединены с колёсами:
- Последовательная схема — мотор одного типа питает или запускает мотор другого типа, который и приводит автомобиль в движение.
- Параллельная схема — самый простой и дешёвый тип «гибридов», где электромотор и ДВС работают независимо друг от друга.
- Последовательно-параллельная схема — каждый тип двигателя может работать в одиночку или в паре с другим типом.
Последовательные «гибриды» часто считаются ненастоящими гибридными автомобилями, что обосновывается принципом их работы. Так, электромотор в них может всего лишь запускать обычный ДВС и поддерживать его, заменяя собой стартер и генератор. Или наоборот — традиционный бензиновый мотор запускает электродвигатель и питает его батарею, а машина движется исключительно на электрической тяге. Впрочем, даже такая схема имеет свои объективные достоинства.
Параллельные и последовательно-параллельные гибридные машины дают большую свободу выбора и больше преимуществ. Первые чаще всего они следуют такому сценарию: в городском режиме и до определённой скорости (например, 60 км/ч) работает исключительно электродвигатель, а ДВС подключается на более высоких скоростях. Вторые используют традиционные и электрические моторы одновременно, при этом динамически распределяют нагрузку на них, в зависимости от дорожной ситуации.
Нужно иметь в виду, что двигатели внутреннего сгорания, которые используются на «гибридах», значительно переработаны по сравнению с обычными автомобилями. Даже на последовательных схемах, где электромотор только запускает ДВС, производители ощутимо меняют настройки электронных блоков управления двигателем. Это делается в угоду основным преимуществам гибридных машин — экологичности и экономичности.
Плюсы и минусы гибридного автомобиля
Сначала стоит обратить внимание на сильные стороны электропривода как такового:
- очень высокий КПД, доходящий до 90%;
- мгновенно запускается и останавливается;
- не требует переключения передач;
- одинаково работает в обоих направлениях;
- очень динамичен — быстро разгоняет авто;
- полное отсутствие шума и грязного выхлопа.
Конечно, в гибридных машинах эти достоинства раскрываются не полностью. Автомобили с последовательной схемой, где электромотор только запускает и поддерживает ДВС, почти полностью лишены всех этих плюсов. Такие «гибриды» могут похвастать лишь быстрым и лёгким запуском, небольшой экономией топлива и чуть улучшенной динамикой. Зато и специфических минусов нет — это, фактически, усовершенствованный вариант традиционного авто.
Намного экономичнее и динамичнее вариант, где ДВС только питает батарею электродвигателя. Для этого не нужна большая мощность, так что можно обойтись двумя или тремя цилиндрами очень небольшого объёма. Такая последовательная схема отлично раскрывает потенциал электропривода. Есть и минусы — такие машины не бесшумны и всё-таки загрязняют природу отработанными газами, хоть и в небольшой степени.
Параллельные и последовательно-параллельные типы «гибридов» очень разнообразно сочетают плюсы и минусы ДВС и электромоторов, в зависимости от конкретных моделей машин и используемых технологий. Например, некоторые автопроизводители делают упор на использование машины в городских условиях. Здесь преимущества езды на электроприводе очевидны:
- нулевой расход бензина или дизельного топлива;
- полное отсутствие загрязняющих выбросов;
- двигатель не порождает шумы и вибрации;
- не нужно часто переключать режимы КПП;
- машина может очень быстро разогнаться.
Недостатки гибридных автомобилей почти идентичны таковым у традиционных машин и электромобилей, только выражены не так отчётливо. Прежде всего, это сложность и дороговизна «гибридов», причём они дороги не только в покупке, но и в обслуживании. Электробатареи очень чувствительны к ударам и высоким температурам, что может привести к взрыву и сильному пожару. Бесшумность хода на электротяге опасна для пешеходов, они просто не слышат приближающийся автомобиль.
До сих пор не решены трудности использования электродвигателей в холодном климате с морозными зимами и в условиях бездорожья. Здесь главные плюсы гибридных машин — высокая экономичность и экологичность — чаще всего полностью сходят на нет. Впрочем, даже в холодные зимы «гибриды» вполне неплохо чувствуют себя в городских условиях, которые можно назвать естественной средой их обитания.
Видео на тему
Похожие статьи
avtonov.com
Гибридный двигатель
Подавляющее большинство современных автомобилей в качестве силового агрегата используют двигатель внутреннего сгорания. На фоне постепенного истощения запасов нефти, а также возрастающих требований к экологичности, автоинженеры разрабатывают новые технологии, позволяющие отказаться от использования углеводородов в качестве топлива или, как минимум, снизить расход.
Решить эту проблему можно двумя способами: установить вместо ДВС электромотор или гибридный двигатель. К последнему прибегают многие автомобильные марки.
Как видно из названия, подобный силовой агрегат представляет из себя классический двигатель внутреннего сгорания и одновременно электродвигатель, объединенные в одно целое. По многим причинам такое решение предпочтительнее одной только электрической тяги.
На сегодняшний день электромобиль имеет серьезные минусы. Наиболее значимые из них – это отсутствие развитой сети электрозаправок, а также недостаточная дальность поездки без дозарядки (у разных моделей электромобилей она составляет от 80 до 160 км).
К тому же на то, чтобы полностью зарядить батареи потребуется несколько часов, а значит, мобильность такого авто ограничивается поездками от дома до работы и обратно.
Тем не менее, нельзя забывать и про плюсы электромотора, среди которых более высокий КПД (у ДВС максимальный КПД достигается только на определенных оборотах), отсутствие каких-либо выбросов, большой крутящий момент.
Электрический двигатель, в отличие от работающего на нефтепродуктах, не нуждается в постоянной подаче топлива. Он может находиться в выключенном состоянии сколь угодно долго, пока на него не будет подано напряжение. При подаче электричества он практически моментально передает колесам максимальную тягу.
Гибридный двигатель совместил преимущества обоих моторов, благодаря чему достигается экономичность, экологичность и неплохие динамические характеристики.
Принцип работы гибридных двигателей
Гибридный двигатель устроен таким образом, что оба мотора работают, условно говоря, друг на друга. Двигатель внутреннего сгорания крутит генератор и снабжает энергией электромотор, а тот позволяет «напарнику» работать в оптимальном режиме без резких колебаний и нагрузок. К тому же, гибриды обычно оснащаются системой рекуперации кинетической энергии KERS (аналогичную той, что применяется на болидах Формулы-1).
Эта система позволяет заряжать аккумуляторные батареи во время торможения и при движении машины накатом. Принцип ее работы в том, что при торможении колеса приводят в действие электромотор, который в этом случае сам играет роль генератора и заряжает аккумуляторы. Особенно полезна KERS при езде по городу в режиме «тронулся-остановился».
| Список автомобилей с гибридными двигателями |
|---|
| Audi Q5 Hybrid |
| BMW Active Tourer |
| Chevrolet Volt |
| Ford Escape Hybrid (Fusion Hybrid) |
| Hyundai Sonata Hybrid |
| Honda CR-Z (Insight Hybrid) |
| Jaguar Land Rover |
| Mitsubishi Outlander PHEV |
| Nissan Altima Hybrid |
| Toyota Prius (Camry, Highlander Hybrid, Harrier Hybrid |
По степени гибридизации силовые агрегаты разделились три типа: «умеренные», «полные» и plug-in. В «умеренных» постоянно работает двигатель внутреннего сгорания, а электромотор включается только тогда, когда необходима дополнительная мощность.
Автомобиль с «полным» гибридом способен двигаться на одной электротяге, не расходуя горючего.
Plug-in, как и полный гибрид, может передвигаться только на электричестве, но имеет возможность заряжаться от розетки, совмещая таким образом все преимущества электромобиля, и избавляясь от его главного недостатка — ограниченного пробега без подзарядки. Когда заряд батарей кончается, plug-in работает как обычный гибрид.
Схемы взаимодействия электромотора и ДВС
Инженеры разных компаний по-разному подходят к вопросу гибридного двигателестроения. Современные машины оснащаются гибридными двигателями, построенными по одной из трех схем взаимодействия топливной и электрической составляющей, которые будут рассмотрены ниже.
Последовательная схема
Это наиболее простой вариант. Принцип его работы заключается в следующем: крутящий момент от ДВС в данном случае передается исключительно генератору, который вырабатывает электричество и заряжает аккумуляторы. Автомобиль при этом движется только на электротяге.
Также для зарядки аккумуляторной батареи применяется система рекуперации кинетической энергии. Своим названием данная схема обязана последовательным преобразованиям энергии: энергия сгорания топлива двигателем внутреннего сгорания превращается в механическую, затем в электрическую при помощи генератора и снова в механическую.
Плюсы такой конструкции заключаются в следующем:
- ДВС всегда работает на неизменных оборотах, с максимальным КПД;
- нет необходимости оснащать автомобиль мощным и прожорливым двигателем;
- не нужно сцепление и коробка передач;
- автомобиль способен передвигаться и с выключенным двигателем внутреннего сгорания за счет энергии, запасенной аккумуляторной батареей.
Однако есть у последовательной схемы и свои минусы:
- потери энергии в процессе преобразований;
- большой размер, вес и высокая стоимость аккумуляторных батарей.
Наибольшая эффективность такой схемы достигается при движении с частыми остановками, когда активно работает KERS. Поэтому она нашла применение в городском транспорте. Также гибридные двигатели с последовательной схемой применяются в карьерных самосвалах, которым для работы важен большой крутящий момент и не требуется высокая скорость.
Параллельная схема
Принцип работы «параллельного» гибридного двигателя полностью отличается от вышеописанного. Автомобили с гибридным двигателем, построенным по параллельной схеме, ездят с использованием и ДВС, и электромотора. Электродвигатель в таком случае должен быть обратимым, т.е. способным работать в качестве генератора. Согласованная работа обоих моторов достигается посредством компьютерного управления.
В зависимости от режима езды блок управления распределяет крутящий момент, поступающий от обоих элементов гибрида. Основную работу выполняет двигатель внутреннего сгорания, электромотор же подключается когда нужна дополнительная мощность (при трогании, ускорении), при торможении и замедлении он работает как генератор.
Плюсы подобной компоновки в том, что нет необходимости устанавливать аккумуляторную батарею большой емкости, потери энергии намного меньше, чем при последовательной схеме, поскольку ДВС напрямую связан с ведущими колесами, а кроме того, сама по себе конструкция довольно проста, а значит, дешева.
Основные минусы схемы – меньшая топливная экономичность по сравнению с другими вариантами и низкая эффективность в городских условиях. Машины с гибридным двигателем, построенным по параллельной схеме, наиболее эффективны при движении по трассе.
По данной схеме построены гибридные автомобили марки Хонда. Главный принцип руководства компании: схема гибридного двигателя должна быть как можно более простой и дешевой, а функция электромотора заключается лишь в помощи ДВС сэкономить максимально возможное количество топлива. У этой марки существует две гибридных модели – Civic (снят с производства в 2010 году) и Insight.
Последовательно-параллельная схема
Последовательно-параллельная схема представляет собой совмещение первых двух. В параллельную схему добавлен дополнительный генератор и делитель мощности. Благодаря этому автомобиль при трогании и на малых скоростях движется только на электрической тяге, ДВС только обеспечивает работу генератора (как при последовательной схеме).
На высоких скоростях крутящий момент на ведущие колеса передается и от двигателя внутреннего сгорания. При повышенных нагрузках (например, при подъеме в гору), когда генератор не в силах обеспечить требуемый ток, электромотор получает дополнительное питание от аккумулятора (параллельная схема).
Поскольку в системе имеется отдельный генератор, заряжающий аккумуляторную батарею, электромотор используется только для привода ведущих колес и во время рекуперативного торможения. Через планетарный механизм (он же делитель мощности), часть крутящего момента от ДВС частично передается на колеса и частично отбирается для работы генератора, который питает либо электромотор, либо аккумуляторную батарею. Электронный блок управления все время регулирует подачу мощности из обоих источников.
Плюсы последовательно-параллельного гибридного двигателя данной схемы, в максимальной топливной экономичности и высокой экологичности. Минусы системы – сложность конструкции и высокая стоимость, поскольку требуется дополнительный генератор, достаточно емкая аккумуляторная батарея и сложный электронный блок управления.
Применяется последовательно-параллельная схема на автомобилях марки Тойота (Prius, Camry, Highlander Hybrid, Harrier Hybrid), а также на некоторых моделях Лексус. Подобными гибридными двигателями оснащаются машины Ford Escape Hybrid и Nissan Altima Hybrid.
znanieavto.ru
История гибридных автомобилей. Преимущества их эксплуатации
Гибридный автомобиль кому-то до сих пор может казаться диковинкой, но на самом деле данное изобретение является не такой уже и новинкой, более того, его история берет свое начало ещё с XX века. Первый гибридный автомобиль, работающий от двух энергетических источников, был создан более 100 лет тому назад. О электромобиле, приводимом в движение электромотором, знает, наверное, весь мир, но как же обстоят дела с его гибридным аналогом, какая жизнь его постигла?
Наиболее распространенная гибридная трансмиссии сочетает в себе бензиновый и электрический двигатели. Такого рода транспортные средства носят название гибридных электромобилей. Хоть это может показаться невероятным, гибридные электромобили возникли в ранние годы становления автомобильной промышленности. Гибридный автомобиль уже давно не концепция, не разработка требующая общественного признания, — это технологический продукт, получивший широкое практическое применение.
Начало
Первый гибридный автомобиль был построен в 1899 году Фердинандом Порше. В системе под названием «Lohner-Porsche Mixte» был использован бензиновый двигатель для подачи питания на электромоторы, которые приводили в движение передние автомобильные колеса. Бензоэлектрический автомобиль Lohner Electric Chaise с передними мотор-колесами, сконструированный на базе электромобиля Lohner-Porsche, был хорошо принят публикой на Парижском автосалоне в 1901 году. За довольно короткий период было произведено более 300 его экземпляров, которые быстро разошлись в продаже. Существует несколько версий того, как приводился в движении гибрид Lohner Electric Chaise. По одной из них автомобиль перемещался благодаря скоординированной работе электрических моторов и двигателя внутреннего сгорания с генератором, вырабатывающим электричество, по другой — работал благодаря использованию энергии массивной 44-элементной аккумуляторной батареи. На одном заряде автомобиль Chaise мог проезжать до 65 километров пути. Несмотря на то, что гибридный автомобиль был определенно очень практичным, спрос на него быстро пошел на убыль, в значительной степени благодаря выпуску недорогого серийного автомобиля с бензиновым двигателем Генри Форда. Гибриды определенно стоили дороже, потому, по законам рынка, продавались хуже бензиновых аналогов. Начиная с 1950-х гибридные автомобили остались на страницах прошлого, возобновив свою историю и продолжив технологическое развитие многие годы спустя.
Lohner Electric Chaise
Возобновление интереса
В 1960 году Конгресс Соединенных Штатов Америки, при попытке уменьшить уровень загрязнения воздуха выхлопами автомобильного транспорта, принял законопроект, касаемый предмета поощрения использования электромобилей жителями города. В то время как американское правительство пыталось поощрить массы к переходу на гибридные автомобили, становлению экопрограммы несколько поспособствовал арабский нефтяной кризис 1973 года. Когда цены на бензин стали расти с катастрофической скоростью, а спрос на него все ещё был довольно большим, так как 85% городского транспорта все ещё оставалась бензиновой, возникла потребность в поиске достойной и более дешевой альтернативы.
В 1968 году инженеры компании TRW создали первую полноценную гибридную систему привода, используемую в современных машинах и в наше время. Электромеханическая система делала возможным совместное использования вместе с электромотором двигателя внутреннего сгорания значительно меньшего объема без потери основной мощности транспортного средства. Эта технология нашла применение в модели GM 512 Hybrid – автомобиле, способном при работе исключительно одного электромотора разгонятся до 16 км/ч. При увеличении скорости до показателя в 17 км/ч автоматически включался в работу бензиновый мотор, помогая автомобилю достичь порога скорости 21 км/ч. Когда же возникала необходимость более существенного разгона, электрическая система отключалась и транспортное средство работала на одном только бензиновом двигателе, развивая на трассе скорость до 65 км/ч.
В 1973 году немецкая компания Volkswagen представила публике свой гибридный автомобиль Volkswagen Taxi Hybrid.
В течении последующих 25 лет автопроизводители тратили миллиарды долларов на исследования и разработку гибридных технологий, но несмотря на это средств передвижения гибридного привода, которые смогли бы свободного конкурировать с бензиновыми по цене и производительности, было изготовлено довольно мало.
В конце 1990-х в обиход вошло несколько как полностью электрических, так и гибридных автомобилей. Особой популярностью начали пользоваться электрические модели GM EV1 и Toyota RAV-4 EV – этим электромобилям удалось привлечь широкий общественный интерес.
Возрождение гибридных автомобилей
В 1999 году компания «Honda» выпустила своей первый переднеприводный серийный гибридный автомобиль — Honda Insight. Двухместный автомобиль Insight стал основным плацдармом для развития гибридного автомобильного транспорта на территории США. Honda Insight был довольно амбициозным проектом, в некоторой степени повторяющим проверенное механическое исполнения электромобиля, но значительно более расширяющим его возможности. Благодаря чрезвычайно низкому расходу топлива (3л/100 км) автомобиль Honda Insight получил широкой распространение.
Honda Insight
Несколькими годами ранее, до момента появления Honda Insight, производитель Audi решился на выпуск первого серийного автомобиля на территории Европы. Автомобиль оснастили 1.9 TDI дизельным мотором с приводом на задние колеса и электромотором мощностью 28 л.с. Правда, дальше выпуска небольшой партии автомобилей в количестве 60 штук так дело и не дошло.
Гибридный автомобиль Toyota Prius в начале 2000-х, по причине своей большой популярности, стал основным синоним слова «гибрид». До сих пор многие считают, что линейка гибридных автомобилей Toyota является наиболее удачной из всех создаваемых. Правда это или нет – не нам судить, но достоверно известно одно – технология, используемая к качестве основы при создании бесчисленного количества иных гибридных транспортных средств, берет начало от Prius. Как и ожидалось, машина нашла спрос не только в регионе производителя, но и в Странах восходящего солнца, Европе, Латинской Америке. Ежегодно компания-производитель продавала более 20 000 своих гибридных автомобилей.
Toyota Prius (2000 г.)
Toyota Prius (наши дни)
В Европе система гибридного привода была реализована в серийной версии Audi Duo. Задние колеса в этой машине приводились в движение электрическим мотором Siemens, мощностью 12 л.с., питаемым от блока никель-кадмиевых батарей. Передача же крутящего момента к передним колесам происходила от 2,3-литрового пятицилиндрового бензинового мотора, мощностью 134 л.с. По причине того, что электромотор существенно утяжелял конструкцию транспортного средства, и машина была менее эффективна во время езды, чем стандартная Audi 100 с двигателем внутреннего сгорания, выпуск этих гибридов со временем был прекращен.
Audi Duo
В эпоху возрождения экологической осведомленности масс и укрепления позиций гибридных автомобилей Toyota Prius на рынке, компания Honda выпустила второе поколение автомобилей Insight, наряду с тем как марка Chevrolet решилась на производ ство последовательного гибрида Chevrolet Voltв 2007 году.
Борьба за экономию топлива и, соответственно, денег внесла много корректив в историю автомобилестроения. После событий 1970-х автопроизводители начали активно работать над созданием более экономичных систем расхода топлива в автомобилях. Что касается модельного ряда автомобилей последних лет, хочется отметить, что одно из наиболее значительных и весомых мест в нем заняли скоростные, практичные и выгодные в эксплуатации гибриды. Эти автомобили построены на базе той же технологии, что и стандартные гибриды, но, в отличии от последних, способны в разы быстрее восполнять заряд своих аккумуляторных батарей, не говоря уже значительно более расширенном диапазоне пробега.
Существенным новшеством мира гибридных технологий является слияние положительных атрибутов дизельной силовой системы с электрической с целью создания линейки автомобилей с более широким потенциалом пробега. Хотя до сих пор крупные автопроизводители не особо внедряют данную технологию в мир легкового автомобильного транспорта, данная комбинация уже более десяти лет широко используется при выпуске пассажирских и железнодорожных локомотивов.
Бесспорно, компания Toyota, как и прежде, продолжает лидировать по объемам выпускаемых ежегодно гибридов, причем весомые позиции на рынке уже успели занять помимо общеизвестной модели Toyota Prius автомобили-ведорожники Lexus RX 400h, Lexus LS 600h. Этому автопроизводителю впервые удалось поднять гибриды к уровню автомобилей премиум-класса. В общей сложности, на сегодняшний день компания Toyota выпускает шесть моделей гибридных машин: Toyota Prius (ДВС 1,5 л / 76 л.с., электродвигатель 67 л.с., выходная мощность – 110 л.с.; расход топлива – 4,5 л на 100 км), Lexus RX 400h (268 л.с., 8,1 л на 100 км), Toyota Highlander, седан Toyota Crown, исключительно японский вариант автомобиля Toyota Estima Hybrid, автобус Coaster. Правда, из всего вышеперечисленного только Toyota Prius и Lexus RX 400h доходят до европейского рынка.
Lexus RX 400h
К числу наиболее удачных и выгодных гибридных автомобилей последние несколько лет, несомненно, можно отнести Nissan Leaf и Chevrolet Volt. Nissan Leaf – одна из наиболее недорогих гибридных моделей. Технология гибридного привода весьма удачно реализована в версии Ford Escape Hybrid. Продажи гибридных автомобилей в мире возрастают с каждым последующим годом, однако, как и прежде, массовое развитие сетей по строительства гибридных автомобилей сдерживается несовершенством аккумуляторных технологий.
Nissan Leaf
Chevrolet Volt
Преимущества гибридных автомобилей
Обычно гибридные автомобили работают на бензине и электричестве, или газовом топливе и электричестве, но встречаются и такие версии гибридов, электричество для батарей которых вырабатывается специальной установкой на топливных ячейках в процессе химической реакции между водородом и кислородом. Преимущества гибридных автомобилей далеко выходят за рамки обычной экономии бензинового топлива.
Экологичность. Гибридные автомобили меньше загрязняют атмосферу вредными веществами, чем обычные машины с ДВС. Министерство энергетики США сообщило, что в среднем гибридный автомобиль использует на треть меньше бензина, чем стандартный двигатель внутреннего сгорания. Уменьшение потребления горючего позитивно отображается на состоянии воздуха, улучшает экологическую обстановку. Применение же аккумуляторов значительно меньшей емкости, чем в электромобилях, в значительной степени упрощает решение проблемы переработки старых батарей. Как упоминалось ранее, гибридные транспортные средства также в своей работе часто используют сочетание таких экологически чистых источников энергии, как электричество и водовод, то есть полностью исключают эксплуатацию губительного для экологии бензинового топлива.
Увеличенный пробег, быстрая заправка Гибридные автомобили могут проезжать значительно больше своих бензиновых и полностью электрических сородичей за счет удачного сочетания работы двух типов моторов: ДВС и электрического двигателя. Как правило, бензин используется в гибридах лишь с целью дополнительной энергетической запитки аккумуляторов, облегчения старта транспортного средства и увеличения скорости передвижения. На малых скоростях основную работу выполняют электромоторы, однако, когда автомобиль набирает скорость, бензиновые двигатели берут на себя часть прилагаемых усилий. В отличии от электромобилей, гибридам не нужно простаивать долгие часы на заправочных станциях, отбирая у человека драгоценное время.
Снижение затрат на топливо и техническое обслуживание. Малые эксплуатационные затраты являются одним из основных преимуществ автотранспорта гибридного привода. Путешествуя на транспортном средстве, которому не всегда нужно горючее топливо для запуска, можно существенно сэкономить. Гибридные автомобили требуют меньше обслуживания, хотя бы потому, что их двигательная установка значительно меньше поддаются износу. Более того, большинство компонентов гибридных автомобилей не требуют регулярного технического обслуживания.
Возможность повторного использования энергии. Вгибридных машинах, так же как и электрических, предусмотрена возможность сохранения части энергии, образующейся при торможении, и её повторного использования. В качестве накопителей энергии в гибридных автомобилях применяются аккумуляторные батареи или же специальные конденсаторы.
Отличная производительность. Гибридный автомобиль работают с тем же уровнем производительности, что и любой другой автомобиль, более того, на крутых подъемах и при движении на высоких скоростях от них можно ожидать ещё большей эффективности работы. Как показывает статистика, большинство людей, которым основную часть своей водительской практики приходилось ездить на бензиновых автомобильных моделях, не замечают практически никакой разницы в эффективности эксплуатации этих двух типов автомобилей. Гибридные транспортные средства пользуются широкой популярностью не только среди общественности, но и вводятся в эксплуатацию полицией и правоохранительными органами.
Недостатки гибридных автомобилей
Количество гибридных автомобилей на дорогах постоянно увеличивается по причине свойственности им целого ряда преимуществ над исключительно электрическими или бензиновыми моделями, однако, как и у любой вид транспорта, автомобили гибридной технологии не избавлены недостатков.
Снижение производительности. Гибридная система привода часто подвергается критике со стороны водителей:аккумуляторные батареи, что являются неотъемной частью трансмиссии, как правило, снижают емкость при минусовых температурах. Эксплуатация батареек в холодное время года существенно сокращает им жизнь. По этой причине любители поездить на автомобиле по снежным сугробам не всегда останавливают свой выбор на гибридах. Кроме того, добавление лишнего веса автомобилю громоздкими батареями, не всегда благоприятно отображается на их маневренности.
Высокая стоимость. Гибриды стоят приблизительно на 20% дороже автомобилей тех же марок и моделей бензинового или исключительно только одного электрического привода. Подобное расхождение в стоимости объясняется использованием более дорогих в изготовлении и сборке компонентов трансмиссии. Хоть, по правде говоря, несколько более высокие затраты быстро окупаются экономией денег на заправку и обслуживание – данные момент не подлежит оспариванию.
Трудности с техническим обслуживанием и поиском новых комплектующих. Части гибридного привода автомобилей обычно являются более дорогими и эксклюзивными, чем у иных транспортных средств. Кроме того, по причине некоторой новизны этих средств передвижения, в наше время довольно сложно найти настоящего специалиста-механика, который смог бы заняться обслуживанием гибридов. Станции технического обслуживания гибридных автомобилей начали строиться в европейских странах лишь недавно, исходя из чего, говорить о развитии подобной системы в Украине пока что даже не приходиться.
Проблемы безопасности. Гибридные автомобили, так же каки электрические, при работе в электрическом режиме работают практически бесшумно, потому могут быть вовремя не услышаны пешеходами.
Несколько ошибочных мнений
Несмотря на то, что гибридные электромобили уже довольно стойко утвердились на дорогах, до сих пор бытует ряд двухзначных мнений, касаемых их эксплуатации и выгоды использования. Попробуем же развеять некоторые мифы и путаницы.
Мнение относительно чрезвычайно высокой стоимости гибридных автомобилей и дороговизны их обслуживания ошибочно. На сегодняшний день можно свободно купить высококачественный гибрид менее чем за 30 000 долларов. Так, гибридные версии от Honda и Toyota отличаются не только хорошим качеством, но и довольно умеренными ценовыми показателями.
Многие покупатели считают, что если автомобиль электрический или гибридный, то посредством рекуперативного торможения он должен возвращать в систему чуть ли не 100% израсходованной во время путешествия энергии. Способность гибридных транспортных средств к частичному восстановлении энергии при торможении не вызывает сомнения, но объемы энергии, которые возвращаются в систему, не настолько большие, чтобы на них полагаться так сильно.
Когда-то приходилось мне слышать занимательное мнение о том, что гибридные автомобили имеют более высокий расход топлива, нежели обычные машины. Казалось бы, кто бы мог подумать такую глупость, но, как оказалось, всякое бывает, потому опровергнем и это утверждение. Как уже упоминалось мной несколько ранее, гибридные автомобили не используют в своей работе бензинового топлива в качестве преимущественного (тут эту роль выполняет электричество), потому, исходя из элементарных законов логики, приходим к выводу, что расходование большего количества бензина, при равном пробеге и скорости с традиционным автомобилем, просто нереально. Большее топливное потребление могут иметь разве что внедорожники и загруженные гибридные грузовики, требующие значительного количества энергии для поездки и перевозки тяжелых грузов.
Ошибочно мнение и о том, что гибридные автомобили не способны к развитию такой высокой скорости, что и бензиновые. Довольно часто, за счет более развитой системы привода, эти транспортные средства довольно сильно отрываются от своих бензиновых конкурентов, оставляя их позади.
Чем гибридные автомобили лучше электрических?
Электромобиль способен функционировать только по одному принципу — от энергии аккумуляторов. У гибридного же автомобиля несколько иная схема работы. Как правило, гибрид может работать как в одном только электрическом режиме, так и сочетая использование бензинового топлива с электричеством. Уравновешенность всех технических параметров – одно из главных преимуществ гибридов. Мощность, высокая скорость, способность к сверхбыстрому разгону, безусловно, досталась этих средствам передвижения от бензиновых автомобилей. Экономичность, умение накапливать кинетическую энергию торможения – снизошли от электромобилей. Комбинирование работы электрического и обычного двигателя позволяет существенно увеличить тяговые возможности транспортного средства. Вместе с тем, электронная система управления практически всех гибридных моделей предполагает переключение между режимом электропитания и полноценного гибридного привода.
Создание гибридного автомобиля на базе бензинового
Гибридные автомобили уже довольно давно серийно производят многие автомобилестроительные компании – Toyota, Honda, BMW, Volvo и др. Найти и купить гибридный автомобиль сегодня можно практически в любом уголке земного шара. Об гибридных автомобилях, так же как и электрических, теперь знает весь мир, включая, конечно же, и жителей Украина. Смущает только то, что позволить такое чудо техники может себе далеко не каждый, ведь по причине довольно высокого ценового показателя гибридный автомобиль и дальше продолжает находиться в списке «‘элит-продуктов». Но, по правде говоря, вполне возможно получить вариант гибридного автотранспорта со значительно более низкой продажной стоимостью, если использовать в качестве его базовой платформы легковую бензиновую машину. Это уже будет не совсем тот амбициозный проект гибрида от известного автопроизводителя, набитый сложной электроникой и отличающийся уникальным дизайном, но цели сокращение расходов на покупку уж точно удастся добиться. Создать гибридный автомобиль возможно, как на основе серийной бензиновой версии зарубежного, так и отечественного производства, несколько изменив систему привода транспортного средства и дополнительно установив на него электрокомплектующие. Самое первое, что придется сделать, дабы получить долгожданный экономичный автомобиль, это снять с двигателя стартер и электрогенератор, а маховик трансформировать в ротор асинхронного мотор-генератора. По периметру диска маховика крепятся постоянные магниты. Закрепив статор с электрическими обмотками на двигателе получаем стандартный для гибридных автомобилей тяговой электрический мотор со стартер-генератором, правда расположенный на маховике двигателя внутреннего сгорания. При данном варианте компоновки остается нетронутой вся линия передачи мощности от мотора к колесам, однако возможна и иная схема переоборудования — при помощи установки электрических мотор-колес. Помимо электрического двигателя новому гибридному автомобилю понадобится специальный блок управления, который сможет контролировать работу двигательной установки, руководить процессом рекуперации энергии при торможениях, движением при старте, подъемах и спусках, обеспечит совместную скоординированную работу бензинового и электрического мотора (мотор-колес), а также будет нужен блок мощных тяговых аккумуляторных батарей.
Как видим, при наличии в собственном владении бензиновой машины, и приобретя небольшой список дополнительных комплектующих, проявив желания, ну и, конечно же, определенные навыки и упорство, можно довольно быстро сделать свой гибридный автомобиль, при этом затраты на переоборудование будут просто несравнимыми с покупкой совершенно нового транспортного средства.
www.electra.com.ua
Гибридные авто: преимущества, разновидности
Вы больше не удивляетесь, видя на улице гибридные автомобили?
Действительно, они давно перестали быть сенсацией. Вот только знаем мы о них слишком мало. Данная статья поможет пролить свет на некоторые вопросы относительно устройства таких авто и особенностей их работы. Как устроен гибридный автомобиль? По сути, это самая обычная машина, силовая установка которой состоит из двух комплектующих – электромотора и обычного движка внутреннего сгорания. Отличаться гибридные автомобили могут по нескольким параметрам.
Система «старт-стоп»
Элементарной формой «гибридизации» является «старт-стоп». Электромотора в таких машинах нет и в помине, но стартер может работать вместо генератора какое-то время.
По сути, энергия подбирается с дороги, а затем идет на перезапуск движка, питание светотехники и электроприборов. Данную технологии используют в своих автомобилях производители Hyundai, Пежо, Mazda и пр.
Автомобили «плаг-ин»
Гибриды plug-in можно отнести к полноценным устройствам, в буквальном смысле слова экономящим топливо. Их движки не только накопляют энергию, но и заставляют колеса вращаться вместе с двигателем внутреннего сгорания. Наиболее совершенные конструкции работают на чистой воды электротяге. Батарея увеличенного объема в паре с мощным электромотором выдают 100 и выше л.с. Типичное звено между обычным авто и полноценным электрическим – автомобили plug-in.
Плаг-ин автомобили питаются от розетки, но это не значит, что все гибриды такие. Есть и те, которые неспособны на это. Их называют полными и умеренными гибридами. Первые способны проехать на электротяге до 4 км, а вот вторые не протянут и метра. Это связано с тем, что умеренные модели накапливают энергию в виде рекуперативного торможения, полные – еще и посредством двигателя, соединенного с электрическим генератором.
Представителем таких гибридов являются многие «Хонды», американские Buick LaCrosse и Шевроле Малибу, BMW АктивныйГибрид 7. Вы удивитесь, но даже Феррари LaFerrari является полноценным умеренным гибридом.
Последовательные гибриды
Данная категория гибридных автомобилей отличается простотой устройства. Представьте себе авто, в котором двигатель не вращает ни одно из колес механическим способом, зато есть бортовой генератор. Его роль исполняет ДВС. К сожалению, эффективность таких решений относительна, потому и купить подобную модель на рынке не так просто.
Первое, что приходит на ум – Вольт с 80-километровым пробегом. Автомобиль полностью ориентирован на электрическое вождение. Если же систему будет питать 1,5 литровый движок внутреннего сгорания, можно проехать куда больше – 676 км.
Параллельные гибриды (мотор между ДВС и КПП)
Следующий вариант гибрида подразумевает жесткую связь мотора с колесами. Будучи встроенным в КПП, ДВС не нарушает общую компоновку. Такую схему принято считать параллельной, поскольку одновременно работают два мотора.
Водитель выбирает режим, в котором ему комфортно ехать:
- Бензиновый мотор вместе с электродвижком вращают колеса.
- Электродвигатель работает как генератор и накопляет энергию «на черный день».
Примером интеграции электрического мотора в коробку передач может служить авто Фольксваген Golf GTE.
Параллельные гибриды (мотор отдельно от ДВС и КПП)
Большинство электро-бензиновых автомобилей Тойота и Lexus являются параллельными гибридами. Электрический мотор у них не сблокирован с КПП и движком. Конструкция сложная и вместе с тем очень эффективная. Ведь помимо батареи и электрики, имеется двигатель внутреннего сгорания, два электромотора.
Объединяет их планетарная передача (особая конструкция из осей и шестерен, объединяющая и преобразующая крутящий момент). Один электромотор представляет собой 2 в 1 (стартер и генератор), второй рекуперирует электричество при замедлении. Классическая трансмиссия заменена планетарной передачей, а силовые модули контролирует электроника.
Несколько упрощенную схему того, что придумала Toyota, используют автомобили Volvo и Peugeot. Над передней осью трудится турбодизель, за работу задней отвечает электродвигатель. Если возникла необходимость, гибрид начинает функционировать как последовательно-параллельный, тогда как авто является заднеприводным.
Необычный BMW i8
Футуристичный суперкар от BMW работает по схожему принципу. Бензиновая установка с АКПП и генератором у него находится сзади, тогда как тяговый электродвижок – на передней оси. Благодаря вращению оси через 2-ступенчатую коробку передач, BMW i8 может достигать 120 км/час на одной тяге.
Какой гибрид лучше?
Можно с уверенностью сказать, что будущее за машинами формата plug-in. Хотя бы потому что они ощутимо экономят топливо. Однако стоит понимать, что вам придется обеспечить такое транспортное средство хорошей зарядной инфраструктурой. Если это невозможно, выгоднее сделать выбор в пользу обычного полного гибрида.
Умеренные гибриды – давно вымирающий вид. Кому нужен автомобиль, который без участия ДВС и двигаться неспособен? А вот у микрогибридов светлое будущее также есть. Если сопоставить затраты и достигаемый эффект, получается весьма заманчивая картинка.
all-auto.org