Гибрид двигатель как работает: Как работает гибридный автомобиль: принцип, особенности, расход топлива

принцип работы, что значит, схема мотора

Автор автомеханик А.Зарядин На чтение 10 мин. Просмотров 9.2k. Опубликовано 15.07.2020

Гибридный двигатель имеет несколько источников энергии: бензиновый и электрический моторы. Оба агрегата приводят автомобиль в движение по отдельности или совместно. Разработано несколько видов гибридных конструкций, и каждая реализует в себе главное преимущество перед «обычными» моторами — топливную экономичность. А значит, и в возможность достичь высоких экологических требований к транспорту.

Содержание

1. История гибридных двигателей
2. Принцип работы и устройство гибридных двигателей
3. Полная конструкция
4. Функционирование двигателя
5. Типы гибридных агрегатов
6. Схемы взаимодействия мотора и ДВС
7. Последовательная схема
8. Параллельная схема
9. Последовательно-параллельная схема
10. Классификация по степени электрификации
11. Микрогибрид
12. Мягкий гибрид
13. Полный гибрид
14. Гибриды плагины
15. Преимущества и недостатки гибридных авто
16. Заключение

История гибридных двигателей

Гибридные силовые установки были известные ещё в 19 веке. Изобретателем первого гибрида, работающего на электроэнергии, стал Роберт Андерсон. Однако, патент на систему получил Генри Пайпер в 1905 году. В этом же направлении работал Фердинанд Порше. Серийными производителями гибридных моторов были французская компания Parisienne des Voitures Electriques, американская корпорация General Electric, бельгийская Pieper.

Бурного развития технология гибридов в начале 20 века не получила по нескольким причинам:

• низкая стоимость топлива;
• нерентабельность по сравнению с бензиновым ДВС.

К концу 20 века рост на энергоносители и ужесточение экологических стандартов заставили автопроизводителей возвратиться к разработкам эффективных моторов. Изначально в гонку включились VW, Mercedes, GM, Audi, но до серийного производства гибридных автомобилей так и не дошли, перейдя в другие сферы разработок. Первым удачным автомобилем с гибридным двигателем стал Toyota Prius 1997 года. За год компания смогла продать 25 000 моделей. Вторым популярным гибридом на рынке стал Honda Insight.

После Приуса, Тойота наладила серийный выпуск моделей: Hybrid Harrier, Highlander, Estima Hybrid, Crown, Camry Hybrid, Lexus RX. Среди разработок Хонда с гибридной установкой известны Accord Hybrid и Civic Hybrid. Единичные автомобили встречаются у Форда, Ауди, Мазды, Рено, БМВ, Ниссан, Хёндай.

Поговорим подробнее, что значит машина-гибрид. Рассмотрим устройство, принцип работы, в чём плюсы и минусы гибридных установок.

Принцип работы и устройство гибридных двигателей

Принцип работы гибридных двигателей основан на комбинировании возможностей ДВС и электромотора. Бензиновый агрегат развивает максимальный крутящий момент на высоких оборотах, в то время, как электрический двигатель — на низких. Объединение установок позволяет исключить из конструкции механизмы преобразования механической энергии, увеличить КПД силового агрегата и снизить расход топлива.

Полная конструкция

Автомобиль с гибридным мотором устроен иначе, чем привычные машины с ДВС. Здесь под днищем находятся:

• двигатель внутреннего сгорания;
• один или несколько электрических моторов;
• блок аккумуляторных батарей.
• для управления и преобразования энергии установлен электронный блок с инвертором.

Источником энергии в гибридном двигателе служит ДВС, работающий на бензине или дизеле. Мощность, преобразованная генератором, запускает тяговый электродвигатель и заряжает аккумуляторные батареи. Именно от блока аккумуляторов электромотор получает дополнительное питание, если не будет хватать энергии генератора.

Инвертор преобразует постоянный ток высоковольтного аккумулятора в 3-фазный переменный ток большего напряжения. Энергия используется для:

• управления электромотором;
• обратной конвертации тока с генератора для подзарядки батареи;
• питания бортовой электросети.

Конструктивно инвертор представляет собой корпус с набором электронных плат и транзисторными сборками.

Общий принцип работы гибридного автомобиля рассмотрим далее.

Функционирование двигателя

Режим совместной работы ДВС и электромотора зависит от конструктивного устройства гибридного силового агрегата и режима движения автомобиля. Так, в начале движения бензиновый двигатель не всегда нужно запускать. Машина тронется за счёт работы электрического мотора, питающегося от батареи.

Большая ёмкость аккумулятора с возможностью внешней подзарядки может сократить потребление бензина до нуля, если суточный пробег автомобиля короткий.

Электромотор поддерживает работу автомобиля на холостом ходу: при стоянке на светофоре, временной остановке. В это время ДВС отключен, до те пор, пока хватает мощности электротяги. Обычно бензиновый мотор подключается на скорости 60км/ч. При больших нагрузках, например, для заезда в горку, понадобится двойное усилие обоих агрегатов. В таком режиме автомобиль сможет проехать более 500 км.

Отличительно, как работает гибридный двигатель во время торможения. Тормозная система привычного автомобиля с ДВС преобразует кинетическую энергию в тепловую, рассеивая её в воздухе. Гибриды оснащены системой рекуперации, т.е. возвращения. При замедлении движения электромотор переключается в режим генератора, отдавая электрическую энергию в аккумуляторную батарею.

Типы гибридных агрегатов

Гибридные двигатели различаются по типу применения и компоновочной схеме. По первому критерию гибриды делятся на микрогибриды, умеренные гибриды и полные гибриды. Более подробно о них поговорим ниже.

Применение разных компоновочных систем гибридных двигателей отражает уровень развития гибридизации, суть которой заключается в желании производителей перевести автомобиль на альтернативный источник энергии. Наиболее прогрессивными в плане разработок являются компании Тойота, БМВ, Хёндай, Вольво.

Схемы взаимодействия мотора и ДВС

Конструктивная схема гибридного двигателя выбирается исходя из проектных характеристик автомобиля: требуемой мощности, скорости разгона, расхода топлива и т.д. Различают последовательную, параллельную и комбинированную схемы.

Последовательная схема

Гибридная система автомобиля с последовательной компоновкой была придумана Порше в 1899 году. Схема включает в себя ДВС с генератором, тяговый электродвигатель и аккумуляторные батареи. По этой схеме двигатель внутреннего сгорания запускает генератор, который преобразует механическую энергию в электрическую, питая электрический мотор. В свою очередь электродвигатель воздействует на ведущие колёса, приводя машину в движение.

Большая ёмкость аккумуляторов позволяет автомобилю в некоторых режимах работать только на электрической энергии, при выключенном ДВС. Батареи заряжаются от генератора, когда потребляемая мощность электромотора невысока, например, во время размеренного движения. Однако, в режиме ускорения мощности генератора может не хватать, и тогда недостаток энергии компенсирует аккумулятор.

Последовательная схема гибридного двигателя хороша тем, что ёмкая АКБ позволяет устанавливать ДВС меньших габаритов и меньшего веса. Более простая конструкция расходует меньше топлива и требует меньших затрат на обслуживание.

Электрический мотор вращается в любом направлении, что позволяет упростить конструкцию автомобиля, убрав сцепление и коробку передач. А при установке электродвигателей с редуктором в ведущие колёса, можно обойтись и без дифференциала. Подобная схема встречается на карьерных самосвалах БелАЗ и городских автобусах ЗИЛ. В легковых автомобилях встречается редко.

Параллельная схема

Гибридные двигатели с параллельной системой могут приводить автомобиль в движении от ДВС, тягового электромотора или их совместной работы. Часто электрический двигатель устанавливают вместо маховика, используя электромотор в качестве генератора и стартера для трогания и остановки автомобиля. Аккумуляторные батареи подзаряжаются во время рекуперативного торможения.

Параллельная схема подходит для автомобилей небольшой мощности. За счёт использования малоёмких батарей снижается вес и начальная стоимость машины.  Подобная конструкция встречается в моделях Honda Insight, BMW 7 ActiveHybrid.

Последовательно-параллельная схема

По сути данная схема представляет собой доработку параллельной. Особенность гибридных двигателей с последовательно-параллельной системой — наличие делителя мощности в трансмиссии. Энергия ДВС разделяется на 2 потока в соответствии с режимом движения автомобиля. Часть мощности переходит к ведущим колёсам, другая — к накопителю электрической энергии.

Для реализации подобной компоновки необходим менее мощный ДВС, но с высокой эффективностью. Например, двигатель, работающий по циклу Аткинсона с коротким тактом сжатия. По такой схеме построены Toyota Prius и Lexus RX.

https://www.youtube.com/watch?v=k1nG8PkP28E&feature=youtu. be

Классификация по степени электрификации

Разбираясь в особенностях гибридных двигателей, поговорим и о различном применении электромоторов. Степень электрификации машины указывает на возможности электрической установки. В одном случае, она идёт как приложение, в другом — позволяет полноценно передвигаться на электротяге. Чтобы понять насколько прогресс ушёл вперёд, рассмотрим этапы электрификации последовательно.

Микрогибрид

Двигатель-микрогибрид представляет собой простейшую форму гибридизации. Автомобиль оснащается системой «Старт-Стоп», в которой электрическая установка используется, как стартер и генератор, но не передаёт энергию колёсам. Во время работы машины на холостом ходу блок управления глушит бензиновый двигатель, позволяя сэкономить топливо. В среднем расход в городе снижается на 10%.

Энергия, сохранённая от рекуперативного торможения, питает систему «Старт-Стоп» и бортовые устройства.

В силовую установку микрогибрида устанавливают штатную коробку передач с импульсным масляным насосом. В режиме «Старт-Стоп», пока двигатель не работает, необходимо сохранить элементы переключения включенными. Насос поддерживает давление масла в каналах КПП, чтобы после запуска двигателя, автомобиль был готов ехать спустя 0,3 с.

Мягкий гибрид

Термин «мягкий» или «умеренный» гибрид означает, что электромотор используется в автомобилях как лёгкая «поддержка» ДВС. Основную работу в режиме ускорения и штатного движения выполняет бензиновый двигатель. Суть использования электрической установки — помощь при трогании и ускорении автомобиля, а также для подзарядки батареи во время торможения. Мощность электродвигателя не превышает 50 кВт.

К гибридам подобного действия относятся: BMW 7 ActiveHybrid, Honda Civic Hybrid, Suzuki Smart Hybrid, Mercedes S 400 Hybrid.

Полный гибрид

Полноценный гибридный автомобиль способен работать на одном тяговом электромоторе при выключенном ДВС. Электрический двигатель заменяет сцепление, работает как генератор для заряда аккумуляторных батарей, в том числе в режиме рекуперативного торможения. В отличие от умеренного гибрида, здесь применяется электромотор мощностью 60 — 250 кВт.

Принцип полного гибрида реализован в Audi A1 и BMW X6 ActiveHybrid. В такие гибриды устанавливают мощные литий-ионные аккумуляторные батареи. Однако, при ёмкости в 12кВт/ч, накопитель электроэнергии сможет обеспечить пробег автомобиля не более 60 км. При низком уровне заряда ДВС подключается автоматически, но чтобы снизить потребление топлива и увеличить пробег электрического мотора, инженеры разработали Plung-In.

Гибриды плагины

Plung-In или гибрид-плагин по принципу работы схож с полным гибридом. Разница заключается в возможности подзарядки аккумулятора от внешней сети. Расстояние, которое может проехать машина на одной электрической тяге, характеризуется показателем PHEV.

Чтобы превратить гибридный двигатель в Plung-In, необходимо поставить дополнительное оборудование: зарядное устройство, дополнительный блок управления и блок батарей. Розетка для заряда располагается возле лючка для заправки топливного бака. Для подпитки батареи можно использовать домашнюю электросеть, учитывая рекомендации производителя.

Разобравшись, как работает гибридный автомобиль, подведём итог в виде объективной оценки. Сведём плюсы и минусы гибридного двигателя в таблицу.

Преимущества	Недостатки
1.   Высокий КПД за счёт использования крутящего момента от ДВС при любых нагрузках	1. Мало специалистов по ремонту и обслуживанию гибридов
2.   Экономия бензина в городе 10 — 30%	2. Высокая стоимость аккумуляторных батарей. При выходе из строя одного элемента приходится менять весь блок в сборе. Проблема с утилизацией
3.   Энергия торможения рекупируется в электрическую энергию	3. Наличие большого количества электроники. Сложность с запчастями. Дорогой ремонт.
4.   Использование ДВС меньшей мощности и габаритов. Возможность отказаться от сцепления и КПП	4. Недостаточное количество станций для подзарядки аккумуляторов. Малый пробег на одной электротяге
5.   Надёжный запуск зимой	5. Плохая маневренность
6.   Снижение токсичных выхлопов	6. Из-за холодов батареи быстрее выходят из строя
7.   Тихая работа	7. Бесшумная работа приводит к авариям

Заключение

Принцип работы гибридного автомобиля основан на использовании энергии бензинового и электрического двигателей. Их совместная работа позволяет достичь жёстких требований экологических стандартов, снижая расход топлива и выбросов. Инженеры постоянно совершенствуют конструкции, придумывают новые решения. Однако, не все компании видят перспективу в гибридах, концентрируясь на создании полноценных электромобилей.

Как работает самозаряжающийся гибридный привод

САМОЗАРЯЖАЮЩИЙСЯ ГИБРИД LEXUS

БЕЗУПРЕЧНАЯ ГАРМОНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ

• ВЕРНУТЬСЯ

  ПЛАВНЫЙ СТАРТ

  Самозаряжающаяся батарея всегда готова к работе.

  АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ

  ЭЛЕКТРОМОТОР

  ВЕРНУТЬСЯ

  САМОЗАРЯЖАЮЩИЙСЯ

  ГИБРИД LEXUS

  Просто сядьте за руль! С момента, когда вы займёте водительское сиденье, самозаряжающаяся батарея готова к работе, без подключения к розетке или зарядки в течение ночи.

  Во время передвижения по городу на низких скоростях используется электрический двигатель без расхода бензина и генерации выхлопных газов *. Благодаря гибкому управлению даже на оживленных перекрёстках гибриды Lexus идеально приспособлены к городским условиям.

  *В моменты, когда вам потребуется дополнительная мощность на низких скоростях, необходимую поддержку обеспечит бензиновый двигатель.

• ВЕРНУТЬСЯ

  МОЩНОСТЬ ДВУХ ДВИГАТЕЛЕЙ

  Привод, который эффективно использует доступные ресурсы.

  БЕНЗИНОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

  АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ

  БЛОК УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ

  ЭЛЕКТРОМОТОР

  ВЕРНУТЬСЯ

  САМОЗАРЯЖАЮЩИЙСЯ

  ГИБРИД LEXUS

  Благодаря использованию двух источников энергии ваш Lexus с гибридным приводом отличается хорошей динамикой и высокой эффективностью.

  Сочетая в себе мощь бензинового двигателя и экономичность электродвигателя, гибридный привод Lexus максимально эффективно использует оба вида топлива при разгоне, движении в пробках или езде по скоростным дорогам.

• ВЕРНУТЬСЯ

  УМНАЯ ТОРМОЗНАЯ СИСТЕМА

  Система рекуперации «возвращает» энергию каждый раз,
  когда вы замедляете ход.

  АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ

  ЭЛЕКТРОМОТОР

  ВЕРНУТЬСЯ

  САМОЗАРЯЖАЮЩИЙСЯ

  ГИБРИД LEXUS

  В самозаряжающемся гибриде Lexus энергия бережно сохраняется.

  Каждый раз, когда вы за рулём, аккумулятор гибридного двигателя заряжается. Это происходит не только во время движения, система рекуперации восстанавливает ещё больше энергии, когда автомобиль останавливается или замедляет ход.

Next steps

Общие сведения о гибридных автомобилях и внедорожниках

16 сент. 2021 г.

• Технология
• Электрификация

Что такое гибридный автомобиль?

Нам всем интересно, как «на самом деле» работает гибридная технология. Но сесть в гибридный автомобиль проще, чем вы думаете! Имея это в виду, давайте углубимся в то, что делает эту технологию такой интересной:

 

Как работают гибридные автомобили?

В чем разница между автомобилем, работающим на газу, и автомобилем с гибридным приводом?

Вы можете быть удивлены, узнав, что, как и в «обычных» бензиновых автомобилях, гибридных автомобилях и внедорожниках также используется двигатель внутреннего сгорания, который можно заправить на местной заправочной станции.

Двигатель внутреннего сгорания гибридного автомобиля работает точно так же, как и бензиновый. Топливо впрыскивается через камеру сгорания в двигатель, где смешивается с воздухом. Наконец, топливно-воздушная смесь воспламеняется свечой зажигания, создавая мощность для автомобиля.

Основное отличие гибридного автомобиля от внедорожника заключается в том, что помимо двигателя внутреннего сгорания эти транспортные средства также имеют электродвигатель и аккумуляторную батарею в качестве источника питания. Гибридная технология оптимизирует системы автомобиля для использования комбинации электроэнергии и бензина во время вождения. Таким образом, в зависимости от того, в каком режиме вы находитесь, вы можете использовать гораздо меньше топлива и тратить меньше денег на бензин в целом!

Подробнее здесь:   Экономьте на бензине с Toyota

 

Hybrid vs Plug-In Hybrid, в чем разница?

Toyota предлагает различные типы гибридных автомобилей и гибридных внедорожников, наиболее распространенными из которых являются гибридный электромобиль (HEV) и гибридный электромобиль с подключаемым модулем (PHEV).

Заменяя бензин электричеством из сети, автомобили PHEV, такие как Toyota RAV4 Prime , сокращают расход топлива и намного безопаснее для окружающей среды. Однако в различных сегментах модельного ряда Toyota также есть множество различных экономичных гибридных автомобилей и внедорожников, которые не нужно подключать к розетке9.0003

Гибриды Toyota самозаряжающиеся

 

Возможно, вы удивитесь, узнав, что гибридный автомобиль не обязательно подключать к розетке, чтобы зарядить аккумулятор. Из-за процесса, называемого «рекуперативным торможением», который использует переработанную энергию, полученную при торможении, для перезарядки электрической батареи гибридного автомобиля. Последняя Toyota Venza, например, использует рекуперативное торможение для зарядки аккумулятора на ходу.

Между тем, PHEV, такие как Toyota RAV4 Prime и Toyota Prius Prime, можно заряжать, подключая к бытовой розетке на 120 вольт. Подобно стандартным гибридам (HEV), PHEV также имеет режим гибридного автомобиля, в котором мощность бензинового двигателя и гибридной батареи сочетается.

Как зарядить аккумулятор гибридного автомобиля?

Тормозите… буквально! Мы уже упоминали, что аккумуляторы гибридных автомобилей заряжаются за счет рекуперативного торможения. В частности, энергия, вырабатываемая вращающимися колесами при торможении, передается обратно в аккумуляторную батарею.

Улавливая часть остаточной энергии, которую транспортное средство вырабатывает при торможении, гибридная технология превращает эту дополнительную энергию в электричество, а затем сохраняет ее в аккумуляторе.

Регенеративное торможение лучше всего работает, когда гибридные автомобили находятся в движении с частыми остановками — представьте себе час пик на шоссе или медленно движущуюся школьную зону, когда вы подбрасываете детей в Highlander Hybrid или новом Sienna Hybrid.

Когда вы часто тормозите, регулярно вырабатывается больше энергии, и у электрической батареи будет достаточно энергии для перезарядки. Возможность полагаться на электродвигатель означает, что вы не используете столько топлива, что снижает выбросы и увеличивает экономию газа.

Преимущества гибридных автомобилей и внедорожников

 

Итак, давайте подведем итоги?

Гибридные автомобили сочетают в себе преимущества газовых двигателей и электродвигателей, обеспечивая повышенную топливную экономичность. Используя такие методы, как рекуперативное торможение, гибридные батареи заряжаются сами, и их не нужно подключать к сети.

Будьте уверены, никаких изменений в поведении при вождении и заправке также не произойдёт (если только вы не ищете увеличенный запас хода только на электричестве — где подключаемый гибридный внедорожник Toyota RAV4 Prime или Prius Prime может быть идеальным для вас) !

Надеюсь, мы помогли разгадать тайны гибридных технологий, и теперь все не так пугающе и футуристично.

Если вы хотите узнать больше о том, какой гибридный автомобиль Toyota подходит именно вам, узнайте больше об электрифицированных моделях Toyota.

Создайте свой гибридный электромобиль сегодня 

 

---

Ознакомьтесь с новинками

Как работают гибридные автомобили? Полное руководство

Блог

Автомобильный гид

Прошло более 20 лет с тех пор, как сначала Toyota Prius, а затем Honda Insight представила современные гибридные электромобили в Канаде.

Предыдущий

Поиск по категории

Категории исследований

• Авто Финансы
• Автомобильный гид
• Советы по вождению
• Обслуживание
• Новости
• Напоминает
• Экономить деньги

Псс! Хотите отличную сделку на свой следующий автомобиль?

Получите бесплатные, простые и поддержанные экспертами советы обо всем, что вам нужно знать о покупке следующего автомобиля (или продлении срока службы текущего).

Зарегистрируйтесь!

Рекомендуемые статьи

• Лучшие 7-местные внедорожники в Канаде: 10 лучших вариантов
• Автомобильная авария в Онтарио: что делать и как сообщить об этом
• Первая поездка: обзор Honda Accord Hybrid 2023 года
• 10 лучших дизельных грузовиков для продажи в Канаде

Вам также может понравиться:

Автомобильный гид | 10 февраля 2023 г.

Лучшие 7-местные внедорожники в Канаде: 10 лучших вариантов

Ни для кого не секрет, что среднеразмерные спортивные внедорожники с тремя рядами сидений стали типичными автомобилями для современных канадских семей. Эти 7-местные внедорожники так популярны…

Прочитать эту историю

Автомобильный гид | 8 февраля 2023 г.

Первая поездка: обзор Honda Accord Hybrid 2023 года

Новая Honda Accord эволюционирует, значительно сокращая модельный ряд с восьми до трех. Действительно, это признак того, что седаны среднего размера не…

Прочитать эту историю

Автомобильный гид | 6 февраля 2023 г.

10 лучших дизельных грузовиков для продажи в Канаде

С появлением электрификации и ужесточением норм выбросов, аргументы в пользу производства дизельных двигателей у автопроизводителей иссякают.

Чт…

Прочитать эту историю

Автомобильный гид | 3 февраля 2023 г.

BMW iX Range & Specs: более пристальный взгляд

Что бы вы ни говорили о своем странном дизайне, с такими автомобилями, как iX, BMW доказывает, насколько быстро он может адаптироваться к стремительной гонке электромобилей….

Прочитать эту историю

Автомобильный гид | 2 февраля 2023 г.

Обзор Volvo XC60 B6 AWD 2022 года

Volvo долгое время была заниженной альтернативой немецкой «большой тройке» люксовых брендов — Audi, BMW и Mercedes-Benz.