- Устройство гибридного автомобиля
- Устройство и принцип работы
- 3 типа гибридных агрегатов
- Микрогибридный силовой агрегат
- Среднегибридный силовой агрегат
- Полногибридный силовой агрегат
- Схемы взаимодействия работы электродвигателя и ДВС
- Последовательная схема взаимодействия
- Параллельная схема взаимодействия
- Последовательно-параллельная схема взаимодействия
- Заключение
- ТОП 15 гибридных автомобилей в России в 2020-2021 году
- Рейтинг гибридных автомобилей России
- Toyota Prius C
- Toyota Yaris Hybrid
- Kia Niro Hybrid
- Kia Optima Hybrid
- Honda Accord Hybrid
- Chevrolet Volt
- Hyundai Ioniq
- Toyota Prius Prime
- Toyota Camry Hybrid
- Mitsubishi Outlander PHEV
- Toyota RAV4 Hybrid
- Acura MDX Hybrid
- Lexus RX450h
- Volvo XC90 T8 Hybrid
- BMW i8
- Итоги
Устройство гибридного автомобиля
Прототип автомобиля с гибридным двигателем появился еще в конце 19 столетия. Сегодня он представляет собой транспортное средство, способное при небольшой скорости не использовать топливо, а осуществлять движение за счет электрической энергии.
Гибридный двигатель – это система, состоящая из электрического и топливного двигателей. При этом, в период работы каждый может быть задействован как по отдельности, так и оба в независимых циклах.
Устройство и принцип работы
Самый распространенный режим работы гибридного двигателя заключается в том, что при движении авто на небольшой скорости, например, в черте города, используется его электрический блок. При движении машины по трассе – в работу включается двигатель внутреннего сгорания (ДВС). В случае большой нагрузки, например, при резких подъемах в гору, в работу включаются оба двигателя.
Безусловно, к плюсам такого устройства можно отнести то, что при использовании электрического двигателя, значительно сокращается расход топлива, так как он работает от постоянно восполняемой энергии аккумулятора.
Возможность, хотя бы отчасти, снизить количество выбрасываемых вредных веществ в воздух – еще один плюс гибридной системы автомобиля.
Гибриды характеризуются малой мощностью, которую помогает компенсировать ДВС.
Двигатели в гибридах могут быть как бензиновые, так и дизельные. Более того, производители газобаллонного оборудования (ГБО) разработали системы способные работать на этих автомобилях.
Пример конструкции гибрида
Устройство гибрида включает в себя:
— Двигатель внутреннего сгорания. Его устройство и размеры сконструированы таким образом, что позволяет снизить вес, вредные выбросы и расход топлива.
— Электродвигатель разработан с учетом особенностей гибрида. Его сделали не только сгенерировано работающим с топливным блоком, но и уделили особое внимание показателям мощности. Параллельно он вырабатывает энергию для подзарядки АКБ автомобиля. Может быть выполнен встроенным в силовую установку или размещаться отдельно от неё, в некоторых моделях используются сразу оба варианта.
— Трансмиссия. Работа трансмиссии гибрида фактически совпадает с ее устройством на обычных автомобилях. Но, в зависимости от вида гибридного двигателя, они могут отличаться. Коробки передач в них бывают, как гибридные с интегрированным электродвигателем, так и обычные механического и автоматического исполнения. Например, трансмиссия автомобиля Toyota устроена с разветвлением потоков мощности. Двигатель такого типа работает в режиме плавных нагрузок, что помогает значительно экономить расход топлива.
— Топливный бак. Необходим для питания топливом ДВС. Для наглядности того, что топливная система имеет ряд преимуществ, хотелось бы привести один факт в пользу этого: энергия, получаемая при сгорании 1 литра бензина сопоставима с энергией, вырабатываемой аккумулятором весом около 450 кг.
— Аккумулятор. Его главная функция – выработка достаточного уровня энергии для работы электродвигателя. В авто используется две батареи, высоковольтная и обычная на 12 (В) для питания бортовой сети. Изначально до запуска всех систем питание идет только от стандартного аккумулятора, так как для работы высоковольтной батареи и инвертора необходимо постоянное охлаждение.
-Инвертер преобразует постоянный ток высоковольтной батареи в переменный трехфазный для электродвигателя и наоборот. Также регулирует распределение энергии и управляет электродвигателем.
— Генератор. Его принцип работы такой же как у электродвигателя, но направлен на вырабатывание электрической энергии.
3 типа гибридных агрегатов
Как было уже отмечено ранее, гибридная система автомобиля представляет собой комбинирование моторов, своего рода, две разных скрещенных технологии. Технику гибридного привода характеризуют в двух направлениях – это двухтопливный или бивалентный и гибридный силовой агрегат.
Данное разделение на две комбинации силовых агрегатов определено для их классификации по разному принципу работы.
Устройство гибридного силового агрегата включает в себя двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель-генератор. Таким образом, электродвигатель это и генератор энергии, и тяговый электродвигатель, и стартер для пуска ДВС.
Существует три типа гибридного силового агрегата. Главным критерием для классификации служит исполнение основной конструкции. Следовательно, выделяют: микрогибридный силовой агрегат, среднегибридный силовой агрегат и полногибридный силовой агрегат.
Микрогибридный силовой агрегат
Концептуальная особенность данного типа привода заключается в его электрической части, которая необходима только для выполнения функции «старт-стоп». При этом, часть выработанной кинетической энергии повторно используется как электроэнергия (процесс рекуперации).
Привод исключительно за счет работы электрической тяги не возможен. Рабочие характеристики 12-вольтного аккумулятора гибрида с наполнителем из стекловолокна приспособлены к частым пускам двигателя. Также для накопления энергии от рекуперации может использоваться накопитель в виде электрохимического конденсатора.
Микрогибрид от компании Mazda
Среднегибридный силовой агрегат
Электрический привод помогает работе двигателя внутреннего сгорания. При этом, движение гибрида лишь за счет электротяги не осуществляется. У данного типа гибридного мотора электрическая энергия регенерируется при торможении, а затем накапливается в высоковольтной аккумуляторной батарее.
Устройство высоковольтной АКБ гибрида и всех его электрических частей отвечает необходимому уровню напряжения, что позволяет вырабатывать достаточно высокую мощность. В итоге, благодаря поддержке ДВС электродвигателем, его работа характеризуется максимальной эффективностью.
Полногибридный силовой агрегат
Работа двух моторов: электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания, в данном типе комбинируется между собой. Полногибридный тип позволяет машине двигаться только за счет электрической тяги и достаточно большое расстояние. При определенных условиях силовой агрегат функционирует как среднегибридный.
В этих автомобилях устанавливаются достаточно мощный электродвигатель и высоковольтные АКБ большего объема, что и позволяет им выдавать такие характеристики. Основой подзарядки батареи выступает также процесс рекуперации энергии.
Функция «старт-стоп» реализована для двигателя внутреннего сгорания, который запускается только при необходимости. А разъединение ДВС с электродвигателем осуществляется за счет установленного сцепления между ними, поэтому они могут функционировать независимо друг от друга.
Схемы взаимодействия работы электродвигателя и ДВС
Автомобили-гибриды сконструированы по трем схемам взаимодействия двигателей. Рассмотрим каждую из них.
Последовательная схема взаимодействия
Данный принцип устройства представляет собой самый простой вариант автомобильного двигателя-гибрида. Его схема работы такая: крутящий момент от двигателя внутреннего сгорания идет к генератору. Затем генератор вырабатывает необходимое для работы электричество и передает его в аккумулятор. Дополнительно подзаряд аккумулятора осуществляется и путем процесса рекуперации кинетической энергии. В этой схеме движение автомобиля осуществляется лишь за счет электрической тяги.
Данная схема характеризуется последовательным преобразованием энергии, т.е. энергия, поступающая от сгораемого топлива в двигателе внутреннего сгорания, превращается в механическую, далее трансформируется в электрическую за счет генератора, и затем вновь преобразуется в механическую энергию.
Положительные стороны последовательной схемы:
- Работа двигателя внутреннего сгорания осуществляется на неизменных оборотах.
- Не возникает необходимости в двигателе с большой мощностью и потреблением топлива.
- Коробка передач, как и сцепление здесь не нужны.
- Электрическая энергия высоковольтной АКБ гибрида позволяет двигаться автомобилю с заглушенным ДВС.
Отрицательные стороны последовательной схемы:
- На этапах преобразования энергии происходит ее потеря.
- Габариты и стоимость АКБ достаточно высокие.
Самый яркий представитель гибридного автомобиля с последовательной схемой взаимодействия Chevrolet Volt
Если говорить о самом подходящем варианте движения автомобиля с последовательной схемой взаимодействия, то это городской трафик с частыми остановками, когда постоянно в работу включается система рекуперации энергии.
Параллельная схема взаимодействия
Такое название эта схема получила потому что, двигатели авто работают постоянно вместе. Принцип работы данного типа взаимодействия двух модулей происходит за счет электроники авто, электродвигателя и ДВС. Оба двигателя соединены с коробкой передач по средствам планетарной передачи.
Чисто на электрической энергии такие гибриды способны ехать не продолжительное время, при этом ДВС отключается от трансмиссии сцеплением.
Блок управления распределяет крутящий момент от обоих двигателей в зависимости от режима движения автомобиля. Двигателю внутреннего сгорания отведена более важная роль, а электродвигатель запускается при необходимости дополнительной тяги, например, когда авто резко ускоряется. При торможении или плавном движении электромотор работает как генератор электроэнергии.
Электромотор внедрен в коробку передач BMW 530E iPerformance
Существуют модификации с электродвигателем отдельно от ДВС, они представляют собой сложную систему, но в тоже время эффективную. Этот модуль состоит из двух электромоторов, тягового соединенного через планетарную передачу со вторым, который служит генератором и стартером.
В такой схеме ДВС не связан напрямую с колесами, что позволяет постоянно передавать часть момента генератору и подзаряжать батарею.
Силовая установка параллельного гибрида с независимыми электромоторами
Положительные стороны параллельной схемы:
Так как основная работа отведена ДВС, то не возникает необходимости в установке мощной высоковольтной батареи. Двигатель внутреннего сгорания напрямую связан с ведущими колесами, поэтому потери энергии значительно меньше.
Отрицательные стороны параллельной схемы:
Самый главный минус данной схемы – это больший расход топлива в сравнении с другими схемами взаимодействия двигателей. Получается, что сэкономить на городском трафике не получится, наиболее удачным вариантом будет движение по трассе.
Последовательно-параллельная схема взаимодействия
Уже само название этой схемы указывает на то, что данный тип – это вариант совмещения двух ранее рассмотренных схем: последовательной и параллельной. Движение автомобиля на низкой скорости и его старт с места осуществляется только за счет силы электрической части. ДВС поддерживает работу генератора авто, как при последовательной схеме взаимодействия. Передача крутящего момента от ДВС на колеса происходит при движении на большой скорости.
При высоких нагрузках, требующих повышенной мощности, генератор автомобиля может не выдать нужное количество энергии, и в таком случае электродвигатель питается дополнительно от аккумулятора, как при параллельной схеме взаимодействия.
В данной схеме предусмотрен дополнительный генератор, он подзаряжает АКБ. Электродвигатель необходим только для привода ведущих колес и для обеспечения рекуперативного торможения.
Часть крутящего момента, переходящая от двигателя внутреннего сгорания, уходит на ведущие колеса, а некоторая его часть – для работы генератора, который в свою очередь питает электродвигатель и заряжает АКБ.
За направление крутящего момента на колеса, генератор или электродвигатель и его соотношении отвечает планетарный механизм – распределитель мощности. Регулировкой подачи мощности из генератора и батареи занимается электронный блок управления автомобиля.
Также эта технология применяется и на гибридных полноприводных авто. На передней оси установлен ДВС с электродвигателем по параллельной схеме, а на задней только электродвигатель имеющий связь с ДВС по последовательной схеме.
Полноприводный гибрид от компании Mitsubishi
Положительные стороны последовательно-параллельной схемы:
Не сложно догадаться, что неоспоримым плюсом данной схемы гибрида является его большая экономичность топлива в сочетании с хорошими мощностными характеристиками. Ценители природы оценят ее экологичность.
Отрицательные стороны последовательно-параллельной схемы:
Среди отрицательного – это более сложная конструкция по сравнению с предыдущими схемами, и как следствие, большая цена. Поскольку необходим дополнительный генератор, емкая АКБ и сложная электронная схема управления.
Заключение
Мы рассмотрели все типы гибридов и схемы их взаимодействия, но в целом существует множество видов, которые сложно отнести к одной из них, поскольку с течением времени технологии все больше смешиваются и дорабатываются.
На одних используют гидромуфты с редуктором вместо планетарной передачи, на других экспериментируют с задним расположением ДВС или вообще разносят по двум осям ДВС и электродвигатель. Конструкторы не останавливаются на достигнутом и все больше развивают это направление.
Источник статьи: http://autoleek.ru/dvigatel/gibridnaja-silovaja-ustanovka/ustrojstvo-gibridnogo-avtomobilya.html
ТОП 15 гибридных автомобилей в России в 2020-2021 году
В современных автомобилях используется двигатель внутреннего сгорания. Инженеры постепенно отказываются от стандартных исполнений ДВС на фоне постоянного истощения залежей нефти и роста к экологическим требованиям используемого топлива. Полностью отказаться от углеродистого топлива или значительно снизить его потребление удалось в гибридных автомобилях.
Рейтинг гибридных автомобилей России
Несмотря на то, что гибридные автомобили в России используются не так часто, как за рубежом, существует несколько интересных вариантов, которые можно приобрести для езды в городских и загородных условиях. К основным преимуществам гибридных авто можно отнести:
- Снижение расхода горючего до 30% по сравнению с обычным ДВС;
- Минимальный шум во время работы;
- Больший запас хода по сравнению с электромобилями;
- Наличие вспомогательных систем для минимизации вредных выбросов.
Главный недостаток гибридов – высокая начальная стоимость и значительные затраты на дальнейший ремонт и обслуживание.
Toyota Prius C
Самый доступный по цене гибрид, который в среднем можно приобрести от 2 млн. рублей. На российском рынке авто представлено одной комплектацией – люкс. При покупке пользователь получает светодиодные фары ближнего и дальнего света, противотуманные и задние фары, салон из комбинированной кожи, возможность запуска двигателя с кнопки, встроенную навигационную систему и пр.
Доступное для покупки авто стало уже 4 поколением Приуса на гибридном двигателе. Производитель обеспечил переход на новую архитектуру, что отразилось на габаритах авто и его поведении на дороге. Главный плюс Toyota Prius C – самый высокий уровень термодинамической эффективности среди других существующих гибридов.
| Тип двигателя | 1.8 Hybrid 122 л.с. e-CVT 2WD |
| Время разгона | 11.1 |
| Расход топлива в смешанном цикле, на 100 км | 1 л |
Toyota Yaris Hybrid
Городской хэтчбэк с полным приводом, первая презентация авто состоялась в 2012 году, а уже в 2014 году его подвергли полному рестайлингу.
Toyota Yaris Hybrid выделяется необычным расположением аккумуляторной батареи – под задним сидением рядом с бензобаком. Такое решение позволило правильно расположить центр тяжести и не повлиять на характеристики управляемости транспортом. При этом в хэтчбэке сохранилось полноценное багажное отделение.
Общая мощность силовой установки 100 л. с. Для достижения максимальной мощности инженерам удалось максимально уменьшить габаритные размеры электрического мотора и встроенного аккумулятора.
Гибридная модификация практически не отличается по внешнему виду от стандартной модели за исключением некоторых декоративных вставок из экологичных материалов.
| Тип двигателя | 1.5i Hybryd 100 л.с. e-CVT 2WD |
| Время разгона | 11.8 |
| Расход топлива в смешанном цикле, на 100 км | 3,3 |
Kia Niro Hybrid
Первый кроссовер от корейского производителя, автомобиль получился полностью инновационным, так как изначально разрабатывался, как гибридный, а не был простой модификацией уже существующей модели.
Максимальная скорость авто – 162 километра в час, достичь ее удается за 11 секунд. Езда в смешенном цикле сокращает потребление топлива до 3,5 литров на 100 километров пробега. Кроссовер станет оптимальным вариантом для использования «на каждый день».
При размещении основных элементов производитель руководствовался тем, чтобы увеличенные по емкости аккумуляторы для электрического двигателя не уменьшали свободное пространство для личных вещей в багажном отделении.
| Тип двигателя | 1.6 GDi Hybrid 141 л.с. 6-авт DCT 2WD |
| Время разгона | 11.5 |
| Расход топлива в смешанном цикле, на 100 км | 3,8 л |
Kia Optima Hybrid
Среднеразмерный гибридный седан выделяется современным и привлекательным внешним видом, использует инновационную систему безопасности для пассажиров и водителя, имеет экономичную трансмиссию, позволяющую значительно сократить потребление топлива. Внешние изменения минимальны, намеки на то, что перед вами экологичная версия седана – отсутствуют. Авто практически не отличается от своего стандартного аналога с бензиновым двигателем.
Можно выделить несколько решений, которые улучшили безопасность авто:
- Круиз-контроль адаптируется под конкретные условия езды и трассы;
- Камера заднего вида;
- Оповещение водителя о риске столкновения;
- Экстренное торможение работает в автономном режиме;
- Электроника контролирует слепые зоны.
Модель характеризуется отличной управляемостью, трансмиссия работает без лишнего шума даже на малых оборотах. В гибридной версии была модифицирована подвеска – даже при резких маневрах авто сохраняет свою устойчивость.
| Тип двигателя | 2.0 CVVT Hybrid 177 л.с. 6-авт Sportmatic |
2WD 2.4 MPi Hybrid 199 л.с. 6-авт Sportmatic 2WD
9,1
Honda Accord Hybrid
Полноприводный седан, который впервые был представлен в июле 2017 года. Стал гибридной модификацией стандартной версии авто. Главное отличие от базовой модели – наличие новой силовой установки. В автомобиле сразу два электрических мотора – первый обеспечивает быстрый старт, а также автоматическое подключение двигателя внутреннего сгорания на больших скоростях, второй исполняет роль генератора.
ДВС в авто работает по принципу Аткинсона, в итоге удается снизить потребление топлива. Присутствует спортивный режим для адаптации показателей авто для езды на высоких скоростях.
Внешний вид гибрида не отличается от стандартной версии, единственное отличие – присутствие шильдика на крышке багажника.
Все модели, вне зависимости от модификации, получили набор функций электронного помощника, активную систему подавления шума в салоне, систему слежения за слепыми зонами для повышения безопасности езды.
| Тип двигателя | 2.0h 212 л.с. E-CVT 2WD |
| Время разгона | 7,3 |
| Расход топлива в смешанном цикле, на 100 км | 5 |
Chevrolet Volt
Автомобиль работает за счет 4-х цилиндрового бензинового двигателя и 2 электрических двигателей. Наличие сразу двух электродвигателей позволило авто лучше сохранять накопленный заряд, а также более отзывчиво вести себя на дороге при переключении режимов работы.
Полностью зарядить аккумулятор для электродвигателей можно в домашних условиях, для этого требуется около 4,5 часов. При использовании специальной зарядной станции время зарядки сокращается практически в два раза.
Автомобиль второго поколения, который доступен для покупки, выделяется наличием светодиодных фар в передней части, особыми противотуманными фарами, улучшенной аэродинамикой капота.
Безопасность водителя и пассажиров обеспечивают 10 подушек, которые расположены по всему периметру салона.
| Тип двигателя | 1.5h 151 л.с. CVT Voltec 2WD |
| Время разгона | 8,4 |
| Расход топлива в смешанном цикле, на 100 км | 5,6 |
Hyundai Ioniq
Гибридный автомобиль корейского производства, в котором удалось максимально минимизировать вредные выбросы в атмосферный воздух. К другим преимуществам можно отнести отличительный дизайн салона и кузова, авто действительно выделяется в общем потоке транспорта.
Для удобного управления всеми электронными функциями в авто присутствует 8-дюймовый дисплей с сенсорным откликом. На дисплее выводится вся информация, которая необходима водителю в конкретный момент. Дисплей также меняет цвет отображения информации в зависимости от режима вождения, который автомобилист выбрал на данный момент.
Питание от бензинового двигателя или от электродвигателя выбирается автоматически в зависимости от того, какой тип силового агрегата будет эффективнее в конкретный момент.
| Тип двигателя | 1.6 GDi Hybrid 141 л.с. 6-DCT 2WD 1.6 GDI Plug-in 141 л.с. 6-DCT 2WD | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Время разгона | 10,8 10,6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Расход топлива в смешанном цикле, на 100 км | 4,2 Toyota Prius Prime Гидрид стал второй модификацией автомобиля, который впервые был презентован в 2012 году. Производитель внес кардинальные изменения не во внешнее и внутреннее оформление, но и улучшил технические характеристики. В оформлении нового кузова присутствуют футуристические черты. Появились витиеватые формы, передняя часть авто обзавелась широким бампером, фары стали более «прищуренными». В гибриде отсутствует среднее место в заднем ряду сидений, при этом два оставшихся сидения обеспечивают пассажирам максимальный проход. Места для коленей достаточно даже при отодвинутых передних сидениях до максимальной позиции. Информация о состоянии авто доносится до водителя и пассажира с помощью 7 или 11,6 дюймового дисплея (в зависимости от модификации). На панель выводятся все ключевые показатели авто.
Toyota Camry Hybrid Полноприводный седан, который стал уже 8 поколением на рынке, продажи стартовали весной 2019 года. Отличить экологичную модель от стандартной модификации по внешним признакам будет проблематично. Единственное различие – фирменная эмблема с синим оттенком и наличие надписей «Hybrid» на крыльях авто. Изменения не коснулись и внутреннего оформления авто, за исключением тахометра. Теперь вместо привычного тахометра присутствуют надписи «Charge», «Eco» и «Power». Используемые в авто электродвигатели и ДВС обеспечивают хорошие динамические характеристики. Разгон до 100 километров происходит всего за 8,3 секунды, по сравнению с 9,7 секундами для модификации только с бензиновым двигателем.
Mitsubishi Outlander PHEV К отличительным особенностям модели можно отнести снижение уровня выбросов углекислого газа в атмосферный воздух, а также уменьшение объемов потребления топлива при езде в смешанном режиме. Экзотичность силовой установки требует от автомобилиста некоторого привыкания к вождению. Отсутствует стандартное переключение передач, вместо этого меняется мощность. Переход с ДВС на электрический двигатель осуществляется бортовым компьютером в автоматическом режиме – устанавливает, какая силовая установка будет эффективнее в данный момент. Автомобилем комфортно управлять, обеспечивается хорошая обзорность и уменьшение количества слепых зон за счет высокой посадки водителя.
Toyota RAV4 Hybrid Японский гибрид, впервые презентованный в 2015 году. К отличительным особенностям авто можно отнести современный дизайн со спортивным характером. Гидрид отличается экономичностью и энергоэффективностью, до 100 километров удается разогнаться всего за 8,3 секунды. Водитель имеет возможность выбрать один из предложенных режимов — Sport, ECO и EV. При активации последнего режима удается полностью отказаться от использования двигателя внутреннего сгорания – авто едет на средних скоростях с небольшим запасом хода.
|
